CN114012757A - 一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法，包括：底盘机构，主要用于拾取装置的支撑和移动结构，所述底盘机构的上端安装有储藏机构，所述储藏机构主要用于收藏结构；手臂机构，安装在所述底盘机构的上端，所述手臂机构设置在所述储藏机构的右侧；控制结构盒，其安装在所述底盘机构的顶端，所述控制结构盒设置在所述手臂机构的后侧，该自动拾取装置，能够更加适应在泥土地上的行走动作，使得行走更加方便，并且本装置可以一边对水果进行拾取，另一方面还能对拾取的水果进行暂时的储存，便于持续的工作，提高拾取的效率，并且能够有效的解放人力劳动力，提高生产的效率，并且可以增加水果的质量，增加售卖的竞争能力。

Description

一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法

技术领域

本发明涉及农业生产技术领域，具体为一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法。

背景技术

随着机器视觉技术和机器人技术的发展，在果蔬采摘领域的应用有效地降低劳动力成本，并提高了生产率，在水果的采后处理过程中，水果的拾取装箱是水果售卖前最后一道程序，此时水果的质量直接影响水果的售卖情况，从而影响到整个水果产业的发展；

随着社会的进步，人们对于水果的需求逐年递增，面对庞大的水果产量，水果配送中心需要实现全面自动化来提高生产效率，目前，多数水果配送中心在装箱阶段选择人工装箱，随着适龄劳动人口的减少，人工成本不断提高，同时人工装箱还存在效率低下、人工操作疲劳等问题，此外，现有的拾取装箱设备多数采用水果自由滚落或吸取水果的方式进行装箱，第一种方式容易对水果造成内部损伤，降低水果品质，不利于水果行业的长期发展；第二种方式对水果的形状和摆放位置有着很高的要求，不利于大规模推广。

所以需要针对上述问题设计一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，包括：

底盘机构，主要用于拾取装置的支撑和移动结构，所述底盘机构的上端安装有储藏机构，所述储藏机构主要用于收藏结构；

手臂机构，安装在所述底盘机构的上端，所述手臂机构设置在所述储藏机构的右侧；

触摸屏，安装在所述底盘机构的顶端，所述触摸屏设置在所述手臂机构的前侧；

视觉相机,安装在所述底盘机构的上端，所述视觉相机设置在所述手臂机构的右侧；

控制结构盒，其安装在所述底盘机构的顶端，所述控制结构盒设置在所述手臂机构的后侧。

优选的，所述底盘机构还包括：

底板座，其为底盘机构的承载结构，所述底板座为所述底盘机构的最顶端结构；

履带，其安装在所述底板座的下端，所述履带关于所述底板座的竖直中心线前后对称两组设置。

优选的，所述储藏机构还包括有：

储藏箱，其安装在所述底板座的顶端，所述储藏箱的结构为上端开口的盒状结构；

放料门，其设置在所述储藏箱的右端，所述储藏箱与所述放料门之间的连接方式为铰接连接，所述放料门与所述储藏箱之间构成卡合结构。

优选的，所述手臂机构还包括有：

调整转轴，其安装在所述底板座的上方，所述调整转轴设置在所述储藏箱的右侧，所述调整转轴的结构为旋转结构；

机械臂，其安装在所述调整转轴的上端，所述机械臂通过所述调整转轴与所述底板座之间构成旋转结构。

优选的，所述机械臂还包括有：

铲斗，其设置在所述机械臂的尾端,所述铲斗与所述机械臂之间的连接方式为活动连接。

优选的，所述铲斗还包括有：

传感相机，其安装在所述铲斗的左端内侧；

末端传感器，其安装在所述铲斗的左端内侧，所述末端传感器对称两组设置在所述传感相机的前后两侧。

优选的，所述视觉相机还包括有：

雷达传感器，其安装在所述底板座的右端，所述雷达传感器关于所述底板座的竖直中心线前后对称两组设置。

优选的，所述控制结构盒还包括有：

中央集成控制器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述中央集成控制器与所述触摸屏和传感相机以及末端传感器之间的连接方式均为电性连接；

GPS定位机构，其安装在所述控制结构盒的内部，所述GPS定位机构设置在所述中央集成控制器的右上端，所述GPS定位机构与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接；

信号接收器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述信号接收器设置在所述GPS定位机构的左侧，所述信号接收器与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接；

信号发射器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述信号发射器设置在所述信号接收器的左侧，所述信号发射器与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接；

蓄电池组，其安装在所述底板座的底端，所述蓄电池组设置在所述履带的内侧；

驱动控制器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述驱动控制器安装在所述中央集成控制器的左侧，所述驱动控制器与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接；

行走控制器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述驱动控制器安装在所述中央集成控制器的右侧，所述行走控制器与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接；

机械臂控制器，其安装在所述控制结构盒的内部，所述机械臂控制器安装在所述行走控制器的右侧，所述机械臂控制器与所述中央集成控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，包括以下步骤：

通过控制结构盒中的中央集成控制器发出控制指令，并且将指令传递到驱动控制器中，利用驱动控制器控制底盘机构中的履带()行走，并且在行走的过程中，底板座上的视觉相机会对周围事物进行识别和扫描，判别水果的位置，并且雷达传感器可以测量与周边事物的距离，方便机器运动到合适的位置，或者是在行走的时候通过中央集成控制器发出指令，传递到行走控制器中，并且通过行走控制器控制履带行走的方向；

当运动到合适的位置时，再通过中央集成控制器发出指令到机械臂控制器，然后通过机械臂控制器控制手臂机构中的机械臂进行伸展，并且带动铲斗对水果进行铲取，并且再铲取时可以通过传感相机对水果的位置进行判别，利用末端传感器判别与水果的位置，判断水果是否被铲取成功，在水果铲取成功后，再控制机械臂抬高，然后再通过手臂机构中的调整转轴带动机械臂转动到储藏机构的储藏箱上方，然后再利用机械臂带动铲斗并且将水果投入到储藏箱中，当储藏箱中的水果满载后，再打开放料门放出进行收置；

并且再装置工作时，然后通过可以通过GPS定位机构对装置的位置进行精准的定位，而且通过信号接收器和信号发射器进行收发信后，方便装置与人员进行沟通，通过触摸屏可以方便工作人员输入指令，而且再装置工作时，可以利用蓄电池组进行供电，就这样完成了可移动式水果自动拾取装置的使用过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置及其方法，采用新型的结构设计，能够更加适应在泥土地上的行走动作，使得行走更加方便，并且本装置可以一边对水果进行拾取，另一方面还能对拾取的水果进行暂时的储存，便于持续的工作，提高拾取的效率，并且能够有效的解放人力劳动力，提高生产的效率，并且可以增加水果的质量，增加售卖的竞争能力；

1.通过履带代替轮式装置，能够更加适应泥土地的行走工作，防止机器工作时因为土地柔软而使得机器陷入无法工作，提高装置行走时的灵活性，并且通过储藏机构可以对拾取的水果进行暂时的储藏，方便机器能够进行连续的拾取动作，并且能够有效的解放劳动力，减少人工的介入工作，提高大面积种植的便捷性；

2.利用手臂机构中的机械臂可以带动铲斗进行动作的变换，方便铲斗铲取水果，达到拾取的目的，并且铲斗中的末端传感器可以探测与水果之间的距离，能够帮助机器判断是否成功的拾取水果，而且利用传感相机可以对水果进行判别，方便铲斗对水果进行识别并且进行拾取；

3.利用视觉相机可以帮助装置在行走的过程中进行判断，帮助机器进行正确方向的行走，而且利用雷达传感器可以帮助机器在行走时对周边事物距离的测定，防止碰撞物体，并且通过控制结构盒内的控制结构可以对装置进行有效的动作控制，便于机器的正常工作，提高装置的智能性，减少人员的参与动作。

附图说明

图1为本发明右视等轴测结构示意图；

图2为本发明左视等轴测结构示意图；

图3为本发明右视结构示意图；

图4为本发明控制结构盒的剖视放大结构示意图；

图5为本发明图1中A处放大结构示意图；

图6为本发明工作流程结构示意图。

图中：1、底盘机构；2、底板座；3、履带；4、储藏机构；5、储藏箱；6、放料门；7、触摸屏；8、手臂机构；9、调整转轴；10、机械臂；11、铲斗；12、传感相机；13、末端传感器；14、视觉相机；15、雷达传感器；16、控制结构盒；17、中央集成控制器；18、驱动控制器；19、行走控制器；20、机械臂控制器；21、GPS定位机构；22、信号接收器；23、信号发射器；24、蓄电池组。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，包括：底盘机构1，主要用于拾取装置的支撑和移动结构，底盘机构1的上端安装有储藏机构4，储藏机构4主要用于收藏结构；底盘机构1还包括：底板座2，其为底盘机构1的承载结构，底板座2为底盘机构1的最顶端结构；履带3，其安装在底板座2的下端，履带3关于底板座2的竖直中心线前后对称两组设置；储藏机构4还包括有：储藏箱5，其安装在底板座2的顶端，储藏箱5的结构为上端开口的盒状结构；放料门6，其设置在储藏箱5的右端，储藏箱5与放料门6之间的连接方式为铰接连接，放料门6与储藏箱5之间构成卡合结构，本装置可以一边对水果进行拾取，另一方面还能对拾取的水果进行暂时的储存，便于持续的工作，提高拾取的效率，并且能够有效的解放人力劳动力，提高生产的效率，并且可以增加水果的质量，增加售卖的竞争能力；

一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，包括：手臂机构8，安装在底盘机构1的上端，手臂机构8设置在储藏机构4的右侧；触摸屏7，安装在底盘机构1的顶端，触摸屏7设置在手臂机构8的前侧；手臂机构8还包括有：调整转轴9，其安装在底板座2的上方，调整转轴9设置在储藏箱5的右侧，调整转轴9的结构为旋转结构；机械臂10，其安装在调整转轴9的上端，机械臂10通过调整转轴9与底板座2之间构成旋转结构，机械臂10还包括有：铲斗11，其设置在机械臂10的尾端,铲斗11与机械臂10之间的连接方式为活动连接，铲斗11还包括有：传感相机12，其安装在铲斗11的左端内侧；末端传感器13，其安装在铲斗11的左端内侧，末端传感器13对称两组设置在传感相机12的前后两侧，利用手臂机构8中的机械臂10可以带动铲斗11进行动作的变换，方便铲斗11铲取水果，达到拾取的目的，并且铲斗11中的末端传感器13可以探测与水果之间的距离，能够帮助机器判断是否成功的拾取水果，而且利用传感相机12可以对水果进行判别，方便铲斗11对水果进行识别并且进行拾取；

一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，包括：视觉相机14,安装在底盘机构1的上端，视觉相机14设置在手臂机构8的右侧；视觉相机14还包括有：雷达传感器15，其安装在底板座2的右端，雷达传感器15关于底板座2的竖直中心线前后对称两组设置，利用视觉相机14可以帮助装置在行走的过程中进行判断，帮助机器进行正确方向的行走，而且利用雷达传感器15可以帮助机器在行走时对周边事物距离的测定，防止碰撞物体；

一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，包括：控制结构盒16，其安装在底盘机构1的顶端，控制结构盒16设置在手臂机构8的后侧，控制结构盒16还包括有：中央集成控制器17，其安装在控制结构盒16的内部，中央集成控制器17与触摸屏7和传感相机12以及末端传感器13之间的连接方式均为电性连接；GPS定位机构21，其安装在控制结构盒16的内部，GPS定位机构21设置在中央集成控制器17的右上端，GPS定位机构21与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接；信号接收器22，其安装在控制结构盒16的内部，信号接收器22设置在GPS定位机构21的左侧，信号接收器22与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接；信号发射器23，其安装在控制结构盒16的内部，信号发射器23设置在信号接收器22的左侧，信号发射器23与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接；蓄电池组24，其安装在底板座2的底端，蓄电池组24设置在履带3的内侧；驱动控制器18，其安装在控制结构盒16的内部，驱动控制器18安装在中央集成控制器17的左侧，驱动控制器18与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接；行走控制器19，其安装在控制结构盒16的内部，驱动控制器18安装在中央集成控制器17的右侧，行走控制器19与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接；机械臂控制器20，其安装在控制结构盒16的内部，机械臂控制器20安装在行走控制器19的右侧，机械臂控制器20与中央集成控制器17之间的连接方式为电性连接，通过控制结构盒16内的控制结构可以对装置进行有效的动作控制，便于机器的正常工作，提高装置的智能性，减少人员的参与动作。

一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：根据图1-6中所示的结构，在对水果进行拾取的时候，可以通过控制结构盒16中的中央集成控制器17发出控制指令，并且将指令传递到驱动控制器18中，利用驱动控制器18控制底盘机构1中的履带3行走，并且在行走的过程中，底板座2上的视觉相机14会对周围事物进行识别和扫描，判别水果的位置，并且雷达传感器15可以测量与周边事物的距离，方便机器运动到合适的位置，或者是在行走的时候通过中央集成控制器17发出指令，传递到行走控制器19中，并且通过行走控制器19控制履带3行走的方向；

当运动到合适的位置时，再通过中央集成控制器17发出指令到机械臂控制器20，然后通过机械臂控制器20控制手臂机构8中的机械臂10进行伸展，并且带动铲斗11对水果进行铲取，并且再铲取时可以通过传感相机12对水果的位置进行判别，利用末端传感器13判别与水果的位置，判断水果是否被铲取成功，在水果铲取成功后，再控制机械臂10抬高，然后再通过手臂机构8中的调整转轴9带动机械臂10转动到储藏机构4的储藏箱5上方，然后再利用机械臂10带动铲斗11并且将水果投入到储藏箱5中，当储藏箱5中的水果满载后，再打开放料门6放出进行收置，并且再装置工作时，可以通过GPS定位机构21对装置的位置进行精准的定位，而且通过信号接收器22和信号发射器23进行收发信后，方便装置与人员进行沟通，通过触摸屏7可以方便工作人员输入指令，而且再装置工作时，可以利用蓄电池组24进行供电，就这样完成了可移动式水果自动拾取装置的使用过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，包括：

底盘机构(1)，主要用于拾取装置的支撑和移动结构，所述底盘机构(1)的上端安装有储藏机构(4)，所述储藏机构(4)主要用于收藏结构；

手臂机构(8)，安装在所述底盘机构(1)的上端，所述手臂机构(8)设置在所述储藏机构(4)的右侧；

触摸屏(7)，安装在所述底盘机构(1)的顶端，所述触摸屏(7)设置在所述手臂机构(8)的前侧；

视觉相机(14),安装在所述底盘机构(1)的上端，所述视觉相机(14)设置在所述手臂机构(8)的右侧；

控制结构盒(16)，其安装在所述底盘机构(1)的顶端，所述控制结构盒(16)设置在所述手臂机构(8)的后侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述底盘机构(1)还包括：

底板座(2)，其为底盘机构(1)的承载结构，所述底板座(2)为所述底盘机构(1)的最顶端结构；

履带(3)，其安装在所述底板座(2)的下端，所述履带(3)关于所述底板座(2)的竖直中心线前后对称两组设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述储藏机构(4)还包括有：

储藏箱(5)，其安装在所述底板座(2)的顶端，所述储藏箱(5)的结构为上端开口的盒状结构；

放料门(6)，其设置在所述储藏箱(5)的右端，所述储藏箱(5)与所述放料门(6)之间的连接方式为铰接连接，所述放料门(6)与所述储藏箱(5)之间构成卡合结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述手臂机构(8)还包括有：

调整转轴(9)，其安装在所述底板座(2)的上方，所述调整转轴(9)设置在所述储藏箱(5)的右侧，所述调整转轴(9)的结构为旋转结构；

机械臂(10)，其安装在所述调整转轴(9)的上端，所述机械臂(10)通过所述调整转轴(9)与所述底板座(2)之间构成旋转结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述机械臂(10)还包括有：

铲斗(11)，其设置在所述机械臂(10)的尾端,所述铲斗(11)与所述机械臂(10)之间的连接方式为活动连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述铲斗(11)还包括有：

传感相机(12)，其安装在所述铲斗(11)的左端内侧；

末端传感器(13)，其安装在所述铲斗(11)的左端内侧，所述末端传感器(13)对称两组设置在所述传感相机(12)的前后两侧。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述视觉相机(14)还包括有：

雷达传感器(15)，其安装在所述底板座(2)的右端，所述雷达传感器(15)关于所述底板座(2)的竖直中心线前后对称两组设置。

8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置，其特征在于，所述控制结构盒(16)还包括有：

中央集成控制器(17)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述中央集成控制器(17)与所述触摸屏(7)和传感相机(12)以及末端传感器(13)之间的连接方式均为电性连接；

GPS定位机构(21)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述GPS定位机构(21)设置在所述中央集成控制器(17)的右上端，所述GPS定位机构(21)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接；

信号接收器(22)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述信号接收器(22)设置在所述GPS定位机构(21)的左侧，所述信号接收器(22)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接；

信号发射器(23)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述信号发射器(23)设置在所述信号接收器(22)的左侧，所述信号发射器(23)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接；

蓄电池组(24)，其安装在所述底板座(2)的底端，所述蓄电池组(24)设置在所述履带(3)的内侧；

驱动控制器(18)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述驱动控制器(18)安装在所述中央集成控制器(17)的左侧，所述驱动控制器(18)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接；

行走控制器(19)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述驱动控制器(18)安装在所述中央集成控制器(17)的右侧，所述行走控制器(19)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接；

机械臂控制器(20)，其安装在所述控制结构盒(16)的内部，所述机械臂控制器(20)安装在所述行走控制器(19)的右侧，所述机械臂控制器(20)与所述中央集成控制器(17)之间的连接方式为电性连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的可移动式水果自动拾取装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过控制结构盒(16)中的中央集成控制器(17)发出控制指令，并且将指令传递到驱动控制器(18)中，利用驱动控制器(18)控制底盘机构(1)中的履带(3)行走，并且在行走的过程中，底板座(2)上的视觉相机(14)会对周围事物进行识别和扫描，判别水果的位置，并且雷达传感器(15)可以测量与周边事物的距离，方便机器运动到合适的位置，或者是在行走的时候通过中央集成控制器(17)发出指令，传递到行走控制器(19)中，并且通过行走控制器(19)控制履带(3)行走的方向；

当运动到合适的位置时，再通过中央集成控制器(17)发出指令到机械臂控制器(20)，然后通过机械臂控制器(20)控制手臂机构(8)中的机械臂(10)进行伸展，并且带动铲斗(11)对水果进行铲取，并且再铲取时可以通过传感相机(12)对水果的位置进行判别，利用末端传感器(13)判别与水果的位置，判断水果是否被铲取成功，在果铲取成功后，再控制机械臂(10)抬高，然后再通过手臂机构(8)中的调整转轴(9)带动机械臂(10)转动到储藏机构(4)的储藏箱(5)5上方，然后再利用机械臂(10)带动铲斗(11)并且将水果投入到储藏箱(5)中，当储藏箱(5)中的水果满载后，再打开放料门(6)放出进行收置；

并且在装置工作时，然后通过可以通过GPS定位机构(21)对装置的位置进行精准的定位，而且通过信号接收器(22)和信号发射器(23)进行收发信后，方便装置与人员进行沟通，通过触摸屏(7)可以方便工作人员输入指令，而且再装置工作时，可以利用蓄电池组(24)进行供电，就这样完成了可移动式水果自动拾取装置的使用过程。

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