CN110663357A

CN110663357A - 智能采摘机

Info

Publication number: CN110663357A
Application number: CN201910918573.5A
Authority: CN
Inventors: 翟治芬; 张建华; 郭君; 王丽丽
Original assignee: Agricultural Information Institute of CAAS; Academy of Agricultural Planning and Engineering MARA
Current assignee: Agricultural Information Institute of CAAS; Academy of Agricultural Planning and Engineering MARA
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明涉及农业信息设备技术领域，提供了一种智能采摘机，包括：移动小车、采摘机构以及传输分离机构；所述采摘机构安装于所述移动小车上，用于夹紧树干产生振动使果实掉落；所述传输分离机构安装于所述移动小车上，且位于所述采摘机构的下方，用于分离果实和杂物，实现果实的初步收集。该智能采摘机能够在一定程度上提高枸杞的自动采摘效率，从而降低了劳动强度。

Description

智能采摘机

技术领域

本发明涉及农业信息设备技术领域，特别涉及一种智能采摘机。

背景技术

枸杞属于茄科枸杞属，多年生双子叶落叶灌木，多分布于暖温带地区。枸杞具有延缓衰老、抗肿瘤、抗疲劳、控制血糖、防护青光眼等多种作用。随着枸杞营养价值认识的不断深入和普及，我国枸杞行业具有广阔的发展前景。

枸杞采摘是一个季节性较强且劳动密集型的工作，枸杞传统的采摘方法为手工采摘，采摘速度慢、效率低，劳动力需求量巨大，一旦遇到雨天等不良天气不能及时进行采收，就会使枸杞溃烂，给果农造成严重的经济损失。严重制约着枸杞产业发展。

国内枸杞智能采摘机械主要为小型半机械化机具，采摘方式有振动式、梳刷式、剪切式和气动式等。虽然有部分研究机构设计研发了枸杞智能采摘机，但由于可靠性及采净率、果实损伤率，以及智能化程度低和叶片分离效果不高等问题未得到很好的解决，因此在市场上得到推广不多。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种智能采摘机，以解决现有智能采摘机械存在智能化程度低和叶片分离效果不好的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种智能采摘机，包括：移动小车、采摘机构以及传输分离机构；所述采摘机构安装于所述移动小车上，用于夹紧树干产生振动使果实掉落；所述传输分离机构安装于所述移动小车上，且位于所述采摘机构的下方，用于分离果实和杂物，实现果实的初步收集。

其中，所述采摘机构包括移动器、振动发生器、伸缩支撑件以及活动钳；

所述移动器滑动安装于所述移动小车上，所述振动发生器和所述伸缩支撑件的固定端均安装于所述移动器上，所述伸缩支撑件的活动端连接有所述活动钳。

其中，所述采摘机构还包括采摘控制器和RGB-D深度相机；

所述RGB-D深度相机安装于所述移动器上，所述RGB-D深度相机与所述采摘控制器相连，所述移动器和所述振动发生器均与所述采摘控制器相连。

其中，所述活动钳包括活动电机、钳口以及压力传感器；

所述活动电机安装于所述伸缩支撑件的活动端，用于控制所述钳口的开启和闭合；所述压力传感器设置于塑料块的内部，所述塑料块安装于所述钳口的内侧；所述活动电机和所述压力传感器均与所述采摘控制器相连。

其中，所述传输分离机构包括传输分离模块，所述传输分离模块包括并排布置的第一传输分离单元和第二传输分离单元，所述第一传输分离单元和所述第二传输分离单元的下方设置有收集槽；

所述第一传输分离单元包括多个并排设置的大螺纹杆，所述第二传输分离单元包括多个并排设置的小螺纹杆，任一所述大螺纹杆对应设置有第一驱动单元，任一所述小螺纹杆对应设置有第二驱动单元。

其中，所述传输分离机构包括两个所述传输分离模块；两个所述传输分离模块关于所述移动小车行进路径对称布置。

其中，所述智能采摘机还包括装载机构，所述装载机构包括升降器和安装于所述移动小车的顶部的收集箱；所述升降器用于把所述传输分离机构收集的果实输送至所述收集箱。

其中，所述智能采摘机还包括安装于所述移动小车上的伸缩收集机构；所述伸缩收集机构位于所述采摘机构的下方，且位于所述传输分离机构的上方；

所述伸缩收集机构包括伸缩收集模块，所述伸缩收集模块包括第一软垫、伸缩杆、第二软垫以及伸缩杆控制器；

所述伸缩杆控制器安装于所述移动小车上，用于控制所述伸缩杆的伸长和缩短；所述第一软垫和所述第二软垫分别设置于所述伸缩杆的相对两侧。

其中，所述伸缩收集机构包括两个所述伸缩收集模块；两个所述伸缩收集模块关于所述移动小车行进路径对称布置。

其中，所述智能采摘机还包括总控器；所述移动小车上设置有视觉传感器、GPS定位器、障碍检测器以及行走路径设定器；所述视觉传感器、所述GPS定位器、所述障碍检测器以及所述行走路径设定器均与所述总控器通信连接，所述总控器与所述采摘机构、所述传输分离机构、所述伸缩收集机构以及所述装载机构通信连接。

(三)有益效果

本发明提供的智能采摘机，移动小车行进至目标枸杞树，此时枸杞树位于移动小车的内部，采摘机构夹紧枸杞树的树干，并通过振动方式使枸杞掉落至位于采摘机构下方的传输分离机构，通过传输分离机构分离果实和杂物，并初步收集果实。该智能采摘机能够在一定程度上提高枸杞的自动采摘效率，从而降低了劳动强度。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的智能采摘机的侧视图；

图2是本发明实施例提供的智能采摘机的正视图；

图3是本发明实施例提供的智能采摘机的内部俯视图；

图4是本发明实施例提供的智能采摘机的内部正视图；

图5是本发明实施例提供的智能采摘机的传输分离模块的俯视图；

图6是本发明实施例提供的智能采摘机的伸缩收集模块的俯视图；

其中，1、挡板；2、触摸屏；3、视觉传感器；4、GPS定位器；5、天线；6、收集箱；7、升降器；8、移动小车；9、电池；10、障碍检测器；11、车轮；12、驱动电机；13、RGB-D深度相机；14、导轨；15、振动发生器；16、伸缩支撑件；17、活动钳；18、移动器；19、传输分离机构；20、LED灯；21、枸杞树；22、小螺纹杆；23、第一软垫；24、伸缩杆控制器；25、第二软垫；26、驱动单元；27、收集槽；28、大螺纹杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的智能采摘机以用于枸杞的采摘为例进行说明，但并不局限于用于采摘枸杞。

图1是本发明实施例提供的智能采摘机的侧视图，如图1所示，包括：移动小车8、采摘机构以及传输分离机构；采摘机构安装于移动小车8上，用于夹紧枸杞树的树干产生振动使果实掉落；传输分离机构安装于移动小车8上，且位于采摘机构的下方，用于分离果实和杂物，实现果实的初步收集。

可以理解的是，采摘机构安装于移动小车8的内部，采摘机构的作业方向沿着移动小车8的宽度方向即垂直于移动小车8的行进路径；传输分离机构安装于移动小车8的内部，且位于采摘机构的下方，传输分离机构的作业方向沿着移动小车8的行进路径。

需要说明的是，如图2所示，移动小车8包括车架、底盘、外壳、车轮、转向器；其中，车轮11由两个前端转向轮和两个后端驱动轮组成，车轮安装于底盘；转向器与两个前端转向轮连接，用于控制两个前端转向轮的方向；移动小车8的动力装置包括：设置于移动小车两侧的两个电池9以及驱动电机12；其中，驱动电机通过传导装置与移动小车的两个后端驱动轮连接。

本发明实施例提供的智能采摘机，移动小车8行进至目标枸杞树，此时枸杞树位于移动小车8的内部，采摘机构夹紧枸杞树的树干，并通过振动方式使枸杞掉落至位于采摘机构下方的传输分离机构，通过传输分离机构分离果实和杂物，并初步收集果实。该智能采摘机能够在一定程度上提高枸杞的自动采摘效率，从而降低了劳动强度。

在上述实施例的基础上，如图3和图4所示，采摘机构包括移动器18、振动发生器15、伸缩支撑件16以及活动钳17；

移动器18滑动安装于移动小车8上，振动发生器15和伸缩支撑件16的固定端均安装于移动器18上，伸缩支撑件16的活动端连接有活动钳17。

可以理解的是，导轨固定于移动小车8的内部右侧，导轨两端焊接在移动小车的车架上，移动器18滑动安装于导轨上，导轨沿着移动小车8的行进路径方向设置；

移动器18包括壳体、设置于壳体内部的移动电机以及两个滑轮，移动电机用于驱动滑轮沿着导轨的长度方向滚动；

振动发生器15固定于移动器18的左侧，振动发生器15包括壳体，以及固定于壳体内的直流振动电动机和振动连接器；直流振动电动机型号为MVE200DC-24，电压24V，激振力2KN，振次3000rpm，功率0.16KW，直流振动电动机用旋转螺丝固定振动连接器；

伸缩支撑件16包括伸缩支撑电机和伸缩调整件，伸缩支撑电机的转动头与伸缩调整件连接，通过转动头的旋转驱动伸缩调整件的伸缩工作，伸缩支撑电机安装于移动器18上，伸缩调整件连接有活动钳17。

其中，还可以设置为移动器18滑动安装于移动小车8上，振动发生器15安装于移动器18上，伸缩支撑件16的固定端安装于振动发生器15上，伸缩支撑件16的活动端连接有活动钳17。

在本发明实施例中，通过移动器18沿着导轨14的长度方向移动以及伸缩支撑件16沿着移动小车8的宽度方向即垂直于导轨的长度方向移动，以使活动钳17可以夹紧枸杞树的树干，并且通过振动发生器15产生的振动，以使枸杞树21上的果实掉落。导轨14的长度方向与移动小车8的行进路径方向一致。

在上述实施例的基础上，采摘机构还包括采摘控制器和RGB-D深度相机13；

RGB-D深度相机13安装于移动器18上，RGB-D深度相机13与采摘控制器相连，移动器18和振动发生器15均与采摘控制器相连。

在本发明实施例中，RGB-D深度相机13为RealSenseD435型号，固定于移动器18上，用于获取枸杞树干的位置信息和距离信息；

采摘控制器包括边缘计算开发板和控制电路板；边缘计算开发板为BM1880型，由一颗低功耗深度学习AI芯片、三个视频接口以及一个信号输出接口组成；控制电路板由一颗ARM处理器芯片、一个信号接入接口以及六个控制接口组成；用数据排线将边缘计算开发板的信号输出接口与控制电路板的信号接入接口连接。

直流振动电动机用导线与采摘控制器的控制电路板连接，伸缩支撑电机用导线与采摘控制器的控制电路板连接；用数据线将RGB-D深度相机与采摘控制器的边缘计算开发板连接；移动电机用导线与采摘控制器的控制电路板连接。

在上述实施例的基础上，活动钳17包括活动电机、钳口以及压力传感器；

活动电机安装于伸缩支撑件16的活动端，用于控制钳口的开启和闭合；压力传感器设置于塑料块的内部，塑料块安装于钳口的内侧；活动电机和压力传感器均与采摘控制器相连。

在本发明实施例中，六个塑料块均匀设置于钳口内侧；压力传感器用数据线与采摘控制器的边缘计算开发板连接；活动电机用导线和采摘控制器的控制电路板连接。

在上述实施例的基础上，如图5所示，传输分离机构19包括传输分离模块，传输分离模块包括并排布置的第一传输分离单元和第二传输分离单元，第一传输分离单元和第二传输分离单元的下方设置有收集槽27；

第一传输分离单元包括多个并排设置的大螺纹杆28，第二传输分离单元包括多个并排设置的小螺纹杆22，任一大螺纹杆28对应设置有第一驱动单元，任一小螺纹杆22对应设置有第二驱动单元。驱动单元26包括第一驱动单元和第二驱动单元。

传输分离机构19的工作过程为：当枸杞果实和枸杞叶片通过传输分离机构19时，因枸杞果实呈圆形且面积小，枸杞叶片呈椭圆形且面积大，枸杞果实就会局限在九个小螺纹杆22之间，而枸杞叶片会随着九个小螺纹杆22的滚动移动至四个并排的大螺纹杆28之间，随着大螺纹杆28的滚动向外侧和后端移动，最后，掉落至移动小车8的外部。

在本发明实施例中，第一传输分离单元包括四个并排设置的大螺纹杆28，第二传输分离单元包括九个并排设置的小螺纹杆22，第一传输分离单元设置于第二传输分离单元的左侧，驱动单元26用于驱动小螺纹杆22和大螺纹杆28安装一定的方向旋转，第一传输分离单元和第二传输分离单元位于同一高度，并且第一传输分离单元和第二传输分离单元的正下方设置有用于收集枸杞的收集槽27。小螺纹杆22和大螺纹杆28的长度方向与移动小车8的行进路径方向一致。

在上述实施例的基础上，传输分离机构19包括两个传输分离模块；两个传输分离模块关于移动小车8的行进路径对称布置。

在本发明实施例中，两个传输分离模块分别固定于移动小车8的内部，且位于移动小车8的左右两侧；并且两个传输分离模块均位于移动小车8的底盘之上，两个传输分离模块位于同一高度。

在上述实施例的基础上，智能采摘机还包括装载机构，装载机构包括升降器7和安装于移动小车8的顶部的收集箱6；升降器7用于把收集槽27内收集的果实输送至收集箱6。

在本发明实施例中，升降器7设置于移动小车8的后端，收集箱6固定于移动小车的顶部；

升降器包括传送带，以及固定在传送带上的托盘组成，用于传送收集槽的枸杞至移动小车的顶部；

收集箱包括铝箱、输出软管、开关以及称重传感器；铝箱固定于移动小车的顶部；输出软管用螺丝固定于铝箱左侧底部，用于输出枸杞；开关设置于输出软管顶端，用于控制输出软管的开和闭；称重传感器设置于铝箱外侧底部，用于实时感知铝箱内枸杞的重量。

在上述实施例的基础上，如图6所示，智能采摘机还包括安装于移动小车上的伸缩收集机构；伸缩收集机构位于采摘机构的下方，且位于传输分离机构19的上方；

伸缩收集机构包括伸缩收集模块，伸缩收集模块包括第一软垫23、伸缩杆、第二软垫25以及伸缩杆控制器24；

伸缩杆控制器安装于移动小车8上，用于控制伸缩杆的伸长和缩短；第一软垫23和第二软垫25分别设置于伸缩杆的相对两侧。

在本发明实施例中，伸缩杆控制器安装于移动小车8的内部的一侧，伸缩杆的移动方向与移动小车8的行进路径方向一致；

伸缩杆右侧固定有一定倾角的第一软垫，伸缩杆左侧连接有一定倾角的第二软垫；伸缩杆控制器24设置于伸缩杆一端，用于控制伸缩杆的伸长和缩短。

在上述实施例的基础上，伸缩收集机构包括两个伸缩收集模块；两个伸缩收集模块关于移动小车行进路径对称布置。

在本发明实施例中，一个伸缩收集模块与一个传输分离模块对应设置，另一个伸缩收集模块与另一个传输分离模块对应设置。

在上述实施例的基础上，智能采摘机还包括总控器；移动小车8上设置有视觉传感器3、GPS定位器4、障碍检测器10以及行走路径设定器；视觉传感器3、GPS定位器4、障碍检测器10以及行走路径设定器均与总控器通信连接，总控器与采摘控制器、第一驱动单元、第二驱动单元、伸缩杆控制器以及升降器通信连接。移动小车上还设置有挡板1，挡板1设置在移动小车的车头位置处。移动小车上还设置有与视觉传感器3相适配的LED灯20。

在本发明实施例中，总控器包括总信息监测电路板和总系统控制电路板；

总信息监测电路板用导线与视觉传感器3、GPS定位器4以及障碍检测器10连接，总信息监测电路板用数据排线与总系统控制电路板连接；

总系统控制电路板用导线与转向器、驱动电机、采摘控制器的边缘计算开发板、驱动单元26、升降器以及伸缩杆控制器24连接；

称重传感器与总信息监测电路板连接，当感知铝箱内枸杞的重量达到上限，则通过总系统控制电路板控制移动小车停止前进；

行走路径设定器包括触摸屏2，用于设定移动小车8的行走路径；行走路径设定器用数据线与总信息监测电路板连接；

总控器还包括通信模块；通信模块为GPRS/3G/4G/5G模块，并与天线连接，用于将总信息监测电路板获取的信息发送出去，并接收各种指令信息。

本发明实施例提供的智能采摘机，通过行走路径设定器设定移动小车自动行走路线，智能采摘机可实现自动行走；RGB-D深度相机实现树干自动定位，活动钳夹紧树干，并通过振动发生器产生振动，从而摇振枸杞树干，以使枸杞果实掉落，掉落的枸杞首先通过伸缩收集模块，从而减小了果实采摘损伤率；伸缩收集模块上的枸杞往下运动至传输分离模块，通过传输分离模块可自动分离枸杞果实与枸杞树叶，提高了枸杞的采净率；升降器把收集槽内收集的果实输送至收集箱，通过收集箱获取枸杞。该智能采摘机不仅实现枸杞的精准采摘，还能分离树叶等杂质，有效提高了枸杞采摘的精度和完整度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种智能采摘机，其特征在于，包括：移动小车、采摘机构以及传输分离机构；所述采摘机构安装于所述移动小车上，用于夹紧树干产生振动使果实掉落；所述传输分离机构安装于所述移动小车上，且位于所述采摘机构的下方，用于分离果实和杂物，实现果实的初步收集。

2.根据权利要求1所述的智能采摘机，其特征在于，所述采摘机构包括移动器、振动发生器、伸缩支撑件以及活动钳；

3.根据权利要求2所述的智能采摘机，其特征在于，所述采摘机构还包括采摘控制器和RGB-D深度相机；

4.根据权利要求3所述的智能采摘机，其特征在于，所述活动钳包括活动电机、钳口以及压力传感器；

5.根据权利要求1至4任一项所述的智能采摘机，其特征在于，所述传输分离机构包括传输分离模块，所述传输分离模块包括并排布置的第一传输分离单元和第二传输分离单元，所述第一传输分离单元和所述第二传输分离单元的下方设置有收集槽；

6.根据权利要求5所述的智能采摘机，其特征在于，所述传输分离机构包括两个所述传输分离模块；两个所述传输分离模块关于所述移动小车行进路径对称布置。

7.根据权利要求1所述的智能采摘机，其特征在于，所述智能采摘机还包括安装于所述移动小车上的伸缩收集机构；所述伸缩收集机构位于所述采摘机构的下方，且位于所述传输分离机构的上方；

8.根据权利要求7所述的智能采摘机，其特征在于，所述伸缩收集机构包括两个所述伸缩收集模块；两个所述伸缩收集模块关于所述移动小车行进路径对称布置。

9.根据权利要求7所述的智能采摘机，其特征在于，所述智能采摘机还包括装载机构，所述装载机构包括升降器和安装于所述移动小车的顶部的收集箱；所述升降器用于把所述传输分离机构收集的果实输送至所述收集箱。

10.根据权利要求9所述的智能采摘机，其特征在于，所述智能采摘机还包括总控器；所述移动小车上设置有视觉传感器、GPS定位器、障碍检测器以及行走路径设定器；所述视觉传感器、所述GPS定位器、所述障碍检测器以及所述行走路径设定器均与所述总控器通信连接，所述总控器与所述采摘机构、所述传输分离机构、所述伸缩收集机构以及所述装载机构通信连接。