CN114145134A - 草莓采摘整理一体机及其采摘整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的草莓采摘整理一体机及其采摘整理方法，它包括行走车体、草莓整理装置、草莓采摘装和分叶识别装置。工作时，行走车体通过行走履带在草莓种植地面上行走，滚筒可以实现浇水、施肥、覆盖地膜等操作，分叶识别装置分开草莓叶片，并识别出可采摘的草莓，草莓采摘装置实现对成熟草莓的采摘，采摘完毕后，通过落莓管道将草莓送至草莓整理装置，实现对草莓的收集、清洗和包装。本发明能够实现在大规模草莓种植园中对草莓植株的农业维护，对大批量成熟草莓的挑选、采摘、大小分离、清洗、包装整理等一系列的自动化操作。

Description

草莓采摘整理一体机及其采摘整理方法
技术领域
本发明涉及一种新型的草莓采摘整理一体机，特别适用于大规模草莓种植园的草莓维护、采摘、收集、清洗、包装等一系列自动化操作。
背景技术
目前我国草莓种植面积和产量以居世界前列，但是由于目前采摘作业主要依靠人工用手采摘，且草莓成熟后其采摘时间短，错过最佳采摘时间再加之运输环节，草莓品质得不到保证，而且人工分拣大小草莓也非常繁琐，对于采摘后的大量草莓的清洗、整理、包装等工作更是繁琐。我国大多的草莓种植形式为地面种植，而人工采摘或者浇水、施肥、覆盖地膜等农业操作，多数是以蹲姿或弯腰姿或低矮的坐姿来完成，其姿势容易致使工人疲乏，影响效率。
国外研究出的一种人只需坐在上面将输送带输送过来的果实挑选打包即可。但是，因为光照植株营养输送等因素，植株中往往会夹杂一两颗甚至更多的还未成熟的果实，采摘机械也会将其采摘下来。虽然人坐在机械上直接打包，采摘过程由机械完成，提高了采摘效率，但却降低了产量。因此这种机械只有在少数高品质草莓种植基地运用，而并未广泛应用。在国内，很多大学对草莓种植业的自动化机械有研究设计，但这些设计因成本及维护等原因，要运用到实际生产中还有些困难。
因此，急需一款能够在草莓种植园里自动完成对草莓的维护、采摘、收集、清洗一系列操作的装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新型的草莓采摘整理一体机汽及其采摘整理方法。
本发明首先提供了一种新型的草莓采摘整理一体机，其包括行走车体、草莓整理装置、草莓采摘装置和分叶识别装置；
所述行走车体包括行走履带、车厢、滚筒、连杆；行走履带配置在车厢左右两侧，滚筒位于车厢前端两侧，通过连杆和车厢连接，
所述草莓整理装置包括三工位旋转工作台、草莓上料机构、草莓清洗机构、草莓卸料机构、草莓包装机构；三工位旋转工作台包括设置有周向滑槽的固定圆盘和位于固定圆盘上方的可转动连接座，可转动连接座固定连接有三个120度的间隔设置在周向滑槽内的草莓夹座，可转动连接座转动时，草莓夹座可沿周向滑槽滑动；
所述草莓采摘装置包括剪切机构、循环排列机构、纵向行走台、纵向丝杠、横向丝杠、横向进退杆、落莓管道、分离架；
所述行走车体两侧连接有共4个草莓采摘装置，每个草莓采摘装置均配备有一个分叶识别装置，分叶识别装置用于识别识别可采摘的草莓，并定位出成熟草莓的剪切点；在车厢内部设置有四个草莓整理装置，每个草莓整理装置对应一个草莓采摘装置；
草莓整理装置内的草莓上料机构、草莓清洗机构、草莓卸料机构分别以120度的间隔均匀固定在三工位旋转工作台的固定圆盘上，草莓包装机构正对草莓卸料机构，
剪切机构安装在循环排列机构前部，循环排列机构固定在纵向行走台上，纵向丝杠与纵向行走台螺纹配合传动，横向进退杆包括连接成L形的水平臂和竖直臂，其竖直臂的底端通过螺母座和横向丝杠连接，横向丝杠转动可带动横向进退杆在水平方向的移动，水平臂的端部和纵向行走台通过纵向丝杠可升降连接，循环排列机构的底部开口有一个落莓孔，并通过落莓管道和分离架连接。
作为本发明的优选方案，所述的滚筒可以绕轴旋转，其上安装有喷洒器、杀虫剂或者地膜，所述草莓采摘整理一体机的车体上设置有远程遥控或者自动控制系统。
作为本发明的优选方案，通过横向丝杠横向水平进退运动，纵向丝杠的上下移动运动，再加上行走车体本身在车道上的前后运动，使剪切机构能实现空间六自由度运动。
作为本发明的优选方案，所述的分叶识别装置包括摄像头、分叶轮、风扇、驱动电机；
驱动电机提供分叶轮和风扇的旋转动力，风扇朝向车厢两侧，用于产生的风力吹散草莓叶子，分叶轮用于通过控制旋转角度将草莓叶片拨开，摄像头对图像进行分析识别，通过对图像的第一、第二、第三特征识别，筛分出草莓叶子、成熟草莓、未成熟草莓和已腐烂草莓；
摄像头将草莓的形态学特征作为第一识别特征，通过形态学划分区分出草莓和叶子背景；将草莓的rgb值作为第二识别特征，通过红色区域的数值大小区分成熟草莓和未成熟草莓，将草莓HSV值中的饱和度值作为第三识别特征，通过饱和度值的大小来区分成熟草莓和烂掉的草莓。
本发明还公开了上述一体机的草莓采摘整理方法，其包括以下步骤：
1)车体通过行走履带在草莓种植地上行驶，滚筒绕轴旋转，通过其上安装的喷洒器、杀虫剂或者地膜，使滚筒随车体运动拂过草莓植株的同时，实现浇水、施肥或覆盖地膜操作，
2)风扇旋转产生的风力将草莓叶子吹散，然后分叶轮以较低的转速旋转，将草莓叶片拨开，摄像头对前方的图像进行分析识别，通过对图像特征识别，筛分出草莓叶子、成熟草莓、未成熟草莓和已腐烂草莓，然后定位出成熟草莓的剪切点，控制分叶轮的旋转角度，将周围的草莓叶片拨动至合适角度；
3)横向丝杠带动横向进退杆的进退，纵向丝杠带动纵向行走台的上下移动，再加上行走车体本身在车道上的前后移动，使得剪切机构可以到三维空间移动，并通过调节剪切机构的空间位置实现对目标草莓的剪切采摘，循环排列机构可以为一个安装有草莓钩环的循环链轮，链轮转动调节被采摘下来的草莓的空间位姿，调节位姿后的草莓通过落莓管道落入大小分离架实现对大小草莓的分离，再落入相应的草莓整理装置的草莓上料机构中；
4)草莓到达草莓上料机构，实现草莓在草莓夹座上的安放，草莓清洗机构实现对草莓的清洗，草莓卸料机构使草莓从夹座上脱离，掉落到下方的草莓包装机构，由草莓包装机构实现草莓在草莓收集板上的整齐收集，三工位工作台以120度为一个旋转单位旋转，；车厢内排列有四个草莓整理装置，以对两侧草莓进行快速大小草莓分离、清洗、收集、包装操作。
本发明能够实现在大规模草莓种植园中对草莓植株的农业维护，对大批量成熟草莓的挑选、采摘、大小分离、清洗、包装整理等一系列的自动化操作，并且通过配备控制系统和自动导航系统可以实现草莓采摘整理一体机在园区的自动驾驶和无人巡检。
附图说明
图1为本发明草莓采摘整理一体机示意图；
图2为本发明草莓采摘整理一体机的行走车体示意图；
图3为本发明草莓采摘整理一体机的草莓整理装置示意图；
图4为本发明草莓采摘整理一体机的采摘装置示意图；
图5为本发明草莓采摘整理一体机的分叶识别装置示意图；
行走车体1、草莓整理装置2、草莓采摘装置3、分叶识别装置4、行走履带11、车厢12、滚筒13、连杆14、三工位旋转工作台21、草莓上料机构22、草莓清洗机构23、草莓卸料机构24、草莓包装机构25、剪切机构31、循环排列机构32、纵向行走台33、纵向丝杠34、横向丝杠35、横向进退杆36、落莓管道37、分离架38、摄像头41、分叶轮42、风扇43、驱动电机44
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如图1所示，本发明草莓采摘整理一体机包括行走车体1、草莓整理装置2、草莓采摘装置3和分叶识别装置4，行走车体1两侧通过横向进退杆36连接有4个草莓采摘装置3，每个草莓采摘装置3的附近安装了分叶识别装置4，在车厢12内部对应设置有四个草莓整理装置2。工作时，行走车体1通过行走履带11在草莓种植地面上行走，滚筒13可以实现浇水、施肥、覆盖地膜等操作，分叶识别装置3分开草莓叶片，并通过图像识别技术识别出可采摘的草莓，草莓采摘装置3实现对成熟草莓的采摘，采摘完毕后，通过落莓管道37将草莓送至草莓整理装置2，实现对草莓的收集、清洗和包装。
如图2所示，行走车体1包括行走履带11、车厢12、滚筒13、连杆14，行走履带11配置在车体左右两侧，滚筒通过连接杆14和车厢12连接。工作时，行走履带11使车体能够在松软的草莓种植地上行驶，滚筒13可以绕轴旋转，通过在其上安装喷洒器、杀虫剂或者地膜，可以使得滚筒13随车体运动拂过草莓植株的同时，实现浇水、施肥、覆盖地膜等农业操作，另外，车体上可加装远程遥控或者自动控制系统，实现对车体的遥控甚至自动驾驶。
如图3所示，草莓整理装置2包括三工位旋转工作台21、草莓上料机构22、草莓清洗机构23、草莓卸料机构24和草莓包装机构25。三工位旋转工作台21包括设置有周向滑槽的固定圆盘和位于固定圆盘上方的可转动连接座，可转动连接座固定连接有三个120度的间隔设置在周向滑槽内的草莓夹座，可转动连接座转动时，草莓夹座可沿周向滑槽滑动；草莓上料机构22、草莓清洗机构23、草莓卸料机构24分别以120度的间隔均匀固定在三工位旋转工作台21的固定圆盘上，草莓包装机构25正对草莓卸料机构24。工作时，草莓通过落莓管道37和分离架38到达草莓夹座上，草莓夹座被可转动连接座以120度为一个旋转单位旋转，草莓夹座先到达草莓上料机构22，实现草莓在草莓夹座上的安放，之后到达草莓清洗机构23实现对草莓的清洗功能，再到达草莓卸料机构24使草莓从夹座上脱离，掉落到下方的草莓包装机构25，由草莓包装机构25实现草莓在草莓收集板上的整齐收集。可转动连接座以120度为一个旋转单位旋转，从而实现在草莓上料机构22、草莓清洗机构23、草莓卸料机构24内的循环运动。如图1所示，车厢内排列有四个草莓整理装置2，从而可以对两侧草莓进行快速大小草莓分离、清洗、收集包装等一系列操作。
如图4所示，采摘装置3包括剪切机构31、循环排列机构32、纵向行走台33、纵向丝杠34、横向丝杠35、横向进退杆36、落莓管道37、分离架38，剪切机构31安装在循环排列机构32前部，纵向行走台33上固定有循环排列机构32，循环排列机构32用于调整采摘下来的草莓的姿态，循环排列机构32的底部开口有一个落莓孔，并通过落莓管道37和分离架38配合。纵向丝杠34能和纵向行走33进行螺纹传动，横向进退杆36包括连接为L形的水平臂和竖直臂，竖直臂的底端通过螺母座和横向丝杠35连接，水平臂的前端和纵向行走台33通过纵向丝杠34连接，工作时，在分叶识别装置4的辅助下定位到要采摘的成熟草莓位置，通过横向丝杠35带动横向进退杆36的进退，以及纵向丝杠34带动纵向行走台33的上下移动，再加上车体本身在车道上的前后移动，使得剪切机构31可以到达空间的任一位置，并通过调节剪切机构实现对目标草莓的剪切采摘，循环排列机构32可以为一个安装有草莓钩环的循环链轮，循环链轮转动调节被采摘下来的草莓的空间位姿，并通过落莓管道37使草莓落入大小分离架38实现对大小草莓的分离，再落入相应的草莓整理装置2中。
如图5所示，分叶识别装置4包括摄像头41、分叶轮42、风扇43、驱动电机44，驱动电机44提供分叶轮42和风扇43的旋转动力。工作时，风扇43旋转产生的风力将草莓叶子吹散，然后分叶轮42以较低的转速旋转，将草莓叶片轻轻拨开，摄像头41对前方的图像进行分析识别，草莓的形状是一端大一端小的不规则形状，而草莓叶子则近似椭圆形，从而将草莓的形态学特征作为第一识别特征，通过形态学划分区分出草莓和叶子背景。成熟草莓是红色的，未成熟草莓则色调偏青色，从而将草莓的rgb值作为第二识别特征，通过红色区域的数值大小区分成熟草莓和未成熟草莓。成熟草莓和熟透、烂掉的草莓在饱和度上有很大不同，从而将草莓HSV值中的饱和度值作为第三识别特征，通过饱和度值的大小来区分成熟草莓和烂掉的草莓。然后通过图像处理技术定位出草莓的剪切点，控制分叶轮42的旋转角度，将周围的草莓叶片拨动至合适角度，从而辅助后续的草莓采摘工作。
本发明能够实现在大规模草莓种植园中对草莓植株的农业维护，对大批量成熟草莓的挑选、采摘、大小分离、清洗、包装整理等一系列的自动化操作，并且通过配备控制系统和自动导航系统可以实现草莓采摘整理一体机在园区的自动驾驶和无人巡检。

Claims (5)

1.一种新型的草莓采摘整理一体机，其特征在于包括行走车体(1)、草莓整理装置(2)、草莓采摘装置(3)和分叶识别装置(4)；
所述行走车体(1)包括行走履带(11)、车厢(12)、滚筒(13)、连杆(14)；行走履带(11)配置在车厢左右两侧，滚筒(13)位于车厢前端两侧，通过连杆(14)和车厢(12)连接，
所述草莓整理装置(2)包括三工位旋转工作台(21)、草莓上料机构(22)、草莓清洗机构(23)、草莓卸料机构(24)、草莓包装机构(25)；三工位旋转工作台(21)包括设置有周向滑槽的固定圆盘和位于固定圆盘上方的可转动连接座，可转动连接座固定连接有三个120度的间隔设置在周向滑槽内的草莓夹座，可转动连接座转动时，草莓夹座可沿周向滑槽滑动；
所述草莓采摘装置(3)包括剪切机构(31)、循环排列机构(32)、纵向行走台(33)、纵向丝杠(34)、横向丝杠(35)、横向进退杆(36)、落莓管道(37)、分离架(38)；
所述行走车体(1)两侧连接有共4个草莓采摘装置(3)，每个草莓采摘装置(3)均配备有一个分叶识别装置(4)，分叶识别装置(4)用于识别识别可采摘的草莓，并定位出成熟草莓的剪切点；在车厢(12)内部设置有四个草莓整理装置(2)，每个草莓整理装置(2)对应一个草莓采摘装置(3)；
草莓整理装置(2)内的草莓上料机构(22)、草莓清洗机构(23)、草莓卸料机构(24)分别以120度的间隔均匀固定在三工位旋转工作台(21)的固定圆盘上，草莓包装机构(25)正对草莓卸料机构(24)，
剪切机构(31)安装在循环排列机构(32)前部，循环排列机构(32)固定在纵向行走台(33)上，纵向丝杠(34)与纵向行走台(33)螺纹配合传动，横向进退杆(36)包括连接成L形的水平臂和竖直臂，其竖直臂的底端通过螺母座和横向丝杠(35)连接，横向丝杠(35)转动可带动横向进退杆(36)在水平方向的移动，水平臂的端部和纵向行走台(33)通过纵向丝杠(34)可升降连接，循环排列机构(32)的底部开口有一个落莓孔，并通过落莓管道(37)和分离架(38)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型的草莓采摘整理一体机，其特征在于所述的滚筒(13)可以绕轴旋转，其上安装有喷洒器、杀虫剂或者地膜，所述草莓采摘整理一体机的车体上设置有远程遥控或者自动控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种新型的草莓采摘整理一体机，其特征在于，通过横向丝杠(35)横向水平进退运动，纵向丝杠(34)的上下移动运动，再加上行走车体本身在车道上的前后运动，使剪切机构(31)能实现空间六自由度运动。
4.根据权利要求1所述的一种新型的草莓采摘整理一体机，其特征在于所述的分叶识别装置(4)包括摄像头(41)、分叶轮(42)、风扇(43)、驱动电机(44)；
驱动电机提供分叶轮和风扇的旋转动力，风扇(43)朝向车厢两侧，用于产生的风力吹散草莓叶子，分叶轮(42)用于通过控制旋转角度将草莓叶片拨开，摄像头(41)对图像进行分析识别，通过对图像的第一、第二、第三特征识别，筛分出草莓叶子、成熟草莓、未成熟草莓和已腐烂草莓；
摄像头(41)将草莓的形态学特征作为第一识别特征，通过形态学划分区分出草莓和叶子背景；将草莓的rgb值作为第二识别特征，通过红色区域的数值大小区分成熟草莓和未成熟草莓，将草莓HSV值中的饱和度值作为第三识别特征，通过饱和度值的大小来区分成熟草莓和烂掉的草莓。
5.一种权利要求1所述一体机的草莓采摘整理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)车体通过行走履带(11)在草莓种植地上行驶，滚筒(13)绕轴旋转，通过其上安装的喷洒器、杀虫剂或者地膜，使滚筒(13)随车体运动拂过草莓植株的同时，实现浇水、施肥或覆盖地膜操作，
2)风扇(43)旋转产生的风力将草莓叶子吹散，然后分叶轮(42)以较低的转速旋转，将草莓叶片拨开，摄像头(41)对前方的图像进行分析识别，通过对图像特征识别，筛分出草莓叶子、成熟草莓、未成熟草莓和已腐烂草莓，然后定位出成熟草莓的剪切点，控制分叶轮(42)的旋转角度，将周围的草莓叶片拨动至合适角度；
3)横向丝杠(35)带动横向进退杆(36)的进退，纵向丝杠(34)带动纵向行走台(33)的上下移动，再加上行走车体本身在车道上的前后移动，使得剪切机构(31)可以到三维空间移动，并通过调节剪切机构的空间位置实现对目标草莓的剪切采摘，并通过落莓管道(37)使草莓落入大小分离架(38)实现对大小草莓的分离，再落入相应的草莓整理装置(2)的草莓上料机构(22)中；
4)草莓到达草莓上料机构(22)，实现草莓在草莓夹座上的安放，草莓清洗机构(23)实现对草莓的清洗，草莓卸料机构(24)使草莓从夹座上脱离，掉落到下方的草莓包装机构(25)，由草莓包装机构(25)实现草莓在草莓收集板上的整齐收集，三工位工作台(21)以120度为一个旋转单位旋转，；车厢内排列有四个草莓整理装置(2)，以对两侧草莓进行快速大小草莓分离、清洗、收集、包装操作。
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