CN110178547A - 一种松果采摘设备 - Google Patents
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Abstract
一种松果采摘设备，它涉及一种采摘设备，具体涉及一种松果采摘设备。本发明为了解决现有松果采摘机械的采摘效率较低，且采摘过程中对松树损害较大的问题。本发明的底座水平设置，击打臂杆的末端通过第一转动关节与第一伸缩部件的活动端连接，第一伸缩部件的固定端与视觉模块转动连接，视觉模块的下端通过第二转动关节与第二伸缩部件的活动端连接，第二伸缩部件的固定端与底座的前端转动连接，第三伸缩部件的活动端与第二伸缩部件转动连接，第三伸缩部件的固定端与底座的上表面转动连接，两个夹持部件由上至下依次安装在第二伸缩部件上。本发明属于农业机械领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种采摘设备，具体涉及一种松果采摘设备，属于农业机械领域。
背景技术
现有松果的采摘主要还是依赖人工的采摘，成熟松树的高度一般为10-15米，由于树木过高，使得人工采摘变得困难，而且在采摘过程中危险系数高、劳动强度大，人工采摘的方式已经不能满足相关企业发展的需要。
市面上虽有一些松果采摘的机械，但由于技术不成熟，采摘效率不高，而且在采摘过程中对松树的损害较大，因此并为得到广泛的使用。
因此，松果采摘自动化设备的发展还有很大的技术空间，有必要提供一种新型的松果采摘设备以解决上述的问题。
发明内容
本发明为解决现有松果采摘机械的采摘效率较低，且采摘过程中对松树损害较大的问题，进而提出一种松果采摘设备。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括击打臂杆和底座，本发明还包括第一转动关节、第一伸缩部件、视觉模块、第二转动关节、第二伸缩部件、第三伸缩部件和两个夹持部件，底座水平设置，击打臂杆的末端通过第一转动关节与第一伸缩部件的活动端连接，第一伸缩部件的固定端与视觉模块转动连接，视觉模块的下端通过第二转动关节与第二伸缩部件的活动端连接，第二伸缩部件的固定端与底座的前端转动连接，第三伸缩部件的活动端与第二伸缩部件转动连接，第三伸缩部件的固定端与底座的上表面转动连接，两个夹持部件由上至下依次安装在第二伸缩部件上。
进一步的，第一伸缩部件包括第一伸缩杆和第一杆体，第一伸缩杆的一端通过第一转动关节与击打臂杆的末端连接，第一伸缩杆的另一端插装在第一杆体的一端内，且第一伸缩杆能沿第一杆体内壁直线往复移动，第一杆体的另一端通过转动关节与视觉模块转动连接。
进一步的，第二伸缩部件包括套筒台和伸缩筒，套筒台的上端通过第二转动关节与视觉模块的下端连接，套筒台的下端插装在伸缩筒的上端内，伸缩筒的下端与底座前端的上表面转动连接，一个夹持部件安装在伸缩筒的上端，另一个夹持部件安装在伸缩筒的外壁。
进一步的，第三伸缩部件包括第二伸缩杆和第二杆体，第二伸缩杆的一端与伸缩筒的外壁转动连接，第二伸缩杆的另一端插装在第二杆体的一端内，第二杆体的另一端与底座的上表面转动连接。
进一步的，夹持部件包括夹持部件底座、两个齿轮、两个支撑杆和两个夹紧杆，两个齿轮并排安装在加持部件底座上，且两个齿轮啮合，每个所述夹紧杆的末端分别与一个齿轮的表面固定连接，每个支撑杆的一端与夹持部件底座转动连接，每个支撑杆的另一端与相对应的一个所述夹紧杆转动连接。
进一步的，每个所述夹紧杆由夹紧杆第一节、夹紧杆第二节、夹紧杆第三节首尾依次传动连接组成，夹紧杆第三节的末端与齿轮的表面固定连接，支撑杆的另一端与夹紧杆第一节的末端转动连接。
进一步的，夹紧杆第一节上套装有橡胶套。
本发明的有益效果是：本发明结构，在采摘不同高度、不同距离的松果时，不在采用人工的方式费时费力，极大的提高了松果的采摘效率，降低了松果的采摘成本，并且不会损伤树木。本发明所述的松果采摘设备，结构简单，便于操作，可以对不同高度不同距离的松果进行采摘，有效的解决了高处松果采摘困难的问题；本发明所述的松果采摘设备，在采摘较高处位置和一定距离的松果时，不在需要人工搭建梯子的方式或者采用对树木损害较大的方式进行采摘，从整体上降低了劳动强度和危险系数，并很大程度的提高了松果的采摘效率，满足当前生产生活的需要。本发明所述的松果采摘设备，结构简单，便于操作，适应性强，对高处的和距离树木主干较远的松果实现采摘，提高了松果采摘效率和减少松果的浪费。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是夹紧部件的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备，它包括击打臂杆1和底座2，本实施方式还包括第一转动关节3、第一伸缩部件4、视觉模块5、第二转动关节6、第二伸缩部件7、第三伸缩部件8和两个夹持部件9，底座2水平设置，击打臂杆1的末端通过第一转动关节3与第一伸缩部件4的活动端连接，第一伸缩部件4的固定端与视觉模块3转动连接，视觉模块5的下端通过第二转动关节6与第二伸缩部件7的活动端连接，第二伸缩部件7的固定端与底座2的前端转动连接，第三伸缩部件8的活动端与第二伸缩部件7转动连接，第三伸缩部件8的固定端与底座2的上表面转动连接，两个夹持部件9由上至下依次安装在第二伸缩部件7上。
本实施方式中视觉模块5固定安装在第一转动关节3的上端，且视觉模块5朝向击打臂杆1。
第二转动关节6通过旋转机构与第二伸缩部件7的活动端连接，所述旋转机构包括齿轮转盘和伺服电机，伺服电机置于齿轮转盘的下方，通过减速器与齿轮转盘相连；旋转机构的上端连接有钢架，控制部件通过控制伺服电机的转动带动齿轮转盘的旋转，进而调节了第一伸缩部件4的方向；上述结构，通过设置转动电机和齿轮转盘的结构，可以实现采摘相同高度不同位置的松果，极大的提高了采摘的整体效率。击打臂杆的电机内置于第一转动关节3中，通过视觉视觉模块采集到的目标果实所在的树枝的粗细程度调整击打的速度。
本实施方式中视觉模块5包括图像捕获装置和机器视觉模块，图像捕获装置是能够提供的三维视图双目相机，它提供外观和深度信息；图像捕获装置可以以视频的形式或作为一系列静止图像提供图像数据；机器视觉模块可以使用颜色辨别、强度辨别、形状辨别或纹理辨别来从与要采摘的松果和相应的树枝；利用特定的样本训练机器视觉模块可以提高准确性。机器视觉模块使用诸如卷积神经网络的算法来了解图像的哪些部分与松果和树枝相关联；在机器视觉模块被训练的实例中，可以手动标记样本图像以提供示例作为模块的训练集；同时，机器视觉模块将记录所有特定位置图像中所有可采摘的松果及对应枝条的位置信息，结合运动规划算法，确定逐个枝条的敲击策略，当多个枝条非常接近时，机器视觉模块首先将采摘器引导到最近的待采摘枝条，采摘完成以后，系统找到下一个最近的枝条，反复执行，直到当前位置图像中所有松果被采摘完毕。然后，采摘器自动移动到新的位置，当采摘器判断一颗松树全部采摘完成后，发出指令引导移动至下一棵松树。
视觉模块5处理的过程为：
步骤一、对图像进行去噪处理；
步骤二、对图像进行增强处理；
步骤三、利用卷积神经网络判断图像中是否有目标，如果没有则调设备位置，进入下一个采摘点；如果有则进入下一步；
步骤四、将步骤三中得到的各目标在计算机像素坐标系中的坐标变换为世界坐标系中的坐标；
步骤五、将步骤四中所得到所有目标世界坐标系交给运动规划算法；
步骤六、运动规划算法结合摄像机标定的比例因子和像素坐标差值计算采摘器对于各个采摘目标的平面移动量x和y；
步骤七、将步骤六中所确定的移动量交给控制器，控制器控制采摘器对采摘目标进行逐个采摘。
第一转动关节3和第二转动关节6均包括包括伺服电机、齿轮组和轴承；通过控制部件控制伺服电机转动，伺服电机与齿轮组相连，进而控制齿轮组的转动，通过齿轮组之间不同的传动比，将伺服电机的转速降低到所需的范围，齿轮组与关节的活动端固连，第一伸缩部件4的俯仰运动是通过转动关节实现的；上述结构，转动关节在一定的角度内可以实现旋转，在采摘高处的松果时，不用对设备进行很大程度的调整，只需转动关节旋转达到合适的位置即可，这样可以极大的提高采摘效率。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的第一伸缩部件4包括第一伸缩杆4-1和第一杆体4-2，第一伸缩杆4-1的一端通过第一转动关节3与击打臂杆1的末端连接，第一伸缩杆4-1的另一端插装在第一杆体4-2的一端内，且第一伸缩杆4-1能沿第一杆体4-2内壁直线往复移动，第一杆体4-2的另一端与视觉模块5转动连接。
本实施方式中第一杆体4-2在控制部件的控制下实现第一伸缩杆4-1的伸缩，进而实现对击打臂杆1的调控。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的第二伸缩部件7包括套筒台7-1和伸缩筒7-2，套筒台7-1的上端通过第二转动关节6与视觉模块5的下端连接，套筒台7-1的下端插装在伸缩筒7-2的上端内，伸缩筒7-2的下端与底座2前端的上表面转动连接，一个夹持部件9安装在伸缩筒7-2的上端，另一个夹持部件9安装在伸缩筒7-2的外壁。
套筒台7-1的作用是连接伸缩筒7-2，并且内部有旋转机构，可以实现上部的360度旋转。
本实施方式中伸缩筒7-2在控制部件的控制下实现套筒台7-1的伸缩运动，进而实现对视觉模块5高度的调节。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的第三伸缩部件8包括第二伸缩杆8-1和第二杆体8-2，第二伸缩杆8-1的一端与伸缩筒7-2的外壁转动连接，第二伸缩杆8-1的另一端插装在第二杆体8-2的一端内，第二杆体8-2的另一端与底座2的上表面转动连接。
本实施方式中第二杆体8-2在控制部件的控制下实现第二伸缩杆8-1的伸缩运动，进而实现第二伸缩部件7的俯仰运动。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的夹持部件9包括夹持部件底座9-1、两个齿轮9-2、两个支撑杆9-3和两个夹紧杆，两个齿轮9-2并排安装在加持部件底座9-1上，且两个齿轮9-2啮合，每个所述夹紧杆的末端分别与一个齿轮9-2的表面固定连接，每个支撑杆9-3的一端与夹持部件底座9-1转动连接，每个支撑杆9-3的另一端与相对应的一个所述夹紧杆转动连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的每个所述夹紧杆由夹紧杆第一节9-4、夹紧杆第二节9-5、夹紧杆第三节9-6首尾依次传动连接组成，夹紧杆第三节9-6的末端与齿轮9-2的表面固定连接，支撑杆9-3的另一端与夹紧杆第一节9-4的末端转动连接。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种松果采摘设备的夹紧杆第一节9-4上套装有橡胶套9-7。橡胶套9-7在夹紧树木时可以起到不伤害树木表层的作用，保护树木。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
工作原理
视觉模块5包括了图像捕获装置和机器视觉模块，通过视觉系统检测松果及对应枝条的存在并将信息提供给控制器。图像捕捉装置采用的是双目摄像头，将拍摄的图像数据传输到机器视觉模块，机器视觉模块能够识别图像数据中的松果和对应的树枝，同时获取其相应的位置信息并发送给控制器。控制器处理视觉系统提供的信息，并使采摘设备击打机械臂的位置位于相应枝条的上对齐，再启动敲击功能敲打枝条使得松果掉落。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种松果采摘设备，它包括击打臂杆(1)和底座(2)，其特征在于：所述一种松果采摘设备还包括第一转动关节(3)、第一伸缩部件(4)、视觉模块(5)、第二转动关节(6)、第二伸缩部件(7)、第三伸缩部件(8)和两个夹持部件(9)，底座(2)水平设置，击打臂杆(1)的末端通过第一转动关节(3)与第一伸缩部件(4)的活动端连接，第一伸缩部件(4)的固定端与视觉模块(3)转动连接，视觉模块(5)的下端通过第二转动关节(6)与第二伸缩部件(7)的活动端连接，第二伸缩部件(7)的固定端与底座(2)的前端转动连接，第三伸缩部件(8)的活动端与第二伸缩部件(7)转动连接，第三伸缩部件(8)的固定端与底座(2)的上表面转动连接，两个夹持部件(9)由上至下依次安装在第二伸缩部件(7)上。
2.根据权利要求1所述一种松果采摘设备，其特征在于：第一伸缩部件(4)包括第一伸缩杆(4-1)和第一杆体(4-2)，第一伸缩杆(4-1)的一端通过第一转动关节(3)与击打臂杆(1)的末端连接，第一伸缩杆(4-1)的另一端插装在第一杆体(4-2)的一端内，且第一伸缩杆(4-1)能沿第一杆体(4-2)内壁直线往复移动，第一杆体(4-2)的另一端通过转动关节与视觉模块(5)转动连接。
3.根据权利要求1所述一种松果采摘设备，其特征在于：第二伸缩部件(7)包括套筒台(7-1)和伸缩筒(7-2)，套筒台(7-1)的上端通过第二转动关节(6)与视觉模块(5)的下端连接，套筒台(7-1)的下端插装在伸缩筒(7-2)的上端内，伸缩筒(7-2)的下端与底座(2)前端的上表面转动连接，一个夹持部件(9)安装在伸缩筒(7-2)的上端，另一个夹持部件(9)安装在伸缩筒(7-2)的外壁。
4.根据权利要求1或3所述一种松果采摘设备，其特征在于：第三伸缩部件(8)包括第二伸缩杆(8-1)和第二杆体(8-2)，第二伸缩杆(8-1)的一端与伸缩筒(7-2)的外壁转动连接，第二伸缩杆(8-1)的另一端插装在第二杆体(8-2)的一端内，第二杆体(8-2)的另一端与底座(2)的上表面转动连接。
5.根据权利要求1所述一种松果采摘设备，其特征在于：夹持部件(9)包括夹持部件底座(9-1)、两个齿轮(9-2)、两个支撑杆(9-3)和两个夹紧杆，两个齿轮(9-2)并排安装在加持部件底座(9-1)上，且两个齿轮(9-2)啮合，每个所述夹紧杆的末端分别与一个齿轮(9-2)的表面固定连接，每个支撑杆(9-3)的一端与夹持部件底座(9-1)转动连接，每个支撑杆(9-3)的另一端与相对应的一个所述夹紧杆转动连接。
6.根据权利要求5所述一种松果采摘设备，其特征在于：每个所述夹紧杆由夹紧杆第一节(9-4)、夹紧杆第二节(9-5)、夹紧杆第三节(9-6)首尾依次传动连接组成，夹紧杆第三节(9-6)的末端与齿轮(9-2)的表面固定连接，支撑杆(9-3)的另一端与夹紧杆第一节(9-4)的末端转动连接。
7.根据权利要求6所述一种松果采摘设备，其特征在于：夹紧杆第一节(9-4)上套装有橡胶套(9-7)。
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