CN115812525A - 一种外行走式的蘑菇自动采摘装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外行走式的蘑菇自动采摘装置与方法，属于农业自动化采摘技术领域，本发明在现有蘑菇菇床桁架结构的基础上进行设计，满足多层多格立体区间结构菇床的自动化蘑菇采摘需求，包括外行走式移动机构、旋臂机构和采摘平台。装置实现自主移动避障、自动目标识别、自主无损采摘、自动分拣输送等智能化采摘功能。装置与蘑菇菇床一体化结构设计，不占空间，结构设计模块化，节省维护成本。

Description

一种外行走式的蘑菇自动采摘装置与方法

技术领域

本发明属于农业自动化采摘技术领域，具体涉及一种外行走式的蘑菇自动采摘装置与方法。

背景技术

双孢菇，又名蘑菇，是目前世界上栽培最广、规模最大、产量最多的全球性食用菌。我国是双孢菇的生产大国，工厂化栽培是国内近年迅速发展起来的现代化双孢菇生产技术，建立了集配方、发酵、上料、下料等全流程的智能化技术体系，研发了适于双孢菇大规模生产的先进智能装备群，但双胞菇的采摘、分拣环节依然需要大量人工，为解决人工成本和提高采摘效率及质量，同时也为充实双孢菇工厂化生产建设系统性解决方案，设计了一种外行走式的双孢菇自动采摘装置与方法。

然而，双孢菇的培育菇床多为桁架式多层多格的立体区间结构，对自动采摘装置会有工作空间的限制，尤其在菇床上的自主跨区间移动，单一结构的采摘装置很难实现。

为了解决上述问题，本发明的目的在于，在现有蘑菇菇床桁架结构的基础上提供一种装置与方法，实现自动采摘蘑菇的目的。

发明内容

为提高采摘效率及质量，解决蘑菇采摘中的移动式采摘机器难以在桁架式培育菇床上跨区间移动的问题，提供了一种外行走式的蘑菇自动采摘装置。

本发明的装置，采摘平台与移动机构旋转连接，移动机构使采摘平台在培育菇床上水平移动。

采摘平台通过在移动机构上的旋转移动，从培育菇床内部区域移动到外部区域，避开培育菇床区域间支架，并通过旋转移动，从培育菇床外部区域移动到内部区域，实现对培育菇床区域间支架的规避。

本方案所述的移动机构包括但不限于工作车辆，轮式、履带、多足机器人，轨道移动机器，或设置在培育菇床框架上的移动机器中的一种或多种，其本质为可控的移动旋臂机构与采摘平台。

本方案的有益效果是，

1.通过采摘平台在移动机构上的旋转连接，实现了避开培育菇床区域间支架，实现了本装置在菇床上的自主跨区间移动。使单个采摘机器覆盖更大培育菇床空间，节约器械成本。

2.通过采摘平台在移动机构上的旋转连接，实现采摘平台与培育菇床的相对位置变化，省去了现有技术的常用的采摘平台停靠结构。在节省设备成本的同时，节省了停靠结构带来的维护工作与污染风险。

作为优选，所述的旋转连接包括一种旋臂机构、电动丝杆滑块模组、旋转座、旋转臂、旋转结，所述电动丝杆滑块模组的电机固装在移动平板上，滑块与旋转座固定连接，所述旋转座上下内侧有导轨槽，与移动平板的上下外侧导轨滑动连接，所述旋转臂的前段与旋转座铰接，旋转臂的内侧前段与旋转结铰接，内侧后段贴装有齿条，所述旋转结的底座与移动平板固定连接。

本优选方案的有益效果是，

1.电动丝杆滑块模组中的滑块有固定的最大限制位置，起到了限制旋臂旋转角度的作用，通过滑块限位的旋臂机构能精确的控制采摘平台在培育菇床内部和外部的位置，重复性误差小。

2.本装置使用了旋转结结构，相对现有的皮带传动旋臂结构，具有更高的刚性，在采摘平台作出旋转、采摘、运输动作，重心改变时不易发生窜动，具有更好的可靠性。

作为优选，本发明中的移动机构，设置在培育菇床桁架外侧，在工作时，不暴露在双孢菇培育菇床的培养基上方的空间。

在该描述中，需要理解的是，培养基上方的空间代表培育菇床培养基上方垂直于地面，无挡板、桁架盖板等遮挡的空间；暴露代表在移动机构与培养基之间无遮挡物。

本优选方案通过采摘平台在移动机构上的旋转连接，使移动机构的零部件不设置在培育菇床的培养基区域，降低了安装维护难度，并减少机械结构接触湿度与真菌，有效降低了腐蚀，提高了装置寿命，还能防止自动化机械装备的碎屑与润滑剂污染培养基或产品。

作为优选，移动机构，包括移动框架、X向导轨、X向行走小轮、X向电机、X向齿轮、X向齿条。

X向导轨有一根或多根，安装在培育菇床层板横梁外侧；移动框架上设置有一个或多个X向行走小轮，X向行走小轮架设在X向导轨上；X向电机固装在移动框架上，X向齿轮安装在X向电机输出轴上，所述X向齿条安装在X向上导轨下方，与X向齿轮啮合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语X向，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须使用X向、X轴或水平方向，也不是暗示或明示所指的装置必须使用直线传动齿条装置或直线导轨，因此不能理解为对本发明的限制。

本优选本方案中，通过设置在培育菇床层板横梁外缘的移动机构，使传动齿条，导轨等不暴露在培养基上方，解决了齿条传动结构润滑维护过程污染培养基，齿轮被菌丝等杂物卡住，齿条受湿度影响锈蚀的问题，提高了齿条传动结构的性能，也避免了导轨不洁污染培育菇床。

作为优选，本装置具有多根X向导轨，其中部分导轨设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心的上方，部分导轨设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心的下方。

设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心上方的导轨称为X向上导轨，设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心下方的导轨称为X向下导轨。

本优选方案的X向上导轨和X向下导轨，保持本装置运动中的平衡，降低移动误差，承受采摘过程中采摘平台装置的运动，震动与重量变化而不脱轨。X向行走小轮具有更好的水平移动自由，不会被轨道上的碎屑卡住。

所述的X向导轨的上端面与行走小轮的结合部位具有外凸的弧形顶部，X向行走小轮表面形状为内凹的弧形，X向导轨外凸的弧度大于X向行走小轮内凹的弧度，导轨弧形边缘与导轨上端面弧形底部的平面的夹角略大于90度，不超过180度。

本优选方案的有益效果是，

1.行走小轮利用重力压紧导轨，圆弧的形状安装方便，同时可以防止脱轨。

2.导轨与行走小轮结合部位为圆弧形，圆弧形的方向向上。蘑菇的收获、传输、补充培养基过程中会掉落大量碎屑，该方案能够在收获时自动将碎屑清除出导轨，维持该机构正常运行。

3.导轨外凸的弧度大于行走小轮内凹的弧度，有利于防止小轮被碎屑卡住，并在移动过程中，该弧度产生从导轨与行走小轮结合部位中心到外部，由小到大的间隙，通过该间隙将碎屑挤出导轨；该弧度差也有利于减少接触面积，减小摩擦力，节约驱动能源。

4.导轨弧形边缘与导轨上端面弧形底部的平面，其夹角略大于90度，使碎屑从导轨上顺利掉落。

作为优选，所述的传动齿条固定在一处X向导轨的下端面，齿条的齿面向下。

本优选方案的有益效果是，

1.传动齿条与行走导轨结合的方式，使导轨结构更紧凑，适合批量生产，同时行走导轨提高传动齿条的刚性，有利于提高长距离布置时传动齿条的性能。

2.齿条设置在导轨下端，齿面向下，避免接触碎屑，提高装置的使用寿命，减少故障。

作为优选，移动机构还包括Z向导轨、移动平板、Z向电机、Z向齿轮、Z向齿条。所述Z向导轨有多条，Z向导轨的位置在移动框架的两侧或一侧，其中Z向导轨的位置不与采摘平台的旋转轨迹发生干涉。

采摘平台与移动平板旋转连接，移动平板上的导轨槽装配在移动框架的Z向导轨上，所述Z向电机固装在移动平板上，所述Z向齿轮安装在Z向电机输出轴上，所述Z向齿条安装在移动框架的一侧，与Z向齿轮啮合。

本优选方案的有益效果是，

1.通过Z向导轨，配合采摘平台的旋转，使采摘平台避开每层培育菇床的垂直框架结构，达到了该装置采摘平台的垂直移动，一台机器即可完成多层培育菇床的采收。

2.使用了多导轨的方法，防止移动框架随着采摘平台的转动而位移。

为提高采摘效率及质量，解决蘑菇采摘中的移动式采摘机器难以在桁架式培育菇床上跨区间移动的问题，提供了一种蘑菇采摘平台，其特征在于，三轴采摘架具备X/Y/Z三坐标行走功能，采摘机构对培育菇床上的蘑菇进行采摘，输送机构对处理好的蘑菇进行分类输送。

采摘平台使用了包括但不限于同步带滑杆，链条，齿轮齿条，电动丝杆滑块中相同或不同结构的组合，实现了X/Y/Z三坐标行走功能。

采摘机构使用了包括但不限于吸盘、机械臂、切刀、夹钳中的一个或多个机构的组合，完成从培育菇床上收获蘑菇的功能。

本方案的有益效果是，

1.通过三轴采摘架的X/Y/Z移动功能，实现了蘑菇的采摘自动化。

作为优选，所述的三轴采摘架通过同步带滑杆机构与采摘机构连接，所述旋转臂支座安置在三轴采摘架Y向居中位置。

作为优选，本装置还包括相机行走机构，包括结构光相机组件和相机同步带直线导轨模组，所述结构光相机组件的侧向支座有导轨槽和同步带卡槽，与相机同步带直线导轨模组连接。所述相机行走机构有二套，平行于旋转臂支座对称安装。

本优选方案中，对称安装的两套相机行走机构，使拍摄的结构光点云图像无死角覆盖菇床。

作为优选，采摘机构，包括采摘支座、机械手、切割刀，所述采摘支座与三轴采摘架的同步带滑杆机构滑动连接，所述机械手和切割刀安装在采摘支座下方。

作为优选，所述机械手可实现上下俯仰90度和左右旋转180度功能，且至少两个机械手指中，手指指腹、指尖内侧设有压力传感器。

本优选方案的有益效果是，

1.采摘过程中，机械手指尖下行到蘑菇菌盖上表面位置，施加一定的压力后摇动蘑菇使根部与菇床土壤松动，而通过该指尖内侧的压力传感器的反馈信号，可以控制对蘑菇的下压力度，防止在下压过程中直接损伤产品。

2.摇动蘑菇后，机械手松开手指再下探抓取菌盖下表面，根据指腹的压力传感器，形成机械手抓取力的反馈，从而使本装置可以精确控制机械手的抓握力度，避免采摘时对产品造成损伤。

作为优选，所述机械手可实现上下俯仰90度和左右旋转180度功能，机械手手指内侧与外侧设有压力传感器；

机械手包括具有外壁与中心柱的收纳装置，机械手展开一部分行程时，其外侧的压力传感器与该收纳装置的内壁接触；机械手闭合一部分行程时，其内侧的压力传感器与该收纳装置的中心柱接触。每次采摘过程开始前，机械手通过张开的自动行程调整。

本优选方案的有益效果是，

1.通过压力传感器，形成机械手动作的反馈，从而使本装置可以精确控制机械手的抓握力度，避免采摘时对目标造成损伤，同时也精确控制机械手对相邻蘑菇施加的压力，避免损坏非采摘目标的相邻蘑菇。

2.通过机械手内侧与外侧的压力传感器，实现机械手自动调整，大幅降低了

机械手的安装难度，避免浪费产品，其更符合工厂中少维护，零维护的需求，避免了现有方案的工厂推广过程中，安装不理想的困境。

3.本方案能够实现对误差的自适应，因此大幅提高了机械手材料的选择余地以及对外力形变的适应能力，更有利于推广。

作为优选，采摘机构的切割刀与机械手相邻安装在采摘支座下方，切割刀的刀片以卡接方式安装在卡槽中。

本优选方案的有益效果是，

1.通过卡接方式，实现切割刀刀片的快速安装和更换，提高生产效率。

2.切割刀与机械手相邻安装，两者间隙通过调整切割刀刀片在卡槽中的位置，以满足不同切根长度的需求，适应不同品种与生长期的蘑菇。

2.本方案提供的切割刀结构通用性强，有利于降低生产成本。

作为优选，输送机构，为双输送带结构，包括成品菇输送带和菇柄输送带，两条输送带平行相邻设置，共享同一个输送带驱动装置，两条输送带之间具有一定的间隔。

本优选方案的有益效果是，

1.通过双输送带结构，自动分拣成品菇和菇柄，加快采摘后的分拣工作效率。

2.两个输送带通过使用同一个驱动装置驱动，结构更简单，适用于培育菇床上狭窄的工作空间。

为提高采摘效率及质量，解决蘑菇采摘中的移动式采摘机器难以在桁架式培育菇床上跨区间移动的问题，提供了一种外行走式的双孢菇自动采摘方法，包括以下步骤：

S1，外部信号驱动结构光相机组件沿相机导轨行走，以要求的帧速率采集相机视场范围内菇床的结构光点云图像，传输给外部控制系统；

S2，外部控制系统运用图像处理算法对成熟蘑菇进行识别、定位、采摘路径规划和采摘角度计算等，将相关控制信号传输给三轴采摘架和采摘机构；

S3，三轴采摘架根据采摘路径带动采摘机构进行目标X/Y/Z三坐标走位，使机械手到达被采蘑菇的位置上方；

S4，机械手采摘蘑菇，切割刀切割菇柄，并将成品菇和菇柄分类放置于输送带上；重复S2与S4的采摘动作，至本层本格的成熟蘑菇采摘完成。

本方案通过图像处理算法控制三轴采摘机构，完成蘑菇的高效率自动采摘。

作为优选，采摘平台通过旋臂机构水平旋转移出蘑菇菇床当前层当前格，外行走式移动机构根据外部控制信号，通过X向行走小轮在蘑菇菇床横梁外侧的X向导轨上完成采摘平台的X坐标行走，通过移动平板在Z向导轨上完成采摘平台的Z坐标行走，到达蘑菇菇床目标层目标格外，再通过旋臂机构水平旋转进入目标层目标格进行采摘。

该优选方案通过该避障的控制手段，完成了旋臂避障的操作。

作为优选，相机在生成内部图像时，通过前后方向的两套相机行走机构，同时对培育菇床外部图像进行生成，检测到外部可能有移动物或障碍物时，主动降低工作速度，在检测到快速移动物或移动物较明确时，暂停避障动作，并通过扬声器报告其位置高度。在异物感应消失后，本装置在一定的时间后恢复慢速动作，再过一定的时间后恢复正常工作速度。

在异物感应消失1秒-2分钟后重新慢速动作。

异物感应消失2秒-15分钟后动作速度恢复正常。

声光警报持续10秒-20分钟。

因该装置在避障或换层时，可能从任何一个高度窜出培育菇床范围，未警觉的工作人员容易遭到撞击，或被绊倒，速度调整与声光警报可以防止该装置撞击巡检的工作人员、运输检修车辆等障碍物，提高安全性。

作为优选，机械手采摘蘑菇的步骤为：机械手根据采摘角度作俯仰和旋转调整，下探手指轻抓菌盖上表面并摇动，使蘑菇根部与菇床土壤松动，松开手指再下探至菌盖下表面抓取蘑菇、提升、归位，完成采摘；三轴采摘架再带动采摘机构到输送机构上方，机械手旋转90度使被采蘑菇菇柄位于切割刀下方，切割刀切割菇柄后归位，菇柄落入菇柄输送带；机械手放置成品蘑菇于成品菇输送带上后归位。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明一种外行走式的蘑菇自动采摘装置的结构示意图；

图2为外行走式移动机构的结构示意图；

图3为旋臂机构的结构示意图；

图4为采摘平台的结构示意图；

图5为采摘机构和输送机构的结构示意图；

图中：1，外行走式移动机构；1.1，移动框架；1.2.1，X向上导轨；1.2.2，X向下导轨；1.3，X向行走小轮；1.4，X向电机；1.5，X向齿轮；1.6，X向齿条；1.7，Z向导轨；1.8，移动平板；1.9，Z向电机；1.10，Z向齿轮；1.11，Z向齿条；2，旋臂机构；2.1，电动丝杆滑块模组；2.2，旋转座；2.3，旋转臂；2.4，旋转结；3，采摘平台；3.1，三轴采摘架；3.1.1，同步带滑杆模组；3.2，旋转臂支座；3.2.1，支座电机；3.3，相机行走机构；3.3.1，结构光相机组件；3.3.2，相机同步带直线导轨模组；3.4，采摘机构；3.4.1，采摘支座；3.4.2，机械手；3.4.3，切割刀；3.4.3.1，刀片卡槽；3.5，输送机构；3.5.1，成品菇输送带；3.5.2，菇柄输送带。

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，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示的是本发明提供的一种实施例：一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，包括外行走式移动机构1、旋臂机构2和采摘平台3。外行走式移动机构1和旋臂机构2之间通过导轨导槽滑动连接，旋臂机构2和采摘平台3之间通过固定安装座连接。外行走式移动机构1实现装置的X向和Z向行走功能，旋臂机构2旋转带动采摘平台3，使其能够平移进出蘑菇菇床，采摘平台3实现对成熟蘑菇的视觉识别、采摘、切根、输送。

如图2所示的外行走式移动机构1，依附在蘑菇菇床桁架外侧，包括移动框架1.1、X向上导轨1.2.1、X向下导轨1.2.2、X向行走小轮1.3、X向电机1.4、X向齿轮1.5、X向齿条1.6，构成水平移动机构； X向上导轨1.2.1安装在菇床顶层板横梁外侧，X向下导轨1.2.2安装在菇床第二层板横梁外侧；移动框架1.1左右边框内侧与X向行走小轮1.3固装，X向行走小轮1.3有四个，二个一组分别架设在X向上导轨1.2.1和X向下导轨1.2.2上；移动框架1.1还与X向电机1.4固装，X向齿轮1.5安装在X向电机1.4的输出轴上，X向齿条1.6安装在X向上导轨1.2.1下方，与X向齿轮啮合。工作时，外部控制信号驱动X向电机1.4使X向齿轮1.5和X向齿条1.6产生X坐标运动，移动框架1.1通过X向行走小轮1.3在二根X向导轨上实现X坐标行走功能。

外行走式移动机构还包括Z向导轨1.7、移动平板1.8、Z向电机1.9、Z向齿轮1.10、Z向齿条1.11，构成垂直移动机构， Z向导轨1.7有二根，分别安装在移动框架1.1左右边框外侧，移动平板1.8的上下外侧有导轨，左右内侧有导轨槽，与Z向导轨1.7滑动连接，移动平板1.8还与Z向电机1.9固装，Z向齿轮1.10安装在Z向电机1.9输出轴上，Z向齿条1.11安装在移动框架1.1的一侧，与Z向齿轮啮合。工作时，外部控制信号驱动Z向电机1.9使Z向齿轮1.10和Z向齿条1.11产生Z坐标运动，移动平板1.8在Z向导轨1.7上实现Z坐标行走功能。

如图3所示的旋臂机构2，包括电动丝杆滑块模组2.1、旋转座2.2、旋转臂2.3、旋转结2.4，且电动丝杆滑块模组2.1的电机固装在移动平板1.8上，滑块与旋转座2.2固定连接，旋转座2.2上下内侧有导轨槽，与移动平板1.8的上下外侧导轨滑动连接，旋转臂2.3的前段与旋转座2.2铰接，铰接点是旋转臂2.3的旋转中心，旋转臂2.3的内侧前段与旋转结2.4铰接，内侧后段贴装有齿条，旋转结2.4的底座与移动平板1.8固定连接。工作时，外部控制信号通过驱动电动丝杆滑块模组2.1使旋转座2.2在移动平板1.8上滑动，带动旋转臂2.3水平旋转。

如图4所示的采摘平台3，包括三轴采摘架3.1、旋转臂支座3.2、相机行走机构3.3、采摘机构3.4、输送机构3.5，且三轴采摘架3.1具备X/Y/Z三坐标行走功能，通过其中的同步带滑杆模组3.1.1与采摘机构3.4连接，旋转臂支座3.2安置在三轴采摘架3.1上方的Y向居中位置，输送机构3.5安置在三轴采摘架3.1下方的Y向居中位置，相机行走机构3.3有二套，平行于旋转臂支座3.2对称安装。

进一步的，旋转臂支座3.2的上方安装有支座电机3.2.1，电机输出轴上装有齿轮，旋转臂2.3安装进旋转臂支座3.2，旋转臂2.3通过内侧齿条与支座电机3.2.1输出轴上的齿轮配合，工作时，外部控制信号通过支座电机3.2.1驱动齿轮齿条实现采摘平台3沿旋转臂2.3的行走功能。旋转臂2.3上可以并联安装2-3个采摘平台3以加快采摘效率，旋转臂2.3的末端架设在内侧的菇床层板横梁上。

进一步的，相机行走机构3.3包括结构光相机组件3.3.1和相机同步带直线导轨模组3.3.2，且结构光相机组件3.3.1的侧向支座有导轨槽和同步带卡槽，与相机同步带直线导轨模组3.3.2连接。工作时，外部控制信号驱动相机同步带直线导轨模组3.3.2使结构光相机组件3.3.1沿Y坐标行走，以要求的帧速率采集相机视场范围内菇床的结构光点云图像，传输给外部控制系统。并行安装的二套相机行走机构3.3，使相机拍摄的结构光点云图像无死角覆盖菇床内部。

如图5所示的采摘机构3.4和输送机构3.5，采摘机构3.4包括采摘支座3.4.1、机械手3.4.2、切割刀3.4.3；输送机构3.5包括成品菇输送带3.5.1和菇柄输送带3.5.2。采摘支座3.4.1上方与同步带滑杆模组3.1.1连接，下方与机械手3.4.2和切割刀3.4.3连接，机械手3.4.2可实现上下俯仰90度和左右旋转180度功能，且手指指腹、指尖内侧、指尖外侧均装有压力传感器，切割刀3.4.3上有刀片卡槽3.4.3.1，切割刀3.4.3与机械手3.4.2相邻安装，两者之间的间隙通过刀片卡槽3.4.3.1电动可调，输送带3.5安装在采摘平台3下方，为双输送带结构，包括成品菇输送带3.5.1和菇柄输送带3.5.2。工作时，外部控制信号驱动三轴采摘架3.1使同步带滑杆模组3.1.1带动采摘机构3.4进行X/Y/Z三坐标行走，机械手3.4.2精确走位到被采蘑菇上方，根据接收到的采摘角度控制信号机械手3.4.2调整俯仰和旋转角度，下探手指轻抓菌盖上表面，根据指尖内侧的压力传感器信号调整抓取力大小后摇动蘑菇，使蘑菇根部与菇床土壤松动，松开手指再下探至菌盖下表面根据指腹的压力传感器信号调整抓取力大小后抓取蘑菇、提升、归位，完成采摘，指尖外侧的压力传感器用于判断有无紧邻蘑菇，否则机械手提升并转换角度后再采摘；三轴采摘架3.1再带动采摘机构3.4到输送机构3.5上方，机械手3.4.2向上翻转90度，使被采蘑菇菇柄位于切割刀3.4.3下方，外部控制信号根据该批次菇柄长度信息预先通过刀片卡槽3.4.3.1调整切割刀3.4.3和机械手3.4.2的间隙，切割刀3.4.3切割菇柄后归位，菇柄落入菇柄输送带3.5.2，机械手3.4.2放置成品蘑菇于成品菇输送带3.5.1上后归位。

实施例2

下面对具体的外行走式的蘑菇自动采摘装置的工作步骤进行说明。

本发明装置工作之前，如图1所示采摘平台3位于蘑菇菇床的某一层格内，作为装置的初始状态。

步骤1：外部控制信号驱动相机同步带直线导轨模组3.3.2使结构光相机组件3.3.1沿Y坐标行走，以要求的帧速率采集相机视场范围内菇床的结构光点云图像并传输给外部控制系统，直至全部图像采集完成；外部控制系统运用图像处理算法对成熟蘑菇进行识别、定位、采摘路径规划和采摘角度计算等，将相关控制信号传输给三轴采摘架3.1和采摘机构3.4；

步骤2：三轴采摘架3.1根据接收到的外部控制信号带动采摘机构3.4进行目标X/Y/Z三坐标走位，使机械手3.4.2到达被采蘑菇的上方位置；外部控制信号同时驱动采摘机构机械手3.4.2执行俯仰、旋转、下探、摇动、抓取、提升、归位等一系列动作，完成采摘；

步骤3：三轴采摘架3.1再带动采摘机构3.4到输送带3.4.4上方，机械手3.4.2向上翻转90度使被采蘑菇菇柄位于切割刀3.4.3下方，外部控制信号预先通过刀片卡槽3.4.3.1调整好切割刀3.4.3和机械手3.4.2的间隙，切割刀3.4.3切割菇柄后归位，菇柄落入菇柄输送带3.5.2，机械手3.4.2放置成品蘑菇于成品菇输送带3.5.1上后归位。

重复步骤2和步骤3，至当前相机视场范围内的成熟蘑菇全部采摘完成。

步骤4：外部控制信号通过支座电机3.2.1驱动采摘平台3沿旋转臂2.3向前行走，重复步骤1至步骤3，至当前层格的成熟蘑菇全部采摘完成。

步骤5：采摘平台3通过旋臂机构2水平旋转移出蘑菇菇床当前层格，外行走式移动机构1根据外部控制信号，通过X向行走小轮1.3在蘑菇菇床横梁外侧的X向导轨上完成采摘平台的X坐标行走，通过跟随移动平板1.8在Z向导轨上完成采摘平台的Z坐标行走，到达蘑菇菇床目标层格外，再通过旋臂机构2水平旋转进入目标层格进行采摘。

重复步骤1至步骤5，至蘑菇菇床的成熟蘑菇全部采摘完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，包括采摘平台和移动机构，其特征在于，采摘平台与移动机构旋转连接，移动机构使采摘平台在培育菇床上水平移动和垂直移动。

2.根据权利要求1所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的旋转连接，包括旋臂机构、电动丝杆滑块模组、旋转座、旋转臂和旋转结，所述电动丝杆滑块模组的电机固装在移动平板上，滑块与旋转座固定连接，所述旋转座上下内侧有导轨槽，与移动平板的上下外侧导轨滑动连接，所述旋转臂的前段与旋转座铰接，旋转臂的内侧前段与旋转结铰接，内侧后段贴装有齿条，所述旋转结的底座与移动平板固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的移动机构，设置在培育菇床桁架外侧，不暴露在双孢菇培育菇床培养基上方的空间。

4.根据权利要求1所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的移动机构包括移动框架、X向导轨、X向行走小轮、X向电机、X向齿轮和X向齿条；X向导轨有一根或多根，安装在培育菇床层板横梁外侧；移动框架上设置有一个或多个X向行走小轮，X向行走小轮架设在X向导轨上；X向电机固装在移动框架上，X向齿轮安装在X向电机的输出轴上，所述X向齿条安装在X向导轨下方，与X向齿轮啮合。

5.根据权利要求4所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的X向导轨有多根，其中部分导轨设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心的上方，部分导轨设置在移动框架，旋臂装置与采摘平台重心的下方。

6.根据权利要求4所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的X向导轨的上端面与X向行走小轮的结合部位具有外凸的弧形顶部，X向行走小轮表面形状为内凹的弧形，X向导轨外凸的弧度大于X向行走小轮内凹的弧度，X向导轨弧形边缘与导轨上端面弧形底部的平面的夹角大于90度且小于180度。

7.根据权利要求4所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的X向齿条固定在一处X向导轨的下端面，X向齿条的齿面向下。

8.根据权利要求1所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，其特征在于，所述的移动机构还包括Z向导轨、移动平板、Z向电机、Z向齿轮、Z向齿条；所述Z向导轨有多条，Z向导轨的位置在移动框架的两侧或一侧，其中Z向导轨的位置不与采摘平台的旋转轨迹发生干涉；采摘平台与移动平板旋转连接，移动平板上的导轨槽装配在移动框架的Z向导轨上，所述Z向电机固装在移动平板上，所述Z向齿轮安装在Z向电机输出轴上，所述Z向齿条安装在移动框架的一侧，与Z向齿轮啮合。

9.一种蘑菇采摘平台，包括三轴采摘架，采摘机构和输送机构，其特征在于，三轴采摘架具备X/Y/Z三坐标行走功能，采摘机构对蘑菇进行采摘，输送机构对蘑菇进行分类输送。

10.根据权利要求9所述的一种蘑菇采摘平台，其特征在于，所述的三轴采摘架通过同步带滑杆机构与采摘机构连接，所述三轴采摘架的Y向居中位置安装有旋转臂支座。

11.根据权利要求9所述的一种蘑菇采摘平台，还包括有相机行走机构，其特征在于，所述的相机行走机构包括结构光相机组件和相机同步带直线导轨模组，所述结构光相机组件的侧向支座有导轨槽和同步带卡槽，与相机同步带直线导轨模组连接，所述相机行走机构有二套，平行于旋转臂支座对称安装。

12.根据权利要求10所述的一种蘑菇采摘平台，其特征在于，所述的采摘机构包括采摘支座、机械手和切割刀，所述采摘支座与三轴采摘架的同步带滑杆机构滑动连接，所述机械手和切割刀安装在采摘支座下方。

13.根据权利要求12所述的一种蘑菇采摘平台，其特征在于，所述机械手可以实现上下俯仰90度和左右旋转180度功能，且至少两个机械手指中，手指指腹、指尖内侧装有压力传感器。

14.根据权利要求12所述的一种蘑菇采摘平台，其特征在于，所述的切割刀与机械手相邻安装在采摘支座下方，切割刀的刀片以卡接方式安装在卡槽中。

15.根据权利要求9所述的一种蘑菇采摘平台，其特征在于，所述的输送机构为双输送带结构，包括成品菇输送带和菇柄输送带，两条输送带平行相邻设置，共享同一个输送带驱动装置，两条输送带之间具有间隔。

16.根据权利要求1-8任意项所述的一种外行走式的蘑菇自动采摘装置，以及权利要求9-15任意项所述的一种蘑菇采摘平台的一种蘑菇采摘方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，外部信号驱动相机光源组件沿相机导轨行走，以要求的帧速率采集相机视场范围内菇床的结构光点云图像，传输给外部控制系统；

S2，外部控制系统运用图像处理算法对成熟蘑菇进行识别、定位、采摘路径规划和采摘角度计算等，将相关控制信号传输给三轴采摘架和采摘机构；

S3，三轴采摘架根据采摘路径带动采摘机构进行目标X/Y/Z三坐标走位，使机械手到达被采蘑菇的位置上方；

S4，机械手采摘蘑菇机械手采摘蘑菇，切割刀切割菇柄，并将成品菇和菇柄分类放置于输送带上；重复S2与S4的采摘动作，至本层本格的成熟蘑菇采摘完成。

17.根据权利要求16所述的一种蘑菇采摘方法，其特征在于，本层本格的成熟蘑菇采摘完成后，采摘平台通过旋臂机构水平旋转移出蘑菇菇床当前层当前格，外行走式移动机构根据外部控制信号，通过移动平板在Z向导轨上完成采摘平台的Z坐标行走。

18.根据权利要求16所述的一种蘑菇采摘方法，其特征在于，采摘平台通过旋臂机构水平旋转移出蘑菇菇床当前层当前格，外行走式移动机构根据外部控制信号，通过X向行走小轮在蘑菇菇床横梁外缘的X向导轨上完成采摘平台的X坐标行走。

19.根据权利要求16所述的一种蘑菇采摘方法，其特征在于，相机在生成内部图像时，通过前后方向的两套相机行走机构，同时对培育菇床外部图像进行生成，检测到外部可能有移动物或障碍物时，主动降低工作速度，在检测到快速移动物或移动物较明确时，暂停避障动作，并通过扬声器报告其位置高度，在异物感应消失后，本装置在一定的时间后恢复慢速动作，再过一定的时间后恢复正常工作速度。

20.根据权利要求16所述的一种蘑菇采摘方法，其特征在于，机械手根据采摘角度作俯仰和旋转调整，下探手指轻抓菌盖上表面并摇动，使蘑菇根部与菇床土壤松动，松开手指再下探至菌盖下表面抓取蘑菇、提升、归位，完成采摘；三轴采摘架再带动采摘机构到输送机构上方，机械手旋转90度使被采蘑菇菇柄位于切割刀下方，切割刀切割菇柄后归位，菇柄落入菇柄输送带；机械手放置成品蘑菇于成品菇输送带上后归位。

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