CN115067076B - 一种智能柑橘采摘机及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能柑橘采摘机及采摘方法，包括图像采集器、控制系统、移动车固定在移动车顶部的收集箱以及安装在收集箱顶部的机械臂，所述机械臂的末端固定连接有收集管，通过在收集管的顶部内侧设置用于配合机械爪对果实进行收紧的果套，在当机械爪张开时，能够通过第二拉条拉动第二套环，进而将第二弹性圈的口径张大，即果套的上口张开，在当机械爪闭合时，机械爪顶部的截断切刀相互咬合，将果实的果柄与树枝分离，使得果实能够掉落至果套内，在机械爪的闭合时，第二弹性圈能够自动收缩，进而将果实包紧，通过各个方位拉力传感器感知的力度差异性判断是否出现形状怪异的果子，通过各个方位拉力传感器感知的力度大小判断是否出现小果。

Description

一种智能柑橘采摘机及采摘方法

技术领域

本发明属于柑橘采摘相关技术领域，具体涉及一种智能柑橘采摘机及采摘方法。

背景技术

传统的柑橘采摘都是由人工完成,虽然人工采摘能够有效地减少果实的损伤度和保证果实的均匀度，但是人工采摘劳动力需求大，且采摘效率低。

申请号为CN201610588623.4公开了一种智能柑橘采摘机器人及柑橘采摘方法，机器人包括行走机构、机械臂、工作台、回收装置、控制系统和电源系统，机械臂、控制系统和电源系统安装在工作台上，机械臂前端设有末端执行器和视觉系统，视觉系统与控制系统数据连接，控制系统通过机械臂驱动单元控制机械臂的动作，控制系统通过行走驱动单元控制行走机构的动作，电源系统为控制系统和行走机构提供工作电源。

现有的柑橘采摘机器人技术存在以下问题：现有的柑橘采摘机器人由于采摘力度较大，而易造成果实损坏或从机械爪缝之间脱离，进而使果实摔坏，其次采摘的果实里常常有歪果或体型较小的果子出现，这些果子混合在正常果子内影响售卖，增加后续的分选难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能柑橘采摘机及采摘方法，以解决上述背景技术中提出的采摘力度大易造成果实损坏或从机械爪缝之间脱离、歪果或体型较小的果子混合的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能柑橘采摘机，包括图像采集器、控制系统、移动车固定在移动车顶部的收集箱以及安装在收集箱顶部的机械臂，所述机械臂的末端固定连接有收集管，所述收集管的外侧安装有机械爪，所述收集管的底端固定连接有软管，所述软管的一端与收集箱固定连接；

所述收集管的顶部内侧设置有用于配合机械爪对果实进行收紧的果套；

所述果套上设置有用于对收紧时各方位的拉力进行检测的力度采集单元；

所述收集管的外侧设置有用于打开果套使果实沿着软管导入收集箱的拉伸组件；

所述收集箱内设有第一收集槽、第二收集槽与第三收集槽；

所述收集箱内设置有传送机构；

所述传送机构上设置有用于根据力度采集单元采集结果分析后将果实对应传送至第一收集槽、第二收集槽或第三收集槽的转料组件；

所述图像采集器固定在收集管的外侧，所述收集管的顶端固定连接有料斗。

优选的，所述果套包括第一弹性圈与第二弹性圈，所述第一弹性圈的外侧套设有若干个等距分布的第一套环，所述第二弹性圈的外侧套设有若干个与第一套环一一对应的第二套环，其位于上下侧的第一套环与第二套环之间各固定连接有一拉带。

优选的，所述力度采集单元包括拉力传感器，所述拉力传感器与上下两个拉带相连接。

优选的，所述机械爪的顶端固定连接有截断切刀，所述第二套环的外侧固定连接有第二拉条，所述第二拉条的一端与机械爪固定连接。

优选的，所述拉伸组件包括第一电磁环与第二电磁环，所述第一电磁环固定套设在收集管的外侧，所述第二电磁环位于第一电磁环的上方，且与收集管滑动连接，所述第二电磁环的顶面固定连接有若干个与第一套环对应的第一拉条，所述第一拉条的一端穿入收集管的内侧并与第一套环固定连接。

优选的，所述传送机构包括机架，所述机架与收集箱的内壁固定连接，所述机架的内侧设置有传送方向一致朝向第三收集槽的第一传送带与第二传动带，所述软管的一端延伸至收集箱的内侧并朝向下方的第一传送带。

优选的，所述转料组件包括转向平台，所述转向平台位于第一传送带与第二传动带之间，所述转向平台与机架固定连接，所述转向平台的顶面中部位置转动嵌设有转盘，所述转盘的顶面转动设置有两列传送方向一致朝向第三收集槽的电动辊筒，所述机架位于转向平台两侧分别开设有用于将果实引导至第一收集槽与第二收集槽的第二槽口与第一槽口。

一种柑橘采摘方法，包括以下步骤：

步骤一：启动移动车，使采摘机器人接近果树；

步骤二：机械臂伸展弯曲，并由图像采集器对果树上的果实目标进行寻找，找到果实后对果实进行分析；

步骤三：通过系统分析判断果实是否成熟，若不成熟切换目标，对其他位置的果实进行分析；

步骤四：在找到成熟果实后，图像采集器向控制系统反馈，由控制系统发出采摘的控制指令，并由机械爪进行采摘动作。

一种柑橘采摘方法，所述机械爪的采摘方法包括以下步骤：

步骤一：机械臂接受到采摘指令后开始运作贴紧果实，而机械臂末端的机械爪运作，先张开后对果实进行夹持；

步骤二：判断夹持力度是否适中，确保机械爪在夹持的过程中能够使果实的果柄与果树树枝分离；

步骤三：机械爪在上述过程张开的过程中同步拉伸使果套的上口张开，进而在机械爪夹持的过程中，使切断掉落的果实能够顺利进入果套内；

步骤四：随着机械爪的夹持收缩，果套的上口逐渐闭合进而拉动各方位的力度采集单元，进而由各个力度采集单元对拉力力度进行分析，通过拉伸组件将果套的下口打开，使果实果套进沿着软管进入收集箱内，并进行果实的分选收集

一种柑橘采摘方法，所述果实的分选收集方法包括以下步骤：

步骤一：根据各个力度采集单元的力度差异程度判断是否出现形状怪异的歪果；

步骤二：在出现歪果时，传送机构上的转料组件顺时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带传送至第一收集槽内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤三：在未检测到歪果时，根据各个力度采集单元的力度大小判断是否出现小果；

步骤四：在出现小果时，传送机构上的转料组件逆时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带传送至第二收集槽内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤五：在未检测到歪果及小果时，传送机构上的转料组件保持不变，并将正常果经过第二传动带传送至第三收集槽内进行收集。

与现有柑橘采摘机器人技术相比，本发明提供了一种智能柑橘采摘机及采摘方法，具备以下有益效果：

1、本发明通过在收集管的顶部内侧设置用于配合机械爪对果实进行收紧的果套，在当机械爪张开时，能够通过第二拉条拉动第二套环，进而将第二弹性圈的口径张大，即果套的上口张开，进而使果实处于多个拉带之间，即果套内，在当机械爪闭合时，机械爪顶部的截断切刀相互咬合，将果实的果柄与树枝分离，使得果实能够掉落至果套内，避免采摘力度较大造成果实损坏或从机械爪缝之间脱离；

2、本发明通过在果套上设置力度采集单元，在机械爪的闭合时，第二弹性圈能够自动收缩，进而将果实包紧，通过拉力传感器感知拉带对果实包紧时的拉力，通过各个方位拉力传感器感知的力度差异性判断是否出现形状怪异的果子，即歪果，其次通过各个方位拉力传感器感知的力度大小判断是否出现较小的果子；

3、本发明收集管的外侧设置拉伸组件，当检测结束后，可为第一电磁环与第二电磁环通电，第一电磁环与第二电磁环为产生磁力而相互吸引，进而由第二电磁环向第一电磁环靠近，由第一拉条拉动第一弹性圈张开，使得果套的下口打开，进而使果实能够离开果套进入软管；

4、本发明通过在收集箱内设置传送机构，传送机构上设置转料组件，转向平台与控制系统电连接，控制系统接受到力度采集单元的歪果或小果的检测信息后，转料组件能够受到控制系统的操控，实现顺时针及逆时针的度的旋转摆动，进而通过两列电动辊筒将果实从第二槽口与第一槽口分别引导至第一收集槽与第二收集槽。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的一种智能柑橘采摘机结构示意图；

图2为本发明提出的图1中A处放大结构示意图；

图3为本发明提出的收集管剖面结构示意图；

图4为本发明提出的图3中B处放大结构示意图；

图5为本发明提出的收集箱俯视剖面结构示意图；

图6为本发明提出的柑橘采摘流程示意图；

图7为本发明提出的机械爪采摘后果套收紧流程示意图；

图8为本发明提出的果实的分选收集示意图；

图中：1、收集箱；2、移动车；3、机械臂；4、软管；5、收集管；6、机械爪；7、料斗；8、果套；9、截断切刀；10、第一电磁环；11、第二电磁环；12、第一拉条；13、第一弹性圈；14、第二弹性圈；15、第一套环；16、第二套环；17、拉带；18、拉力传感器；19、第二拉条；20、第一收集槽；21、第二收集槽；22、第三收集槽；23、机架；24、第一槽口；25、第二槽口；26、第一传送带；27、第二传动带；28、转向平台；29、转盘；30、电动辊筒；31、图像采集器。

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-图8，本发明提供一种技术方案：一种智能柑橘采摘机，包括图像采集器31、控制系统、移动车2固定在移动车2顶部的收集箱1以及安装在收集箱1顶部的机械臂3，机械臂3的末端固定连接有收集管5，收集管5的外侧安装有机械爪6，机械臂3与机械爪6均受控制系统控制，收集管5的底端固定连接有软管4，软管4的一端与收集箱1固定连接，采用软管4的传导方式，可使收集管5端能够随着机械臂3以及机械爪6的调节移动而移动，并能够将采摘的果实由软管4导入收集箱1内，图像采集器31固定在收集管5的外侧，图像采集器31可通过对果树上果实的图像进行采集与分析，通过颜色是否变黄判断成熟度，并将信息反馈至控制系统，进而由控制系统对移动车2、机械臂3、机械爪6、果套8以及后续的收集发出控制指令，收集管5的顶端固定连接有料斗7。

需要说明的是，收集管5的顶部内侧设置有用于配合机械爪6对果实进行收紧的果套8，果套8包括第一弹性圈13与第二弹性圈14，第一弹性圈13的外侧套设有若干个等距分布的第一套环15，第二弹性圈14的外侧套设有若干个与第一套环15一一对应的第二套环16，其位于上下侧的第一套环15与第二套环16之间各固定连接有一拉带17，第一弹性圈13与第二弹性圈14与均采用弹性较大的材质，能够在不受外力作用时自动收紧，并由拉带17将果实包裹收紧。

值得提出的是，机械爪6的顶端固定连接有截断切刀9，第二套环16的外侧固定连接有第二拉条19，第二拉条19的一端与机械爪6固定连接，机械爪6为至少三个（图中仅画出两个），且分布均匀，在当机械爪6张开时，能够通过第二拉条19拉动第二套环16，进而将第二弹性圈14的口径张大，即果套8的上口张开，进而使果实处于多个拉带17之间，即果套8内，在当机械爪6闭合时，机械爪6顶部的截断切刀9相互咬合，将果实的果柄与树枝分离，使得果实能够掉落至果套8内，与此同时，机械爪6的闭合，使得第二弹性圈14能够自动收缩，进而将果实包紧。

需要注意的是，果套8上设置有用于对收紧时各方位的拉力进行检测的力度采集单元，力度采集单元包括拉力传感器18，拉力传感器18与上下两个拉带17相连接，通过拉力传感器18感知拉带17对果实包紧时的拉力，通过各个方位拉力传感器18感知的力度差异性判断是否出现形状怪异的果子，如果各个方位拉力传感器18感知的力度差异较大，即说明某一处的拉带17被涨起的程度较大，即该处与其他位置相比较为凸出，也就是说此果实为歪果，如果各个方位拉力传感器18感知的力度差异较小，即说明果实表面的饱满程度较为一致，也就是说此果实为非歪果，其次通过各个方位拉力传感器18感知的力度大小判断是否出现较小的果子，如果各个方位拉力传感器18感知的力度较小，即说明此果实为小果，反之如果各个方位拉力传感器18感知的力度正常或偏大，即说明此果实为非小果。

进一步来说，收集管5的外侧设置有用于打开果套8使果实沿着软管4导入收集箱1的拉伸组件，拉伸组件包括第一电磁环10与第二电磁环11，第一电磁环10固定套设在收集管5的外侧，第二电磁环11位于第一电磁环10的上方，且与收集管5滑动连接，第二电磁环11的顶面固定连接有若干个与第一套环15对应的第一拉条12，第一拉条12的一端穿入收集管5的内侧并与第一套环15固定连接，在采摘的过程中，第一电磁环10与第二电磁环11为断电状态，也即第一电磁环10与第二电磁环11之间相互远离，而第一弹性圈13为非拉伸状态，使得果套8下口为封闭状态，防止果子从果套8直接掉落，当检测结束后，可为第一电磁环10与第二电磁环11通电，第一电磁环10与第二电磁环11为产生磁力而相互吸引，进而由第二电磁环11向第一电磁环10靠近，由第一拉条12拉动第一弹性圈13张开，使得果套8的下口打开，进而使果实能够离开果套8进入软管4。

更近一步来说，收集箱1内设有第一收集槽20、第二收集槽21与第三收集槽22，第一收集槽20用于收集歪果，第二收集槽21用于收集小果，第三收集槽22用于收集正常果。

此外，收集箱1内设置有传送机构，传送机构包括机架23，机架23与收集箱1的内壁固定连接，机架23的内侧设置有传送方向一致朝向第三收集槽22的第一传送带26与第二传动带27，软管4的一端延伸至收集箱1的内侧并朝向下方的第一传送带26，由第一传送带26与第二传动带27可实现果子的传输，且传输方向朝着第三收集槽22。

传送机构上设置有用于根据力度采集单元采集结果分析后将果实对应传送至第一收集槽20、第二收集槽21或第三收集槽22的转料组件，转料组件包括转向平台28，转向平台28位于第一传送带26与第二传动带27之间，转向平台28与机架23固定连接，转向平台28的顶面中部位置转动嵌设有转盘29，转盘29的顶面转动设置有两列传送方向一致朝向第三收集槽22的电动辊筒30，机架23位于转向平台28两侧分别开设有用于将果实引导至第一收集槽20与第二收集槽21的第二槽口25与第一槽口24，转向平台28采用底部电机控制旋转（电机未画出），转向平台28与控制系统电连接，受到控制系统的操控，实现顺时针及逆时针的45度的旋转摆动，进而通过两列电动辊筒30将果实从第二槽口25与第一槽口24分别引导至第一收集槽20与第二收集槽21。

一种柑橘采摘方法，包括以下步骤：

步骤一：启动移动车2，使采摘机器人接近果树；

步骤二：机械臂3伸展弯曲，并由图像采集器31对果树上的果实目标进行寻找，找到果实后对果实进行分析；

步骤三：通过系统分析判断果实是否成熟，若不成熟切换目标，对其他位置的果实进行分析；

步骤四：在找到成熟果实后，图像采集器31向控制系统反馈，由控制系统发出采摘的控制指令，并由机械爪6进行采摘动作。

一种柑橘采摘方法，机械爪6的采摘方法包括以下步骤：

步骤一：机械臂3接受到采摘指令后开始运作贴紧果实，而机械臂3末端的机械爪6运作，先张开后对果实进行夹持；

步骤二：判断夹持力度是否适中，确保机械爪6在夹持的过程中能够使果实的果柄与果树树枝分离；

步骤三：机械爪6在上述过程张开的过程中同步拉伸使果套8的上口张开，进而在机械爪6夹持的过程中，使切断掉落的果实能够顺利进入果套8内；

步骤四：随着机械爪6的夹持收缩，果套8的上口逐渐闭合进而拉动各方位的力度采集单元，进而由各个力度采集单元对拉力力度进行分析，通过拉伸组件将果套8的下口打开，使果实果套8进沿着软管4进入收集箱1内，并进行果实的分选收集

一种柑橘采摘方法，果实的分选收集方法包括以下步骤：

步骤一：根据各个力度采集单元的力度差异程度判断是否出现形状怪异的歪果；

步骤二：在出现歪果时，传送机构上的转料组件顺时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带27传送至第一收集槽20内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤三：在未检测到歪果时，根据各个力度采集单元的力度大小判断是否出现小果；

步骤四：在出现小果时，传送机构上的转料组件逆时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带27传送至第二收集槽21内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤五：在未检测到歪果及小果时，传送机构上的转料组件保持不变，并将正常果经过第二传动带27传送至第三收集槽22内进行收集。

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 (6)

1.一种智能柑橘采摘机，包括图像采集器（31）、控制系统、移动车（2）固定在移动车（2）顶部的收集箱（1）以及安装在收集箱（1）顶部的机械臂（3），其特征在于：所述机械臂（3）的末端固定连接有收集管（5），所述收集管（5）的外侧安装有机械爪（6），所述收集管（5）的底端固定连接有软管（4），所述软管（4）的一端与收集箱（1）固定连接；

所述收集管（5）的顶部内侧设置有用于配合机械爪（6）对果实进行收紧的果套（8），所述果套（8）包括第一弹性圈（13）与第二弹性圈（14），所述第一弹性圈（13）的外侧套设有若干个等距分布的第一套环（15），所述第二弹性圈（14）的外侧套设有若干个与第一套环（15）一一对应的第二套环（16），其位于上下侧的第一套环（15）与第二套环（16）之间各固定连接有一拉带（17），所述机械爪（6）的顶端固定连接有截断切刀（9），所述第二套环（16）的外侧固定连接有第二拉条（19），所述第二拉条（19）的一端与机械爪（6）固定连接；

所述果套（8）上设置有用于对收紧时各方位的拉力进行检测的力度采集单元，所述力度采集单元包括拉力传感器（18），所述拉力传感器（18）与上下两个拉带（17）相连接；

所述收集管（5）的外侧设置有用于打开果套（8）使果实沿着软管（4）导入收集箱（1）的拉伸组件，所述拉伸组件包括第一电磁环（10）与第二电磁环（11），所述第一电磁环（10）固定套设在收集管（5）的外侧，所述第二电磁环（11）位于第一电磁环（10）的上方，且与收集管（5）滑动连接，所述第二电磁环（11）的顶面固定连接有若干个与第一套环（15）对应的第一拉条（12），所述第一拉条（12）的一端穿入收集管（5）的内侧并与第一套环（15）固定连接；

所述收集箱（1）内设有第一收集槽（20）、第二收集槽（21）与第三收集槽（22）；

所述收集箱（1）内设置有传送机构；

所述传送机构上设置有用于根据力度采集单元采集结果分析后将果实对应传送至第一收集槽（20）、第二收集槽（21）或第三收集槽（22）的转料组件；

所述图像采集器（31）固定在收集管（5）的外侧，所述收集管（5）的顶端固定连接有料斗（7）。

2.根据权利要求1所述的一种智能柑橘采摘机，其特征在于：所述传送机构包括机架（23），所述机架（23）与收集箱（1）的内壁固定连接，所述机架（23）的内侧设置有传送方向一致朝向第三收集槽（22）的第一传送带（26）与第二传动带（27），所述软管（4）的一端延伸至收集箱（1）的内侧并朝向下方的第一传送带（26）。

3.根据权利要求2所述的一种智能柑橘采摘机，其特征在于：所述转料组件包括转向平台（28），所述转向平台（28）位于第一传送带（26）与第二传动带（27）之间，所述转向平台（28）与机架（23）固定连接，所述转向平台（28）的顶面中部位置转动嵌设有转盘（29），所述转盘（29）的顶面转动设置有两列传送方向一致朝向第三收集槽（22）的电动辊筒（30），所述机架（23）位于转向平台（28）两侧分别开设有用于将果实引导至第一收集槽（20）与第二收集槽（21）的第二槽口（25）与第一槽口（24）。

4.一种柑橘采摘方法，使用如权利要求3所述的一种智能柑橘采摘机，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：启动移动车（2），使采摘机器人接近果树；

步骤二：机械臂（3）伸展弯曲，并由图像采集器（31）对果树上的果实目标进行寻找，找到果实后对果实进行分析；

步骤三：通过系统分析判断果实是否成熟，若不成熟切换目标，对其他位置的果实进行分析；

步骤四：在找到成熟果实后，图像采集器（31）向控制系统反馈，由控制系统发出采摘的控制指令，并由机械爪（6）进行采摘动作。

5.根据权利要求4所述的一种柑橘采摘方法，其特征在于：所述机械爪（6）的采摘方法包括以下步骤：

步骤一：机械臂（3）接受到采摘指令后开始运作贴紧果实，而机械臂（3）末端的机械爪（6）运作，先张开后对果实进行夹持；

步骤二：判断夹持力度是否适中，确保机械爪（6）在夹持的过程中能够使果实的果柄与果树树枝分离；

步骤三：机械爪（6）在上述过程张开的过程中同步拉伸使果套（8）的上口张开，进而在机械爪（6）夹持的过程中，使切断掉落的果实能够顺利进入果套（8）内；

步骤四：随着机械爪（6）的夹持收缩，果套（8）的上口逐渐闭合进而拉动各方位的力度采集单元，进而由各个力度采集单元对拉力力度进行分析，通过拉伸组件将果套（8）的下口打开，使果实果套（8）进沿着软管（4）进入收集箱（1）内，并进行果实的分选收集。

6.根据权利要求5所述的一种柑橘采摘方法，其特征在于：所述果实的分选收集方法包括以下步骤：

步骤一：根据各个力度采集单元的力度差异程度判断是否出现形状怪异的歪果；

步骤二：在出现歪果时，传送机构上的转料组件顺时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带（27）传送至第一收集槽（20）内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤三：在未检测到歪果时，根据各个力度采集单元的力度大小判断是否出现小果；

步骤四：在出现小果时，传送机构上的转料组件逆时针旋转45度，并将歪果不经过第二传动带（27）传送至第二收集槽（21）内进行收集，然后转料组件回正至原先角度；

步骤五：在未检测到歪果及小果时，传送机构上的转料组件保持不变，并将正常果经过第二传动带（27）传送至第三收集槽（22）内进行收集。