CN115643902B - 一种荔枝对靶精准振动采收设备及其采收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荔枝对靶精准振动采收设备及其采收方法，包括果实收集机构、三轴滑轨机构、振动采收机构、挡板、双目视觉机构、控制柜及其上安装有平台的履带车；果实收集机构安装在平台一侧，三轴滑轨机构安装在平台上，振动采收机构安装在三轴滑轨机构的Z轴移动滑块上，挡板安装在平台后方，双目视觉机构安装在平台边缘，控制柜安装在履带车的车体底板上，位于平台下方，其包含控制系统，履带车驱动整个平台运动到荔枝采收区域。本发明可有效解决荔枝采摘精确度低、采收效率低，且采收过程中容易对荔枝果实造成机械损伤的问题，实现荔枝的精准对靶振动采收。
Description
技术领域
本发明涉及水果采收机械的技术领域，尤其是指一种荔枝对靶精准振动采收设备及其采收方法。
背景技术
荔枝作为一种季节性收获的水果，其果实需要在几天的时间内收获，否则就会过度成熟，但荔枝采收的方式多为人工，所以用自动化机械来代替人工采收能够有效提高荔枝的采收效率，降低劳动力成本。随着科学技术的发展，水果采摘机器人已经逐步深入到农业生产中。文献[邹湘军，张涛，唐昀超，基于激光雷达导航的荔枝视觉采摘机器人及其实现方法，公开专利号CN114830915A，2022年]中提到的一种基于激光雷达导航的荔枝视觉采摘机器人及其实现方法，其通过颜色特征来提取荔枝模型从而确定荔枝采摘点，实现荔枝采摘点的空间定位，但工业机器人采摘的定位精准度要求较高，在采收多个荔枝簇时实现难度较大，且成本较高；文献[付函，杜文迪，陈炯涛，变频变幅激励式果品采收装置及其控制系统与控制方法，公开专利号CN112042385A，2020年]中提到的一种变频变幅激励式果品采收装置及其控制系统与控制方法，可以根据果树的实际情况调节采收装置的振动频率与振幅，提高了果实分离的有效性与针对性，但并不适用于荔枝这种果实成簇生长的水果。因此，目前仍缺少一种能有效节约成本并能够对荔枝对靶精准振动的采收平台。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种荔枝对靶精准振动采收设备及其采收方法，可有效解决荔枝精准采摘成本高、采收效率低，且采收过程中容易对荔枝果实造成机械损伤的问题，实现荔枝的精准对靶振动采收。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种荔枝对靶精准振动采收设备，包括果实收集机构、三轴滑轨机构、振动采收机构、挡板、双目视觉机构、控制柜及其上安装有平台的履带车；所述果实收集机构安装在平台一侧，用于在振动采收荔枝果实时展开对掉落的荔枝果实进行收集；所述三轴滑轨机构安装在平台上，通过控制柜的控制系统根据荔枝果实的三维空间坐标控制三轴滑轨机构运动至计算出的合适采摘点；所述振动采收机构安装在三轴滑轨机构的Z轴移动滑块上，工作时其振动爪插入计算好的果梗采摘点，通过控制柜的控制系统根据荔枝簇的形态控制振动采收机构按照合适的振动参数对目标荔枝簇进行振动采收；所述挡板安装在平台后方，用于在振动采收机构工作时，挡住飞散的荔枝果实；所述双目视觉机构安装在平台边缘，用于实时拍摄收集荔枝果实图像并传递给控制柜；所述控制柜安装在履带车的车体底板上，位于平台下方，其包含控制系统，用于对双目视觉机构收集到的荔枝果实图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，控制三轴滑轨机构带动振动采收机构移动至计算出的合适采摘点，并对荔枝果实的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间，控制三轴滑轨机构按照规划好的路径带动振动采收机构依次对荔枝果实精准对靶振动采收和果实收集机构的展开与收拢；所述履带车位于整个平台的底部，用于驱动整个平台运动到荔枝采收区域。
进一步，所述果实收集机构包括收集网和多个折叠手，所述收集网可拆卸式地安装在平台一侧，用来收集和存储振动掉落的荔枝果实，该多个折叠手安装在履带车的车体一侧，并与收集网相连，准备荔枝采收前在控制系统的控制下通过该多个折叠手将收集网展开至合适角度，振动采收工作完成后再在控制系统的控制下通过该多个折叠手带动收集网收拢。
进一步，所述控制柜的控制系统集成有处理模块和控制模块；所述处理模块根据双目视觉机构采集的荔枝图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，且对荔枝的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间；所述控制模块用于控制三轴滑轨机构依次运动至处理模块计算出的合适采摘点，控制振动采收机构根据荔枝果实的采收情况启动和停止，并控制果实收集机构展开和收拢。
本发明也提供了上述荔枝对靶精准振动采收设备的采收方法，包括以下步骤：
S1、确定好所要采收的荔枝生长区域后，将履带车移动至三轴滑轨机构的工作行程内；
S2、双目视觉机构开始拍摄荔枝图像信息并传递给控制柜，果实收集机构的收集网在折叠手的带动下展开；
S3、控制柜在接收到双目视觉机构传递来的荔枝图像后，其控制系统的处理模块开始分析图像中的颜色信息特征，经阈值分割和去噪处理后得到视野范围内所有荔枝簇的外形参数和空间三维坐标位置，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对这些荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，其控制模块再控制三轴滑轨机构带动振动采收机构移动至采摘点；
S4、到达采摘点后控制系统控制振动采收机构启动，振动采收机构的振动爪插入计算好的振动位置开始对荔枝簇进行振动，荔枝果实掉落在果实收集机构的收集网中；
S5、双目视觉机构在振动时实时拍摄荔枝的分离情况并传递给控制柜的控制系统，当识别到该采摘点内的荔枝全部分离后，控制系统控制振动采收机构的振动爪停止振动，然后驱动三轴滑轨机构按照规划的采摘路径带动振动采收机构移至下一采摘点；
S6、待识别到路径中的荔枝全部完成采收后，控制柜的控制系统驱动三轴滑轨机构回到初始坐标位置，范围采收完成。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明在视觉识别技术的基础上，根据视野范围内的所有荔枝簇的形态确定最优的振动参数及振动位置，并对荔枝的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间，从而实现荔枝的对靶精准采收，在提高采收效率的同时降低果实的碰撞损伤。
2、本发明对荔枝树上的多簇荔枝进行采收时，采用避障算法进行最优避障路径规划，进一步提高整体作业效率。
3、本发明对定位精度的要求较低，因此采用带三轴滑轨机构的采收设备代替工业机器人，整体结构简单牢固，稳定性好，成本低。
4、本发明的果实收集机构采用收集网，覆盖范围广，能大大降低荔枝的机械损伤，且在平台后方也增加了挡板，防止因振动剧烈荔枝飞散而不易收集。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图之一。
图2为本发明的整体结构示意图之二。
图3为本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例公开了一种荔枝对靶精准振动采收设备，包括果实收集机构1、三轴滑轨机构2、振动采收机构3、挡板4、双目视觉机构5、控制柜6及其上安装有平台8的履带车7；所述果实收集机构1安装在平台8一侧，用于在振动采收荔枝果实时展开对掉落的荔枝果实进行收集；所述三轴滑轨机构2安装在平台8上，通过控制柜6的控制系统根据荔枝果实的三维空间坐标控制三轴滑轨机构2运动至计算出的合适采摘点；所述振动采收机构3安装在三轴滑轨机构2的Z轴移动滑块上，工作时其振动爪31插入计算好的果梗采摘点，通过控制柜6的控制系统根据荔枝簇的形态控制振动采收机构3按照合适的振动参数对目标荔枝簇进行振动采收；所述挡板4安装在平台8后方，用于在振动采收机构3工作时，挡住飞散的荔枝果实；所述双目视觉机构5安装在平台8边缘，用于实时拍摄收集荔枝果实图像并传递给控制柜6；所述控制柜6安装在履带车7的车体底板上，位于平台8下方，其包含控制系统，用于对双目视觉机构5收集到的荔枝果实图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，控制三轴滑轨机构2带动振动采收机构3移动至计算出的合适采摘点，并对荔枝果实的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间，控制三轴滑轨机构2按照规划好的路径带动振动采收机构3依次对荔枝果实精准对靶振动采收和果实收集机构1的展开与收拢；所述履带车7位于整个平台8的底部，用于驱动整个平台8运动到荔枝采收区域。
具体地，所述果实收集机构1包括收集网11和三个折叠手12，所述收集网11可拆卸式地安装在平台8一侧，用来收集和存储振动掉落的荔枝果实，该三个折叠手12安装在履带车7的车体一侧，并与收集网11相连，准备荔枝采收前在控制系统的控制下通过该三个折叠手12将收集网11展开至合适角度，振动采收工作完成后再在控制系统的控制下通过该三个折叠手12带动收集网11收拢。
具体地，所述控制柜6的控制系统集成有处理模块和控制模块；所述处理模块根据双目视觉机构5采集的荔枝图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，且对荔枝的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间；所述控制模块用于控制三轴滑轨机构2依次运动至处理模块计算出的合适采摘点，控制振动采收机构3根据荔枝果实的采收情况启动和停止，并控制果实收集机构1展开和收拢。
如图3所示，以下为本实施例上述荔枝对靶精准振动采收设备的采收方法，其具体流程是：
S1、确定好所要采收的荔枝生长区域后，将履带车7移动至三轴滑轨机构的工作行程内；
S2、双目视觉机构5开始拍摄荔枝图像信息并传递给控制柜6，果实收集机构1的收集网11在折叠手12的带动下展开；
S3、控制柜6在接收到双目视觉机构5传递来的荔枝图像后，其控制系统的处理模块开始分析图像中的颜色信息特征，经阈值分割和去噪处理后得到视野范围内所有荔枝簇的外形参数和空间三维坐标位置，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对这些荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，其控制模块再控制三轴滑轨机构2带动振动采收机构3移动至采摘点；
S4、到达采摘点后控制系统控制振动采收机构3启动，振动采收机构3的振动爪31插入计算好的振动位置开始对荔枝簇进行振动，荔枝果实掉落在果实收集机构1的收集网11中；
S5、双目视觉机构5在振动时实时拍摄荔枝的分离情况并传递给控制柜6的控制系统，当识别到该采摘点内的荔枝全部分离后，控制系统控制振动采收机构3的振动爪31停止振动，然后驱动三轴滑轨机构2按照规划的采摘路径带动振动采收机构3移至下一采摘点；
S6、待识别到路径中的荔枝全部完成采收后，控制柜6的控制系统驱动三轴滑轨机构2回到初始坐标位置，范围采收完成。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种荔枝对靶精准振动采收设备，其特征在于：包括果实收集机构（1）、三轴滑轨机构（2）、振动采收机构（3）、挡板（4）、双目视觉机构（5）、控制柜（6）及其上安装有平台（8）的履带车（7）；所述果实收集机构（1）安装在平台（8）一侧，用于在振动采收荔枝果实时展开对掉落的荔枝果实进行收集；所述三轴滑轨机构（2）安装在平台（8）上，通过控制柜（6）的控制系统根据荔枝果实的三维空间坐标控制三轴滑轨机构（2）运动至计算出的合适采摘点；所述振动采收机构（3）安装在三轴滑轨机构（2）的Z轴移动滑块上，工作时其振动爪（31）插入计算好的果梗采摘点，通过控制柜（6）的控制系统根据荔枝簇的形态控制振动采收机构（3）按照合适的振动参数对目标荔枝簇进行振动采收；所述挡板（4）安装在平台（8）后方，用于在振动采收机构（3）工作时，挡住飞散的荔枝果实；所述双目视觉机构（5）安装在平台（8）边缘，用于实时拍摄收集荔枝果实图像并传递给控制柜（6）；所述控制柜（6）安装在履带车（7）的车体底板上，位于平台（8）下方，其包含控制系统，用于对双目视觉机构（5）收集到的荔枝果实图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，控制三轴滑轨机构（2）带动振动采收机构（3）移动至计算出的合适采摘点，并对荔枝果实的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间，控制三轴滑轨机构（2）按照规划好的路径带动振动采收机构（3）依次对荔枝果实精准对靶振动采收和果实收集机构（1）的展开与收拢；所述履带车（7）位于整个平台（8）的底部，用于驱动整个平台（8）运动到荔枝采收区域；
所述果实收集机构（1）包括收集网（11）和多个折叠手（12），所述收集网（11）可拆卸式地安装在平台（8）一侧，用来收集和存储振动掉落的荔枝果实，该多个折叠手（12）安装在履带车（7）的车体一侧，并与收集网（11）相连，准备荔枝采收前在控制系统的控制下通过该多个折叠手（12）将收集网（11）展开至合适角度，振动采收工作完成后再在控制系统的控制下通过该多个折叠手（12）带动收集网（11）收拢；
所述控制柜（6）的控制系统集成有处理模块和控制模块；所述处理模块根据双目视觉机构（5）采集的荔枝图像进行分割，提取视野范围内所有荔枝簇的几何外形尺寸与重心坐标，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对各荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，且对荔枝的振动采收过程进行实时跟踪监测，确定荔枝簇采收的结束时间；所述控制模块用于控制三轴滑轨机构（2）依次运动至处理模块计算出的合适采摘点，控制振动采收机构（3）根据荔枝果实的采收情况启动和停止，并控制果实收集机构（1）展开和收拢。
2.权利要求1所述的荔枝对靶精准振动采收设备的采收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定好所要采收的荔枝生长区域后，将履带车（7）移动至三轴滑轨机构的工作行程内；
S2、双目视觉机构（5）开始拍摄荔枝图像信息并传递给控制柜（6），果实收集机构（1）的收集网（11）在折叠手（12）的带动下展开；
S3、控制柜（6）在接收到双目视觉机构（5）传递来的荔枝图像后，其控制系统的处理模块开始分析图像中的颜色信息特征，经阈值分割和去噪处理后得到视野范围内所有荔枝簇的外形参数和空间三维坐标位置，根据这些荔枝簇的形态为其确定最优的振动参数及振动位置，并对这些荔枝簇之间的枝叶分布情况进行分析，采用避障算法规划出所有荔枝簇之间的最优采收路径，其控制模块再控制三轴滑轨机构（2）带动振动采收机构（3）移动至采摘点；
S4、到达采摘点后控制系统控制振动采收机构（3）启动，振动采收机构（3）的振动爪（31）插入计算好的振动位置开始对荔枝簇进行振动，荔枝果实掉落在果实收集机构（1）的收集网（11）中；
S5、双目视觉机构（5）在振动时实时拍摄荔枝的分离情况并传递给控制柜（6）的控制系统，当识别到该采摘点内的荔枝全部分离后，控制系统控制振动采收机构（3）的振动爪（31）停止振动，然后驱动三轴滑轨机构（2）按照规划的采摘路径带动振动采收机构（3）移至下一采摘点；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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