CN107667670B - 一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，包括移动平台(8)、安装在移动平台(8)下方的主控制器(25)和电机及安装在移动平台(8)前方的旋转机械臂(3)，在旋转机械臂(3)的末端安装有采摘装置(1)，在旋转机械臂(3)末端的上方安装有图像采集装置(2)，在旋转机械臂(3)的后方安装分级旋转装置，在分级旋转装置内放置收获箱(4)；采摘装置(1)和分级旋转装置均由电机驱动控制，所述电机和图像采集装置(2)均与主控制器(25)电连接，还公开了其控制方法。本发明结构简单，集采摘、分级、装箱、传送于一体，能最大限度避免葡萄收获过程中受到损伤，提高工作效率，降低工作强度，且自动化程度高。

Description

一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机及其控制方法

技术领域

本发明涉及标准化机械收获技术领域，具体为一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机及其控制方法。

背景技术

葡萄作为水果之神，富含多种营养物质、酸甜可口，深受人们喜爱。我国葡萄种植面积居世界前列，近十年葡萄栽培面积和产量一直呈上升趋势。然而，我国的机械化葡萄收获水平还很低，葡萄收获主要依靠人工，成本高、劳动强度大并且采摘过程中容易对葡萄造成损伤，不利于葡萄的保存。除此之外，鲜食葡萄缺乏完整明确的分级体系，严重制约了葡萄以及附属产业的发展。

针对目前葡萄采摘机械化程度低，分级体系不完善的现状，葡萄种植者需要一种机械化程度高、可以自动实现葡萄采摘、分级、装箱、传送于一体的收获机来满足对高质量机械化、自动化收获的要求。本发明设计的篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机可以达到提高机械化程度，最大限度减少葡萄损伤，降低劳动强度的目的。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机及其控制方法，本篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机可实现葡萄采摘、分级、装箱、传送于一体，降低了劳动强度，提高了工作效率，最大限度的避免葡萄损伤，且控制方法的自动化程度高。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明一方面提供一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，包括移动平台、安装在移动平台下方的主控制器和电机及安装在移动平台前方的旋转机械臂，在旋转机械臂的末端安装有采摘装置，在旋转机械臂末端的上方安装有图像采集装置，在旋转机械臂的后方安装分级旋转装置，在分级旋转装置内放置收获箱；所述采摘装置和分级旋转装置均由电机驱动控制，所述电机和图像采集装置均与主控制器电连接。

所述图像采集装置为深度相机，用于图像采集，并将采集信息传送给主控制器；旋转机械臂自由度全部是旋转自由度，可实现对机架两侧的葡萄进行采摘。

作为优选，所述分级旋转装置包括对称设置的伸缩架和与伸缩架连接的旋转圆盘，在旋转圆盘的圆周上均匀分布多个圆柱形凸起，圆柱形凸起与三角支撑架铰接，在对称的三角支撑架之间放置有收获箱。主控制器通过旋转升降电机控制旋转圆盘旋转和伸缩架伸缩实现葡萄的旋转分级。

作为优选，还包括安装在移动平台下方的万向轮和导航装置，所述万向轮由电机驱动控制，所述导航装置包括位置传感器和接近开关，所述导航装置与主控制器电连接。万向轮的轮胎位于移动平台外侧用于增加受力面积，提高整体稳定性；主控制器根据接近开关和位置传感器控制行走电机，当检测到收获机到达采摘点后，停止运动。

作为优选，所述电机包括步进电机和旋转升降电机，所述万向轮和采摘装置与步进电机电连接，所述分级旋转装置与旋转升降电机电连接。

作为优选，在所述旋转机械臂和分级旋转装置之间设有空收获箱暂存架，所述的空收获箱暂存架由4根竖直放置的三角铁组成，三角铁内侧分布有可伸缩长方体凸台，所述可伸缩长方体凸台与收获箱上侧边缘底部相接，在远离旋转机械臂的三角铁下方有高于收获箱的缺口。主控制器控制可伸缩长方体凸台伸缩，结合传送装置可实现收获箱的传送。

作为优选，还包括安装在移动平台上的传送装置，所述传送装置一直延伸到移动平台尾部且位于空收获箱暂存架和分级旋转装置的正下方，传送装置宽度小于收获箱长度。传送装置用于运输收获箱。

作为优选，在移动平台尾部对应传送装置的出口处设有下放挡板，所述下放挡板由两个横板和连接在两横板间的多个滚轮组成。下放后，下放挡板的滚轮用于传送收获箱。

作为优选，所述采摘装置包括采摘剪刀和位于采摘剪刀正下方的夹持装置。夹持装置和采摘剪刀选用轻质硬质合金材料，夹持装置和采摘剪刀由主控制器控制步进电机进行驱动。所述夹持装置表面覆盖橡胶层，增大与葡萄梗之间的摩擦并保护葡萄梗不受损伤。

作为优选，在移动平台的下方安装有超声波传感器，在收获箱上侧边缘设有传感器，所述传感器和超声波传感器均与主控制器电连接。超声波传感器检测到障碍物时，上传信号到主控制器，主控制器通过控制电机使收获机减速到停止并发出警报，待障碍物被清除后，主控制器继续控制电机驱动进行工作；收获箱上侧边缘设有传感器用于检测收集箱内采摘程度，采摘满后传给主控制器。

本发明另一方面提供一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机的控制方法，包括以下工艺：

1)电机驱动移动平台运动到采摘位置后，图像采集装置进行图像采集，主控制器对采集到的图像进行处理，获取采摘点位置，对葡萄进行分级并规划旋转机械臂采摘路径，主控制器控制步进电机驱动旋转机械臂进行采摘；

2)采摘完成后根据等级，分级旋转装置将收获箱旋转至顶点位置，收获箱满后，伸缩架收缩，下放收获箱到传送装置上，通过下放挡板将满后的收获箱传送至地面，同时，空收获箱暂存架下放一个空收获箱到传送装置，伸缩架伸展将空收获箱抬起，继续下一轮收获。

本发明的有益效果为：

本发明的基于篱壁式种植的全自动鲜食葡萄收获机改变了目前采用人工进行葡萄采摘的现状，可实现葡萄的自动采摘、分级、装箱、传送，减小葡萄的损伤，保证了葡萄质量，提高了工作效率，具有结构简单合理、有益效果显著的特点，适用于篱壁式的葡萄采摘。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，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。

图1为本发明整体视图；

图2为本发明底部视图；

图3为采摘装置局部视图；

图4为空收获箱暂存架局部视图；

图5为下放挡板局部视图；

图中，1—采摘装置、2—图像采集装置、3—旋转机械臂、4—收获箱、5—旋转圆盘、6—三角支撑架、7—下放挡板、8—移动平台、9—伸缩架、10—传送装置、11—空收获箱暂存架、12——万向轮、13—旋转升降电机、14—位置传感器、15—超声波传感器、16—夹持装置、17—采摘剪刀、18—步进电机、19—接近开关、20—驱动齿轮、21—可伸缩长方体凸台、22—滚轮、23—横板、24—橡胶层、25—主控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例1，结合图1至图5，一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，包括移动平台8、安装在移动平台8下方的主控制器25和电机及安装在移动平台8前方的旋转机械臂3，在旋转机械臂3的末端安装有采摘装置1，在旋转机械臂3末端的上方安装有图像采集装置2，在旋转机械臂3的后方安装分级旋转装置，在分级旋转装置内放置收获箱4；所述采摘装置1和分级旋转装置均由电机驱动控制，所述电机和图像采集装置均与主控制器电连接。

所述图像采集装置2为深度相机，用于图像采集，并将采集信息传送给主控制器；旋转机械臂自由度全部是旋转自由度，可实现对机架两侧的葡萄进行采摘。

所述分级旋转装置包括对称设置的伸缩架9和与伸缩架9连接的旋转圆盘5，在旋转圆盘5的圆周上均匀分布多个圆柱形凸起，圆柱形凸起与三角支撑架6铰接，在对称的三角支撑架6之间放置有收获箱4。主控制器通过旋转升降电机控制旋转圆盘旋转和伸缩架伸缩实现葡萄的旋转分级。

还包括安装在移动平台8下方的万向轮12和导航装置，所述万向轮12由电机驱动控制，所述导航装置包括位置传感器14和接近开关19，所述导航装置与主控制器电连接。万向轮的轮胎位于移动平台外侧用于增加受力面积，提高整体稳定性；主控制器根据接近开关和位置传感器控制行走电机，当检测到收获机到达采摘点后，停止运动。

所述电机包括步进电机18和旋转升降电机13，所述万向轮12和采摘装置1与步进电机18电连接，所述分级旋转装置与旋转升降电机13电连接。

还包括安装在移动平台8上的传送装置10，所述传送装置10一直延伸到移动平台8尾部且位于空收获箱暂存架11和分级旋转装置的正下方，传送装置10宽度小于收获箱4长度。传送装置用于运输收获箱。

在移动平台8尾部对应传送装置10的出口处设有下放挡板7，所述下放挡板7由两个横板23和连接在两横板23间的多个滚轮22组成。下放后，下放挡板7的滚轮用于传送收获箱。

所述采摘装置1包括采摘剪刀17和位于采摘剪刀17正下方的夹持装置16，在夹持装置16表面覆盖有橡胶层24。夹持装置和采摘剪刀选用轻质硬质合金材料，夹持装置和采摘剪刀由主控制器控制步进电机进行驱动。所述夹持装置表面覆盖橡胶层，增大与葡萄梗之间的摩擦并保护葡萄梗不受损伤。

实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，在所述旋转机械臂3和分级旋转装置之间设有空收获箱暂存架11，所述的空收获箱暂存架11由4根竖直放置的三角铁组成，三角铁内侧分布有可伸缩长方体凸台21，所述可伸缩长方体凸台21与收获箱4上侧边缘底部相接，在远离旋转机械臂3的三角铁下方有高于收获箱4的缺口。主控制器控制可伸缩长方体凸台伸缩，结合传送装置可实现收获箱的传送。

实施例3，本实施例与实施例1的不同之处在于，在移动平台8的下方安装有超声波传感器15，在收获箱4上侧边缘设有传感器，所述传感器和超声波传感器15均与主控制器电连接。超声波传感器检测到障碍物时，上传信号到主控制器，主控制器通过控制电机使收获机减速到停止并发出警报，待障碍物被清除后，主控制器继续控制电机驱动进行工作；收获箱上侧边缘设有传感器用于检测收集箱内采摘程度，采摘满后传给主控制器。

上述实施例1-3的控制方法，包括以下工艺：

1电机驱动移动平台运动到采摘位置后，图像采集装置进行图像采集，主控制器对采集到的图像进行处理，获取采摘点位置，对葡萄进行分级并规划旋转机械臂采摘路径，主控制器控制步进电机驱动旋转机械臂进行采摘；

2采摘完成后根据等级，分级旋转装置将收获箱旋转至顶点位置，收获箱满后，伸缩架收缩，下放收获箱到传送装置上，通过下放挡板将满后的收获箱传送至地面，同时，空收获箱暂存架下放一个空收获箱到传送装置，伸缩架伸展将空收获箱抬起，继续下一轮收获。

具体的工作过程如下：步进电机18驱动移动平台8运动，移动平台下方装有位置传感器14用于监测收获机的实时位置，并将收获机所处位置反馈给主控制器；待收获机到达采摘地点时，位于旋转机械臂末端上方的深度相机2开始采集图像信息并上传到主控制器进行采摘点的识别，识别点确定后，主控制器控制步进电机18驱动采摘剪刀17进行采摘；具体过程为根据末端采摘装置和葡萄采摘点的位置确定采摘装置的运动路径，运动路径确定后，步进电机18驱动旋转机械臂使采摘剪刀运动至采摘点，同时，下方夹持装置16夹住葡萄梗，采摘剪刀进行剪切。

在葡萄采摘后移送过程中，对采集到的图像进行线性处理，对果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均匀度进行检测，根据检测结果对葡萄进行分级。旋转升降电机13驱动旋转圆盘5转动，根据葡萄等级的划分将等级收获箱转到最高处，夹持装置16运动至收获箱上方，将葡萄放入收获箱后进行下一次采摘。

收获箱上侧边缘设有传感器，传感器感应到收获箱满后，主控制器控制旋转机械臂停止采摘，并控制旋转圆盘旋转将装满葡萄的收获箱旋转到最底部，此时，伸缩架向下收缩将收获箱放置到传送装置上，空收获箱暂存架上11的可伸缩长方体凸台21收缩，下放一个空收获箱到传送装置10。可伸缩长方体凸台21收缩后不再自动弹起，此时，传送装置转动将空收获箱传送到伸缩架正下方，满箱的葡萄经过下放挡板下放到收获车后方的地面上，伸缩架向上伸展，空收获箱跟随伸缩架上升，继续采摘过程。

当采集到的图像显示葡萄全部采摘完成后，旋转机械臂恢复零关节角姿态并转到另一侧进行采摘，两侧采摘完成后，收获机继续前进进行下一次采摘。当空收获箱暂存架的空收获箱数为零时，且伸缩架上收获箱满后，将此信号传到主控制器，主控制器发出提示进行补箱。一行采摘完成后，收获机转向，到下一行进行采摘。当收获机前方安装的超声波传感器15检测到障碍物时，上传信号到主控制器，主控制器通过控制步进电机使收获机减速到停止并发出警报。待障碍物被清除后，主控制器继续控制电机驱动进行工作。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，其特征在于：包括移动平台(8)、安装在移动平台(8)下方的主控制器(25)和电机及安装在移动平台(8)前方的旋转机械臂(3)，在旋转机械臂(3)的末端安装有采摘装置(1)，在旋转机械臂(3)末端的上方安装有图像采集装置(2)，在旋转机械臂(3)的后方安装分级旋转装置，在分级旋转装置内放置收获箱(4)；所述采摘装置(1)和分级旋转装置均由电机驱动控制，所述电机和图像采集装置均与主控制器(25)电连接；

还包括安装在移动平台(8)下方的万向轮(12)和导航装置，所述万向轮(12)由电机驱动控制，所述导航装置包括位置传感器(14)和接近开关(19)，所述导航装置与主控制器(25)电连接；

所述电机包括步进电机(18)和旋转升降电机(13)，所述万向轮(12)

和采摘装置(1)与步进电机(18)电连接，所述分级旋转装置与旋转升降电机(13)电连接；

在所述旋转机械臂(3)和分级旋转装置之间设有空收获箱暂存架(11)，所述的空收获箱暂存架(11)由4根竖直放置的三角铁组成，三角铁内侧分布有可伸缩长方体凸台(21)，所述可伸缩长方体凸台(21)与收获箱(4)上侧边缘底部相接，在远离旋转机械臂(3)的三角铁下方有高于收获箱(4)的缺口；

还包括安装在移动平台(8)上的传送装置(10)，所述传送装置(10)

一直延伸到移动平台(8)尾部且位于空收获箱暂存架(11)和分级旋转装置的正下方，传送装置(10)宽度小于收获箱(4)长度；

在移动平台(8)尾部对应传送装置(10)的出口处设有下放挡板(7)，

所述下放挡板(7)由两个横板(23)和连接在两横板(23)间的多个滚轮(22)组成。

2.根据权利要求1所述的篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，其特征在于：所述分级旋转装置包括对称设置的伸缩架(9)和与伸缩架(9)连接的旋转圆盘(5)，在旋转圆盘(5)的圆周上均匀分布多个圆柱形凸起，圆柱形凸起与三角支撑架(6)铰接，在对称的三角支撑架(6)之间放置有收获箱(4)。

3.根据权利要求1所述的篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，其特征在于：所述采摘装置(1)包括采摘剪刀(17)和位于采摘剪刀(17)正下方的夹持装置(16)，在夹持装置(16)表面覆盖有橡胶层(24)。

4.根据权利要求1所述的篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机，其特征在于：在移动平台(8)的下方安装有超声波传感器(15)，在收获箱(4)上侧边缘设有传感器，所述传感器和超声波传感器(15)均与主控制器电连接。

5.一种如权利要求2所述篱壁式鲜食葡萄的无损智能分级收获机的控制方法，其特征在于，包括以下工艺：

(1)电机驱动移动平台运动到采摘位置后，图像采集装置进行图像采集，主控制器对采集到的图像进行处理，获取采摘点位置，对葡萄进行分级并规划旋转机械臂采摘路径，主控制器控制步进电机驱动旋转机械臂进行采摘；

(2)采摘完成后根据等级，分级旋转装置将收获箱旋转至顶点位置，收获箱满后，伸缩架收缩，下放收获箱到传送装置上，通过下放挡板将满后的收获箱传送至地面，同时，空收获箱暂存架下放一个空收获箱到传送装置，伸缩架伸展将空收获箱抬起，继续下一轮收获。