一种可调节吸力矢量的红枣收获设备及其方法

1.本技术涉及农业机械技术领域，特别涉及一种可调节吸力矢量的红枣收获设备及其方法。


背景技术：

2.在我国的红枣产区，枣树的种植方式主要以矮化低密度种植为主，需要等到红枣完全成熟，自然在枣树上脱落后，才能收获到外形、品质俱佳的红枣果实。由于枣树较矮，种植较为密集，传统的落地红枣采集方式主要为人工进行捡拾，其采集效率低，成本高，采集时间长。
3.为了解决以上的问题，气吸式红枣收获技术应运而生。气吸式红枣收获技术利用空气压缩机在气吸吸管内部产生吸力，落地红枣受到吸力作用后进入气吸吸管内部，并最终落入集枣箱，以此完成对落地红枣的采集工作。相比于人工捡拾，该装置的收获效率显著提高、收获时间显著减小。
4.然而，气吸式红枣收获技术虽然能提高落地红枣的收获效率，减小收获时间，但其自身也面临一定的问题和困境，尤其是在其吸力控制方面。受气吸吸管管道长度尺寸、空气压缩机功率等问题的综合影响，气吸式红枣收获技术的吸管气流消耗损失大，吸力输出不足，吸力控制困难，红枣捡拾效率受限。当空气压缩机吸力过大时，红枣在短时间内进入管道数量过多，容易造成管道堵塞、红枣碰撞破碎等问题。当吸力过小时，红枣收获效率极低、严重影响红枣收获工期，造成红枣在田间腐烂变质等问题。
5.因此，解决气吸式红枣收获技术中的吸力控制问题成为了当前提升红枣采摘行业效率、效益的重中之重。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本技术实施例第一方面提供了一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，包括：
7.风道组件，其一端具有风道入口；
8.风力装置，其设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置用于产生风力；
9.电离装置，其设置于所述风道组件上，并位于所述风道入口与所述风力装置之间，所述电离装置用于电离风道组件内部空气而产生等离子体；
10.磁场产生装置，其包括第一条形永磁体和第二条形永磁体；
11.吸力矢量调节装置，其包括两个移动组件、两个转动组件、电磁传感器组件和控制模块，两个所述移动组件分别设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的两侧，所述转动组件设置于所述移动组件的驱动端，并通过所述移动组件的驱动端的驱动而滑动设置于所述移动组件上，所述第一条形永磁体和所述第二条形永磁体分别设置于所述转动组件的驱动端上，并通过所述转动组件的驱动端的驱动而转动设置于所述转动组件上，所述电磁
传感器组件用于获取电磁场参数，其设置于所述风道组件的内壁上，并位于所述电离装置处，所述控制模块分别与所述风力装置、电离装置、两个移动组件、两个转动组件和电磁传感器组件连接。
12.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述红枣收获设备还包括收集箱，所述收集箱设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置设置于所述收集箱背离所述风道组件的一端上，并与所述收集箱连通。
13.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述风力装置包括空气压缩机和过滤网，所述空气压缩机连接于所述收集箱背离所述风道组件的一端上，并与所述收集箱连通，所述过滤网设置于所述空气压缩机与所述收集箱之间。
14.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述电离装置包括放电电极组件和电源组件，所述放电电极组件设置于所述风道组件上，并用于电离风道组件内部空气而产生等离子体，所述电源组件与所述放电电极组件连接，并用于为放电电极组件供能。
15.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述风道的上表面上开设有第一电离区域，所述风道的下表面上开设有第二电离区域，放电电极组件包括若干个正电极和若干个负电极，若干个所述正电极设置于所述第一电离区域上，若干个所述负电极设置于所述第二电离区域上，并与所述正电极平行且对称设置，所述电源组件包括若干个高压纳秒脉冲电源，所述正电极和所述负电极分别与其对应的高压纳秒脉冲电源的正极和负极连接。
16.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述两个移动组件包括第一导轨、第二导轨、第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一导轨设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的一侧，所述第一伺服电机设置于所述第一导轨上，所述第一条形永磁体设置于所述第一伺服电机的驱动端上，所述第二导轨设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的另一侧，所述第一导轨和所述第二导轨平行设置，所述第二伺服电机设置于第二导轨上，所述第二条形永磁体设置于所述第二伺服电机的驱动端上。
17.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述两个转动组件包括第一旋转台和第二旋转台，所述第一旋转台设置于所述第一伺服电机的驱动端上，并通过所述第一伺服电机的驱动端的驱动而滑动设置于所述第一导轨上，所述第一条形永磁体设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第二旋转台设置于所述第二伺服电机的驱动端上，并通过所述第二伺服电机的驱动端的驱动而滑动设置于所述第二导轨上，所述第二条形永磁体设置于所述第二旋转台上。
18.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述两个转动组件还包括第一托盘和第二托盘，所述第一托盘固定设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第一条形永磁体设置于所述第一托盘上，所述第二托盘固定设置于所述第二旋转台的驱动端上，所述第二条形永磁体设置于所述第二托盘上。
19.根据以上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述电磁传感器组件包括若干个电导率传感器和若干个磁场强度传感器，若干个所述电导率传感器依次间隔设置于所述风道组件位于所述电离装置的内侧壁上，并用于检测风道组件内部的电场参数，若干个所述磁场强度传感器依次间隔设置于所述风道组件位于所述电离装置的内侧壁上，并位于所述电导率传感器的下方，所述磁场强度传感器用于检测风道组件内部的磁场参数。
20.本技术实施例第二方面提供了一种可调节吸力矢量的红枣收获方法，其应用于如上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备上，所述红枣收获方法包括：
21.将风道入口对准红枣，在风力和安培力的作用下，将红枣吸入风道组件内；
22.获取初始电磁场参数，并根据初始电磁场参数、红枣收获效率和红枣果实完整度确定最佳电磁场参数；
23.根据最佳电磁场参数和初始电磁场参数的差值确定移动组件的移动数据和转动组件的转动数据，并根据移动数据和转动数据确定第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的距离、角度和磁极方向，得到红枣收获效率和红枣果实完整度较优的吸力，其中，所述吸力为风力和安培力的合成力。
24.本技术提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备及其方法的有益效果至少在于：
25.本技术通过电离装置对风道组件内部的空气进行电离，生成等离子体羽流，等离子体羽流中的带电粒子定向移动产生电流，通过磁场产生装置对等离子体羽流中带电粒子定向移动所产生的电流施加磁场控制，以在风道组件内部产生与风力同向或者反向或者与风向形成一定夹角的安培力，在风力(风力装置产生的)和安培力两合力形成的吸力的作用下，将落地红枣吸入到风道组件中，与此同时，电磁传感器组件检测风道组件内部的电磁场参数，并将电磁场参数传递至控制模块，控制模块根据当前的电磁场参数，并结合红枣收获效率和红枣果实完整度，进行物理场耦合计算，以确定最佳的电磁场参数，根据最佳的电磁场参数的大小和当前电磁传感器组件检测到的电磁场参数大小，确定移动组件的位移数据、转动组件的转动数据，以调整第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的距离、角度和磁极方向，以改变第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的磁感线分布、磁场强度的大小和方向，从而改变安培力的大小和方向，也就是改变吸力(安培力与风力的合力)的大小和方向，最终得到能够同时保障红枣收获效率和红枣果实完整度的吸力(或者在保障红枣果实完整度的前提下得到最佳的红枣收获效率的吸力)，可以理解的是，本技术各部件可以实时根据环境变化(风力大小改变等)相应调节，以始终获得较佳的电磁场参数，从而获得较佳的吸力矢量。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备的整体结构示意图。
28.图2为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备中收集箱的结构示意图。
29.图3为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备中转接头的结构示意图。
30.图4为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备中第一条形永磁体和第二条形永磁体的一种磁场分布情况示意图。
31.图5为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备中电磁传感器组件与
风道的位置连接结构示意图。
32.图6为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获设备中物理信息神经网络的示意图。
33.图7为本技术实施例提供的可调节吸力矢量的红枣收获方法的流程图。
34.其中，图中各附图标记：
35.11、吸管；12、转接头；121、转接入口；122、转接出口；13、风道；21、空气压缩机；22、过滤网；31、放电电极组件；32、电源组件；41、第一条形永磁体；42、第二条形永磁体；511、第一导轨；512、第二导轨；513、第一伺服电机；514、第二伺服电机；521、第一托盘；522、第二托盘；53、电磁传感器组件；531、电导率传感器；532、磁场强度传感器；6、收集箱；61、第一连接口；62、第二连接口；7、落地红枣。
具体实施方式
36.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。
39.参阅图1，本实施例第一方面提供了一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，所述红枣收获设备包括风道组件、风力装置、电离装置、磁场产生装置和吸力矢量调节装置；
40.其中，所述风力装置设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置用于产生风力，所述电离装置设置于所述风道组件上，并位于所述风道入口与所述风力装置之间，所述电离装置用于电离风道组件内部空气而产生等离子体，所述磁场产生装置包括第一条形永磁体41和第二条形永磁体42，所述吸力矢量调节装置包括两个移动组件、两个转动组件、电磁传感器组件53和控制模块(图中未示出)，两个所述移动组件分别设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的两侧，所述转动组件设置于所述移动组件的驱动端，并通过所述移动组件的驱动端的驱动而滑动设置于所述移动组件上，所述第一条形永磁体41和所述第二条形永磁体42分别设置于所述转动组件的驱动端上，并通过所述转动组件的驱动端的驱动而转动设置于所述转动组件上，所述电磁传感器组件53用于获取电磁场参数，其设置于所述风道组件的内壁上，并位于所述电离装置处，所述控制模块分别与所述风力装置、电离装置、两个移动组件、两个转动组件和电磁传感器组件53连接；
41.本实施例通过电离装置对风道组件内部的空气进行电离，生成等离子体羽流，等离子体羽流中的带电粒子定向移动产生电流，通过磁场产生装置对等离子体羽流中带电粒
子定向移动所产生的电流施加磁场控制，以在风道组件内部产生与风力同向或者反向或者与风向形成一定夹角的安培力，在风力(风力装置产生的)和安培力两合力形成的吸力的作用下，将落地红枣7吸入到风道组件中，与此同时，电磁传感器组件53检测风道组件内部的电磁场参数，并将电磁场参数传递至控制模块，控制模块根据当前的电磁场参数，并结合红枣收获效率和红枣果实完整度，进行物理场耦合计算，以确定最佳的电磁场参数，根据最佳的电磁场参数的大小和当前电磁传感器组件53检测到的电磁场参数大小，确定移动组件的位移数据、转动组件的转动数据，以调整第一条形永磁体41和第二条形永磁体42之间的距离、角度和磁极方向，以改变第一条形永磁体41和第二条形永磁体42之间的磁感线分布、磁场强度的大小和方向，从而改变安培力的大小和方向，也就是改变吸力(安培力与风力的合力)的大小和方向，最终得到能够同时保障红枣收获效率和红枣果实完整度的吸力(或者在保障红枣果实完整度的前提下得到最佳的红枣收获效率的吸力)，可以理解的是，本实施例各部件可以实时根据环境变化(风力大小改变等)相应调节，以始终获得较佳的电磁场参数，从而获得较佳的吸力矢量。
42.参阅图1和图3，可选的，所述风道组件包括依次连通的吸管11、转接头12和风道13，其中，所述吸管11为柔性吸管11，其具有吸管入口和吸管出口，所述吸管入口设置于所述吸管11靠近落地红枣7的一端上，所述吸管出口设置于所述吸管11背离落地红枣7的一端上，所述转接头12具有转接入口121和转接出口122，所述转接入口121为圆形，所述转接头12的转接入口121连接于所述吸管入口处，所述转接出口122为矩形，所述风道13为矩形体，其具有风道入口和风道出口，所述风道13的风道入口连接于所述转接出口122处。
43.参阅图1和图2，可选的，所述红枣收获设备还包括收集箱6，所述收集箱6为t字型，其具有第一连接口61和第二连接口62，所述第一连接口61和所述第二连接口62分别设置于所述收集箱6的两侧上，所述收集箱6的第一连接口61连接于所风道出口处，所述第二连接口62与所述风力装置连接并连通。
44.参阅图1，可选的，所述风力装置包括空气压缩机21，所述空气压缩机21连接于所述第二连接口62处，并与所述收集箱6连通，所述空气压缩机21用于产生风力，以将红枣依次从吸管11、转接头12和风道13穿过，并进入至收集箱6内。
45.参阅图1，可选的，所述风力装置还包括过滤网22，所述过滤网22设置于所述空气压缩机21的第一连接口61处，或者，所述过滤网22设置于所述风道出口处，本实施例通过设置过滤网22，可以阻挡红枣进入至空气压缩机21内，避免影响空气压缩机21的正常工作。
46.参阅图1，可选的，所述电离装置包括放电电极组件31和电源组件32，所述放电电极组件31设置于所述风道13上，所述电源组件32与所述放电电极组件31连接。
47.参阅图1，可选的，所述风道13的上表面上开设有第一电离区域(图中未示出)，所述风道13的下表面上开设有第二电离区域(图中未示出)，所述第一电离区域和所述第二电离区域相向设置，所述放电电极组件31包括若干个正电极和若干个负电极，所述正电极和所述负电极为矩形片状结构，若干个所述正电极设置于所述第一电离区域上，若干个所述负电极设置于所述第二电离区域上，并与所述正电极平行且对称设置，所述电源组件32包括若干个高压纳秒脉冲电源，所述高压纳秒脉冲电源用于为正电极和负电极提供电能，其中，所述高压纳秒脉冲电源的数量分别与所述正电极或所述负电极一一对应；参阅图1，多组包含有负电极和正电极的放电电极并联连接，且每组均对应有一高压纳秒脉冲电源，每
个正电极和每个负电极分别与其对应的高压纳秒脉冲电源的正极和负极连接。
48.可选的，所述第一电离区域和所述第二电离区域的材料为非导电材料，并且其物理性质不受磁场影响；
49.值得说明的是，气体电离一般需要高温条件，本实施例采用人工电离的方式进行电场的激发，由于风道13中气体的温度不高，属于低温气体电离，故使用非平衡电离的方式，即通过带电粒子或电磁辐射等外部电离技术对风道13中的气体进行电离。
50.电离装置的技术原理为：高压纳秒脉冲电源开启后，放电电极组件31释放电压，风道13中的气体开始进行电离，并产生等离子体(带电离子)，等离子体运动产生电流，从而使风道13内部产生电场。通过改变风道13内部不同位置的气体电离情况，达到对风道13内部电场的控制效果。
51.其中，参阅图1，所述磁场产生装置包括第一条形永磁体41和第二条形永磁体42，其中，所述第一条形永磁体41和所述第二条形永磁体42均具有南北两级，也就是s级和n级，本实施例通过第一条形永磁体41和第二条形永磁体42构建一个强磁场环境，其中，所述第一条形永磁体41设置在风道13位于电离装置的左侧，所述第二条形永磁体42设置在风道13位于电离装置的右侧，所述第一条形永磁体41和所述第二条形永磁体42的两级(n极、s极)对立设置，并且第一条形永磁体41和第二条形永磁体42之间相互作用，产生磁场，参阅图4；
52.参阅图1，可选的，所述两个移动组件包括第一导轨511、第二导轨512、第一伺服电机513和第二伺服电机514，所述第一导轨511通过第一连接件(图中未示出)设置于所述风道13上，并位于所述电离装置的左侧，所述第一伺服电机513设置于所述第一导轨511上，所述第二导轨512通过第二连接件(图中未示出)设置于所述风道13上，并位于所述电离装置的右侧，所述第一导轨511和所述第二导轨512平行设置，所述第二伺服电机514设置于第二导轨512上；值得说明的是，由于伺服电机精度高、响应速度快、稳定性好、位置精度控制效果好，本实施例因此选用伺服电机，并通过第一伺服电机513和第二伺服电机514分别控制其上的第一条形永磁体41和第二条形永磁体42相互靠近或相互远离，以满足吸力矢量调节装置对磁场强度控制的精确性要求。
53.参阅图1，可选的，两个转动组件包括第一旋转台(图中未示出)和第二旋转台(图中未示出)，所述第一旋转台设置于所述第一伺服电机513的驱动端上，并通过所述第一伺服电机513的驱动端的驱动而滑动设置于所述第一导轨511上，所述第一条形永磁体41设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第二旋转台设置于所述第二伺服电机514的驱动端上，并通过所述第二伺服电机514的驱动端的驱动而滑动设置于所述第二导轨512上，所述第二条形永磁体42设置于所述第二旋转台上，其中，所述第一导轨511和所述第二导轨512均为塑料导轨，具有不导磁的特点，所述第一导轨511和所述第二导轨512分别用于承载第一伺服电机513和第二伺服电机514，并为第一伺服电机513和第二伺服电机514的移动提供轨道，所述第一旋转台、第二旋转台、第一伺服电机513和第二伺服电机514分别与单相交流电源(图中未示出)连接。
54.参阅图1，进一步的，所述两个转动组件还包括第一托盘521和第二托盘522，所述第一托盘521固定设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第一条形永磁体41设置于所述第一托盘521上，所述第二托盘522固定设置于所述第二旋转台的驱动端上，所述第二条形永磁体42设置于所述第二托盘522上；
55.也就是说，一方面，本实施例通过控制第一伺服电机513驱动而带动第一旋转台在第一导轨511上滑动，进而带动所述第一旋转台的驱动端上的第一托盘521和第一条形永磁体41在第一导轨511上滑动，与此同时，还通过控制第二伺服电机514驱动而带动第二旋转台在第二导轨512上滑动，进而带动所述第二旋转台的驱动端上的第二托盘522和第二条形永磁体42在第二导轨512上滑动，通过第一伺服电机513和第二伺服电机514的驱动，而驱动第一条形永磁体41和第二条形永磁体42相互靠近或相互远离，从而调整磁场强度；另一方面，本实施例还通过控制第一旋转台驱动而带动其上的第一托盘521和第一条形永磁体41旋转，通过控制第二旋转台驱动而带动其上的第二托盘522和第二条形永磁体42旋转，也就是说，通过第一旋转台和第二旋转台上驱动，而带动第一条形永磁体41和第二条形永磁体42转动，从而改变第一条形永磁体41和第二条形永磁体42之间的磁场方向，也就是实现第一永磁体和第二永磁体的n极、s极的换向。
56.参阅图5，可选的，所述电磁传感器组件53包括若干个电导率传感器531和若干个磁场强度传感器532，若干个所述电导率传感器531依次间隔设置于所述风道13位于所述电离装置的内左侧壁上，并用于检测风道13内部的电场参数，其中，所述电导率传感器531之间按照1m间隔设置，若干个所述磁场强度传感器532依次间隔设置于所述风道13位于所述电离装置的内左侧壁上，并位于所述电导率传感器531的下方，所述磁场强度传感器532之间按照1m间隔设置，所述磁场强度传感器532用于检测风道13内部的磁场参数，所述控制模块具有物理信息神经网络，参阅图6，其分别与所述电导率传感器531和所述磁场强度传感器532连接，其中，所述电导率传感器531将检测到的风道13内部的电场参数传递给物理信息神经网络，所述磁场强度传感器532将检测到的风道13内部的磁场参数传递给物理信息神经网络。
57.本实施例中的可调节吸力矢量的红枣收获设备的工作原理如下：
58.由上述可知，红枣在风道中受到的吸力主要与空气压缩机的风力和电离装置和磁场产生装置共同作用下的安培力有关。空气压缩机的风力值是人为调控的，可按实际需求进行调节，安培力则主要与风道内的电流和磁场强度的大小和分布有关，其中，电流可以用电导率表示，即(i表示电流，u表示电压，r表示电阻，σ表示电导率)，由于风道中的电流大小不易测量，故根据上式选择电导率作为测量物理量。由此，风道中需要检测的物理量为气体电离后的电导率σ和施加磁场后风道中的磁场强度。
59.针对这两个物理量，布置电导率传感器和磁场强度传感器，以完成对两个物理量的检测和传输，物理信息神经网络结合红枣收获效率和红枣果实完整度，对电导率传感器传递的电导率、磁场强度传感器传递的磁场强度进行综合计算分析，以此确定风管内最佳的电磁场分布，从而确定移动组件的位移数据和转动组件的旋转数据，具体为，通过控制模块分别控制第一伺服电机、第二伺服电机、第一旋转台和第二旋转台按照各自对应的位移数据和旋转数据进行动作，最终使得第一条形永磁体和第二条形永磁体的磁极方向最佳，并启动高压纳秒脉冲电源，使得风道中气体的电离效果最佳，最终使得风道内部电磁场分布最佳；
60.值得说明的是，面对电场、磁场、流场的复杂多耦合情况，传统的pid(proportional integral derivative，比例积分导数)控制算法、模糊控制算法已经很难
满足实际需求，传统控制算法很难处理复杂的多物理场计算分析，需要物理信息神经网络这种更加智能化、计算能力更加强大的分析方法替代，其中，风道内部的磁流体运动涉及到磁流体动力学、麦克斯韦方程组、ns(nassishneiderman)方程，需要对大量的偏微分方程求精确解。物理信息神经网络将物理方程条件作为限制加入神经网络中使训练的结果满足物理规律，通过对物理方程进行多次迭代，将迭代的差值与损失函数相结合，训练出符合要求的结果，适用于复杂偏微分方程的求解。
61.本实施例中的可调节吸力矢量的红枣收获设备的控制机理为磁流体矢量控制，其基本控制思想为：从微观角度来说，风道内的气体进行电离后会产生带电粒子，带电粒子会在强磁场中受到洛伦兹力的作用。根据洛伦兹力公式：f＝q(e+vb)(q为带电粒子的电荷量，e为电场强度，v为带电粒子速度，b为磁场强度)可知，带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力与粒子的电荷量、电场强度、粒子运动速度和磁场强度有关，控制带电粒子的运动速度和运动方向，其本质就是控制公式中的4个变量。其中，控制电场强度和磁场强度是最容易实现、性价比最高的控制方案；从宏观角度来说，对风道内的气体电离后，气体中带电粒子运动形成电流，根据安培力公式：f＝bilsinα(b为磁场强度，i为电流大小，l为管道长度，α为电流方向与磁场方向的夹角)可知，风道气体中的电流受到的安培力与磁场强度、电流大小、管道长度、电流方向与磁场方向的夹角有关。其中，最容易实现的、最合理的控制方案，是对电流和磁场强度进行大小和方向两方面的控制。基于微观与宏观两个方面，对风道中的气体进行电离后，风道中气体的不同部分电离程度不同，风道内部的等离子体分布不同，带电粒子受力不同，风道两端的气体的流速不同，导致最终吸力大小、方向均发生改变，从而实现吸力的矢量控制。
62.参阅图7，本实施例第二方面提供了一种可调节吸力矢量的红枣收获方法，其应用于如上所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备上，所述红枣收获方法包括：
63.s10、将风道入口对准红枣，在风力和安培力的作用下，将红枣吸入风道组件内；
64.s20、获取初始电磁场参数，并根据初始电磁场参数、红枣收获效率和红枣果实完整度确定最佳电磁场参数；
65.s30、根据最佳电磁场参数和初始电磁场参数的差值确定移动组件的移动数据和转动组件的转动数据，并根据移动数据和转动数据确定第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的距离、角度和磁极方向，得到红枣收获效率和红枣果实完整度较优的吸力，其中，所述吸力为风力和安培力的合成力。
66.其中，所述初始电磁场参数为电磁传感器组件检测到的电场参数和磁场参数。
67.综上所述，本技术提供了一种可调节吸力矢量的红枣收获设备及其方法，所述红枣收获设备包括风道组件、风力装置、电离装置、磁场产生装置和吸力矢量调节装置，所述风力装置设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置用于产生风力，所述电离装置设置于所述风道组件上，并位于所述风道入口与所述风力装置之间，所述电离装置用于电离风道组件内部空气而产生等离子体，所述磁场产生装置包括第一条形永磁体和第二条形永磁体，所述吸力矢量调节装置包括两个移动组件、两个转动组件、电磁传感器组件和控制模块，两个所述移动组件分别设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的两侧，所述转动组件设置于所述移动组件的驱动端，并通过所述移动组件的驱动端的驱动而滑动设置于所述移动组件上，所述第一条形永磁体和所述第
二条形永磁体分别设置于所述转动组件的驱动端上，并通过所述转动组件的驱动端的驱动而转动设置于所述转动组件上，所述电磁传感器组件用于获取电磁场参数，其设置于所述风道组件的内壁上，并位于所述电离装置处，所述控制模块分别与所述风力装置、电离装置、两个移动组件、两个转动组件和电磁传感器组件连接；本技术通过电离装置对风道组件内部的空气进行电离，生成等离子体羽流，等离子体羽流中的带电粒子定向移动产生电流，通过磁场产生装置对等离子体羽流中带电粒子定向移动所产生的电流施加磁场控制，以在风道组件内部产生与风力同向或者反向或者与风向形成一定夹角的安培力，在风力(风力装置产生的)和安培力两合力形成的吸力的作用下，将落地红枣吸入到风道组件中，与此同时，电磁传感器组件检测风道组件内部的电磁场参数，并将电磁场参数传递至控制模块，控制模块根据当前的电磁场参数，并结合红枣收获效率和红枣果实完整度，进行物理场耦合计算，以确定最佳的电磁场参数，根据最佳的电磁场参数的大小和当前电磁传感器组件检测到的电磁场参数大小，确定移动组件的位移数据、转动组件的转动数据，以调整第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的距离、角度和磁极方向，以改变第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的磁感线分布、磁场强度的大小和方向，从而改变安培力的大小和方向，也就是改变吸力(安培力与风力的合力)的大小和方向，最终得到能够同时保障红枣收获效率和红枣果实完整度的吸力(或者在保障红枣果实完整度的前提下得到最佳的红枣收获效率的吸力)，可以理解的是，本技术各部件可以实时根据环境变化(风力大小改变等)相应调节，以始终获得较佳的电磁场参数，从而获得较佳的吸力矢量。
68.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，包括：风道组件，其一端具有风道入口；风力装置，其设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置用于产生风力；电离装置，其设置于所述风道组件上，并位于所述风道入口与所述风力装置之间，所述电离装置用于电离风道组件内部空气而产生等离子体；磁场产生装置，其包括第一条形永磁体和第二条形永磁体；吸力矢量调节装置，其包括两个移动组件、两个转动组件、电磁传感器组件和控制模块，两个所述移动组件分别设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的两侧，所述转动组件设置于所述移动组件的驱动端，并通过所述移动组件的驱动端的驱动而滑动设置于所述移动组件上，所述第一条形永磁体和所述第二条形永磁体分别设置于所述转动组件的驱动端上，并通过所述转动组件的驱动端的驱动而转动设置于所述转动组件上，所述电磁传感器组件用于获取电磁场参数，其设置于所述风道组件的内壁上，并位于所述电离装置处，所述控制模块分别与所述风力装置、电离装置、两个移动组件、两个转动组件和电磁传感器组件连接。2.根据权利要求1所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述红枣收获设备还包括收集箱，所述收集箱设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置设置于所述收集箱背离所述风道组件的一端上，并与所述收集箱连通。3.根据权利要求2所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述风力装置包括空气压缩机和过滤网，所述空气压缩机连接于所述收集箱背离所述风道组件的一端上，并与所述收集箱连通，所述过滤网设置于所述空气压缩机与所述收集箱之间。4.根据权利要求1所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述电离装置包括放电电极组件和电源组件，所述放电电极组件设置于所述风道组件上，并用于电离风道组件内部空气而产生等离子体，所述电源组件与所述放电电极组件连接，并用于为放电电极组件供能。5.根据权利要求4所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述风道的上表面上开设有第一电离区域，所述风道的下表面上开设有第二电离区域，放电电极组件包括若干个正电极和若干个负电极，若干个所述正电极设置于所述第一电离区域上，若干个所述负电极设置于所述第二电离区域上，并与所述正电极平行且对称设置，所述电源组件包括若干个高压纳秒脉冲电源，所述正电极和所述负电极分别与其对应的高压纳秒脉冲电源的正极和负极连接。6.根据权利要求1所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述两个移动组件包括第一导轨、第二导轨、第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一导轨设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的一侧，所述第一伺服电机设置于所述第一导轨上，所述第一条形永磁体设置于所述第一伺服电机的驱动端上，所述第二导轨设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的另一侧，所述第一导轨和所述第二导轨平行设置，所述第二伺服电机设置于第二导轨上，所述第二条形永磁体设置于所述第二伺服电机的驱动端上。7.根据权利要求6所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述两个
转动组件包括第一旋转台和第二旋转台，所述第一旋转台设置于所述第一伺服电机的驱动端上，并通过所述第一伺服电机的驱动端的驱动而滑动设置于所述第一导轨上，所述第一条形永磁体设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第二旋转台设置于所述第二伺服电机的驱动端上，并通过所述第二伺服电机的驱动端的驱动而滑动设置于所述第二导轨上，所述第二条形永磁体设置于所述第二旋转台上。8.根据权利要求7所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述两个转动组件还包括第一托盘和第二托盘，所述第一托盘固定设置于所述第一旋转台的驱动端上，所述第一条形永磁体设置于所述第一托盘上，所述第二托盘固定设置于所述第二旋转台的驱动端上，所述第二条形永磁体设置于所述第二托盘上。9.根据权利要求1所述的一种可调节吸力矢量的红枣收获设备，其特征在于，所述电磁传感器组件包括若干个电导率传感器和若干个磁场强度传感器，若干个所述电导率传感器依次间隔设置于所述风道组件位于所述电离装置的内侧壁上，并用于检测风道组件内部的电场参数，若干个所述磁场强度传感器依次间隔设置于所述风道组件位于所述电离装置的内侧壁上，并位于所述电导率传感器的下方，所述磁场强度传感器用于检测风道组件内部的磁场参数。10.一种可调节吸力矢量的红枣收获方法，其特征在于，其应用于如权利要求1-9任意一项所述的可调节吸力矢量的红枣收获设备上，所述红枣收获方法包括：将风道入口对准红枣，在风力和安培力的作用下，将红枣吸入风道组件内；获取初始电磁场参数，并根据初始电磁场参数、红枣收获效率和红枣果实完整度确定最佳电磁场参数；根据最佳电磁场参数和初始电磁场参数的差值确定移动组件的移动数据和转动组件的转动数据，并根据移动数据和转动数据确定第一条形永磁体和第二条形永磁体之间的距离、角度和磁极方向，得到红枣收获效率和红枣果实完整度较优的吸力，其中，所述吸力为风力和安培力的合成力。

技术总结
本申请公开一种可调节吸力矢量的红枣收获设备及其方法，涉及农业机械技术领域，包括：风道组件，其一端具有风道入口；风力装置，其设置于所述风道组件背离所述风道入口的一端上，并与所述风道组件连通，所述风力装置用于产生风力；电离装置，其设置于所述风道组件上，并位于所述风道入口与所述风力装置之间，所述电离装置用于电离风道组件内部空气而产生等离子体；磁场产生装置，其包括第一条形永磁体和第二条形永磁体；吸力矢量调节装置，其包括两个移动组件、两个转动组件、电磁传感器组件和控制模块，两个所述移动组件分别设置于所述风道组件上，并位于所述电离装置的两侧。并位于所述电离装置的两侧。并位于所述电离装置的两侧。


技术研发人员：聂晶 袁亦辰 李景彬 李阳 丁龙鹏 晁雪薇 李宏伟 王贤斐 蒋家顺 刘长国 陈继国 王祎
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/9/9