一种便携式果柄生物力学特性测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种便携式果柄生物力学特性测试装置，包括有树果夹持机构，树果夹持机构包括有可移动的枝条固定叉和柔性果体夹持器，枝条固定叉工作位置由其底端的滑块连杆机构驱动调整，柔性果体夹持器为空腔套筒结构，空腔套筒内设有圆环状气囊，柔性果体夹持器的移动或旋转由滚珠丝杆驱动，滚珠丝杆上设有L形板，测试果柄纵向拉断力时L形板通过螺纹杆和拉力传感器与柔性果体夹持器连接，测试果柄横向扭断力矩时滚珠丝杆的前端通过联轴器和扭矩传感器与柔性果体夹持器连接。本实用新型专利技术利用滚珠丝杆传递运动，兼具果柄纵向拉断力和横向扭断力矩的测定功能；利用数据检测系统实现数据测定、显示、存储，满足野外果柄生物力学特性测定要求。

A portable testing device for biomechanical characteristics of fruit handle

The utility model discloses a portable device for measuring the biomechanical characteristics of a fruit handle, which comprises a tree-fruit holding mechanism, a tree-fruit holding mechanism which comprises a movable branch fixing fork and a flexible fruit body clamping device, a branch fixing fork working position being driven and adjusted by a sliding block connecting rod mechanism at the bottom of the branch fixing fork, and a flexible fruit body clamping device being a cavity sleeve. Cylinder structure, cavity sleeve with a circular air bag, flexible fruit holder movement or rotation by the ball screw drive, ball screw with L-shaped plate, test the longitudinal pulling force of the handle through the screw rod and pulling force sensor and flexible fruit holder connection, test the transverse torque of the handle when the ball screw front The end is connected with the flexible fruit gripper through a coupling and a torque sensor. The utility model utilizes the ball screw to transmit motion, and has the function of measuring the longitudinal pulling force and the transverse torsion moment of the fruit handle, and realizes the data measurement, display and storage by using the data detection system, so as to meet the requirements of measuring the biomechanical characteristics of the fruit handle in the field.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式果柄生物力学特性测试装置
：本技术涉及农业机械领域，主要涉及一种便携式果柄生物力学特性测试装置。
技术介绍
：近年来，我国树果类果实机械化采摘技术及装备的研究备受关注。由于我国农村劳动力的不断转移，人工采摘果实的成本快速提高，导致果农迫切需求果实的机械化收获装备，然而市面上少有成熟的树果类机械采摘装备。为研制适用的树果类果实机械化采摘装备，必须明确其采收对象果柄的生物力学特性，为果实收获机械果体采摘执行机构的设计与研制提供理论和数据参考。由于当前缺乏对树果类果柄生物力学特性进行准确测定的专门装置，研究人员的测定工具仍然十分简陋,大多采用数显拉力计，即通过数显拉力计将果柄拉断，在拉断瞬间人工记录最大拉力值。上述测定方式一般需多人协调配合，且人工观察记录瞬间最大拉力值误差大，难以连续地准确记录测定数据，并反映果柄的生物力学特性变化规律。另一种测定方式是将带果的枝条砍下带回实验室，借助微型万能材料试验机等力学测试仪器配合专制夹具进行果柄生物力学特性的测定，由于枝条、果柄、果实等均是生物活体，离开树体进行果柄生物力学特性测定将影响数据的真实性与准确性，且数据样本量也受到枝条砍伐对树体来年产量影响的限制。目前已有研究人员针对有关果体和茎秆的生物力学特性开展了相关装置的设计与试验，如陈震等设计了一种荔枝果力学测量装置，主要由有微机、采集卡、重量传感器、位移传感器、果实压头等组成，可连续测定并存储外力加载与荔枝果形变等数据；马晓丽等为测定杨梅果的生物力学特性，研发了一种微压测试装置，主要部分为电子称量工作台、测头、微调传动箱、粗调力臂箱体、工作底盘等，通过加压旋钮带动施力测头进给，果体变形由微调旋钮升降刻度读取，受力大小通过电子称量工作台显示，研究得出杨梅果的生物力学特性；李耀明等研制的切割力测量系统，由机械系统部分和测控系统部分两组成，主要用于茎秆力学数据的采集和分析研究，能够完整的测得切割力随时间的变化曲线；蒋韬等研制了一种玉米茎秆切割测量试验台，主要由机械模块、控制系统和信号处理系统三部分组成，控制系统以STM32F103为核心，信号处理系统由负电压产生电路和AD620信号放大器组成，切割试验表明，测试数据采集误差小于1.12%，明确了玉米茎秆切割力的规律变化。但对树果类果实采摘时，果柄的纵向拉断力和横向扭断力矩测定试验装置的设计研究还少见报导，而果柄纵向拉断力和横向扭断力矩参数的准确获取是开展树果收获机械果实采摘执行机构设计的重要依据。本技术兼具果柄纵向拉断力和横向扭断力矩的测定功能，且整体小巧、重量轻、便于携带；能实现测试数据的自动测定与实时显示存储，测试精度满足野外环境下树果类果柄生物力学特性的要求；提出的柔性果体夹持方法，实现果实的无损快速夹持，满足多种测试对象。
技术实现思路
：本技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种便携式果柄生物力学特性测试装置，以便于在野外环境下准确测定树果采摘时果柄的纵向拉断力和横向扭断力矩，为树果收获机械果实采摘执行机构设计提供参考。本技术是通过以下技术方案实现的：一种便携式果柄生物力学特性测试装置，其特征在于：包括有安装在滚珠丝杆底座上的树果夹持机构，所述树果夹持机构包括有可移动的枝条固定叉和柔性果体夹持器，所述枝条固定叉工作位置由其底端的滑块连杆机构驱动调整，所述柔性果体夹持器为空腔套筒结构，所述空腔套筒内设有圆环状气囊，所述圆环状气囊由供气机构供气，所述柔性果体夹持器的移动或旋转由滚珠丝杆驱动，所述滚珠丝杆由其后端的动力系统驱动，所述滚珠丝杆上配合安装有丝杆滑块，所述丝杆滑块上设有L形板，测试果柄纵向拉断力时所述L形板通过螺纹杆和拉力传感器与柔性果体夹持器连接，测试果柄横向扭断力矩时所述滚珠丝杆的前端通过联轴器和扭矩传感器与柔性果体夹持器连接。所述的滑块连杆机构包括有与枝条固定叉连接固定的L形螺纹杆，所述L形螺纹杆的水平段后端部连接在滑动块上，所述滑动块的正面设有两个通孔，侧面设有螺纹孔，所述L形螺纹杆与滑动块之间通过两个螺母固定，所述滑动块与底座侧面的凹槽通过螺栓连接。所述的空腔套筒为双层结构，其内壁上设有与所述圆环状气囊连接的气嘴，且空腔套筒的外壁上设有进气嘴，所述进气嘴通过通气软管与供气机构连接。所述的供气机构包括有充气乳胶球，所述充气乳胶球的进气管口处安装有回气阀，所述充气乳胶球的出气口与通气软管连通，且连接处设有单向阀，所述通气软管上安装有气阀帽。所述的动力系统包括有电机，所述电机通过联轴器与所述滚珠丝杆连接，所述电机由直流锂电池供电且由电机启动转向调速模块控制。所述的拉力传感器和扭矩传感器分别通过信号线连接到上位机，经过上位机中的labview测试系统中处理保存数据，得到相应的果柄纵向拉断力值和果柄横向扭断力矩值。本技术的优点是：本技术创新采用滚珠丝杆作为测试装置的动力传动系统，兼具果柄纵向拉断力和横向扭断力矩的测定功能；利用数据检测系统实现测定数据的准确测定、实时显示与同步存储；测试装置采用低压直流驱动方式，并可采用平板电脑作为测试上位机，装置整体小巧、重量轻、便于携带，满足野外测试环境的要求。附图说明：图1为本技术测试果柄纵向拉断力时的连接结构示意图。图2为本技术测试果柄横向扭断力矩时的连接结构示意图。图3为柔性果体夹持器的结构示意图。图4为柔性果体夹持器的剖视图。附图标记：1a.枝条固定叉1b.L形螺纹杆1c.滑动块1k.螺栓1m.螺母1d.空腔套筒1e.圆环状气囊1f.通气软管1g.气阀帽1h.单向阀1i.充气乳胶球1j.回气阀2a.滚珠丝杆2b.丝杆滑块2c.滚珠丝杆底座2d.L形板2e.螺纹杆2f.螺钉2g、2h、2i.联轴器3a.电机4a.拉力传感器4b.扭矩传感器。具体实施方式：下面结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。一种便携式果柄生物力学特性测试装置，其特征在于：包括有安装在滚珠丝杆底座2c上的树果夹持机构，所述树果夹持机构包括有可移动的枝条固定叉1a和柔性果体夹持器，所述枝条固定叉1a工作位置由其底端的滑块连杆机构驱动调整，所述柔性果体夹持器为空腔套筒1d结构，所述空腔套筒1d内设有圆环状气囊1e，所述圆环状气囊1e由供气机构供气，所述柔性果体夹持器的移动或旋转由滚珠丝杆2a驱动，所述滚珠丝杆2a由其后端的动力系统驱动，所述滚珠丝杆2a上配合安装有丝杆滑块2b，所述丝杆滑块2b上设有L形板2d，测试果柄纵向拉断力时所述L形板2d通过螺纹杆2e和拉力传感器4a与柔性果体夹持器连接，测试果柄横向扭断力矩时所述滚珠丝杆2a的前端通过联轴器2g/2h和扭矩传感器4b与柔性果体夹持器连接。所述的滑块连杆机构包括有与枝条固定叉1a连接固定的L形螺纹杆1b，所述L形螺纹杆1b的水平段后端部连接在滑动块1c上，所述滑动块1c的正面设有两个通孔，侧面设有螺纹孔，所述L形螺纹杆1b与滑动块1c之间通过两个螺母1m固定，所述滑动块1c与底座侧面的凹槽通过螺栓1k连接。所述的空腔套筒1d为双层结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式果柄生物力学特性测试装置，其特征在于：包括有安装在滚珠丝杆底座上的树果夹持机构，所述树果夹持机构包括有可移动的枝条固定叉和柔性果体夹持器，所述枝条固定叉工作位置由其底端的滑块连杆机构驱动调整，所述柔性果体夹持器为空腔套筒结构，所述空腔套筒内设有圆环状气囊，所述圆环状气囊由供气机构供气，所述柔性果体夹持器的移动或旋转由滚珠丝杆驱动，所述滚珠丝杆由其后端的动力系统驱动，所述滚珠丝杆上配合安装有丝杆滑块，所述丝杆滑块上设有L形板，测试果柄纵向拉断力时所述L形板通过螺纹杆和拉力传感器与柔性果体夹持器连接，测试果柄横向扭断力矩时所述滚珠丝杆的前端通过联轴器和扭矩传感器与柔性果体夹持器连接。

【技术特征摘要】
1.一种便携式果柄生物力学特性测试装置，其特征在于：包括有安装在滚珠丝杆底座上的树果夹持机构，所述树果夹持机构包括有可移动的枝条固定叉和柔性果体夹持器，所述枝条固定叉工作位置由其底端的滑块连杆机构驱动调整，所述柔性果体夹持器为空腔套筒结构，所述空腔套筒内设有圆环状气囊，所述圆环状气囊由供气机构供气，所述柔性果体夹持器的移动或旋转由滚珠丝杆驱动，所述滚珠丝杆由其后端的动力系统驱动，所述滚珠丝杆上配合安装有丝杆滑块，所述丝杆滑块上设有L形板，测试果柄纵向拉断力时所述L形板通过螺纹杆和拉力传感器与柔性果体夹持器连接，测试果柄横向扭断力矩时所述滚珠丝杆的前端通过联轴器和扭矩传感器与柔性果体夹持器连接。2.根据权利要求1所述的便携式果柄生物力学特性测试装置，其特征在于：所述的滑块连杆机构包括有与枝条固定叉连接固定的L形螺纹杆，所述L形螺纹杆的水平段后端部连接在滑动块上，所述滑动块的正面设有两个通孔，侧面设有螺纹孔，所述L形螺纹杆与滑动块之间通过两个螺母固定，所述滑动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张顺，张帆，姚华胜，李蓉蓉，伍德林，江家伍，朱德泉，陈自宏，胡金昌，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34