CN107593112A - 一种基于物联网的智能果实采摘机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的智能果实采摘机及其使用方法，智能果实采摘机由轮式车体、仿生采摘手臂及果实存储箱组成，仿生采摘手臂能够进行多自由度移动；使用时，通过智能手机和互联网对采摘机进行远程控制和监视，手爪采摘指可进行抓握力控制和抓握位置控制，可通过枝条剪断钳对连接果实的枝条进行剪断；采摘机通过卫星导航仪和激光导航仪进行路线规划导航，且通过图像识别摄像头进行目标果树进行定位识别；采摘机通过蓄电池供电，蓄电池通过太阳能电池板进行辅助充电；轮式车体可通过液压支撑机构及自动锁紧机构实现双重固定；果实存储箱具备计数和称重功能。本发明首次引入人手仿生采摘方式，有效实现自动导引和无损采摘，果实采摘效率得到大幅度提升。

Description

一种基于物联网的智能果实采摘机及其使用方法

技术领域

本发明属于智能农业机械技术领域，特别是涉及一种基于物联网的智能果实采摘机及其使用方法。

背景技术

我国作为一个农业大国，每年的瓜果产量十分巨大，大量瓜果在进入市场销售之前，都需要经过采摘过程，而目前的采摘过程几乎都是由人工手动完成的，随着劳动力成本的不断提升，这部分成本最终都会分摊到消费者身上。在市场经济不断深入的前提下，辅以先进的种植技术，瓜果作物的种植面积和果实产量都在成倍增加，尽管劳动力成本在不断提高，但劳动力不足的情况也越发的严重，导致瓜果采摘效率难以快速满足市场需要，这也是目前比较棘手的问题。

为了缓解劳动力成本高以及劳动力不足的问题，越来越多的果实采摘机被研发出来，用以替代传统的人工采摘方式，但现有的果实采摘机或多或少存在着以下缺陷和不足。

①、由于果实采摘机的普及率较低，对于功能和结构都相对完善的果实采摘机来说，高昂的价格也进一步阻碍了其推广的步伐，而对于价格低廉的果实采摘机来说，基本属于辅助型设备，仍然离不开人工进行操作，对采摘效率的提升帮助有限。

②、目前多数果实采摘机采用的采摘方式较为简单粗暴，多以强行拉晃树枝和树干的方式迫使果实下落，不但会对树枝和树干造成伤害，而且下落的果实还会一定几率出现磕碰伤，不但会影响到果实品质，而且会降低果实的保存时间，无形中降低了种植户的收入。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于物联网的智能果实采摘机及其使用方法，首次引入了人手仿生采摘方式，有效实现无损采摘，不但能够实现自动导引，而且使果实采摘效率得到大幅度提升。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于物联网的智能果实采摘机，包括轮式车体、仿生采摘手臂及果实存储箱；所述仿生采摘手臂设置在轮式车体中部上端面，所述果实存储箱设置在轮式车体尾部上端面；在所述轮式车体内部设置有通信及驱动控制盒，在通信及驱动控制盒内设有GPRS模块和wifi模块，通信及驱动控制盒通过GPRS模块或wifi模块与互联网相连，智能手机通过互联网与通信及驱动控制盒远程无线连接，通过智能手机对智能果实采摘机进行远程控制和监视。

所述仿生采摘手臂包括大臂、小臂及手爪；所述大臂竖直设置轮式车体上，大臂底端与轮式车体之间通过水平摆转驱动盘相连，在大臂顶端安装有俯仰驱动盘，所述小臂末端连接在俯仰驱动盘上，小臂前端通过摆转驱动轴与手爪相连；所述手爪腕部具有回转自由度；所述水平摆转驱动盘、俯仰驱动盘、摆转驱动轴及手爪腕部的动力源均为直流电机；所述小臂采用电动式伸缩杆。

所述手爪的采摘指内表面安装有压力传感器，在手爪的手掌中部安装有图像采集镜头，采摘指之间通过压力传感器的反馈信号进行抓握力控制，手爪通过图像采集镜头的反馈信号进行抓握位置控制。

在所述采摘指内表面覆盖有柔性橡胶层，通过柔性橡胶层对果实表面进行保护；在所述采摘指外表面安装有枝条剪断钳，且枝条剪断钳的安装位置可调；当采摘指扣合时，通过枝条剪断钳的刀刃扣合对连接果实的枝条进行剪断。

在所述轮式车体内设置有卫星导航仪，在轮式车体前端设置有激光导航仪和图像识别摄像头，通过卫星导航仪和激光导航仪对智能果实采摘机进行路线规划导航，通过图像识别摄像头进行目标果树进行定位识别。

在所述轮式车体内设置有蓄电池，智能果实采摘机通过蓄电池供电；在所述轮式车体上端面安装有太阳能电池板，蓄电池通过太阳能电池板进行辅助充电。

所述轮式车体前端采用斜坡式结构，在轮式车体前端中部开设有树干定位槽口，在树干定位槽口内安装有自动锁紧机构，轮式车体通过树干定位槽口内的自动锁紧机构与树干相固定。

在所述轮式车体底盘上安装有液压支撑机构，轮式车体通过液压支撑机构与地面相固定。

在所述果实存储箱的入口处设置有果实滚落斜坡，在果实滚落斜坡顶端安装有激光计数器，在果实存储箱底部设置有称重机构。

一种基于物联网的智能果实采摘机的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：启动智能果实采摘机，使智能手机与智能果实采摘机无线连接；

步骤二：通过智能手机对智能果实采摘机的行进路线进行规划；

步骤三：按照规划的行进路线，控制智能果实采摘机驶向目标果树，直到目标果树的树干进入轮式车体的树干定位槽口内；

步骤四：启动树干定位槽口内的自动锁紧机构，将轮式车体固定到树干上，同时启动轮式车体底盘的液压支撑机构，将轮式车体与地面固定在一起；

步骤五：启动仿生采摘手臂，控制大臂和小臂联动，对手爪的位置进行调整，通过手爪上的图像采集镜头锁定目标果实，直到目标果实进入手爪的抓握范围内；

步骤六：控制手爪的采摘指扣合，通过压力传感器控制抓握力，直到枝条剪断钳的刀刃完成扣合，用于连接果实的枝条被剪断，目标果实脱离枝条并落入手爪中；

步骤七：控制仿生采摘手臂移动，将手爪的位置调整到果实存储箱的入口上方；

步骤八：控制手爪张开，使目标果实首先落在果实滚落斜坡上，然后以自由滚落方式进入果实存储箱内部，而激光计数器同步完成果实计数；

步骤九：重复执行步骤五至步骤八，使果实存储箱内的果实数量不断增加，直到果实存储箱底部的称重机构检测到果实总重量达到设定值后，停止果实采摘作业；

步骤十：先控制仿生采摘手臂恢复到初始位置，然后关闭自动锁紧机构和液压支撑机构，使轮式车体与树干和地面的固定连接脱开；

步骤十一：控制满载果实的智能果实采摘机以自动引导方式驶向卸货仓库。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，首次引入了人手仿生采摘方式，有效实现无损采摘，不但能够实现自动导引，而且使果实采摘效率得到大幅度提升。

附图说明

图1为本发明的一种基于物联网的智能果实采摘机结构示意图；

图2为本发明的仿生采摘手臂结构示意图；

图3为本发明的手爪结构示意图；

图中，1—轮式车体，2—仿生采摘手臂，3—果实存储箱，4—大臂，5—小臂，6—手爪，7—水平摆转驱动盘，8—俯仰驱动盘，9—摆转驱动轴，10—采摘指，11—压力传感器，12—手掌，13—图像采集镜头，14—枝条剪断钳，15—激光导航仪，16—图像识别摄像头，17—太阳能电池板，18—树干定位槽口，19—液压支撑机构，20—果实滚落斜坡，21—激光计数器，22—自动锁紧机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种基于物联网的智能果实采摘机，包括轮式车体1、仿生采摘手臂2及果实存储箱3；所述仿生采摘手臂2设置在轮式车体1中部上端面，所述果实存储箱3设置在轮式车体1尾部上端面；在所述轮式车体1内部设置有通信及驱动控制盒，在通信及驱动控制盒内设有GPRS模块和wifi模块，通信及驱动控制盒通过GPRS模块或wifi模块与互联网相连，智能手机通过互联网与通信及驱动控制盒远程无线连接，通过智能手机对智能果实采摘机进行远程控制和监视。

所述仿生采摘手臂2包括大臂4、小臂5及手爪6；所述大臂4竖直设置轮式车体1上，大臂4底端与轮式车体1之间通过水平摆转驱动盘7相连，在大臂4顶端安装有俯仰驱动盘8，所述小臂5末端连接在俯仰驱动盘8上，小臂5前端通过摆转驱动轴9与手爪6相连；所述手爪6腕部具有回转自由度；所述水平摆转驱动盘7、俯仰驱动盘8、摆转驱动轴9及手爪6腕部的动力源均为直流电机；所述小臂5采用电动式伸缩杆。由于果实在果树上的位置和高度差异很大，通过大臂4、小臂5及手爪6的联动，可以对同一高度上的果实进行采摘，而对于不同高度的果实，只需调整小臂5的伸长量，即可满足果实采摘要求。

所述手爪6的采摘指10内表面安装有压力传感器11，在手爪6的手掌12中部安装有图像采集镜头13，采摘指10之间通过压力传感器11的反馈信号进行抓握力控制，手爪6通过图像采集镜头13的反馈信号进行抓握位置控制。

在所述采摘指10内表面覆盖有柔性橡胶层，通过柔性橡胶层对果实表面进行保护；在所述采摘指10外表面安装有枝条剪断钳14，且枝条剪断钳14的安装位置可调；当采摘指10扣合时，通过枝条剪断钳14的刀刃扣合对连接果实的枝条进行剪断。如此，当目标果实被手爪2抓握住后，不需要采摘指10对果实进行强行拖拽，因此避免了因拖拽果实对树枝带来的损伤，而采摘指10内表面覆盖的柔性橡胶层也可以进一步保护果实，从而实现无损采摘。

在所述轮式车体1内设置有卫星导航仪，在轮式车体1前端设置有激光导航仪15和图像识别摄像头16，通过卫星导航仪和激光导航仪15对智能果实采摘机进行路线规划导航，通过图像识别摄像头16进行目标果树进行定位识别。

在所述轮式车体1内设置有蓄电池，智能果实采摘机通过蓄电池供电；在所述轮式车体1上端面安装有太阳能电池板17，蓄电池通过太阳能电池板17进行辅助充电。

所述轮式车体1前端采用斜坡式结构，在轮式车体1前端中部开设有树干定位槽口18，在树干定位槽口18内安装有自动锁紧机构22，轮式车体1通过树干定位槽口18内的自动锁紧机构22与树干相固定。

在所述轮式车体1底盘上安装有液压支撑机构19，轮式车体1通过液压支撑机构19与地面相固定。

在所述果实存储箱3的入口处设置有果实滚落斜坡20，在果实滚落斜坡20顶端安装有激光计数器21，在果实存储箱3底部设置有称重机构。

一种基于物联网的智能果实采摘机的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：启动智能果实采摘机，使智能手机与智能果实采摘机无线连接；

步骤二：通过智能手机对智能果实采摘机的行进路线进行规划；

步骤三：按照规划的行进路线，智能果实采摘机以自动引导方式驶向目标果树，直到目标果树的树干进入轮式车体1的树干定位槽口18内；

步骤四：启动树干定位槽口18内的自动锁紧机构22，将轮式车体1固定到树干上，同时启动轮式车体1底盘的液压支撑机构19，将轮式车体1与地面固定在一起；

步骤五：启动仿生采摘手臂2，控制大臂4和小臂5联动，对手爪6的位置进行调整，通过手爪6上的图像采集镜头13锁定目标果实，直到目标果实进入手爪6的抓握范围内；

步骤六：控制手爪6的采摘指10扣合，通过压力传感器11控制抓握力，直到枝条剪断钳14的刀刃完成扣合，用于连接果实的枝条被剪断，目标果实脱离枝条并落入手爪6中；

步骤七：控制仿生采摘手臂2移动，将手爪6的位置调整到果实存储箱3的入口上方；

步骤八：控制手爪6张开，使目标果实首先落在果实滚落斜坡20上，然后以自由滚落方式进入果实存储箱3内部，而激光计数器21同步完成果实计数；

步骤九：重复执行步骤五至步骤八，使果实存储箱3内的果实数量不断增加，直到果实存储箱3底部的称重机构检测到果实总重量达到设定值后(以果实总重量达到30kg为例)，停止果实采摘作业；

步骤十：先控制仿生采摘手臂2恢复到初始位置，然后关闭自动锁紧机构22和液压支撑机构19，使轮式车体1与树干和地面的固定连接脱开；

步骤十一：控制满载果实的智能果实采摘机以自动引导方式驶向卸货仓库。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：包括轮式车体、仿生采摘手臂及果实存储箱；所述仿生采摘手臂设置在轮式车体中部上端面，所述果实存储箱设置在轮式车体尾部上端面；在所述轮式车体内部设置有通信及驱动控制盒，在通信及驱动控制盒内设有GPRS模块和wifi模块，通信及驱动控制盒通过GPRS模块或wifi模块与互联网相连，智能手机通过互联网与通信及驱动控制盒远程无线连接，通过智能手机对智能果实采摘机进行远程控制和监视。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：所述仿生采摘手臂包括大臂、小臂及手爪；所述大臂竖直设置轮式车体上，大臂底端与轮式车体之间通过水平摆转驱动盘相连，在大臂顶端安装有俯仰驱动盘，所述小臂末端连接在俯仰驱动盘上，小臂前端通过摆转驱动轴与手爪相连；所述手爪腕部具有回转自由度；所述水平摆转驱动盘、俯仰驱动盘、摆转驱动轴及手爪腕部的动力源均为直流电机；所述小臂采用电动式伸缩杆。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：所述手爪的采摘指内表面安装有压力传感器，在手爪的手掌中部安装有图像采集镜头，采摘指之间通过压力传感器的反馈信号进行抓握力控制，手爪通过图像采集镜头的反馈信号进行抓握位置控制。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：在所述采摘指内表面覆盖有柔性橡胶层，通过柔性橡胶层对果实表面进行保护；在所述采摘指外表面安装有枝条剪断钳，且枝条剪断钳的安装位置可调；当采摘指扣合时，通过枝条剪断钳的刀刃扣合对连接果实的枝条进行剪断。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：在所述轮式车体内设置有卫星导航仪，在轮式车体前端设置有激光导航仪和图像识别摄像头，通过卫星导航仪和激光导航仪对智能果实采摘机进行路线规划导航，通过图像识别摄像头进行目标果树进行定位识别。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：在所述轮式车体内设置有蓄电池，智能果实采摘机通过蓄电池供电；在所述轮式车体上端面安装有太阳能电池板，蓄电池通过太阳能电池板进行辅助充电。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：所述轮式车体前端采用斜坡式结构，在轮式车体前端中部开设有树干定位槽口，在树干定位槽口内安装有自动锁紧机构，轮式车体通过树干定位槽口内的自动锁紧机构与树干相固定。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：在所述轮式车体底盘上安装有液压支撑机构，轮式车体通过液压支撑机构与地面相固定。

9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机，其特征在于：在所述果实存储箱的入口处设置有果实滚落斜坡，在果实滚落斜坡顶端安装有激光计数器，在果实存储箱底部设置有称重机构。

10.权利要求1所述的一种基于物联网的智能果实采摘机的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：启动智能果实采摘机，使智能手机与智能果实采摘机无线连接；

步骤二：通过智能手机对智能果实采摘机的行进路线进行规划；

步骤三：按照规划的行进路线，控制智能果实采摘机驶向目标果树，直到目标果树的树干进入轮式车体的树干定位槽口内；

步骤四：启动树干定位槽口内的自动锁紧机构，将轮式车体固定到树干上，同时启动轮式车体底盘的液压支撑机构，将轮式车体与地面固定在一起；

步骤五：启动仿生采摘手臂，控制大臂和小臂联动，对手爪的位置进行调整，通过手爪上的图像采集镜头锁定目标果实，直到目标果实进入手爪的抓握范围内；

步骤六：控制手爪的采摘指扣合，通过压力传感器控制抓握力，直到枝条剪断钳的刀刃完成扣合，用于连接果实的枝条被剪断，目标果实脱离枝条并落入手爪中；

步骤七：控制仿生采摘手臂移动，将手爪的位置调整到果实存储箱的入口上方；

步骤八：控制手爪张开，使目标果实首先落在果实滚落斜坡上，然后以自由滚落方式进入果实存储箱内部，而激光计数器同步完成果实计数；

步骤九：重复执行步骤五至步骤八，使果实存储箱内的果实数量不断增加，直到果实存储箱底部的称重机构检测到果实总重量达到设定值后，停止果实采摘作业；

步骤十：先控制仿生采摘手臂恢复到初始位置，然后关闭自动锁紧机构和液压支撑机构，使轮式车体与树干和地面的固定连接脱开；

步骤十一：控制满载果实的智能果实采摘机以自动引导方式驶向卸货仓库。