CN105329821A

CN105329821A - 用于枸杞采摘机构的滑台升降系统

Info

Publication number: CN105329821A
Application number: CN201510862106.7A
Authority: CN
Inventors: 李娟�; 岳丹松; 范继臣; 闫法兵; 郭亭亭; 田志超
Original assignee: "qinghai Qianqian Agriculture And Animal Husbandry Technology Development Co Ltd "; Qingdao Agricultural University
Current assignee: "qinghai Qianqian Agriculture And Animal Husbandry Technology Development Co Ltd "; Qingdao Agricultural University
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: CN105329821B

Abstract

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于枸杞采摘机构的滑台升降系统。所述滑台升降系统包括滑台I和升降台，所述升降台通过滑台I与机架连接；所述滑台I包括滑台主体、滑块I、步进电机、主动齿轮和从动齿条；所述滑台主体固定在机架上，所述滑台主体的内部两侧嵌有从动齿条，所述滑台主体上设有滑块I，并通过滑块I与升降台连接。所述滑块I上固定设置步进电机和主动齿轮，所述主动齿轮固定在步进电机的轴上，所述主动齿轮与从动齿条相错啮合；增加了滑台的横向力应变，既保证了滑台升降系统不会因载重较大产生晃动，又提供了稳定的升降动力。

Description

用于枸杞采摘机构的滑台升降系统

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及所属作物或果实采摘装置的辅助机构，尤其是涉及一种用于枸杞采摘装置的滑台升降系统。

背景技术

枸杞既是传统名贵中药材，又是一种营养滋补品。据官方统计，仅2012年的甘肃地区，枸杞产量高达3.5万吨。由于枸杞果实成熟时水分含量很高和果皮娇嫩等特点，收集时很容易损伤；如果出现损伤，不仅会影响其外观色泽，还会降低药用价值。因此，需要采用柔性收集的方式，将枸杞果连同果把一起摘下。由于枸杞生长的复杂性和农田环境的非结构化等特点，目前生产中采用的简单的手持式枸杞采摘器、采摘头和震动式采摘机。

发明专利申请201010272425公布了一种“手持式枸杞采摘机”，这种设备仍然需要采摘人员的参与，对于提高枸杞采摘的自动化非常有限。同时，该设备是对一串枸杞枝条进行采摘，极易容易将未成熟的枸杞一起采摘，对于提高枸杞的质量和产量非常不利。发明专利201320182557.2公开了一种“升降式果实采摘机”，该采摘机中的升降装置包括设置于车架上的底板，设置于所述底板中央、并相嵌套的至少两个套设在油缸套内的伸缩油缸，用于操纵所述伸缩油缸的升降操纵台，设置于所述底板两侧的升降支架。该采摘机存在的问题是：(1)该升降装置柔性较差，只能升降，需要依靠调整整个机具的方向来改变方向；(2)采用液压进行升降，整体升降装置过于庞大，使用不灵活，成本高。

发明专利201310308031.9本发明公开了一种枸杞采摘机，包含传动机构和主架体，通过多点均匀分布振摇式全自动采摘机构，大大提高了采摘效率，并且作业过程中只收获成熟果实而不会对未成熟果实造成损伤。但是该机器依然需要人工操作，且效率并不理想。

发明专利201310193713.X公开了一种“用于农产品采摘的移动旋转升降平台”，该移动旋转升降平台包括行走机构、旋转机构、升降平台、控制系、旋转机架、主轴、轴承组、轴承座板组、齿轮组及旋转驱动电机。该升降平台存在的问题：(1)将旋转作为基地，升降作为上层工作区，导致旋转基面与重物之间距离较大，旋转过程中会产生离心力，导致平台不稳定；(2)旋转采用齿轮传动，工作台分度精度低；(3)升降机构采用直线导轨，载物重量较低。

综上所述，现有技术中，利用机器视觉和采摘机械手对枸杞果实采摘，需要将整套机器运动至枸杞枝条正前方；由于机器视觉系统的可视范围非常有限，这样使得采摘机的纵向可视和可采摘区域大大受限，即：同一区域的不同高度上的枸杞采摘，需要频繁的移动机器，这样不仅不利于提高采摘效率；而且，较平均枸杞树高度差别大的树木，由于机器视觉系统的视角有限，极易发生最低处和最高处图像采集不到而漏采的情况。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了用于枸杞采摘机构的滑台升降系统。

本发明的技术方案是：具备分布式机器视觉系统的枸杞采摘装置，包括机架以及设置在机架上的控制系统、驱动系统、电源系统、高位视觉系统、低位视觉系统、视觉升降系统、枸杞采摘机械手和枝条定位机械手；所述高位视觉系统通过视觉升降系统与机架相连。所述的视觉升降系统的运动可以带动高位视觉系统的运动，从而采集高处的图像。所述枸杞采摘装置还包括设置在机架上的滑台升降系统，所述低位视觉系统、视觉升降系统、枸杞采摘机械手以及枝条定位机械手均通过电动转盘设置在滑台升降系统上，进而与机架相连。

滑台升降系统的运动可以带动整个电动转盘、高位视觉系统、低位视觉系统、视觉升降系统、枸杞采摘机械手以及枝条定位机械手的运动。所述控制系统通过驱动系统与滑台升降系统、视觉升降系统、电动转盘、枸杞采摘机机械手、枝条定位机械手分别相连。所述滑台升降系统包括滑台I和升降台，所述升降台通过滑台I与机架连接；所述滑台I包括滑台主体、滑块I、步进电机、主动齿轮和从动齿条；所述滑台主体固定在机架上，所述滑台主体的内部两侧嵌有从动齿条，所述滑台主体上设有滑块I，并通过滑块I与升降台连接。所述滑块I上固定设置步进电机和主动齿轮，所述主动齿轮固定在步进电机的轴上，所述主动齿轮与从动齿条相错啮合；增加了滑台的横向力应变，既保证了滑台升降系统不会因载重较大产生晃动，又提供了稳定的升降动力。其中，所述滑台主体的内部两侧嵌有两条从动齿条；所述主动齿轮的数量为3个；所述升降台为方形台面。

其中，所述电动转盘包括旋台、盘体、轴承、联轴器和伺服电机；所述盘体和伺服电机设置在方形台面上，所述旋台通过轴承和盘体连接，所述伺服电机通过联轴器与盘体连接。

其中，所述视觉升降系统包括升降导轨、滑台II、滑块II、L型角码、丝杠、联轴器和步进电机；所述滑台II通过其内部的螺母与丝杠螺纹连接并沿升降导轨运动，所述L型角码通过滑块II与滑台II固定连接；所述步进电机通过联轴器与丝杠相连。所述高位视觉系统包括相机I和滑轮双轴光杠滑台I；所述滑轮双轴光杠滑台I包括滑台本体I、双轴光杠I、滑轮轴承I和滑台滑块I；所述相机I的底座通过滑台滑块I和滑轮双轴光杠滑台I连接，所述滑台本体I通过L型角码I与视觉升降系统的滑块II连接。所述滑台本体I内部两侧设置有双轴光杠I，滑轮轴承I通过内部轴承固定在滑台滑块I上，滑台滑块I安装在滑台本体I上。本发明通过将高位视觉系统和低位视觉系统采集到的图像后续进行智能辨识，可以避免采摘手对不成熟的枸杞果实进行采摘，从而提高了枸杞采摘的质量，保证了枸杞的产量。

其中，所述枸杞采摘装置还包括“一字型”定位杆，所述定位杆包括前置定位杆和后置定位杆；所述前置定位杆和后置定位杆对称设置在旋台的两侧。所述视觉升降系统固定在后置定位杆的末端，所述后置定位杆的首端固定在旋台的边缘；所述低位视觉系统固定在前置定位杆的末端，所述前置定位杆的首端固定在旋台边缘。所述低位视觉系统与视觉升降系统设置在旋台的同一轴线上。所述低位视觉系统包含相机II和滑轮双轴光杠滑台II；所述滑轮双轴光杠滑台II包括滑台本体II、双轴光杠II、滑轮轴承II、滑台滑块II和L型角码II组成；所述相机II的底座直接和滑台本体II连接，所述滑台本体II通过L型角码II连接在前置定位杆上；所述滑台本体II内部两侧设置有双轴光杠II，滑轮轴承II通过内部轴承固定在滑台滑块II上，滑台滑块II安装在滑台本体II上。

优选的是，所述滑台滑块I的一侧设有紧定螺钉I，所述滑台滑块II的一侧设有紧定螺钉II；所述紧定螺钉I用于固定和限制滑台滑块I的移动；所述紧定螺钉II用于固定和限制滑台滑块II的移动。

优选的是，所述枸杞采摘机械手和枝条定位机械手各包含一套六自由度机械手。所述旋台上设有“一字型”固定板，所述“一字型”固定板与“一字型”定位杆垂直。所述枸杞采摘机机械手和枝条定位机械手设置“一字型”固定板的两端。

所述控制系统包括TMS320F28335控制器、继电器系统、信号输入调理电路和信号输出调理电路；所述驱动系统包含滑台升降系统驱动器、视觉升降系统驱动器、电动转盘驱动器、枸杞采摘机机械手驱动器、枝条定位机械手驱动器；所述电源系统包含磷酸铁锂电池和稳压电路。所述控制系统、驱动系统和电源系统均安装在控制柜内；所述控制柜固定在机架上。所述的TMS320F28335控制器和继电器系统、信号输入调理电路、信号输出调理电路分别连接；继电器系统和果实收集机构连接，信号输入调理电路和外部激光传感矩阵连接；信号输出调理电路和驱动系统的电路连接。

本发明的有益效果是：

(1)所述的视觉升降系统的运动可以带动高位视觉系统的运动，从而采集中、高处的图像；低位视觉系统安装在机架的下部，这样低位视觉系统和高位视觉系统配合工作，可以极大的扩大图像的采集范围，扩大机器工作视野，大大减轻了杞采摘机在狭窄田间中的机器视觉和机械手采摘工作范围受限的问题。

(2)由于枸杞采摘机械手和枝条定位机械手的中心点、高位视觉系统和低位视觉系统在同一轴线上，而且高位视觉系统和低位视觉系统、枸杞采摘机械手和枝条定位机械手始终同步；从而使得四者在图像处理中的坐标位置是相对固定的，从而使得图像处理中的坐标变换问题变得简单，继而枸杞采摘的精度与电动转盘电机的精度无关，确保了采摘的准确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明的结构示意图之二；

图3为本发明的结构示意图之三；

图4为本发明的结构示意图之四；

图5为本发明中高位视觉系统的结构示意图；

图6为本发明中视觉升降系统的结构示意图；

图7为本发明中滑台升降系统的结构示意图；

图8为本发明中安装了电动转盘和定位杆的滑台升降系统的结构示意图；

图9为本发明中电动转盘的结构示意图；

图10为本发明中控制柜的结构示意图；

其中：1：枸杞采摘机械手；2：枝条定位机械手；3：控制柜；

4：控制系统；4-1：TMS320F28335控制器；4-2：继电器系统；4-3：信号输入调理电路；4-4信号输出调理电路：

5：驱动系统；5-1：滑台升降系统驱动器；5-2：视觉升降系统驱动器；5-3：电动转盘驱动器；5-4：枸杞采摘机机械手驱动器；5-5：枝条定位机械手驱动器；

6：电源系统；6-1：磷酸铁锂电池；6-2：稳压电路；

7：高位视觉系统；7-1：相机I；7-2：滑轮双轴光杠滑台I；7-2a：滑台本体I；7-2b：双轴光杠I；7-2c：滑轮轴承I；7-2d：滑台滑块I；7-2e：紧定螺钉I；

8：低位视觉系统；8-2a：滑台本体II；8-2f：L型角码II；

9：滑台升降系统；9-1：滑台I；9-2：方形台面；9-1a：滑台主体；9-1b：滑块I；9-1c：步进电机；9-1d：主动齿轮；9-1e：从动齿条；

10：视觉升降系统；10-1：升降导轨；10-2：滑台II；10-3：滑块II；10-4：L型角码I；10-5：丝杠；10-6：联轴器；10-7：步进电机；

11：电动转盘；11-1：旋台；11-2：盘体；11-3：轴承；11-4：联轴器；11-5：伺服电机；11-6：固定板；

12：机架；

13：定位杆；13-1：前置定位杆；13-2：后置定位杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1：

具备分布式机器视觉系统的枸杞采摘装置，包括机架12以及设置在机架12上的控制系统4、驱动系统5、电源系统6、高位视觉系统7、低位视觉系统8、视觉升降系统10、枸杞采摘机械手1、枝条定位机械手2。所述高位视觉系统7通过视觉升降系统10与机架12相连。所述控制系统4、驱动系统5和电源系统6均安装在控制柜3内，所述控制柜3固定在机架12上。所述控制系统4包括TMS320F28335控制器4-1、继电器系统4-2、信号输入调理电路4-3和信号输出调理电路4-4。所述的TMS320F28335控制器4-1和继电器系统4-2、信号输入调理电路4-3、信号输出调理电路4-4分别连接；继电器系统4-1和果实收集机构连接，信号输入调理电路4-3和外部激光传感矩阵连接；信号输出调理电路4-4和驱动系统5的电路连接。所述驱动系统5包含滑台升降系统驱动器5-1、视觉升降系统驱动器5-2、电动转盘驱动器5-3、枸杞采摘机机械手驱动器5-4、枝条定位机械手驱动器5-5；所述电源系统6包含磷酸铁锂电池6-1和稳压电路6-2。

所述视觉升降系统10包括升降导轨10-1、滑台II10-2、滑块II10-3、L型角码10-4、丝杠10-5、联轴器10-6和步进电机10-7。所述滑台II10-2与丝杠10-5活动相连并沿升降导轨10-1运动，所述L型角码10-4通过滑块II10-3与滑台II10-2固定连接；所述步进电机10-7通过联轴器10-6与丝杠10-5相连。

所述枸杞采摘装置还包括设置在机架12上的滑台升降系统9，所述低位视觉系统8、视觉升降系统10、枸杞采摘机械手1以及枝条定位机械手2均通过电动转盘11设置在滑台升降系统9上，进而与机架12相连。所述控制系统4通过驱动系统5与滑台升降系统9、视觉升降系统10、电动转盘11、枸杞采摘机机械手1、枝条定位机械手2分别相连。所述滑台升降系统9包括滑台I9-1和方形台面9-2，所述方形台面9-2通过滑台I9-1与机架12连接。所述滑台I9-1包括滑台主体9-1a、滑块I9-1b、步进电机9-1c、主动齿轮9-1d和从动齿条9-1e。所述滑台主体9-1a固定在机架12上，所述滑台主体9-1a的内部两侧嵌有两条从动齿条9-1e，所述滑台主体9-1a上设有滑块I9-1b，并通过滑块I9-1b与方形台面9-2连接。所述滑块I9-1b上固定设置步进电机9-1c和3个主动齿轮9-1d，所述3个主动齿轮9-1d固定在步进电机9-1c的轴上，所述3个主动齿轮9-1d与从动齿条9-1e相错啮合。

实施例2：

与实施例1不同的是，所述电动转盘11包括旋台11-1、盘体11-2、轴承11-3、联轴器11-4和伺服电机11-5。所述盘体11-2和伺服电机11-5设置在方形台面9-2上，所述旋台11-1通过轴承11-3和盘体11-2连接，所述伺服电机11-5通过联轴器11-4与盘体11-2连接。

所述枸杞采摘装置还包括定位杆13，所述定位杆13包括前置定位杆13-1和后置定位杆13-2。所述视觉升降系统7固定在后置定位杆13-2的末端，所述后置定位杆13-2的首端固定在旋台11-1的边缘。所述低位视觉系统8固定在前置定位杆13-1的末端，所述前置定位杆13-1的首端固定在旋台11-1边缘。所述低位视觉系统8与视觉升降系统10设置在旋台11-1的同一轴线上。

实施例3：

与实施例2不同的是，所述高位视觉系统7包括相机I7-1和滑轮双轴光杠滑台I7-2。所述滑轮双轴光杠滑台I7-2包括滑台本体I7-2a、双轴光杠I7-2b、滑轮轴承I7-2c和滑台滑块I7-2d。所述相机I7-1的底座通过滑台滑块I7-2d和滑轮双轴光杠滑台I7-2连接，所述滑台本体I7-2a通过L型角码I10-4与视觉升降系统10的滑块II10-3连接；所述滑台本体I7-2a内部两侧设置有双轴光杠I7-2b，滑轮轴承I7-2c通过内部轴承固定在滑台滑块I7-2d上，滑台滑块I7-2d安装在滑台本体I7-2a上。

所述低位视觉系统8包含相机II和滑轮双轴光杠滑台II；所述滑轮双轴光杠滑台II包括滑台本体II8-2a、双轴光杠II、滑轮轴承II、滑台滑块II和L型角码II8-2f组成。所述相机II的底座直接和滑台本体II8-2a连接，所述滑台本体II8-2a通过L型角码II8-2f连接在前置定位杆13-1上；所述滑台本体II8-2a内部两侧设置有双轴光杠II，滑轮轴承II通过内部轴承固定在滑台滑块II上，滑台滑块II安装在滑台本体II8-2a上。

实施例4：

与实施例3不同的是，所述滑台滑块I7-2d的一侧设有紧定螺钉I7-2e，所述滑台滑块II的一侧设有紧定螺钉II。所述紧定螺钉I7-2e用于固定和限制滑台滑块I7-2d的移动；所述紧定螺钉II用于固定和限制滑台滑块II的移动。

实施例5：

与实施例3不同的是，所述枸杞采摘机械手1和枝条定位机械手2各包含一套六自由度机械手。所述旋台上设有“一字型”固定板11-6，所述“一字型”固定板11-6与“一字型”定位杆13垂直。所述枸杞采摘机机械手1和枝条定位机械手2设置“一字型”固定板11-6的两端。

Claims

1.用于枸杞采摘机构的滑台升降系统，所述滑台升降系统(9)包括滑台I(9-1)和升降台，所述升降台通过滑台I(9-1)与采摘机构的机架(12)连接；其特征在于：所述滑台I(9-1)包括滑台主体(9-1a)、滑块I(9-1b)、步进电机(9-1c)、主动齿轮(9-1d)和从动齿条(9-1e)；所述滑台主体(9-1a)固定在机架(12)上，所述滑台主体(9-1a)的内部嵌有从动齿条(9-1e)；所述滑台主体(9-1a)上设有滑块I(9-1b)，并通过滑块I(9-1b)与升降台连接；所述滑块I(9-1b)上固定设置步进电机(9-1c)和主动齿轮(9-1d)，所述主动齿轮(9-1d)固定在步进电机(9-1c)的轴上，所述主动齿轮(9-1d)与从动齿条(9-1e)相错啮合。

2.根据权利要求1所述的用于枸杞采摘机构的滑台升降系统，其特征在于：所述滑台主体(9-1a)的内部两侧嵌有两条从动齿条(9-1e)；所述主动齿轮(9-1d)的数量为3个；所述升降台为方形台面(9-2)。

3.根据权利要求1或2所述的用于枸杞采摘机构的滑台升降系统，其特征在于：所述滑台升降系统(9)上设有电动转盘(11)，所述电动转盘(11)包括旋台(11-1)、盘体(11-2)、轴承(11-3)、联轴器(11-4)和伺服电机(11-5)；所述盘体(11-2)和伺服电机(11-5)设置在升降台上，所述旋台(11-1)通过轴承(11-3)和盘体(11-2)连接，所述伺服电机(11-5)通过联轴器(11-4)与盘体(11-2)连接。

4.根据权利要求3所述的用于枸杞采摘机构的滑台升降系统，其特征在于：所述旋台(11-1)上设有互相垂直的“一字型”固定板(16)和“一字型”定位杆(13)；所述定位杆(13)包括前置定位杆(13-1)和后置定位杆(13-2)；所述前置定位杆(13-1)和后置定位杆(13-2)的一端固定在旋台(11-1)的边缘。