ES2311207T3 - Metodo para recoger fruta de una planta y dispositivo para recolectar fruta. - Google Patents

Abstract

Un método para recolectar frutos de una planta, que comprende conectar medios de accionamiento a la planta para aplicar vibraciones a la misma, en que las vibraciones tienen una amplitud y/ una frecuencia y/o una fase que varían en el tiempo, caracterizado por barrer la frecuencia de las vibraciones linealmente o no linealmente, desde de una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final.

Description

Método para recoger fruta de una planta y dispositivo para recolectar fruta.

Campo técnico

El presente invento se refiere a dispositivos para la recolección de frutos y, en particular, que puede usarse para la recolección de la aceituna.

Antecedentes en la técnica

El invento ha sido diseñado para la recolección de la aceituna, de modo que las consideraciones que se hacen en cuanto a los antecedentes y en cuanto a las realizaciones específicas, quedan limitadas a esa aplicación particular del invento.

Un método conocido para la recolección de la aceituna y de otros frutos es el del trabajo manual, según el cual se recoge el fruto de los árboles por recolección manual. Eso lleva mucho tiempo y es caro.

Son también conocidos los dispositivos de sacudida mecánica, los cuales aplican vibraciones mecánicas directamente al tronco o a las ramas de un olivo, para hacer caer las aceitunas, las cuales pueden ser recogidas en una red situada sobre el terreno, o bien en una red vertical que tenga la forma de un cono invertido que rodee al tronco del árbol. El método de la sacudida mecánica tiende a dañar los árboles, y conduce a la eliminación no deseada de hojas y pequeñas ramas. En algunos de tales métodos se emplea una cabeza de sacudir que puede ser unida a un tronco o una rama de un olivo. La cabeza de sacudir puede oscilar con una potencia de hasta 100 caballos de vapor, y es accionada por uno o más motores hidráulicos, los cuales comunican movimiento de rotación a masas excéntricas. Las masas excéntricas comprenden, en general, masas giratorias con una alta inercia que es difícil de controlar y de retardar. Los tiempos de respuesta para esas máquinas son también lentos. Las consecuencias del fallo de un componente pueden también ser peligrosas en tales máquinas, especialmente si la masa excéntrica está girando en el extremo superior de una gama de velocidades. Algunas máquinas permiten ajustar la velocidad de las masas giratorias. Tales máquinas oscilantes aplican en general oscilaciones muy complicadas de una sola frecuencia dominante, o bien de una anchura muy pequeña de frecuencias dominantes, con escasa atención al efecto que puedan producir en el árbol y en sus raíces, y por lo tanto los árboles están expuestos a sufrir daños, entre los que se incluyen con frecuencia una eliminación sustancial de hojas y/o ramitas del árbol. La construcción de esas máquinas oscilantes implica en general que la cabeza de sacudir sea suspendida de un bastidor de soporte por medio de cadenas o resortes. Otra desventaja de estos métodos es la de que solamente se desprenden del árbol las aceitunas más maduras. Las aceitunas que no estén tan maduras, las cuales pueden constituir hasta un 40%-50% de la cosecha potencial, siguen unidas a la planta. Para recuperar tantas de esas aceitunas como sea posible, se somete la planta a nueva sacudidas mecánicas, después de transcurridas una o varias semanas. Aún tras ese tratamiento sucesivo, permanecen en la planta un residuo del 10% al 15% de las aceitunas. Aparte de su relativa ineficiencia, este método para desprender las aceitunas del árbol va en contra de uno de los requisitos principales para fabricar aceite de oliva virgen extra de alta calidad, que es el de usar para ello las aceitunas más tempranas, menos maduras. Bajo condiciones ideales, el número de árboles de los que se cosecha por este método puede ser de hasta 40 por hora.

También son muy usados dispositivos para desprender el fruto de la planta por acción de batido. En base a este principio, están siendo empleados una diversidad de dispositivos con grados variables de éxito. El más popular consiste en peines accionados neumática o eléctricamente, hechos de varillas delgadas y ligeras. Estos dispositivos van montados en el extremo de un palo. El otro extremo del palo lo sujeta y tira del mismo un operario con un movimiento similar al de un peine que se hace pasar a través de las delgadas ramas de la planta, que son las que llevan la mayor parte de los frutos, al tiempo que se comunica un batido oscilante a los frutos, a las hojas y a las ramas que estén en las inmediatas proximidades de los dientes del peine. Las aceitunas son desprendidas del árbol por la acción combinada de batido y peinado del dispositivo. Aunque con este método es posible recoger casi todos los frutos de la planta, caen también a tierra una cantidad significativa de pequeñas ramas y hojas, y resulta dañada la corteza de las ramas mayores en algunos lugares por la acción de batido.

Un problema adicional de todos los métodos de batido es el de que las aceitunas no caen verticalmente a tierra. Una cierta cantidad de aceitunas salen lanzadas fuera de la red de recogida situada en el terreno alrededor del árbol. La pérdida de cosecha resultante y el aplastamiento accidental de las aceitunas por el operario o los operarios al andar sobre las redes de recogida, pueden reducir el rendimiento de la cosecha en hasta un 10%-15%, Además, con tales métodos se corre el riesgo de dañar las aceitunas, y a menos que las aceitunas sean procesadas para producir aceite de oliva muy poco después de que sean cosechadas, desarrollan un más alto grado de acidez. Si el grado de acidez aumenta por encima del 0,5%, el productor no podrá ya seguir etiquetando el aceite como "virgen extra". Finalmente, todos los métodos en los que intervenga la recolección a mano de la aceituna, son notoriamente lentos (un árbol por hora por operario), y por consiguiente solo son prácticos para pequeñas plantaciones.

En el documento FR 2639176 se describe una máquina para cosechar frutos que comprende un par de mandíbulas para agarrar un tronco o una rama de un árbol, cuyas mandíbulas pueden vibrar bajo la acción de un émbolo hidráulico. La máquina es controlable para proporcionar diferentes frecuencias y amplitudes, para mejorar el rendimiento de la recolección de los frutos.

Sumario del invento

El presente invento proporciona un método para recoger el fruto de una planta, que comprende conectar medios de accionamiento a la planta para aplicar vibraciones a la misma, en que las vibraciones tienen una amplitud y/o una frecuencia y/o una fase, que varían con el tiempo, caracterizado por barrer la frecuencias de las vibraciones, linealmente o no linealmente, desde una frecuencia de barrido inicial a una frecuencia de barrido final.

El invento proporciona, ventajosamente, un buen rendimiento de la recolección de los frutos. Por ejemplo, cuando se usa para la recolección de la aceituna, se puede recoger, típicamente, el 95% de los frutos que estén en el árbol.

El presente invento proporciona también un dispositivo para recoger los frutos de una planta, que comprende una cabeza vibratoria que tiene medios de abrazar a una planta con frutos, para aplicar vibraciones a la planta, y medios para controlar la cabeza vibratoria, comprendiendo además la cabeza vibratoria al menos una masa de reacción que es accionable para que vibre y que está conectada a los medios de abrazar para movimiento relativo entre ellos, para crear una fuerza unidireccional susceptible de ser transmitida entre la masa de reacción y los medios de abrazar, y por consiguiente ser transmitida a la planta, en que las vibraciones tienen una amplitud y/ una frecuencia y/o una fase que varían con el tiempo, caracterizado porque los medios para controlar la cabeza vibratoria pueden ser accionados para barrer la frecuencia de las vibraciones linealmente o no linealmente, desde una frecuencia de barrido inicial a una frecuencia de barrido final.

Ventajosamente, el presente invento puede evitar la aplicación de fuerzas tangenciales a la corteza del árbol. Los medios de control permiten ventajosamente que sean controladas la frecuencia, la fase y/o la amplitud de las vibraciones de la masa de reacción, y por consiguiente la de la planta. Códigos de señal complicados, especiales, generados por ordenador, diseñados para transmitir el máximo de energía para desprender las aceitunas, son transmitidos con alta fidelidad al tronco del árbol.

La salida de potencia de la cabeza vibratoria puede ser ajustada manualmente, o bien ser controlada automáticamente por medio de sensores situados en el cuerpo que es susceptible de vibrar.

Las vibraciones aplicadas al árbol no tienen porqué ser de una amplitud, una fase o una frecuencia incontrolables. Además, se puede evitar que el cuerpo vibratorio emita frecuencias que acoplen una energía vibratoria sustancial a las raíces del árbol. El invento es por lo tanto más amigable para el árbol, y no lo daña. El movimiento de la masa de reacción puede ser sustancialmente desacoplado del brazo hidráulico, evitándose ventajosamente una retro transmisión de las vibraciones, de vuelta al tractor. En virtud de las varias características mecánicas, electrónicas y eléctricas de las realizaciones del invento que se consideran en lo que sigue, el dispositivo es rápido y efectivo, y puede ser controlado con un efecto sustancialmente inmediato.

Preferiblemente, los medios de accionamiento comprenden al menos un émbolo montado para desplazamiento en un cilindro del cuerpo. La masa de reacción puede ser accionada por medios hidráulicos, neumáticos o electromagnéticos.

Con realizaciones del presente invento, se evita la retirada de las hojas, ya que las vibraciones aplicadas al árbol no están en un rango que sea probable que causen desprendimiento de las hojas. Además, no hay contacto físico entre los componentes vibratorios del presente invento y las hojas, ni se aplica batido alguno a las mismas, a diferencia de lo que ocurre con los métodos de peinado conocidos. También, como resultado, los frutos no sufren arañazos.

Ventajosamente, las vibraciones de la masa de reacción pueden ser lineales en cuanto a su dirección, y pueden ser aplicadas al tronco o a una rama, en esencia normalmente al eje geométrico longitudinal de dicho tronco o rama. Con estos e evita, además, la aplicación de fuerzas tangenciales al árbol, con los consiguientes daños en la corteza. A este respecto, los medios de accionamiento pueden ser dispuestos ventajosamente simétricamente con respecto al árbol. En una realización, se disponen dos émbolos, uno a cada lado del tronco o rama. Los émbolos han de ser después accionados en sincronismo, para evitar que se originen fuerzas o pares de torsión laterales alrededor del árbol. Como alternativa, se pueden situar dos o más émbolos radialmente alrededor del tronco del árbol, y accionarlos sucesivamente para evitar que se originen fuerzas tangenciales. Estos medios de accionamiento tienen la ventaja de acoplar la energía vibratoria en la dirección óptima para máxima transmisión a través de aquellas de las ramas que sean las que comunican movimiento oscilatorio al pedúnculo o rabo de la aceituna.

En otro desarrollo ventajoso del invento, las vibraciones aplicadas al árbol pueden ser de una frecuencia variable codificada en el tiempo, con una fase constante o variable en el tiempo. Por ejemplo, la frecuencia puede hacer un barrido desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final inferior, o viceversa. Es también posible incluir un componente de modulación en al señal de frecuencia, el cual puede variar en el tiempo, siendo también la fase opcionalmente variable en el tiempo. El componente de modulación puede tener una baja frecuencia (correspondiente a las resonancias del rabo de la aceituna) y una baja amplitud (para evitar daños al árbol y a las raíces), y por consiguiente se puede conseguir un excelente rendimiento de la recolección.

Para exponer más claramente el invento, se expande a continuación la teoría de los antecedentes.

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Un modo de desprender eficientemente los frutos que cuelguen de las ramas de un árbol consiste en aplicar a los frutos fuerzas de traslación y/o de flexión (cizalladura) de una magnitud suficiente para desprender o cizallar los frutos para separarla de los rabos. Para inducir el desprendimiento de los frutos mediante la aplicación de fuerzas de traslación, se pueden aprovechar las propiedades de resonancia lineal similares a las de un péndulo, del pedúnculo de los frutos.

El movimiento oscilatorio no lineal de la aceituna con respecto al rabo unido a un soporte móvil (la rama del árbol), ha sido investigado usando el modelo matemático de oscilador de Duffing. De acuerdo con ese modelo no lineal, la frecuencia de resonancia es una función de la magnitud de la fuerza de accionamiento y de su frecuencia, de las propiedades mecánicas del pedúnculo, tales como la de amortiguación de la elasticidad, y de las dimensiones físicas tanto del rabo como de la aceituna. Además, bajo ciertas condiciones de accionamiento se bloquea la fase del rabo de la aceituna en movimiento con la fase del accionamiento aplicado; es decir, que la frecuencia de resonancia del rabo de la aceituna sigue a la frecuencia del accionamiento aplicado. Esta propiedad es muy útil, debido a que se puede mantener la resonancia no lineal en un amplio margen de magnitudes y frecuencias. Esto se consigue con una moderada cantidad de energía de accionamiento y sin necesidad de sincronizar la fase del accionamiento con la del oscilador de los rabos de las aceitunas.

Puesto que es probable que las dimensiones físicas y las propiedades mecánicas de los rabos y de las aceitunas de un árbol sean todas diferentes, sus frecuencias de resonancias (tanto las lineales como las no lineales) abarcan rangos diferentes. Bajo estas condiciones, es lo más apropiado emplear señales de frecuencia variable, tales como un barrido de frecuencia codificada, para abarcar uno o más conjuntos de rangos de frecuencias de resonancia, en vez de accionamientos en bandas de mono frecuencia o de frecuencia estrecha, tales como los que se usan en la técnica anterior. Cuando se accionan el tronco o la rama con una fuerza vibratoria, el rango de frecuencias para el desprendimiento de las aceitunas deberá ser limitado al conjunto de resonancias (lineales y no lineales) de las ramas con los rabos y las aceitunas unidos. De hecho, puede no ser aconsejable usar frecuencias de tan solo unos pocos hercios para cubrir solamente el conjunto de resonancias de aceituna-rabo. A esas bajas frecuencias, el movimiento de gran amplitud aplicado al tronco puede desplazar y dañar los sistemas de micro raíces del árbol. Para superar ese problema, se codifican los componentes de la modulación antes mencionados dentro de la señal de accionamiento, para producir bandas laterales de baja frecuencia de más baja magnitud, si se comparan con las de los componentes de más alta frecuencia que ocupan la banda de frecuencia barrida. La compleja señal resultante no es perjudicial para el sistema de las raíces, y sigue proporcionando energía para el conjunto de resonancias de aceituna-rabo.

A modo de ejemplo, se hace a continuación una descripción detallada de una realización del invento, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Fig. 1 representa una construcción que sirve de ejemplo del dispositivo de acuerdo con una primera realización del invento;

La Fig. 2 es una vista esquemática de la primera realización; y

La Fig. 3 es una vista esquemática de un sistema hidráulico que forma parte de la primera realización del invento;

La Fig. 4 es una vista esquemática de una segunda realización del invento;

La Fig. 5 es una vista esquemática del sistema hidráulico de acuerdo con la segunda realización;

La Fig. 6 es una vista esquemática en corte transversal de una parte de la segunda realización.

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En la Fig. 1 puede verse una cabeza vibratoria que comprende un cuerpo vibratorio 1 aplicado al tronco 8 del olivo. El cuerpo 1 está unido elásticamente a medios de soporte 2, en forma de una ménsula 2 con forma de Y, por medio de resortes 3. Por consiguiente, el cuerpo está desacoplado del brazo hidráulico y por consiguiente del tractor. Más concretamente, el cuerpo 1 está montado encima de la ménsula 2 y por consiguiente los resortes 3 están actuando a compresión. No es necesario que los resortes 3 sean de una fuerza suficiente como para soportar el peso del cuerpo 1, que puede tener una masa de 450 kg, por ejemplo. La ménsula 2 está dispuesta en el extremo de un brazo hidráulico que puede ir dispuesto, por ejemplo, sobre un tractor. A lo largo de los lados del cuerpo 1 se han dispuesto un cilindro hidráulico 4 y un émbolo asociado correspondiente 5 (no visible en el lado posterior), que sirve para abrir y cerrar los brazos ajustables 6a y 6b con objeto de que se puede sujetar el cuerpo con seguridad al tronco 8, para una transmisión eficaz de vibraciones entre ellos. Tal como se ve en la Fig. 1, un primer brazo 6a, el que está más próximo al espectador, está provisto de medios de amortiguación en forma de una almohadilla de caucho "negro" (mezcla de caucho virgen y de caucho reciclado) para que haga apoyo a tope en la corteza del árbol. Un segundo brazo 6b, que es distal con respecto al espectador, no está provisto de medios de amortiguación. Como alternativa, se podría situar una almohadilla en el segundo brazo 6b. En funcionamiento, se hace girar el primer brazo 6a por medio del émbolo asociado 5, hasta que la almohadilla llegue a hacer contacto con la corteza. El segundo brazo 6b va por detrás del primer brazo, y después de que el primer brazo haya quedado en aplicación con el árbol, el segundo brazo apoya en el primer brazo y aplica presión al mismo. Con ello se hace posible ajustar con mucha precisión la presión aplicada por los brazos 6a, 6b, lo que permite un acoplamiento óptimo de la energía vibratoria entre el cuerpo 1 y el árbol 8, y se evitan esfuerzos indebidos sobre la corteza. Una almohadilla correspondiente está fijada al cuerpo vibratorio 1 para apoyo a tope en el lado opuesto de la rama. De este modo, se consigue que haya solamente dos líneas de contacto entre las almohadillas y el árbol, y la dirección de las fuerzas vibratorias aplicadas es paralela al desplazamiento entre las dos líneas de contacto. Por consiguiente, no hay fuerzas tangenciales aplicadas a la corteza, con lo que se evita dañar la misma. Tampoco hay necesidad de colocar almohadillas laterales.

En los cilindros 12 están montados un par de émbolos principales 13 que forman parte de los medios de accionamiento responsables de hacer vibrar el cuerpo 1. Esto se expone con más detalle en lo que sigue. Una unidad de control electrónico y un suministro de presión hidráulica, en la realización representada, están montados en el tractor (no representado), facilitando con ello el control por el usuario. El equipo hidráulico está situado en la parte trasera del tractor para conexión de la bomba hidráulica con la toma de potencia del tractor.

En la Fig. 2 se ha representado esquemáticamente algo del equipo físico requerido para poner en práctica el invento. El cuerpo vibratorio 1 contiene medios de accionamiento en forma de dos cilindros hidráulicos 12, cada uno de los cuales contiene uno de los émbolos principales correspondientes 13. En lo que sigue se expone con más detalle una unidad hidráulica 7 que proporciona fluido a presión a una válvula 14, más en particular a una servo válvula, y que toma el fluido de baja presión. Placas de sujeción superior e inferior 15 sujetan junto al cuerpo vibratorio 1. El tronco o rama 8 es sujetado contra el cuerpo por los brazos o mordazas ajustables, que no se han representado aquí. Las vibraciones del cuerpo 1 son transmitidas al tronco o rama apropiada, y puesto que el cuerpo puede moverse con respecto a los medios de soporte, se evita la transmisión de las vibraciones a los medios de soporte. Una unidad de control electrónico 18 envía una señal eléctrica s(t) representada por la ecuación (1) que sigue, a la servo válvula 14 montada en la parte central de un colector 11. Esta válvula alterna el flujo de fluido hidráulico suministrado por las líneas de alta y de baja presión 16 y 17, a ya sea el lado derecho o ya sea el lado izquierdo de los aros de obturación del émbolo/cilindro, a través de los conductos A y B, respectivamente. Están dispuestos los conductos correspondientes, pero no se han representado, en conexión con el segundo émbolo principal 13, ilustrado en la Fig. 2, adyacente al primer émbolo principal 13. El movimiento de traslación resultante comunicado a los émbolos principales con relación a los cilindros, es el análogo de la señal s(t) de accionamiento de la servo válvula. Las fuerzas de reacción ocasionadas por la vibración de los émbolos principales, como masas internas, producen la vibración del cuerpo. Además, los émbolos proporcionan la masa de inercia (por ejemplo, de 350 kg) requerida para suministrar una fuerza de 30.000 N, que es suficiente para hacer vibrar el árbol con la suficiente intensidad como para desprender las
aceitunas.

A fin de evitar daños a la corteza del árbol, las vibraciones se aplican al árbol sin fuerzas tangenciales. Esto se consigue con la presente estructura del dispositivo, debido a que las fuerzas originadas por las vibraciones son lineales en su dirección, y se aplican en esencia perpendicularmente al eje geométrico longitudinal del tronco o de la rama. En virtud de los dos émbolos 13 que son controlados por la misma válvula 14, permanecen en fase entre sí y, por lo tanto, no producen componentes tangenciales del movimiento vibratorio. Dentro del invento se contempla cualquier forma de medios de accionamiento que satisfagan tales criterios.

En la Fig. 3 se ha representado en detalle un diagrama esquemático del flujo de fluido hidráulico. Una bomba hidráulica 21, accionada mediante una alimentación de energía eléctrica del tractor, eleva la presión del fluido bombeado desde un depósito 31, hasta 20,7 MPa. La presión máxima del fluido es regulada por la válvula de retención 22, y después de que el fluido haya pasado a través del filtro 23, se alimenta a la servo válvula 14. Esta válvula es controlada por la unidad de control electrónico y, como se ha señalado anteriormente, su función es la de conmutar la dirección de la alimentación de fluido dentro de los cilindros 12. A lo largo de la línea de alta frecuencia están situados dos acumuladores de nitrógeno 24, para amortiguar los impulsos de alta energía que pudieran dañar de modo irreparable la bomba u otros componentes del circuito hidráulico. Una válvula 28B, operada manualmente, deriva, en la posición de abierta, el fluido procedente de la línea de alta presión al depósito. La válvula 28A conduce a un manómetro. Las válvulas 28A y 28B son operadas únicamente durante las operaciones de calentamiento y de parada. Debido a las diferentes presiones que se desarrollan a través del sistema hidráulico, se usan diferentes tuberías flexibles para que absorban los esfuerzos que se producen. La bomba hidráulica 21 está conectada a un depósito de fluido hidráulico 31 mediante tuberías flexibles de succión, mientras que las tuberías flexibles que conectan la bomba hidráulica 21 con la válvula 14, a través de los componentes intermedios, son tuberías flexibles de alta presión. Una tubería flexible piloto de alta presión conecta la bomba hidráulica con una válvula de solenoide 29, la cual es operable para dirigir el flujo de afluido, por ejemplo, de aceite, a través de un radiador 30, en caso de que fuera necesario. Después de haber servido para su finalidad de accionar los cilindros hidráulicos 26, el fluido hidráulico pasa de vuelta al depósito 31, a través de una tubería flexible de retorno 33.

Se han contemplado realizaciones alternativas del invento, no representadas en las figuras, en las que se han dispuesto dos o más émbolos y cilindros, estando dispuestos los émbolos ortogonales entre sí. Los émbolos pueden además estar dispuestos y ser accionados de modo que se evite la generación de fuerzas tangenciales. Tal construcción permite, ventajosamente, un mejor rendimiento de la recolección de la aceituna, permitiendo para ello la excitación del árbol en más de un plano.

Como se ha ilustrado en la Fig. 2, la unidad de control electrónico 18 está conectada al equipo hidráulico 7 y a la válvula 14. La unidad de control 38 emite una señal representada por la ecuación (1) que sigue, la cual controla la válvula 14 y por consiguiente las vibraciones de los émbolos 13.

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La ecuación (1) que define las propiedades de la señal puede escribirse como:

(1)s(t) = {cos[\omega - \alphat\theta + m(t)]}*g(t)

Donde:

s(t)

= señal de accionamiento de la servo válvula

\omega

\vtcortauna = 2\pifh

fh

= frecuencia de barrido inicial

\alpha

\vtcortauna = velocidad de barrido de frecuencia = 2\pi(fh - fl)/sl, fh>fl y (fh - fl)\leq\Deltafd

fl

= frecuencia de barrido final

sl

= longitud de barrido

\Deltafd

= anchura de banda adecuada para desprendimiento de las aceitunas

m(t)

= función de modulación que tiene un valor de la frecuencia \men{2} fl

*

= operación de convolución

g(t)

= función de filtro de paso de banda con una anchura de banda \approx \Deltafd

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La ecuación (1) muestra que la señal consiste esencialmente en un parámetro de barrido lineal \omega - \alphat, y una función de modulación m(t). Esta función de modulación es una señal de baja frecuencia, que opcionalmente es sinusoidal, y que origina la producción de energía de banda lateral en el extremo bajo de la anchura de banda \Deltafd. Esta energía de banda lateral lleva al sistema de aceituna-rabo a resonancia, pero debido a su gran amplitud no produce daños en el sistema de micro raíces del árbol. Por último, la finalidad de la función de filtrado de paso de banda g(t) es la de asegurar que los componentes de frecuencia emitidos por el dispositivo están dentro del rango de frecuencias \Deltafd que son adecuadas para desprender las aceitunas. Como ha se ha señalado en lo que antecede, la señal emitida es de banda limitada para el extremo de baja frecuencia para evitar daños a las raíces. La señal es también de banda limitada para el extremo de alta frecuencia, para reducir la pérdida de energía originada por los nodos de resonancia espuria del árbol y para concentrar la energía disponible dentro del rango de frecuencias para desprendimiento de las aceitunas. También, la producción de altas frecuencias está limitada, para evitar el desprendimiento de hojas del árbol. Es de destacar que el tipo de señal antes mencionado no es el único que puede ser usado con las realizaciones del invento. Se pueden programar nuevas señales en la unidad de control electrónico, siendo el invento flexible a este respecto.

En funcionamiento, el usuario controla el brazo robótico para guiar el dispositivo a aplicación con el árbol. Luego se cierran los brazos ajustables 6 alrededor del tronco o de la rama, para asegurar la disposición. Como alternativa, está también contemplado que se quite el dispositivo con un sensor de posición que puede adoptar la forma de un dispositivo de colocación en posición por ultrasonidos o por láser, por ejemplo, y con medios para controlar automáticamente la posición del cuerpo 1, de modo que el usuario simplemente lleve el dispositivo a la proximidad de un tronco o rama, y los medios de control automático guían entonces el cuerpo a aplicación con el árbol en un período de tiempo muy breve, evitándose así cualquier contacto potencialmente dañino con la corteza, que pudiera tener lugar antes de la aplicación. Al igual que con las técnicas anteriores, las aceitunas pueden ser recogidas colocando para ello una red grande sobre el terreno por debajo del árbol, o bien mediante una red vertical de forma de cono invertido, con su extremo más estrecho asegurado a la base del tronco del árbol. Luego se aplican vibraciones al árbol, como antes se ha descrito, y se recogen las aceitunas que caen.

En la Fig. 4 se ha representado esquemáticamente una construcción alternativa que realiza el invento. En ésta, la realización preferida, se ha previsto una mordaza 41 de forma de C en el extremo distal del brazo hidráulico (no representado), y que está adaptada para recibir el tronco o una rama de un olivo. La mordaza 41 en C comprende un primer brazo 42 y un segundo brazo 50, teniendo el primer brazo 42 una primera almohadilla (no representada) para contacto sin dañarla con la corteza del árbol. El segundo brazo 50 comprende medios de conexión para asegurar la mordaza 41 en C a un émbolo principal 44. Una segunda almohadilla (que tampoco se ha representado) está prevista sobre un elemento de mordaza movible 43, cuya almohadilla se lleva, en uso, a contacto con la corteza del árbol para abrazar firmemente el árbol con la mordaza. Al igual que con la primera realización, esta disposición permite que las fuerzas vibratorias aplicadas sean paralelas al desplazamien4to entre las respectivas líneas de contacto entre las almohadillas primera y segunda y la corteza, es decir, que sustancialmente no se aplique fuerza alguna tangencial a la corteza. El elemento de mordaza 43 está previsto en el extremo de una varilla accionable hidráulicamente (que no es visible en la Fig. 4), la cual está dispuesta dentro del émbolo principal 44. Por lo tanto, el émbolo principal 44 actúa como un verdadero cilindro hidráulico, dentro del cual es accionable hidráulicamente la varilla. (Véase la Fig. 6).

En contraste con la primera realización, los medios de accionamiento comprenden una masa de reacción vibratoria 47, en vez de dos, y la masa está dispuesta para vibrar a lo largo de un eje geométrico que pasa directamente a través del árbol, aunque, como antes, se pueden usar más de una masa vibratoria, siempre que la disposición no dé por resultado que sean aplicadas a la corteza cualesquiera fuerzas tangenciales significativas. La masa vibratoria comprende un cilindro 47 guiado para vibrar a lo largo del eje geométrico mediante la jaula 45. El cilindro 47 es sujetado para deslizamiento en la jaula 45 por cuatro barras 51, aunque se podrían utilizar un número mayor o menor de barras. En donde el cilindro 47 descansa contra cada barra 51, esta última tiene medios 46 para reducir la fricción, para permitir que el cilindro 47 deslice con facilidad. En la forma preferida de la segunda realización, los medios para reducir la fricción comprenden tiras de Teflón (RTM) 46, que se extienden sustancialmente a lo largo de la barra 51. El uso de tiras de Teflón (RTM) 46 proporciona ventajosamente una construcción de corredera simple, con muy pocas piezas de trabajo.

La jaula 45 está firmemente unida al brazo hidráulico, siendo el cilindro 47 deslizable libremente dentro de la jaula 45. La mordaza 41 en C está firmemente unida al émbolo 44, cuyo émbolo se extiende longitudinalmente a lo largo de toda la longitud del cilindro 47. El émbolo 44 es también movible con relación al brazo hidráulico y a la jaula 45. Se puede disponer un tubo 49 para recibir el extremo proximal del émbolo principal 44, para proteger al émbolo 44 contra la aplicación con, y los daños producidos por, otros componentes del brazo hidráulico. En la práctica, no siempre es necesario el tubo 49. Ciertamente, la longitud del émbolo 44 no tiene porqué ser tan grande como para que se extienda más hacia atrás que la jaula 45.

En funcionamiento, el usuario guía la mordaza 41 en C a cooperación con el árbol. El usuario lleva la almohadilla que está sobre el primer brazo 42 a aplicación con el árbol, ya sea ajustando para ello la posición del brazo hidráulico, o ya sea moviendo el propio tractor. Luego se aplica presión hidráulica a través de una válvula de solenoide (no representada) para extender la varilla para llevar al elemento de método 43 y su almohadilla a aplicación con el árbol. Al igual que en la primera realización, el sistema hidráulico, incluidas sus válvulas, es controlado por la unidad de control electrónico. Con el árbol firmemente abrazado por la mordaza, se mantiene la varilla hidráulica en su posición con relación al émbolo principal 44, cerrando para ello la válvula de solenoide. Es además preferible asegurar que el émbolo 44 esté centrado con respecto al cilindro 47, y que el cilindro 47 esté centrado con respecto a la jaula 45. Para centrar el émbolo 44, se alimenta fluido hidráulico, como sea apropiado, a las cámaras de cilindro 47a, 47b, proceso que puede realizarse automáticamente bajo el control de los medios de control electrónico. La información de posición del émbolo 44 con respecto al cilindro, requerida por los medios de control electrónico, es continuamente proporcionada por un transductor del desplazamiento situado entre el cilindro y el émbolo principal. Para proporcionar información de posición, pueden usarse una diversidad de transductores del desplazamiento, incluyendo un transformador diferencial variable lineal (LVDT). Luego hay que centrar el cilindro 47 dentro de la jaula 45, y a este respecto se ha previsto en cada extremo de la jaula un sensor de proximidad (no representado), el cual mide la distancia al cilindro 47. Usando esa información, se ajusta el brazo hidráulico para centrar el cilindro con relación a la jaula. De nuevo, este proceso puede ser ejecutado automáticamente por los medios de control electrónico. El brazo hidráulico puede incluir una región extensible telescópicamente, para permitir cada movimiento de la jaula, Como alternativa, se puede mover el tractor para ajustar directamente la posición de la jaula. Este centrado relativo evita cualquier rebote del cilindro 47 contra la jaula 45 en los límites de su movimiento.

Después se aplica fluido hidráulico a presión al cilindro 47 por medio de la válvula proporcional (no representada). La válvula proporcional está montada sobre una placa adaptadora 52 en la Fig. 4. Esta válvula es controlada por la unidad de control electrónico y es operable para proporcionar una acción de conmutación con una reproducción de alta fidelidad de la señal eléctrica aplicada a la misma. Así, el fluido hidráulico a presión es dirigido por la válvula alternativamente a las cámaras hidráulicas primera y segunda del cilindro 47, produciendo movimiento relativo oscilatorio entre el cilindro 47 y el émbolo principal 44.

El cilindro 47 actúa como una masa de reacción cuyas vibraciones son transmitidas al árbol a través del émbolo 44 y del elemento de mordaza 43 y de la mordaza 41 en C. El cilindro 47 tiene, preferiblemente, una masa de inercia sustancial, por ejemplo de 100 a 500 kg. En correspondencia, es preferible que el émbolo principal 44 y la mordaza 41 en C sean lo más ligeros posible, ya que en uso son solidarios con el árbol. En la práctica, se ha conseguido una relación de masas, de la de los componentes solidarios con el árbol a la del cilindro, de 1:3, y que ha producido resultados efectivos.

Se pueden acoplar acelerómetros o sensores similares en el cilindro 47 y en la mordaza 41 en C, para medir la aceleración, la amplitud y la fase relativa de sus movimientos. El movimiento del cilindro y el movimiento de la mordaza en C están principalmente desfasados entre sí, ya que cuando el fluido hidráulico está empujando al cilindro 47 en una dirección, la fuerza correspondiente sobre el émbolo principal 44, y por consiguiente sobre la mordaza en C, está actuando en la dirección opuesta. Sin embargo, debido a la flexibilidad del árbol, esa diferencia de fase puede variar. Usando los sensores es posible que el sistema reconozca la iniciación de cualquier resonancia en el árbol, que pudiera dañar al árbol, y que tomase una acción evasiva automática, por ejemplo, reduciendo la amplitud y/o aumentando momentáneamente el régimen de cambio de la frecuencia del movimiento de accionamiento.

En la Fig. 4 se han representado también acumuladores de presión primero y segundo 48, previstos para absorber y amortiguar los impulsos de alta presión no deseados que pudieran dañar los otros componentes del conjunto.

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En la Fig. 5 se ha ilustrado esquemáticamente el sistema hidráulico de la segunda realización. El conjunto comprende tres subconjuntos básicos: un enganche de tres puntos para unir el conjunto a la trasera del tractor; el brazo hidráulico que permite la manipulación de la cabeza vibratoria; y la propia cabeza vibratoria, situada en el extremo del brazo. En el recuadro de la izquierda de la Fig. 5 se han ilustrado los componentes del conjunto que están montados en el subconjunto de enganche de tres puntos del tractor. Estos componentes comprenden, en primer lugar una bomba hidráulica 56 conectada a través de un acelerador de la velocidad 57 a un eje 58 de toma de fuerza del tractor, El fluido hidráulico a presión sale de la bomba 56 y pasa a través de una válvula d alivio 59 de alta presión, la cual permite, en una realización, una gama de presiones, desde 10 hasta 210 bares. Esto va seguido de un filtro 60 de alta presión para separar impurezas, que a su vez va seguido de una válvula de retención 61. A continuación hay un acumulador 62 para amortiguar los impulsos de presión excesiva en el sistema. Desde ahí, el fluido a alta presión es transmitido a la cabeza vibratoria a través de unos primeros medios 64 de conexión de suelta rápida, que permiten una fácil retirada y sustitución del subconjunto de cabeza vibratoria. Los componentes montados en el tractor incluyen, además, una sección de retorno de baja presión, a donde retorna el fluido hidráulico, incluyendo la sección unos segundos medios 64 de conexión de suelta rápida, un filtro de baja presión 65, un radiador de aceite 63, y un depósito 66, del cual extrae el fluido hidráulico la bomba hidráulica 56.

En el subconjunto de cabeza vibratoria se ha previsto en primer lugar el acumulador 48a correspondiente al representado en la Fig. 4, seguido de la válvula operada por solenoide 68, que, en particular, puede ser una válvula de cuatro vías, cuya válvula es operable para permitir que el fluido hidráulico entre en una primera cavidad 44a dentro del émbolo principal 44, a través de una válvula 69 de control de la presión, para empujar a la varilla 67 hacia fuera, para así abrazar con la mordaza el árbol. La válvula 69 de control de la presión reduce la presión del abrazo a un nivel apropiado para agarrar firmemente el árbol sin dañar la corteza. En virtud de esa regulación de la presión, es posible usar la misma fuente de fluido a presión para el mecanismo de abrazar con la mordaza y para el mecanismo vibratorio. La válvula 69 de control de la presión incluye una línea de división del flujo 70, que se extiende desde la válvula 60 al conducto de retorno, cuya línea permite reducir la presión de fluido hidráulico aplicada a la
cavidad 44a.

Para retirar de la varilla 67 desde su posición de abrazar con la mordaza, después de haber sido desprendidas las aceitunas del árbol, se hace funcionar la válvula 68, por medio del solenoide, para aplicar fluido a una segunda cavidad 44b en el émbolo principal 44. Uno de los objetivos del invento es aumentar la velocidad de recolección de la cosecha, de modo que es deseable abrir rápidamente la mordaza. Por lo tanto, el fluido hidráulico es transmitido desde la válvula de solenoide 68 a la cavidad 44b a plena presión. Esto se consigue disponiendo conductos de apertura, separados de los ilustrados en la Fig. 5 (los conductos de cierre), que conectan la válvula de solenoide 69 y las dos cavidades 44a, 44b, cuyos conductos transmiten fluido a plena presión. Otra posibilidad es que la válvula de regulación de la presión 69 sea una válvula de dos vías, que restrinja la presión de fluido en una dirección del flujo (la correspondiente al cierre de la mordaza) y que permita plena presión en la dirección opuesta (la correspondiente a la apertura de la mordaza. La propia válvula de solenoide 68 podría incorporar, como alternativa, los medios necesarios para permitir un control de la presión que dependa de la dirección.

Como una protección extra contra la sobrepresión en el sistema de mordaza, pueden disponerse a lo largo de la línea de alta presión entre la válvula de solenoide 68 y la cavidad 44a, una válvula de retención (no representada) que, en caso de sobrepresión, desvíe el fluido a través de una línea de descarga, derivando las cavidades de émbolo 44a, 44b y evitando con ello daños al sistema de émbolo/varilla.

Cuando el árbol está sujeto con la mordaza y se ha de iniciar la recolección, se opera la válvula proporcional 61, como antes se ha mencionado, para centrar el émbolo principal con respecto al cilindro situado dentro de la jaula. En la Fig. 5, el émbolo principal 44, como se ha representado dentro del cilindro 47, está representado esquemáticamente por una línea delgada, la cual no está por supuesto a escala. En la Fig. 5 se ha representado también un aro de émbolo 44c que está conectado de modo fijo a la superficie del émbolo principal 44. Este aro está diseñado para soportar las altas fuerzas resultantes de las presiones vibratorias en el cilindro 47. Luego se hace funcionar la válvula proporcional 71 para permitir que el fluido hidráulico a presión actúe sobre las respectivas cámaras de cilindro 47a y 47b, alternativamente, para hacer que el cilindro 47 y el émbolo principal 44 (solidario con su varilla interna) experimenten movimiento vibratorio cada uno con relación al otro. Con ello se aplican las vibraciones al árbol, virtualmente sin retro transmisión alguna al brazo hidráulico ni al tractor. En otras palabras, las vibraciones del cilindro, el émbolo y la mordaza en C son sustancialmente desacopladas del resto del sistema.

La válvula 71 puede ser accionada eléctricamente y se puede usar la señal s(t) como antes se ha especificado, aunque dentro de la unidad de control se pueden programar otras señales que se consideren adecuadas. Con la válvula 71 es posible una reproducción de alta fidelidad de la señal, a pesar de las altas presiones de fluido que intervienen, por ejemplo de 200 bares. Un conducto de retorno alimenta el fluido hidráulico que sale del cilindro 47 o de las cavidades de émbolo 44a, 44b, a los componentes montados en el tractor, a través de un acumulador 48b de baja presión. Los conductos que transmiten el fluido desde la bomba 56 al cilindro 47 y a las cavidades de émbolo 44a, 44b, han de soportar necesariamente, todos, la alta presión del fluido, por lo que se usan tuberías flexibles de alta resistencia apropiadas.

La Fig. 6, que tampoco está a escala, es una vista en corte transversal de parte del cilindro 47, en la que se muestran los extremos del émbolo principal 44 situado dentro del cilindro 47, y la varilla 67 situada dentro del émbolo 44, todos concéntricos. Las cámaras de cilindro 47a, 47b, y las cavidades de émbolo 44a, 44b, no pueden verse en esta vista. El cilindro 47 incluye una serie de muescas 81 correspondientes al número de tiras de Teflón (RTM) 46, teniendo las muescas y las tiras perfiles que se emparejan, para contacto de deslizamiento de baja fricción entre ellas.

Comparada con las cabezas sacudidoras conocidas, especialmente las que son del tipo de masa giratoria, la cabeza vibratoria puede ser aplicada al árbol a una altura relativamente baja, dado que la amplitud de las vibraciones de la cabeza vibratoria es baja. Se puede considerar que el árbol pivota efectivamente alrededor del nivel del suelo, de tal modo que las oscilaciones aplicadas cerca de la base del árbol son amplificadas a medida que se asciende por el árbol. No solamente es esto amigable para el árbol, sino que también significa que el usuario deberá poder hallar fácilmente un punto apropiado en el árbol para aplicar la mordaza. Es también posible aplicar la cabeza vibratoria a más altura en el árbol, y en particular puede aplicarse en ramas individuales. Las vibraciones son transmitidas casi por entero al árbol, y no de vuelta al tractor a través del brazo hidráulico. En la cabeza vibratoria o en el brazo hidráulico se puede disponer una cámara (no representada) para retransmitir las imágenes de la mordaza en C y del árbol al usuario del conjunto, quien puede estar sentado en la cabina del tractor. Con ello, el usuario puede guiar con precisión la mordaza a aplicación con el árbol. El usuario controla el conjunto usando una palanca de mando que puede haber sido prevista en la cabina del tractor. Como alternativa, se puede disponer un mando a distancia portátil. Éste puede incluir un transmisor de RF para transmitir señales a un receptor correspondiente de la unidad de control electrónico, o bien puede estar simplemente conectado por cable con la unidad de control electrónico. Está contemplado que se puede construir, usando los mismos principios, una máquina mucho más pequeña y ligera, que aplique señales codificadas a las ramas más pequeñas, cerca de, o donde, están unidos los rabos de las aceitunas.

Claims (12)

1. Un método para recolectar frutos de una planta, que comprende conectar medios de accionamiento a la planta para aplicar vibraciones a la misma, en que las vibraciones tienen una amplitud y/ una frecuencia y/o una fase que varían en el tiempo, caracterizado por barrer la frecuencia de las vibraciones linealmente o no linealmente, desde de una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las vibraciones son sustancialmente unidireccionales.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las vibraciones son aplicadas a la planta en esencia normalmente al eje geométrico longitudinal de la planta.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que uno o más sensores miden la aceleración y/o la velocidad y/o el desplazamiento de las vibraciones.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además el paso de ajustar la frecuencia y/o la fase y/o la amplitud de las vibraciones, dependiendo de la información del sensor.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la amplitud y/o la frecuencia y/o la fase de las vibraciones son ajustables manualmente.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la frecuencia de barrido inicial es más alta que la frecuencia de barrido final.

8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la frecuencia de barrido inicial es más baja que la frecuencia de barrido final.

9. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las vibraciones incluyen un componente de modulación que tiene una frecuencia mucho más baja que la frecuencia de barrido.

10. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además el paso de limitar el rango de frecuencias de las vibraciones por medio de un filtro de paso de banda.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además el paso de omitir las frecuencias de las vibraciones que originen desprendimiento de las hojas del árbol.

12. Un dispositivo para recolectar frutos de una planta (8), que comprende una cabeza vibratoria (1; 40) que tiene medios (6a, 6b; 41) para abrazar con una mordaza una planta (8) con frutos para aplicar vibraciones a la planta (8), y medios (18) para controlar la cabeza vibratoria (1; 40), comprendiendo además la cabeza vibratoria (1; 40) al menos una masa de reacción (12; 47), la cual es accionable para vibración y que está conectada a los medios de abrazar con mordaza (6a, 6b; 41) para movimiento relativo entre ellos, para producir una fuerza unidireccional transmisible entre la masa de reacción (12; 47) y los medios de abrazar con mordaza (6a, 6b; 41), y por consiguiente transmisible a la planta (8), en que las vibraciones tienen una amplitud y/o una frecuencia y/o una fase que varían en el tiempo, caracterizado porque:

los medios (18) para controlar la cabeza vibratoria (1; 40) son operables para barrer la frecuencia de las vibraciones, linealmente o no linealmente, desde una frecuencia de barrido inicial hasta una frecuencia de barrido final.