CN108496552A - 基于图像识别的高效水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的高效水果采摘装置，包括图像识别模块、采摘模块和收集模块，所述图像识别模块用于通过图像识别水果成熟度并将识别结果信息反馈给使用者，所述收集模块用于收集采摘模块采摘的果实，所述采摘模块包括行走推车、伸缩臂和采摘装置，所述行走推车上设有支撑杆，所述伸缩臂通过关节轴承安装在支撑杆顶部，采摘装置利用各类似花瓣的花瓣形采摘爪间的组合运动切断果柄。花瓣形采摘爪张开，水果落入水果输送通道即空心套筒，经过柔性挡板的缓冲进入螺旋滑槽，进入储果箱内部，使水果安全、均匀分布储果箱。本装置能够极大程度地减少人力、解放劳动力，提高生产效率，适用于中大型果树种植商。

Description

基于图像识别的高效水果采摘装置

技术领域

本发明涉及农作物采摘装置技术领域，涉及一种水果采摘装置，具体涉及基于图像识别的高效水果采摘装置。

背景技术

我国是世界水果生产大国，也是水果出口大国，种植规模大，果树总面积和水果总产量居世界首位。

水果采摘注意事项多，采摘步骤繁琐，而我国很多地区在水果的采摘上依然主要靠人工，极大程度上没有实现生产机械化、模式化。单纯的依靠人工不仅效率低，而且水果成品质量得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于解决水果采摘过程中的问题，提高水果采摘效率、降低劳动强度和采摘成本，保障水果成品质量。本发明针对苹果、梨、桃、柑子、桔子等水果，做到集检测、采摘、收集功能于一体，通过各个模块的协调配合完成水果采摘，实现了一键操作，使用方便，易于推广。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于图像识别的高效水果采摘装置，其特征在于：包括图像识别模块、采摘模块和收集模块，所述图像识别模块用于通过图像识别水果成熟度并将识别结果信息反馈给使用者，所述收集模块用于收集采摘模块采摘的果实，所述采摘模块包括行走推车、伸缩臂和采摘装置，所述行走推车上设有支撑杆，所述伸缩臂通过关节轴承安装在支撑杆顶部，采摘装置安装在伸缩臂的伸缩部分前端。

作为改进，所述采摘装置包括采摘杆、第一电动推杆和花瓣形采摘爪，所述采摘杆为中空杆，第一电动推杆设于采摘杆内部，采摘杆前端设有圆筒形的手爪底座，所述手爪底座四周开设有多个均匀分布的活动孔，花瓣形采摘爪靠近下部尖端处设有一收腰型，每个活动孔内安装一个花瓣形采摘爪，花瓣形采摘爪的收腰处通过转轴安装在活动孔侧壁，花瓣形采摘爪下部尖端之间形成环形孔，第一电动推杆的伸缩杆从环形孔伸出，且伸缩杆在环形孔上下分别设有上凸起和下凸起，在第一电动推杆的伸缩杆伸出时，下凸起推动所有花瓣形采摘爪下部尖端上行运动，花瓣形采摘爪上部绕转轴转动张开，当第一电动推杆的伸缩杆收缩时，下凸起推动所有花瓣形采摘爪下部尖端下行运动，花瓣形采摘爪上部绕转轴转动合拢。

作为改进，所述伸缩臂包括手柄杆和第二电动推杆，手柄杆通过关节轴承安装在支撑杆顶部，第二电动推杆安装在手柄杆前端，采摘杆安装在第二电动推杆的伸缩杆前端，两个电动推杆的操作按钮均设于伸缩臂尾端的手柄上。

作为改进，所述收集模块包括空心套筒和储果箱，所述空心套筒为输果通道，其上端延伸到采摘装置下方，下端固定在行走推车上，空心套筒底部设有柔性挡板和缓冲网兜，所述储果箱设于空心套筒下方。

作为改进，所述空心套筒下端还设有螺旋滑槽，螺旋滑槽下端延伸到储果箱底部。

作为改进，所述储果箱通过自动升降装置安装在行走推车上，所述自动升降装置包括底板平台和四根导轨杆，四根导轨杆固定安装在行走推车上，底板平台通过滑块安装在四根导轨杆上，储果箱设于底板平台上，底板平台下方的导轨杆上均设有弹簧，通过弹簧支撑底板平台和其上的储果箱。

作为改进，所述底板平台底部设有菱形伸缩架，菱形伸缩架下端安装在行走推车的底部框架上。

作为改进，所述花瓣形采摘爪之间接触侧面设有可切割果柄的刀片。

作为改进，所述花瓣形采摘爪有4-9个，多个花瓣形采摘爪合拢时形成包围果实的梨形空间。

作为改进，所述图像识别模块包括摄像机和显示器，摄像机摄像捕捉树上果实并在显示器上显示出来，通过显示器上果实颜色和大小判断果实是否成熟。

本发明水果采摘装置主要由图像识别模块、采摘模块、收集模块组成，实现集检测、采摘、收集功能于一体，提高采摘效率。图像识别模块利用图像识别技术测定水果的成熟度，实现选择性采摘水果。操作人员利用距离传感器和可旋转的伸缩臂控制采摘装置运动，使采摘装置到达水果。通过可旋转的伸缩臂辅助人工自由移动采摘装置位置，伸缩臂上装有电动推杆，保证采摘装置能快速到达水果附近，提高采摘速度。采摘装置利用各类似花瓣的花瓣形采摘爪间的组合运动切断果柄。花瓣形采摘爪张开，水果落入水果输送通道即空心套筒，经过柔性挡板的缓冲进入螺旋滑槽，进入储果箱内部，使水果安全、均匀分布储果箱，在储果箱底部布置压力传感器，当储果箱装满时提示操作人员更换储果箱，减少人工，提高效率。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1.采用柔性花瓣状采摘装置，利用各类似花瓣的花瓣形采摘爪间的组合运动切断果柄，保证水果不受损伤，提高采摘效率。

2.水果采摘装置的控制机构设计了一种可旋转的伸缩臂，既保证采摘装置运动的灵活度，又减轻操作人员的劳动强度。

3.采用图像识别技术，更加精确地检测水果成熟度，解决同种水果由于成熟期不一致需选择性采摘的问题。

4.结构简单、操作便捷、成本较低。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是采摘装置整体结构示意图；

图3是采摘装置局部的剖面图；

图4是采摘装置局部的三维图；

图5是伸缩臂结构示意图；

图6是收集模块示意图。

图中，1-刀片，2-花瓣形采摘爪，3-第一电动推杆，4、12-伸缩杆，5-采摘杆，6-上凸起，7-下凸起，8-尖端，9-转轴，10-活动孔，11-手爪底座，13-第二电动推杆，14-手柄杆，15-支撑杆，16-圆底座，17-空心套筒，18-柔性挡板，19-缓冲网兜，20-螺旋滑槽，21-导轨杆，22-菱形伸缩架，23-弹簧，24-储果箱，25-底板平台，26-关节轴承，Ⅰ-图像识别模块，Ⅱ-采摘模块，Ⅲ-收集模块。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于图像识别的高效水果采摘装置，包括图像识别模块Ⅰ、采摘模块Ⅱ和收集模块Ⅲ，所述图像识别模块Ⅰ用于通过图像识别水果成熟度并将识别结果信息反馈给使用者，所述收集模块Ⅲ用于收集采摘模块Ⅱ采摘的果实，所述采摘模块Ⅱ包括行走推车、伸缩臂和采摘装置，所述行走推车上通过圆底座16固定安装有竖直的支撑杆15，所述伸缩臂通过关节轴承26安装在支撑杆15顶部，采摘装置安装在伸缩臂的伸缩部分前端。

如图2和图3所示，所述采摘装置包括采摘杆5、第一电动推杆3和花瓣形采摘爪2，所述采摘杆5为中空杆，第一电动推杆3设于采摘杆5内部，采摘杆5前端设有圆筒形的手爪底座11，所述手爪底座11四周开设有多个均匀分布的活动孔10，花瓣形采摘爪2靠近下部尖端8处设有一收腰型，每个活动孔10内安装一个花瓣形采摘爪2，花瓣形采摘爪2的收腰处通过转轴9安装在活动孔10侧壁，花瓣形采摘爪2下部尖端8之间形成环形孔，第一电动推杆3的伸缩杆4从环形孔伸出，且伸缩杆4在环形孔上下分别设有上凸起6和下凸起7，上凸起6和下凸起7沿着伸缩杆4径向向外延伸，保证能与所有花瓣形采摘爪2下部尖端8接触，在第一电动推杆3的伸缩杆4伸出时，下凸起7推动所有花瓣形采摘爪2下部尖端8上行运动，花瓣形采摘爪2上部绕转轴9转动张开，当第一电动推杆3的伸缩杆4收缩时，下凸起7推动所有花瓣形采摘爪2下部尖端8下行运动，花瓣形采摘爪2上部绕转轴9转动合拢。

所述伸缩臂包括手柄杆14和第二电动推杆13，手柄杆14通过关节轴承26安装在支撑杆15顶部，第二电动推杆13安装在手柄杆14前端，采摘杆5安装在第二电动推杆13的伸缩杆12前端，两个电动推杆的操作按钮均设于伸缩臂尾端的手柄上或通过控制装置控制自动运行。

如图1和图5所示，所述收集模块Ⅲ包括空心套筒17和储果箱24，所述空心套筒17为输果通道，其上端延伸到采摘装置下方，下端固定在行走推车上，空心套筒17底部设有柔性挡板18和缓冲网兜19，所述储果箱24设于空心套筒17下方，所述空心套筒17下端还设有螺旋滑槽20，螺旋滑槽20下端延伸到储果箱24底部；所述储果箱24通过自动升降装置安装在行走推车上，所述自动升降装置包括底板平台25和四根导轨杆21，四根导轨杆21固定安装在行走推车上，底板平台25通过滑块安装在四根导轨杆21上，储果箱24设于底板平台25上，底板平台25下方的导轨杆21上均设有弹簧23，通过弹簧23支撑底板平台25和其上的储果箱24，所述底板平台25底部设有菱形伸缩架22，菱形伸缩架22下端安装在行走推车的底部框架上。

作为一种更优实施例，所述花瓣形采摘爪2之间接触侧面设有可切割果柄的刀片1，所述花瓣形采摘爪2有4-9个，本实施例为6个，6个花瓣形采摘爪2合拢时形成包围果实的梨形空间。

所述图像识别模块Ⅰ包括摄像机和显示器，摄像机摄像捕捉树上果实并在显示器上显示出来，通过显示器上果实颜色和大小判断果实是否成熟。

使用时，通过关节轴承26，手柄杆14可以在支撑杆15顶部任意方向和角度转动，利用图像识别模块Ⅰ采集果实信息，通过果实颜色和大小判断是否采摘，如果采摘，则通过第一电动推杆3带动采摘装置的花瓣形采摘爪2张开，通过第二电动推杆13伸缩带动采摘装置到达水果处，包围果实，之后第一电动采摘杆5收缩带动花瓣形采摘爪2合拢包住果实，第二电动推杆13收缩将果柄拉断，或者在花瓣形采摘爪2侧面设置刀片1，在花瓣形采摘爪2合拢过程中，利用刀片1切刀果柄，之后，第二电动推杆13收缩继续收缩到达空心套筒17处，第一电动采摘杆5伸出花瓣形采摘爪2张开，果实通过空心套筒17落入到收集模块Ⅲ，沿着螺旋滑槽20滑入储果箱24底部，所述空心套筒17内设置软质材质，防止损伤果实，另外空心套筒17底部的柔性挡板18和缓冲网兜19均可有效的防止果实损伤。

为避免水果损伤，在空心套筒17内壁贴合绒毛，增大水果下落阻力。空心套筒17出口处设计6片曲面挡板(柔性挡板18)，以抵抗水果的惯性冲击。曲面挡板与端口紧密贴合，自然状态下处于合拢状态。当水果经过柔性挡板18时，柔性挡板18在冲力作用下张开，使水果通过，同时大大降低水果的速度。空心套筒17底部开始供果实通过的孔，孔下面设置一缓冲网兜19，缓冲网兜19中孔略小于果实，使果实不能直接穿过缓冲网兜19，当果实的重力逐渐作用于缓冲网兜19时，具有弹性的缓冲网兜19慢慢张开，使果实通过。果实经过缓冲网兜19缓冲作用后进入螺旋滑槽20，螺旋滑槽20顶部与缓冲网兜19相贴，底部与储果箱24底部相接。自升降水果平台由导轨杆21、套在导轨杆21上的弹簧23和菱形伸缩架22组成，储果箱24放在底板平台25上，四根弹簧23支撑底板平台25，菱形伸缩架22连接底板平台25与行走推车底板。储果箱24所在的底板平台25与四根导轨杆21通过套筒滑块相连，底板平台25下方有四根支撑的弹簧23，弹簧23分别套在四根导轨杆21上。当储果箱24内果实不断增多时，果实累积一定高度，与螺旋滑槽20底端高度差变小，但由于储果箱24重量增加，弹簧23受压力增大长度均匀缩减，使储果箱24整体均匀向下移动。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的高效水果采摘装置，其特征在于：包括图像识别模块、采摘模块和收集模块，所述图像识别模块用于通过图像识别水果成熟度并将识别结果信息反馈给使用者，所述收集模块用于收集采摘模块采摘的果实，所述采摘模块包括行走推车、伸缩臂和采摘装置，所述行走推车上设有支撑杆，所述伸缩臂通过关节轴承安装在支撑杆顶部，采摘装置安装在伸缩臂的伸缩部分前端。

2.如权利要求1所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述采摘装置包括采摘杆、第一电动推杆和花瓣形采摘爪，所述采摘杆为中空杆，第一电动推杆设于采摘杆内部，采摘杆前端设有圆筒形的手爪底座，所述手爪底座四周开设有多个均匀分布的活动孔，花瓣形采摘爪靠近下部尖端处设有一收腰型，每个活动孔内安装一个花瓣形采摘爪，花瓣形采摘爪的收腰处通过转轴安装在活动孔侧壁，花瓣形采摘爪下部尖端之间形成环形孔，第一电动推杆的伸缩杆从环形孔伸出，且伸缩杆在环形孔上下分别设有上凸起和下凸起，在第一电动推杆的伸缩杆伸出时，下凸起推动所有花瓣形采摘爪下部尖端上行运动，花瓣形采摘爪上部绕转轴转动张开，当第一电动推杆的伸缩杆收缩时，下凸起推动所有花瓣形采摘爪下部尖端下行运动，花瓣形采摘爪上部绕转轴转动合拢。

3.如权利要求2所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述伸缩臂包括手柄杆和第二电动推杆，手柄杆通过关节轴承安装在支撑杆顶部，第二电动推杆安装在手柄杆前端，采摘杆安装在第二电动推杆的伸缩杆前端，两个电动推杆的操作按钮均设于伸缩臂尾端的手柄上。

4.如权利要求2所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述收集模块包括空心套筒和储果箱，所述空心套筒为输果通道，其上端延伸到采摘装置下方，下端固定在行走推车上，空心套筒底部设有柔性挡板和缓冲网兜，所述储果箱设于空心套筒下方。

5.如权利要求4所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述空心套筒下端还设有螺旋滑槽，螺旋滑槽下端延伸到储果箱底部。

6.如权利要求5所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述储果箱通过自动升降装置安装在行走推车上，所述自动升降装置包括底板平台和四根导轨杆，四根导轨杆固定安装在行走推车上，底板平台通过滑块安装在四根导轨杆上，储果箱设于底板平台上，底板平台下方的导轨杆上均设有弹簧，通过弹簧支撑底板平台和其上的储果箱。

7.如权利要求6所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述底板平台底部设有菱形伸缩架，菱形伸缩架下端安装在行走推车的底部框架上。

8.如权利要求2所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述花瓣形采摘爪之间接触侧面设有可切割果柄的刀片。

9.如权利要求2所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述花瓣形采摘爪有4-9个，多个花瓣形采摘爪合拢时形成包围果实的梨形空间。

10.如权利要求1至9任意一项所述的高效水果采摘装置，其特征在于：所述图像识别模块包括摄像机和显示器，摄像机摄像捕捉树上果实并在显示器上显示出来，通过显示器上果实颜色和大小判断果实是否成熟。