一种主干形果树智能修剪装备用液压系统

技术领域

本发明涉及果树智能修剪领域，具体而言，涉及一种主干形果树智能修剪装备用液压系统。

背景技术

果树修剪是果园生产全过程中最重要的环节之一，及时、合理的修剪对于提高果树产量、延长果树寿命、改善果实品质起到至关重要的作用。当今，我国果树修剪以人工修剪的方式为主，使用的工具主要为剪刀和锯子等，存在作业效率低、技术要求高、劳动强度大等不足。同时果树修剪也是一个季节性较强和劳动密集型工作，修剪作业中所用劳动量占整个劳动需求的15％-25％。在人口老龄化和城镇化的大背景下，劳动力短缺的问题日益严峻，急需实现智能化的果树修剪。

发明申请CN111336143A公开了一种基于液压控制的果树修剪系统，该液压系统包括油箱、齿轮泵、电磁阀、恒流阀、滤油器等；相较于人工修剪而言，有效的提高了工作速率并降低了劳动强度；但是，该系统存在以下问题：

(1)宽幅式刀具布局中，一台液压马达驱动多组刀具，在修剪较硬树枝时，极易发生过载，大幅降低修剪效率；

(2)油缸与马达油路虽分开控制，但马达油路与油缸油路之间压力波动传导并未阻隔，油缸负载的突变将影响液压系统的整体稳定性，甚至损伤液压元件；(3)该液压系统的过滤装置为终端过滤，对泵送出的工作液压油中存在的杂质未进行二次过滤，将影响液压元件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主干形果树智能修剪装备用液压系统，以解决现有果树修剪机中存在的效率低、稳定性差、使用寿命短、修剪质量差等问题。

根据本发明的实施例，提供了一种主干形果树智能修剪装备用液压系统，包括液压动力总成、液压调控总成、刀具执行总成、机架位姿调节总成、果树智能修剪决策系统；其中：

液压动力总成为刀具执行总成、机架位姿调节总成提供油压动力；

液压调控总成控制液压动力总成为刀具执行总成、机架位姿调节总成提供油压动力之间进行切换；

刀具执行总成控制外部的修剪装置完成主干形果树修剪作业；

机架位姿调节总成调整修剪装置的修剪位姿；

果树智能修剪决策系统用于负责修剪刀具间距与机架油缸伸缩量的实时分析与输出，并精准控制刀具执行总成、机架位姿调节总成进行相应控制。

进一步地，液压动力总成包括散热器、第三级过滤器、油箱、油箱液位计、第一级过滤器、液压齿轮泵；油箱和第一级过滤器朝液压齿轮泵供给液压油,在油箱外部安装有油箱液位计，在油箱的回油路上设置有散热器和第三级过滤器；

各组成部件集成在一个液压工作站内，该工作站以油箱为主体，第一级过滤器与液压齿轮泵安装在油箱底部，第三级过滤器放置在油箱内部并与散热器相连接，动力总成用于为整个液压系统提供稳定压力油源，并将拖拉机后输出轴的动能转变为液压能。

进一步地，液压调控总成包括溢流阀、第二级过滤器、顺序阀、油缸换向阀、马达换向阀；可调式顺序阀控制连接刀具执行总成与机架位姿调节总成的两个两通常开式换向阀的供油顺序。该液压调控总成以集成阀块组的形式的存在，使得液压调控总成具有体积小、功能多、安装便利的优点，并在集成阀块组内配有第二级过滤器，可对液压油进行再过滤，防止杂质对下游液压元件的损坏。

进一步地，液压齿轮泵的出油口与溢流阀相连，为液压系统的进油路提供安全保护。

进一步地，第二级滤器以集成化的形式安装在阀组侧端；可调式顺序阀将由液压动力总成注入的液压油分为主油路和旁油路，主油路经由马达换向阀驱动液压马达进行果树修剪作业并由马达换向阀提供过载检测与保护；旁油路通过油缸换向阀与多路电磁阀对机架进行修剪位姿调整。

进一步地，刀具执行总成共配有三台液压齿轮马达，并以串联的形式进行连接，每组液压马达对应一组修剪刀具的驱动，修剪装置由刀具执行总成控制以完成修剪作业。

进一步地，机架位姿调节总成包括机架角度调节油缸控制总成、机架高度调节油缸控制总成、上修剪机械臂高度调节油缸控制总成、下修剪机械臂高度调节油缸控制总成；四组油缸控制总成以并联的方式接入到旁油路中，修剪装置由机架位姿调节总成控制完成修剪位姿的调整并实现高质量的果树修剪。

进一步地，果树智能修剪决策系统包括果树主干形参数采集装置、修剪决策中心；果树智能修剪决策系统负责修剪刀具间距与机架油缸伸缩量的实时分析与输出，实现主干形果树的智能化精准修剪。

进一步地，液压齿轮泵为变量可调齿轮泵，其动力来源于拖拉机的后输出轴，且输出轴与液压齿轮泵之间配有增速器，该增速器为齿轮传动机构，可使液压齿轮泵产生更具澎湃的动力输出，通过采用上述技术方案可有效维持液压系统的稳定性，防止进油路压力突变情况的出现。

进一步地，第一级过滤器与液压齿轮泵进油口相连，该过滤器安装在油箱底部可有效利用液压油的重力势能，同时其为吸油过滤器，通过采用上述技术方案可对液压齿轮泵实施有效的保护。

进一步地，液压调控总成中的可调式顺序阀由可调节流阀、单向阀、压力换向阀组成，用于控制连接刀具执行总成与机架位姿调节总成的两个两通常开式换向阀的供油顺序，同时实现主油路与旁油路分开控制，且主油路不受流入顺序阀的进口压力与旁路流向机架位姿调节总成的负载压力变化影响，充分保证液压马达的动力输出与整个液压系统的压力稳定，提高了修剪效率。

具体地，顺序阀由可调节流阀、单向阀、两位四通换向阀组成，液压油经节流阀后进入到可调式的换向阀，可通过压力调节阀体的位移程度，进而控制流经阀体的输出流量。油缸换向阀，用于控制机架位姿调节总成，油路流经可调式顺序阀后分为主油路与旁油路，主油路流向马达换向阀与刀具执行总成，旁油路则流向油缸换向阀和机架位姿调节总成，油缸换向阀的常开位直接与回油路相连，处于卸荷状态，当收到电信号后进入工作位，此时工作液压油用来供应四组油缸总成。

进一步地，刀具执行总成中的液压马达为双向定量马达，液压马达的泄油管统一连接至集流阀并输送至油箱。马达换向阀，用于控制刀具执行总成，可调式顺序阀在初始状态位下主油路分为两路，其中一路连接在马达换向阀进油口，此路液压油经马达换向阀常开位后直接接于回油路上的散热器；另一路连接于齿轮马达的进油口。

进一步地，从顺序阀流向液压马达的流量将保持不变，且不受流入顺序阀的进口压力与旁路流向机架位姿调节总成的负载压力变化影响，充分保证液压马达的修剪动力。

进一步地，刀具执行总成中共配有三组液压马达，每组液压马达驱动一组刀盘，并以串联的形式进行连接，马达的泄油管统一连接至集流阀并输送至油箱。通过采用上述技术方案，本修剪液压系统配有充足的动力，可满足不同硬度的果树修剪需求，极大提高修剪速率，同时采用了集流阀和串联的方式，可减少输油线路的数量，降低成本，提高系统的通用性。

进一步地，机架位姿调节总成包括四组液压油缸控制系统，每组液压油缸控制系统由油缸、双向液压锁与电磁换向阀组成，其中两组液压油缸用来控制修剪机机架的俯仰角度和伸缩高度，另外两组液压油缸用于控制三组修剪机械臂之间的间距，同时在电磁换向阀上都配有控制信号接收装置。通过采用上述技术方案，本修剪机可根据不同果树的树形和高度实时调整修剪角度和修剪刀具之间的距离，提高系统的适用性。

进一步地，果树智能修剪决策系统是本液压系统的决策中心，首先通过深度相机等信息提取装置，提取果树的主干形参数，再将其导入至修剪决策中心，该系统里包含上位机和下位机，上位机负责信息决策，下位机负责电信号输出，最后经由控制信号接收装置输送给各个电磁阀，来实时调整修剪机架的位姿和三组刀具的间距。通过采用上述技术方案，该液压系统被赋予了智能化的属性，可在保证安全性的同时，极大提高修剪效率和修剪质量，真正做到果树的精准修剪。深度相机等信息采集装置所提取到的果树参数，可为后期的无人化智慧果园提供数据支持。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的一个或多个技术方案设置可调式顺序阀将由液压动力总成注入的液压油分为主油路和旁油路，主油路经由马达换向阀驱动液压马达进行果树修剪作业并由马达换向阀提供过载检测与保护；旁油路通过油缸换向阀与多路电磁阀对机架进行修剪位姿调整。主油路与旁油路分开控制，且主油路不受流入顺序阀的进口压力与旁路流向机架位姿调节总成的负载压力变化影响，充分保证液压马达的动力输出与整个液压系统的压力稳定，提高了修剪效率。

2.本发明的一个或多个技术方案设置第一级过滤器、第二级过滤器和第三级过滤器，第一级过滤器与第三级过滤器分别为吸油过滤与回油过滤，位于油箱内部进行终端过滤，第二级过滤器集成在液压调控总成的阀组内，可对泵送出的工作液压油中存在的杂质进行二次过滤，提高液压元件的使用寿命。

3.本发明的一个或多个技术方案设计有果树智能修剪决策系统，有效的解决了液压系统操作繁琐、修剪质量差的问题；首先通过深度相机等信息采集装置，提取果树的主干形参数，再将其导入至修剪决策中心，最后向液压系统输出实时控制信号，完成修剪姿势的自动调节，实现智能化的精准修剪；可满足不同果树的修剪需求；具有操作简单、修剪效率高、修剪质量好等优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例中液压系统的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中液压动力总成的结构示意图；

图3是本申请实施例中液压调控总成的结构示意图；

图4是本申请实施例中刀具执行总成的结构示意图；

图5是本申请实施例中机架位姿调节总成的结构示意图；

图6是本申请实施例中果树智能修剪决策系统的示意图。

附图标记说明：100、液压动力总成；110、散热器；120、第三级过滤器；130、油箱；140、油箱液位计；150、第一级过滤器；160、液压齿轮泵；200、液压调控总成；210、溢流阀；220、第二级过滤器；230、顺序阀；231、可调节流阀；232、单向阀；233、压力换向阀；240、油缸换向阀；250、马达换向阀；300、刀具执行总成；310、上刀盘液压驱动马达；320、中刀盘液压驱动马达；330、下刀盘液压驱动马达；400、机架位姿调节总成；410、机架角度调节油缸控制总成；420、机架高度调节油缸控制总成；430、上修剪机械臂高度调节油缸控制总成；440、下修剪机械臂高度调节油缸控制总成；412、双向液压锁；413、三位四通换向阀；500、果树智能修剪决策系统；510、果树主干形参数采集装置；520、修剪决策中心。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求1书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本发明提供的一种主干形果树智能修剪装备用液压系统，采用如下技术方案：

参照图1，一种主干形果树智能修剪装备用液压系统，包括液压动力总成100、液压调控总成200、刀具执行总成300、机架位姿调节总成400、果树智能修剪决策系统500。

参照图2，液压动力总成100包括液压齿轮泵160以及朝液压齿轮泵160供给液压油的油箱130和第一级过滤器150、在油箱130外部安装有油箱液位计140，在回油路上设置有散热器110和第三级过滤器120。液压动力总成100中的各组成部件皆集成在一个液压工作站内，该工作站以油箱130为主体，第一级过滤器140与液压齿轮泵160安装于油箱底部，第一级过滤器140放置在油箱内部其与散热器110相连接。

液压齿轮泵160为变量可调齿轮泵，其动力来源于拖拉机的后输出轴，且输出轴与液压齿轮泵160之间配有增速器，该增速器为齿轮传动机构，可使液压齿轮泵160产生更具澎湃的动力输出，同时，液压齿轮泵160的出油口与溢流阀210相连，通过采用上述技术方案可有效维持液压系统的稳定性，防止进油路压力突变情况的出现。

第一级过滤器140与液压齿轮泵160进油口相连，该过滤器安装在油箱底部可有效利用液压油的重力势能，同时其为吸油过滤器，通过采用上述技术方案可对液压齿轮泵160实施有效的保护。

参照图3，液压调控总成200包括溢流阀210、可调式顺序阀230、第二级过滤器220、油缸换向阀240、马达换向阀250；可调式顺序阀230控制连接刀具执行总成300与机架位姿调节总成400的两个两通常开式换向阀的供油顺序。液压调控总成200以集成阀块组的形式的存在，通过采用上述技术方案液压调控总成200具有体积小、功能多、安装便利的优点，并在阀块内配有第二级过滤器220，可对液压油进行再过滤，防止杂质对下游液压元件的损坏。

顺序阀由可调节流阀231、单向阀232、两位四通换向阀233组成，液压油经节流阀231后进入到可调式的换向阀233，可通过压力调节阀体的位移程度，进而控制流经阀体的输出流量。

油缸换向阀240，用于控制机架位姿调节总成400，油路流经可调式顺序阀230后分为主油路与旁油路，主油路流向马达换向阀250与刀具执行总成300，旁油路则流向油缸换向阀240和机架位姿调节总成400，油缸换向阀240的常开位直接与回油路相连，处于卸荷状态，当收到电信号后进入工作位，此时工作液压油用来供应四组油缸总成。

马达换向阀250，用于控制刀具执行总成300，可调式顺序阀230在初始状态位下主油路分为两路，其中一路连接在马达换向阀250进油口，此路液压油经马达换向阀250常开位后直接接于回油路上的散热器；另一路连接于齿轮马达的进油口。

参照图4，刀具执行总成中共配有三组液压马达，每组液压马达驱动一组刀盘，并以串联的形式进行连接，马达的泄油管统一连接至集流阀并输送至油箱。通过采用上述技术方案，本修剪液压系统配有充足的动力，可满足不同硬度的果树修剪需求，极大提高修剪速率，同时采用了集流阀和串联的方式，可减少输油线路的数量，降低成本，提高系统的通用性。

参照图5，机架位姿调节总成400包括四组液压油缸控制系统，每组液压油缸控制系统由油缸、双向液压锁与三位四通换向阀组成，其中两组液压油缸用于控制修剪机机架俯仰角度和伸缩高度，另外两组液压油缸用于控制三组修剪机械臂之间的间距，同时在电磁阀上都配有控制信号接收装置。通过采用上述技术方案，本修剪机可根据不同果树的树形和高度实时调整修剪角度和修剪刀具之间的距离，提高系统的适用性。

参照图6，果树智能修剪决策系统500包括果树主干形参数采集装置510与修剪决策中心520，是本液压系统的决策中枢；首先通过深度相机等信息提取装置，提取果树的主干形参数，再将其导入至修剪决策中心，该系统里包含上位机和下位机，上位机负责信息决策，下位机负责电信号输出，最后经由液压系统的控制信号接收装置输送给各个电磁阀，来实时调整修剪机架的位姿和三组刀具的间距。通过采用上述技术方案，该液压系统被赋予了智能化的属性，可在保证安全性的同时，极大提高修剪效率和修剪质量，真正做到果树的精准修剪。深度相机等信息采集装置所提取到的果树参数，可为后期的无人化智慧果园提供数据支持。

本发明申请了一种主干形果树修剪装备用液压系统，隶属于液压系统领域，解决了现有果树修剪机中存在的稳定性差、操作繁琐等问题；

该修剪装备由修剪刀具、承载机架和液压系统三部分组成，液压系统包括液压动力总成、液压调控总成、刀具执行总成、机架位姿调节总成、果树智能修剪决策系统，刀具驱动齿轮马达为双向变量液压马达且三个马达的连接方式为串联，机架油缸控制阀组由修剪位姿调整油缸与四组电磁换向阀组成，油缸皆配备有双向液压锁，实现液压缸的锁紧与压力保持。液压调控总成中的可调式顺序阀将由液压动力总成注入的液压油分为主油路和旁油路，主油路经由马达换向阀驱动液压马达进行果树修剪作业并由马达换向阀提供过载检测与保护；旁油路通过油缸换向阀与多路电磁阀对机架进行修剪位姿调整。主油路与旁油路分开控制，且主油路不受流入顺序阀的进口压力与旁路流向机架位姿调节总成的负载压力变化影响，充分保证液压马达的动力输出与整个液压系统的压力稳定，提高了修剪效率；果树智能修剪决策系统负责修剪刀具间距与机架油缸伸缩量的实时分析与输出，实现主干形果树的智能化精准修剪；有效解决了液压系统操作繁琐、修剪质量差的问题；可满足不同果树的修剪需求，具有操作简单、修剪效率高、修剪质量好等优点。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。