CN108812086A - 一种双孢菇采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农机设备领域，具体地说是一种双孢菇采摘装置。包括分别沿培养箱箱体的纵向分布的两根纵梁、滑动设置在两根纵梁上的横梁以及滑动设置在横梁上的采摘机构；在横梁上设有驱动横梁沿纵梁的长度方向移动的纵向位移机构、驱动采摘机构沿横梁的长度方向移动的横向位移机构、驱动采摘机构沿培养箱高度方向移动的高度升降机构以及检测成熟双孢菇在培养箱中的纵向位置的激光扫描仪镜头，激光扫描仪镜头沿横梁的长度方向设置在横梁的下沿；采摘机构包括与横向位移机构和高度升降机构连接的位移平台，在位移平台上转动设有通过充气囊驱动以将双孢菇合抱的弹性平板和齿。本发明自动化程度高，采摘过程中不易损伤菇盖，从而提高采摘品质。

Description

一种双孢菇采摘装置

技术领域

本发明涉及农机设备领域，具体地说是一种双孢菇采摘装置。

背景技术

食用菌栽培做为一项投资小、周期短、见效快的致富好项目在我国得以迅猛发展，食用菌产业是一项集经济效益、生态效益和社会效益于一体的短平快农村经济发展项目，发展食用菌产业符合人们消费增长和农业可持续发展的需要，是农民快速致富的有效途径。我国菌类产业发展迅猛，无论是在国内需求还是出口，菌类产品都越来越受到人们的喜爱，我国的菌类种植业也因此日益壮大。

但是，我国菌类种植同发达国家仍有一定差距，产业化和工业化还不够完善。与发达国家相比，我国菌类种植业主要呈现生产粗放管理，自动化程度低，例如：双孢菇的采摘，我国双孢菇的采摘主要依靠人力，这样既费时，又费力，且人为采摘过程中容易损伤菇盖等，造成双孢菇品质下降对，双孢菇的品质影响较大，造成不必要损失。

发明内容

本发明旨在提供一种自动化程度高，采摘过程中不易损伤菇盖以提高采摘品质的双孢菇采摘装置。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双孢菇采摘装置，包括分别设置在培养箱箱体两侧并均沿培养箱箱体的纵向分布的两根纵梁、两端分别滑动设置在两根纵梁上的横梁以及滑动设置在横梁上的采摘机构；在横梁上设有用于驱动横梁沿纵梁的长度方向移动的纵向位移机构、用于驱动采摘机构沿横梁的长度方向移动的横向位移机构、用于驱动采摘机构沿培养箱高度方向移动的高度升降机构以及检测成熟双孢菇在培养箱中的纵向位置的激光扫描仪镜头，激光扫描仪镜头沿横梁的长度方向设置在横梁的下沿；采摘机构包括与横向位移机构和高度升降机构连接的位移平台，在位移平台的下台面上转动设有沿竖直方向分布的转轴，在转轴的下端固定设有用于检测成熟双孢菇在培养箱中横向位置的CCD摄像头和采用弹性材料制作的弹性平板，弹性平板沿水平方向分布且中心位置与转轴固定连接，在弹性平板下沿的两端分别设有相对倾斜分布的齿，在弹性平板的上沿并位于转轴的两侧分别设有山字形的充气囊，充气囊的山字形槽口向上分布，在弹性平板上位于两个充气囊和转轴之间还分别设有刚性板，通过刚性板和充气囊的过充形变配合以控制弹性平板的两端分别向下弯曲，进而使两个齿卡抱在双孢菇菇头的外缘，在位移平台的下台面上还设有用于驱动转轴转动以将双孢菇的菇柄拧断的第一伺服电机。

优选的，纵向位移机构包括分别固定在横梁两端的两个第二伺服电机和分别固定在第二伺服电机输出轴上的行走轮，在两根纵梁相对的侧部分别设有供对应的行走轮滚动配合的轨道槽。

优选的，在横梁上设有供采摘机构沿横梁长度方向滑动的滑轨。

优选的，横向位移机构包括滑块和第一液压缸，滑块滑动设置在滑轨上，第一液压缸的伸缩端与滑块固定，缸套端与横梁固定。

优选的，高度升降机构包括固定在滑块上并位于位移平台上方的孔板、沿竖直方向固定在位移平台上的多根滑柱以及设置在孔板和位移平台之间的第二液压缸，多根滑柱分别滑动穿设在开设于孔板上的滑孔内，第二液压缸的伸缩端与孔板下沿固定连接，缸套端与位移平台的上台面固定连接。

优选的，在位移平台的下台面上固定设有供转轴转动的轴套，在轴套和转轴之间设有止推轴承。

优选的，第一伺服电机的输出轴上固定设有摩擦轮，在轴套上与摩擦轮高度对应的位置开设有供摩擦轮与转轴摩擦传动配合的开口。

优选的，弹性平板和两个齿采用硅胶材料制作且弹性平板和两个齿采用模具冲压一体成型制造。

有益效果

本发明中的采摘机构包括弹性平板、充气囊和齿等部件，充气囊为山字形且槽口向上设置，当充气囊过充产生形变后可与设置在弹性平板上的刚性板配合以使弹性平板的两端向下产生弯曲形变，从而使位于弹性平板下沿两端的两个齿相互靠近以将双孢菇的菇盖合抱。当两个齿将菇盖合抱固定后第一伺服电机控制弹性平板转动即可将双孢菇的菇柄扭断，进而完整的将双孢菇采摘。在优选的实施方式中，齿和弹性平板均采用硅胶材料制作，进一步降低了对于双孢菇的采摘损伤，从而提高了采摘品质，避免了不必要的损失。

为了配合采摘机构全面覆盖双孢菇的培养箱，本发明设有纵梁、横梁以及用于控制采摘机构和横梁沿培养箱纵向移动的纵向位移机构、用于控制采摘机构沿培养箱横向移动的横向移动机构，使得本发明的自动化程度大大提高，从而降低了采摘工人的劳动强度，利于提高我国的双孢菇种植业的产业化。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明中横梁部分的立体结构示意图；

图3为本发明中横两部分另一个视角的立体结构示意图；

图4为本发明中采摘机构部分的立体结构示意图；

图中标记：1、轨道槽，2、纵梁，3、横梁，4、采摘机构，401、第一伺服电机，402、位移平台，403、摩擦轮，404、充气囊，405、刚性板，406、CCD摄像头，407、齿，408、弹性平板，409、转轴，410、开口，411、轴套，5、培养箱，6、纵向位移机构，601、行走轮，602、第二伺服电机，7、高度升降机构，701、滑柱，702、孔板，703、第二液压缸，8、激光扫描仪镜头，9、横向位移机构，901、滑轨，902、滑块，903、第一液压缸。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明的一种双孢菇采摘装置，包括分别设置在培养箱5箱体两侧并均沿培养箱5箱体的纵向分布的两根纵梁2、两端分别滑动设置在两根纵梁2上的横梁3以及滑动设置在横梁3上的采摘机构4。纵梁2和横梁3均沿水平方向分布，其中的纵梁2通过短节立柱与培养箱5直接固定。在横梁3上设有用于驱动横梁3沿纵梁2的长度方向移动的纵向位移机构6、用于驱动采摘机构4沿横梁3的长度方向移动的横向位移机构9、用于驱动采摘机构4沿培养箱5高度方向移动的高度升降机构7以及沿横梁3的长度方向固定在横梁3下沿并用于检测成熟双孢菇在培养箱5中的纵向位置的激光扫描仪镜头8，以使采摘机构4对培养箱5进行全放为的覆盖。

本发明的采摘机构4包括与横向位移机构9和高度升降机构7连接的位移平台402，在位移平台402的下台面上固定设有轴套411，轴套411内转动套设有沿竖直方向分布的转轴409。为了避免转轴409产生轴向位移，在轴套411和转轴409之间还设有止推轴承。在转轴409的下端固定设有用于检测成熟双孢菇在培养箱5中横向位置的CCD摄像头406和采用弹性材料制作的弹性平板408，弹性平板408沿水平方向分布且中心位置与转轴409固定连接，在弹性平板408下沿的两端分别设有相对倾斜分布的齿407，本实施例中的齿407和弹性平板408均采用硅胶材料制作且通过模具一体成型制造。在弹性平板408的上沿并位于转轴409的两侧分别设有山字形的充气囊404，充气囊404的山字形槽口向上分布，在弹性平板408上位于两个充气囊404和转轴409之间还分别设有沿竖直方向分布的刚性板405。在采摘机构4通过纵向位移机构6、横向位移机构9以及高度升降机构7到达采摘位置后，向充气囊404内冲入压缩空气使充气囊404产生过充形变，以图4中右侧的充气囊404为例，该充气囊404在过充形变作用下上部向两侧展开，由于上部的左侧与刚性板405紧邻，则充气囊404上部朝向右下方展开，从而导致弹性平板408的两端分别向下弯曲，进而使两个齿407卡抱在双孢菇菇头的外缘，由两个齿407和弹性平板408对应双孢菇进行合抱固定。

在位移平台402的下台面上还设有用于驱动转轴409转动的第一伺服电机401，当转轴409转动360°后，即可将双孢菇的菇柄拧断，完成双孢菇的采摘。本实施例中的第一伺服电机401的输出轴沿竖直方向分布并固定设有摩擦轮403，在轴套411上与摩擦轮403高度对应的位置开设有供摩擦轮403与转轴409摩擦传动配合的开口410。

本发明的上述采摘机构4解决了普通机械装置采取关节性仿生结构由机械结构控制，因其机械结构原因导致的抓取动作过程僵硬，又因菇盖也是柔性的，所以摘取力控制不准确，且力梯度大，缓冲小的问题。本发明采取充气囊404结构驱动的柔性抓取，抓取过程更加柔和，对菇盖损伤小。本实施例中，在齿407内侧或弹性平板408的下沿与菇盖接触的位置布置压力传感器，利于进一步有效控制抓紧力，更加有利于双孢菇的减损，甚至无损。

本发明的纵向位移机构6包括分别固定在横梁3两端的两个第二伺服电机602和分别固定在第二伺服电机602输出轴上的行走轮601，在两根纵梁2相对的侧部分别设有供对应的行走轮601滚动配合的轨道槽1。两个行走轮601分别卡设在轨道槽1内，由第二伺服电机602精确控制其移动。

本发明的横向位移机构9包括滑轨901、滑块902和第一液压缸903，滑轨901固定在横梁3上并沿横梁3的长度方向分布，滑块902滑动设置在滑轨901上，第一液压缸903的伸缩端与滑块902固定，缸套端与横梁3固定。通过第一液压缸903的伸缩以控制滑块902和与滑块902相连的采摘机构4沿横梁3长度方向滑动。

高度升降机构7包括固定在滑块902上并位于位移平台402上方的孔板702、沿竖直方向固定在位移平台402上的多根滑柱701以及设置在孔板702和位移平台402之间的第二液压缸703，多根滑柱701分别滑动穿设在开设于孔板702上的滑孔内，第二液压缸703的伸缩端与孔板702下沿固定连接，缸套端与位移平台402的上台面固定连接。通过第二液压缸703的伸缩控制采摘机构4的升降。

本发明在实施过程中，横梁3及采摘机构4先沿培养箱5的纵向移动，通过设置在横梁3上的激光扫描仪镜头8确定成熟双孢菇的位置后横梁3停止移动，采摘机构4在横向位移机构9的作用下移动并有CCD摄像头406确定成熟双孢菇的精确位置后，采摘机构4下降以完成采摘。采用激光三维扫描技术对整个培养箱5进行扫描，可以创建所种植的双孢菇几何表面的点云，这些点可以插补成物体表面的形状，也就是可以进行整个培养基的三维建模，不仅可以在x、y、z轴上得出双孢菇的位置信息，并且可以通过处理扫描信息得出双孢菇外形特征（周长、菇盖直径、形状，深度等）信息，有益于通过计算机对信息进行模糊处理，便于之后筛选，且筛选信息更加准确，也有利于通过计算机来控制纵向位移机构6、横向位移机构9、高度升降机构7以及采摘机构4的抓取动作。采用CCD摄像头406基于机械视觉进行二次识别，这样不仅有利于补偿基于上述激光三维扫描所提供信息分析出来的采摘位置、深度的指令，而且根据二次识别可以进行一个反馈，有利于机械抓取动作的准确性，避免抓歪，甚至误抓的现象出现，更加有有利于选择性、无损抓取的要旨。

Claims (8)

1.一种双孢菇采摘装置，其特征在于：包括分别设置在培养箱（5）箱体两侧并均沿培养箱（5）箱体的纵向分布的两根纵梁（2）、两端分别滑动设置在两根纵梁（2）上的横梁（3）以及滑动设置在横梁（3）上的采摘机构（4）；在横梁（3）上设有用于驱动横梁（3）沿纵梁（2）的长度方向移动的纵向位移机构（6）、用于驱动采摘机构（4）沿横梁（3）的长度方向移动的横向位移机构（9）、用于驱动采摘机构（4）沿培养箱（5）高度方向移动的高度升降机构（7）以及检测成熟双孢菇在培养箱（5）中的纵向位置的激光扫描仪镜头（8），激光扫描仪镜头（8）沿横梁（3）的长度方向设置在横梁（3）的下沿；采摘机构（4）包括与横向位移机构（9）和高度升降机构（7）连接的位移平台（402），在位移平台（402）的下台面上转动设有沿竖直方向分布的转轴（409），在转轴（409）的下端固定设有用于检测成熟双孢菇在培养箱（5）中横向位置的CCD摄像头（406）和采用弹性材料制作的弹性平板（408），弹性平板（408）沿水平方向分布且中心位置与转轴（409）固定连接，在弹性平板（408）下沿的两端分别设有相对倾斜分布的齿（407），在弹性平板（408）的上沿并位于转轴（409）的两侧分别设有山字形的充气囊（404），充气囊（404）的山字形槽口向上分布，在弹性平板（408）上位于两个充气囊（404）和转轴（409）之间还分别设有刚性板（405），通过刚性板（405）和充气囊（404）的过充形变配合以控制弹性平板（408）的两端分别向下弯曲，进而使两个齿（407）卡抱在双孢菇菇头的外缘，在位移平台（402）的下台面上还设有用于驱动转轴（409）转动以将双孢菇的菇柄拧断的第一伺服电机（401）。

2.根据权利要求1所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：纵向位移机构（6）包括分别固定在横梁（3）两端的两个第二伺服电机（602）和分别固定在第二伺服电机（602）输出轴上的行走轮（601），在两根纵梁（2）相对的侧部分别设有供对应的行走轮（601）滚动配合的轨道槽（1）。

3.根据权利要求1所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：在横梁（3）上设有供采摘机构（4）沿横梁（3）长度方向滑动的滑轨（901）。

4.根据权利要求3所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：横向位移机构（9）包括滑块（902）和第一液压缸（903），滑块（902）滑动设置在滑轨（901）上，第一液压缸（903）的伸缩端与滑块（902）固定，缸套端与横梁（3）固定。

5.根据权利要求4所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：高度升降机构（7）包括固定在滑块（902）上并位于位移平台（402）上方的孔板（702）、沿竖直方向固定在位移平台（402）上的多根滑柱（701）以及设置在孔板（702）和位移平台（402）之间的第二液压缸（703），多根滑柱（701）分别滑动穿设在开设于孔板（702）上的滑孔内，第二液压缸（703）的伸缩端与孔板（702）下沿固定连接，缸套端与位移平台（402）的上台面固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：在位移平台（402）的下台面上固定设有供转轴（409）转动的轴套（411），在轴套（411）和转轴（409）之间设有止推轴承。

7.根据权利要求6所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：第一伺服电机（401）的输出轴上固定设有摩擦轮（403），在轴套（411）上与摩擦轮（403）高度对应的位置开设有供摩擦轮（403）与转轴（409）摩擦传动配合的开口（410）。

8.根据权利要求1所述的一种双孢菇采摘装置，其特征在于：弹性平板（408）和两个齿（407）采用硅胶材料制作且弹性平板（408）和两个齿（407）采用模具冲压一体成型制造。