CN108064561B - 一种苹果自动化采摘装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种苹果自动化采摘装置，包括机械臂、视觉传感器、舵机、刀片、连接移动杆和中央处理器；所述视觉传感器包括第一视觉传感器和第二视觉传感器；所述舵机包括第一舵机、第二舵机和第三舵机。本发明还公开了一种苹果自动化采摘方法。
Description
技术领域
本发明涉及自动化采摘技术领域，尤其是一种苹果自动化采摘装置和方法。
背景技术
在水果生产作业中，果实采摘约占整个作业量的一小半。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。现有的水果果实自动化采摘有英国人发明的类似吸尘器的形式，将成熟水果吸下来；由日本人发明的摇树获取果实的形式；这些发明可以缩短工作时间，节约人力资源，更好的服务社会，通过人力辅助提高摘取效率，但现有的采摘装置由于定位系统复杂，依然存在效率不高，不方便操作，易损害果实，人力成本依旧不低的缺点。
苹果是水果的一种，是蔷薇科苹果亚科苹果属植物，其树为落叶乔木，果实富含矿物质和维生素，是人们经常食用的水果之一。苹果中营养成分可溶性大，易被人体吸收，故有“活水”之称。其有利于溶解硫元素，使皮肤润滑柔嫩。目前尚未发现针对苹果果实的自动化采摘装置。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种苹果自动化采摘装置。
本发明的第二个目的在于提供一种苹果自动化采摘方法。
为实现上述第一个目的，本发明采用以下内容：
一种苹果自动化采摘装置，包括机械臂、视觉传感器、舵机、刀片、连接移动杆和中央处理器；所述视觉传感器包括第一视觉传感器和第二视觉传感器；所述舵机包括第一舵机、第二舵机和第三舵机；
所述第一视觉传感器用于沿枝干方向移动，并实时测定前方一定范围内一定距离的各纵切面的最大水平直径；所述中央处理器通过判断各最大水平直径是否持续一段时间变化来选定枝条；
所述第一舵机和第二舵机与机械臂相连，受中央处理器控制使机械臂旋转至与选定枝条平行；
所述第二视觉传感器用于沿选定枝条移动，实时测定前方目标直径并返回并返回中央处理器；所述第三舵机经连接移动杆与机械臂相连，还与刀片相连；所述中央处理器通过判断目标直径是否有突变来找出突变点并控制连接移动杆将第三舵机带动刀片拉至接近突变点的直径最小的地方进行切割。
所述机械臂可以是任意形式的机械臂，优选为蛇形机械臂，具有小、轻便、控制方便的优点。
优选地，在所述机械臂下设有缓冲机构。
为实现上述第二个目的，本发明采用以下内容：
一种苹果自动化采摘方法，该采摘方法是通过判断枝条某处是否有直径突变来定位苹果的位置，进而实现苹果自动化采摘。
进一步地，所述苹果自动化采摘方法，包括步骤：
1)选定枝条：中央处理器控制第一视觉传感器沿枝干方向移动，第一视觉传感器实时测定前方一定范围内一定距离的各纵切面的最大水平直径并返回中央处理器；中央处理器判断测得的各最大水平直径是否持续一段时间变化，若最大水平直径的数值单调递增时间超过规定时间，则开始判断最大数值点并且此时此刻停止机械臂前进；同时中央处理器获得枝条与第一视觉传感器的相对角度位置，将位置角度赋予第一舵机和第二舵机，第一舵机和第二舵机开始旋转至相应角度，并移动第一舵机和第二舵机于原来第一视觉传感器所处位置，实现将机械臂旋转至与选定枝条平行；
2)确定突变点并采摘：中央处理器控制第二视觉传感器沿该枝条平行方向移动，第二视觉传感器实时测定前方目标直径并返回中央处理器；中央处理器通过判断目标直径是否有突变；若有，找出突变点，中央处理器控制连杆将第三舵机带动刀片拉至突变点并在接近突变点的直径最小的地方进行切割，完成采摘。
本发明具有以下优点：
本发明的苹果自动化采摘装置可以快速采摘苹果，可以设置多个机械臂同时动作，大大提高了果农的效率。
本发明的苹果自动化采摘方法首次提出利用机械臂和刀片来切除苹果而非用机械臂摘取苹果，定位简便，采摘方便，效率高，方便操作，不易损害果实，人力成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明的苹果自动化采摘方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例
一种苹果自动化采摘装置包括机械臂、第一视觉传感器、第二视觉传感器、第一舵机、第二舵机、第三舵机、刀片、连接移动杆、中央处理器CPU。CPU与机械臂、第一视觉传感器、第二视觉传感器、第一舵机、第二舵机、第三舵机相连，接收第一视觉传感器、第二视觉传感器的数据并进行处理，依照处理结果控制机械臂、第一舵机、第二舵机、第三舵机。
第一视觉传感器沿枝干方向移动，并实时测定前方一定范围内一定距离的各纵切面的最大水平直径并返回CPU。CPU判断测得的各最大水平直径是否持续一段时间变化，若最大水平直径的数值单调递增时间超过规定时间，则开始判断最大数值点并且此时此刻停止机械臂前进。同时CPU获得该枝条与第一视觉传感器的相对角度位置，将位置角度赋予第一舵机和第二舵机，第一舵机和第二舵机开始旋转至相应角度，并移动第一舵机和第二舵机于原来第一视觉传感器所处位置，实现将机械臂旋转至与选定枝条平行。
第二视觉传感器沿选定枝条移动，实时测定枝条前方目标直径并返回CPU。第三舵机经连接移动杆与机械臂相连，还与刀片相连。CPU通过判断目标直径是否有突变来找出突变点。如果有突变，CPU控制连接移动杆将第三舵机带动刀片拉至接近突变点的直径最小的地方进行切割，完成采摘。如果没有突变，CPU控制第一舵机和第二舵机恢复到CPU判断最大水平直径的位置。
机械臂为蛇形机械臂。优选在机械臂下设有缓冲机构。缓冲机构的作用是为机械臂提供缓冲，任何形式的可提供缓冲作用的装置、材料等均可使用。
第一舵机和第二舵机配合，可实现机械臂上下、左右180°旋转。由小车上的雷达扫描整体果树是否还有苹果，如果没有则中止CPU。舵机、连接移动杆、机械臂的具体设置方式和控制方法，本领域技术人员可采用任意现有技术来实现，在此不进行详述。
本发明的苹果自动化采摘装置整体设置在一个小车上。控制小车自动寻找果树，当小车停止时，自动化采摘装置的CPU开始工作。本发明的苹果自动化采摘装置使用的定位方法简单，操作方便，效率高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种苹果自动化采摘装置，其特征在于：包括机械臂、视觉传感器、舵机、刀片、连接移动杆和中央处理器；所述视觉传感器包括第一视觉传感器和第二视觉传感器；所述舵机包括第一舵机、第二舵机和第三舵机；
所述第一视觉传感器用于沿枝干方向移动，并实时测定前方一定范围内一定距离的各纵切面的最大水平直径；所述中央处理器通过判断各最大水平直径是否持续一段时间变化来选定枝条；
所述第一舵机和第二舵机与机械臂相连，受中央处理器控制使机械臂旋转至与选定枝条平行；
所述第二视觉传感器用于沿选定枝条移动，实时测定前方目标直径并返回中央处理器；所述第三舵机经连接移动杆与机械臂相连，还与刀片相连；所述中央处理器通过判断目标直径是否有突变来找出突变点并控制连接移动杆将第三舵机带动刀片拉至接近突变点的直径最小的地方进行切割；
所述机械臂为蛇形机械臂。
2.根据权利要求1所述的一种苹果自动化采摘装置，其特征在于：在所述机械臂下设有缓冲机构。
3.一种苹果自动化采摘方法，其特征在于：所述采摘方法是通过判断枝条某处是否有直径突变来定位苹果的位置，进而实现苹果自动化采摘；
所述苹果自动化采摘方法，具体包括以下步骤：
1)选定枝条：中央处理器控制第一视觉传感器沿枝干方向移动，第一视觉传感器实时测定前方一定范围内一定距离的各纵切面的最大水平直径并返回中央处理器；中央处理器判断测得的各最大水平直径是否持续一段时间变化，若最大水平直径的数值单调递增时间超过规定时间，则开始判断最大数值点并且此时此刻停止机械臂前进；同时中央处理器获得枝条与第一视觉传感器的相对角度位置，将位置角度赋予第一舵机和第二舵机，第一舵机和第二舵机开始旋转至相应角度，并移动第一舵机和第二舵机于原来第一视觉传感器所处位置，实现将机械臂旋转至与选定枝条平行；
2)确定突变点并采摘：中央处理器控制第二视觉传感器沿该枝条平行方向移动，第二视觉传感器实时测定前方目标直径并返回中央处理器；中央处理器通过判断目标直径是否有突变；若有，找出突变点，中央处理器控制连杆将第三舵机带动刀片拉至突变点并在接近突变点的直径最小的地方进行切割，完成采摘。
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