CN105940864B - 一种胶辊式自主油茶果采收机 - Google Patents

Abstract

一种胶辊式自主油茶果采收机，包括底盘机架、行走系统、采摘头、采摘机构、视觉控制机构、液压机构及收集机构，其中，行走系统、视觉控制机构分别安装在底盘机架上，采摘机构一端与采摘头连接，另一端固定于底盘机架上，且行走系统与液压机构连接，液压机构分别与采摘机构、视觉控制机构连接，收集机构安装在底盘机架内。本发明基于视觉控制的油茶采收机，利用CCD摄像头对油茶树定时采集，对识别到的油茶果连续不断地自动采摘并收集；同时胶辊式采摘头可实现一次性较大范围油茶果采摘；自动化采摘程度较高，采摘环境适应性好，采摘机构间协调性能优越，能够保证采摘动作连续性，采摘效率高，漏采率低，特别对油茶花苞和枝叶损伤程度低。

Description

一种胶辊式自主油茶果采收机

技术领域

本发明涉及农林机械采摘装置技术领域，尤其涉及一种胶辊式自主油茶果采收机。

背景技术

油茶果是中国特有的一种纯天然高级油料，主要分布在我国南方亚热带丘陵和高山地方。目前我国的油茶果采摘主要以手工采摘为主，由于油茶果季节性较强，成熟周期较短，因此在油茶果收获过程呈现出劳动强度大、劳动力缺乏、采摘效率低等缺点，所以亟须一种有效的油茶果采收机械设备。

然而国外对该种装置的研究甚少，国内对该种机械的研究还只是停留在实验室阶段，同时因油茶果具有‘花果同期’的特点，导致在油茶果采摘过程中易对花苞造成损伤，进而影响来年的产量，且一般装置的行走系统无法适应我国独特的地形；普通的设备采摘效率较低、漏采率较高、采摘到的油茶果难以收集等诸多因素阻碍了我国油茶机械研制的发展，导致大多数机械难以得到推广应用，因此设计一款适应我国园艺化栽培的油茶采摘机械至关重要。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种胶辊式自主油茶果采收机，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种胶辊式自主油茶果采收机，包括底盘机架、行走系统、采摘头、采摘机构、视觉控制机构、液压机构及收集机构，其中，行走系统、视觉控制机构、收集机构分别安装在底盘机架上，采摘机构一端与采摘头连接，另一端固定于底盘机架上，且行走系统与液压机构连接，液压机构分别与采摘机构、视觉控制机构连接；具体结构如下：

行走系统包括柴油机、履带、变速箱及履带轮，柴油机通过皮带与变速箱连接，履带轮与变速箱同轴，且履带轮连接在履带上，柴油机通过皮带传动带动变速箱，在经过变速箱减速后带动履带轮在履带上运动，履带轮滚动带动履带前进；

采摘头包括胶辊、转柄及连杆，胶辊安装在转柄上，连杆铰接在转柄上；

采摘机构包括立臂、动臂、采摘臂及拉杆臂，立臂固定在底盘机架上，动臂通过销轴与立臂铰接，采摘臂与动臂铰接，拉杆臂与采摘臂铰接；

视觉控制机构包括CCD摄像头、工业计算机、工业控制单片机、操纵控制器，CCD摄像头与工业计算机连接，工业计算机与工业控制单片机连接，工业控制单片机与操纵控制器连接，且CCD摄像头安装在立臂上；

液压机构包括动臂液压缸、采摘臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸、液压阀组件、液压泵、液压油箱，柴油机通过皮带与液压泵连接，液压泵通过油管与液压油箱连接，液压油箱通过油管与液压阀组件连接；采摘臂液压缸、动臂液压缸、拉杆臂液压缸及拉杆液压缸分别通过油管与液压阀组件连接，操纵控制器通过线路与液压阀组件的电磁阀控制端口连接；拉杆臂液压缸一端与拉杆臂铰接，另一端与采摘臂铰接；采摘臂液压缸一端与采摘臂铰接，另一端与动臂铰接；动臂液压缸一端与动臂铰接，另一端与立臂铰接；拉杆液压缸一端与连杆铰接，另一端铰接在拉杆臂内部；

收集机构包括导流板、储存箱，导流板与储存箱铰接，且导流板与储存箱水平呈夹角，储存箱安装在底盘机架上。

在本发明中，采摘头通过销轴连接在采摘臂上，由拉杆臂液压缸驱动运动，拉杆液压缸带动连杆运动，连杆带动转柄运动进而驱使胶辊运动，拉杆液压缸的往复运动促使转柄、胶辊张开与闭合，从而将油茶果的从枝干上挤压下来。

在本发明中，胶辊通过轴承安装在转柄上。

在本发明中，立臂通过螺栓固定在底盘机架上面，且立臂臂管四周焊接有加强筋。

在本发明中，采摘臂液压缸、动臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸均为HSG型双作用型工程液压缸。

在本发明中，胶辊为尼龙材料制成，该种材料具有一定的韧性和硬度，在采摘过程中可避免对油茶果树枝的损伤。

在本发明中，拉杆液压缸安装时留有用于油茶花苞及枝叶漏出来的间隙，当胶辊闭合时促使油茶花苞及枝叶从此间隙中漏出来，避免对油茶花苞和枝叶的损伤。

在本发明中，CCD摄像头安装个数为2个，以实现双目识别定位，且安装在立臂两侧合适的高度上，以满足采集到全部油茶果树的图像信息。

在本发明中，液压阀组件中安装有多个电磁阀，分别用于控制动臂液压缸、采摘臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸。

在本发明中，导流板通过铰链连接在储存箱中，不工作时，导流板立起，采摘油茶果时将导流板放倒，导流板与储存箱水平夹角为15°～60°，以保证采摘时油茶果顺利通过导流板进入储存箱中。

在本发明中，采摘油茶果时，首先将该采收机放置在油茶果树前，并将工作方式切换至自动模式，此时，CCD摄像头开始对油茶树进行图像采集，工业计算机对CCD摄像头采集的图像信息进行处理，同时对图像中油茶果的形状大小和空间位置进行识别，而后将识别的图像模拟信号转化成数字信号传输到工业控制单片机中，工业控制单片机将电信号经由操纵控制器传输到液压阀组件的各个电磁液压阀中，通过“电—液”转化实现由电信号控制电磁液压阀运动，通过电磁阀的开关动作实现采摘臂液压缸、动臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸的运动，再由液压缸的往复运动驱动动臂、采摘臂、拉杆臂运动，促使采摘头到达CCD摄像头识别的位置，然后由拉杆液压缸运动带动胶辊慢慢闭合，胶辊在闭合过程中将油茶果从枝叶上挤压滚搓下来，采摘下来的油茶在重力作用下落入导流板中，从而顺着导流板落入存储箱中，进而完成一次采摘收集过程；

通过CCD摄像头定时连续采集和工业计算机的连续处理，采摘头将有序采摘识别到的油茶果；也可切换至手动操作，由人工操作液压阀组件手柄，手动操作液压阀组件的各个电磁阀开关状态，以实现各个液压缸的运动，使采摘头到达操作者想要到达的油茶果位置，并将胶辊慢慢闭合，通过胶辊将油茶果从枝叶上挤压滚搓下来，采摘下来的油茶果下落至导流板中，顺着导流板落入存储箱中，完成一次采摘收集。

有益效果：本发明基于视觉控制的油茶采收机，利用CCD摄像头对油茶树不停扫描，并通过计算机处理识别定位，对识别到的油茶果连续不断地自动采摘并收集；同时胶辊式采摘头可实现一次性较大范围的油茶果采摘，且对油茶花苞和枝叶损伤极低；自动化采摘程度较高，采摘环境适应性好，采摘机构间协调性能优越，能够保证采摘动作连续性，采摘效率高，漏采率低，特别对油茶花苞和枝叶损伤程度低，造价相对较低，易于维修，实用性强。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例的主视图。

图2为本发明的较佳实施例的侧视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1～2的一种胶辊式自主油茶果采收机，包括柴油机1、操纵控制器2、液压阀组件3、液压泵4、液压油箱5、储存箱6、履带7、变速箱8、履带轮9、工业控制单片机10、工业计算机11、胶辊12、转柄13、采摘臂14、采摘臂液压缸15、动臂16、动臂液压缸17、立臂18、CCD摄像头19、拉杆臂液压缸20、拉杆臂21、拉杆液压缸22、连杆23及导流板24。

在本实施例中，行走系统包括柴油机1、履带7、变速箱8及履带轮9，柴油机1通过皮带与变速箱8连接，履带轮9与变速箱8同轴，履带轮9连接在履带7上，柴油机1为本装置提供动力，柴油机1的飞轮通过皮带传动带动变速箱8，在经过变速箱8减速后带动履带轮9在履带7上运动，履带轮9滚动带动履带7驱动前进；采摘头包括胶辊12、转柄13及连杆23，胶辊12通过轴承安装在转柄13上，连杆23铰接在转柄13上，拉杆液压缸22一端与连杆23铰接，拉杆液压缸22另一端铰接在拉杆臂21内部，采摘机构包括立臂18、动臂16、采摘臂14、拉杆臂21，拉杆臂21与采摘臂14铰接，拉杆臂液压缸20一端与拉杆臂21铰接，另一端与采摘臂14铰接，采摘臂14与动臂16铰接，采摘臂液压缸15一端与采摘臂14铰接，另一端与动臂16铰接，动臂液压缸17一端与动臂16铰接，另一端与立臂18铰接，立臂18固定在底盘机架上，动臂16通过销轴连接与立臂18铰接，由动臂液压缸17驱动动臂16运动；采摘头通过销轴连接在采摘臂14上，由拉杆臂液压缸20驱动运动；拉杆液压缸22带动连杆23运动，连杆23带动转柄13运动进而驱使胶辊12运动，拉杆液压缸22的往复运动将使转柄13、胶辊12张开与闭合，从而将油茶果的从枝干上挤压下来；视觉控制机构包括CCD摄像头19、工业计算机11、工业控制单片机10、操纵控制器2，CCD摄像头19与工业计算机11通过端口连接，再通过工业计算机11的通信端口输出至工业控制单片机10的端口，将工业控制单片机10端口与操纵控制器2的端口相连，CCD工业摄像头19安装固定在立臂18上；液压机构包括动臂液压缸17、采摘臂液压缸15、拉杆臂液压缸20、拉杆液压缸22、液压阀组件3、液压泵4、液压油箱5，柴油机1通过皮带带动液压泵4，液压泵4通过油管与液压油箱5相连，液压油箱5通过油管与液压阀组件3相连，采摘臂液压缸15、动臂液压缸17、拉杆臂液压缸20及拉杆液压缸22分别通过油管与液压阀组件3相连，操纵控制器2通过线路与液压阀组件3的电磁阀控制端口相连；收集机构包括导流板24、储存箱6，导流板24与储存箱6铰接。

在本实施例中，立臂18通过螺栓固定在底盘机架上面，且立臂18臂管四周焊接有加强筋。

在本实施例中，采摘臂液压缸15、动臂液压缸17、拉杆臂液压缸20、拉杆液压缸22均采用HSG型双作用型工程液压缸。

在本实施例中，胶辊12为尼龙材料制成，该种材料具有一定的韧性和硬度，在采摘过程中可避免对油茶果树枝的损伤。

在本实施例中，拉杆液压缸22安装时需要保证胶辊12闭合时留有间隙，以促使油茶花苞及枝叶从此间隙中漏出来，避免对油茶花苞和枝叶的损伤。

在本实施例中，CCD摄像头19安装个数为2个，以实现双目识别定位，且安装在立臂18两侧合适的高度上，以满足采集到全部油茶果树的图像信息。

在本实施例中，导流板24通过铰链连接在储存箱6中，不工作时将导流板24立起来，采摘时将导流板24放倒并与储存箱6水平呈一定夹角，夹角为15°～60°，以保证在采摘时油茶果顺利通过导流板24进入储存箱6中。

在本实施例中，操作该采收机时，将该采收机手动驾驶在油茶果林间隙路上，当快接近一棵油茶果树时，可将工作方式切换至自动模式，CCD摄像头19开始对油茶树进行图像采集，并通过工业计算机11对CCD摄像头19采集的图像信息进行处理，同时对图像中油茶果的形状大小和空间位置进行识别，而后将识别的图像模拟信号转化成数字信号传输到工业控制单片机10中，工业控制单片机10将电信号经由操纵控制器2传输到液压阀组件3的各个电磁阀中，通过“电—液”转化实现由电信号控制电磁阀的运动，通过电磁阀的开关动作实现采摘臂液压缸15、动臂液压缸17、拉杆臂液压缸20、拉杆液压缸22的运动，再由液压缸的往复运动驱动动臂16、采摘臂14、拉杆臂21运动，促使采摘头到达CCD摄像头19识别的位置，然后由拉杆液压缸22运动带动胶辊12慢慢闭合，胶辊12闭合过程中将油茶果从枝叶上挤压滚搓下来，采摘下来的油茶在重力作用下落入导流板24中，从而顺着导流板24落入存储箱6中，进而完成一次采摘收集过程；

通过CCD摄像头19定时采集和工业计算机11的连续处理，采摘头将有序采摘识别到的油茶果；也可切换至手动操作，由人工操作液压阀组件3手柄，手动操作液压阀组件3的各个电磁阀开关状态及闭合时间，以实现各个液压缸的运动，使采摘头到达操作者想要到达的油茶果位置，并将胶辊12慢慢闭合，通过胶辊12将油茶果从枝叶上挤压滚搓下来，采摘下来的油茶果下落至导流板24中，顺着导流板24落入存储箱6中，完成一次采摘收集。采摘完成后，由人工操纵采收机往前行走，在进行自动或手动操作采摘头采摘油茶果，周期性地对油茶果采摘，基于视觉识别的自动采摘，大量的重复性操作将通过工业计算机完成，从而实现油茶果的自动采摘，最大程度减少重复性操作劳动，并极大程度的减小对油茶枝叶及花苞的损伤。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种胶辊式自主油茶果采收机，包括底盘机架、行走系统、采摘头、采摘机构、视觉控制机构、液压机构及收集机构，其特征在于，行走系统、视觉控制机构、收集机构分别安装在底盘机架上，采摘机构一端与采摘头连接，另一端固定于底盘机架上，且行走系统与液压机构连接，液压机构分别与采摘机构、视觉控制机构连接；具体结构如下：

行走系统包括柴油机、履带、变速箱及履带轮，柴油机通过皮带与变速箱连接，履带轮与变速箱同轴，且履带轮连接在履带上，柴油机通过皮带传动带动变速箱，变速箱减速后带动履带轮在履带上运动，履带轮滚动带动履带前进；

采摘头包括胶辊、转柄及连杆，胶辊安装在转柄上，连杆铰接在转柄上；

采摘机构包括立臂、动臂、采摘臂及拉杆臂，立臂通过螺栓固定在底盘机架上面，且立臂臂管四周焊接有加强筋；动臂通过销轴与立臂铰接，采摘臂与动臂铰接，拉杆臂与采摘臂铰接；

视觉控制机构包括CCD摄像头、工业计算机、工业控制单片机、操纵控制器，CCD摄像头与工业计算机连接，工业计算机与工业控制单片机连接，工业控制单片机与操纵控制器连接，且CCD摄像头安装在立臂上；

液压机构包括动臂液压缸、采摘臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸、液压阀组件、液压泵、液压油箱，柴油机通过皮带与液压泵连接，液压泵通过油管与液压油箱连接，液压油箱通过油管与液压阀组件连接；采摘臂液压缸、动臂液压缸、拉杆臂液压缸及拉杆液压缸分别通过油管与液压阀组件连接，且拉杆液压缸安装时留有用于油茶花苞及枝叶漏出来的间隙，操纵控制器通过线路与液压阀组件的电磁阀控制端口连接；拉杆臂液压缸一端与拉杆臂铰接，另一端与采摘臂铰接；采摘臂液压缸一端与采摘臂铰接，另一端与动臂铰接；动臂液压缸一端与动臂铰接，另一端与立臂铰接；拉杆液压缸一端与连杆铰接，另一端铰接在拉杆臂内部；

收集机构包括导流板、储存箱，导流板与储存箱铰接，且导流板与储存箱水平呈夹角，储存箱安装在底盘机架上；

采摘油茶果时，首先将该采收机放置在油茶果树前，并将工作方式切换至自动模式，此时，CCD摄像头开始对油茶树进行图像采集，工业计算机对CCD摄像头采集的图像信息进行处理，同时对图像中油茶果的形状大小和空间位置进行识别，而后将识别的图像模拟信号转化成数字信号传输到工业控制单片机中，工业控制单片机将电信号经由操纵控制器传输到液压阀组件的各个电磁阀中，通过“电—液”转化实现由电信号控制电磁阀运动，通过电磁阀的开关动作实现采摘臂液压缸、动臂液压缸、拉杆臂液压缸、拉杆液压缸的运动，再由液压缸的往复运动驱动动臂、采摘臂、拉杆臂运动，促使采摘头到达CCD摄像头识别的位置，然后由拉杆液压缸运动带动胶辊慢慢闭合，胶辊在闭合过程中将油茶果从枝叶上挤压滚搓下来，采摘下来的油茶在重力作用下落入导流板中，从而顺着导流板落入存储箱中，进而完成一次采摘收集过程。

2.根据权利要求1所述的一种胶辊式自主油茶果采收机，其特征在于，采摘头通过销轴连接在采摘臂上。

3.根据权利要求1所述的一种胶辊式自主油茶果采收机，其特征在于，胶辊通过轴承安装在转柄上。

4.根据权利要求1所述的一种胶辊式自主油茶果采收机，其特征在于，胶辊为尼龙材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种胶辊式自主油茶果采收机，其特征在于，CCD摄像头安装个数为2个。

6.根据权利要求1所述的一种胶辊式自主油茶果采收机，其特征在于，导流板与储存箱水平夹角为15°～60°。