CN117751769A - 基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机及采摘方法，菠萝采摘机包括：机体支架；视觉模块设置于所述机体支架上，视觉模块用于识别菠萝的空间位置；主控模块与视觉模块电性连接，视觉模块能够将空间位置信息传输至主控模块，主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；主控模块根据空间坐标驱动机体支架移动；Core XYZ系统设置于机体支架上，主控模块根据空间坐标驱动Core XYZ系统到达指定位置；末端执行机构与Core XYZ系统连接，Core XYZ系统能够带动末端执行机构到达采摘位置，主控模块控制末端执行机构夹持或松开菠萝，且末端执行机构能够转动以实现抱扭菠萝；Core XYZ系统能够带动末端执行机构将菠萝移动至传送机构。

Description

基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机及采摘 方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别涉及一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机及采摘方法。

背景技术

菠萝是我国重要的热带水果之一，国内种植面积在100万亩左右，我国的菠萝产量位居世界第三，是广东、海南等地的重要支柱性产业。菠萝是一种营养丰富的水果，含有丰富的维生素C、B1、B6、锰、铜、膳食纤维等。它有助于促进消化液分泌，能加快肠胃对身体内食物的消化与吸收，对人类的食少腹胀和与消化不良都有很好的缓解和调理作用。此外，菠萝还含有大量的果汁，还含有丰富的碳水化合物和维生素C以及无机盐，平时人们食用以后既可以吸收身体必需的营养成分，而且能消暑止渴，它特别适合人们在夏天食用，能缓解暑热烦渴，也能预防中暑症状发生。

菠萝属于四季水果，而夏季是最佳收获期。菠萝生产通常有四个采收季节，分别是春果4-5月成熟采摘，正造果(夏果)6-7月成熟采摘，秋果10-11月成熟采摘，冬果12月-翌年1月成熟采摘。目前我国大部分菠萝主要的采摘方式是人工采收，方式落后，其劳动强度，人工成本高(在整个采收作业周期内所需要的人力资源成本已占菠萝生产总成本的40％)，效率低、受季节、采摘周期时长的影响。

菠萝采摘机的普及对于缓解劳动力资源紧缺，带动菠萝种植地区经济发展有着巨大的作用。但现有的菠萝采摘机存在采摘不精准的问题，导致菠萝采摘效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机及采摘方法，解决了现有的菠萝采摘机采摘不精准的问题。

本发明的技术方案为：一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，包括：

机体支架，所述机体支架能够移动；

视觉模块，所述视觉模块设置于所述机体支架上，所述视觉模块用于识别菠萝的空间位置；

主控模块，所述主控模块设置于所述机体支架上，所述主控模块与所述视觉模块电性连接，所述视觉模块能够识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述机体支架与所述主控模块电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架移动；

Core XYZ系统，所述Core XYZ系统设置于所述机体支架上，所述主控模块与所述Core XYZ系统电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统到达指定位置；

末端执行机构，所述末端执行机构与所述Core XYZ系统连接，所述Core XYZ系统能够带动所述末端执行机构到达采摘位置，所述末端执行机构与所述主控模块电性连接，所述主控模块控制所述末端执行机构夹持或松开菠萝，且所述末端执行机构能够转动以实现抱扭菠萝；

传送机构，所述传送机构与所述机体支架连接，所述Core XYZ系统能够带动所述末端执行机构将菠萝移动至所述传送机构，所述传送机构能够将菠萝传送至收集区。

进一步，所述末端执行机构包括固定座、旋转机构、夹紧机构、驱动连杆、机械手指和抱手，所述固定座与所述Core XYZ系统连接，所述旋转机构设置于所述固定座，所述夹紧机构与所述旋转机构活动连接，所述旋转机构能够带动所述夹紧机构转动，所述机械手指的一端与所述夹紧机构活动连接，另一端与所述抱手连接，所述驱动连杆的一端与所述夹紧机构的驱动座活动连接，另一端与所述机械手指活动连接，所述夹紧机构能够带动所述抱手夹紧或松开；所述主控模块与所述夹紧机构和所述旋转机构电性连接。

进一步，所述固定座包括相互连接的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件围合成收容空间，所述第二支撑件与所述Core XYZ系统连接，所述旋转机构包括舵机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮位于所述收容空间内，所述舵机与所述第一支撑件连接，所述舵机通过齿轮联轴器与所述主动齿轮连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮通过齿轮联轴器与所述夹紧机构连接，所述舵机与所述主控模块电性连接。

进一步，所述夹紧机构包括步进电机、机械手腕、机械手臂、驱动座、丝杆、丝杆螺母座、第一卧式轴承、第二卧式轴承和第一光轴，所述第一卧式轴承与所述第一支撑件连接，所述第一光轴的一端与所述机械手臂连接，另一端通过第一卧式轴承与所述从动齿轮的齿轮联轴器连接，所述步进电机设于所述机械手臂内，所述机械手腕与所述机械手臂连接，所述第二卧式轴承设于所述机械手腕，所述丝杆的一端通过所述第二卧式轴承与所述步进电机的弹簧联轴器连接，所述丝杆螺母座与所述丝杆连接，所述驱动座与所述丝杆螺母座连接，所述机械手指的一端与所述机械手腕活动连接。

进一步，所述末端执行机构还包括补切割机构，所述补切割机构包括支撑臂、配重块、第二光轴和刀片，所述支撑臂的一端与所述固定座连接，所述支撑臂的另一端设有安装空间，所述刀片设于所述安装空间内，所述支撑臂上设有切割口，所述刀片能够显露于所述切割口，所述第二光轴与所述刀片连接，所述第二光轴与所述支撑臂和所述配重块活动连接，所述配重块上设有切割路径限位槽，所述第二光轴位于所述切割路径限位槽，所述第二光轴能够沿所述切割路径限位槽运动，在重力作用下，所述配重块封闭所述切割口，当抱扭菠萝时，菠萝茎能够顶起所述配重块进入所述切割口，在所述配重块被顶起的过程中，所述第二光轴沿所述切割路径限位槽的一端运动至另一端，带动所述刀片进入所述切割口以对菠萝茎进行切割。

进一步，所述Core XYZ系统包括支撑件、滑块、滑轨、X轴滚珠丝杆机构、Y轴滚珠丝杆机构和Z轴滚珠丝杆机构，所述支撑架与所述机体支架连接，所述Y轴滚珠丝杆机构与所述滑轨分别设置于所述支撑架，所述Y轴滚珠丝杆机构与所述滑轨平行设置，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述X轴滚珠丝杆机构的一端与所述Y轴滚珠丝杆机构的滑台连接，另一端与所述滑块连接，所述Z轴滚珠丝杆机构与所述X轴滚珠丝杆机构的滑台连接，所述末端执行机构与所述Z轴滚珠丝杆机构的滑台连接，所述主控模块分别与X轴滚珠丝杆机构、Y轴滚珠丝杆机构和Z轴滚珠丝杆机构电性连接。

进一步，菠萝采摘机还包括升降机构，所述机体支架包括上支架和下支架，所述上支架与所述下支架滑动连接，所述升降机构包括上负重平台、下负重平台和电动推杆，所述上负重平台与所述上支架连接，所述下负重平台与所述下支架连接，所述电动推杆与所述上负重平台连接，所述电动推杆的推杆端抵接所述下负重平台；所述视觉模块、主控模块、Core XYZ系统和传送机构设于所述上支架。

进一步，所述传送机构包括倾斜平台、传送带组件、分类平台、分类舵机和收集筐，所述倾斜平台设置于所述机体支架，所述倾斜平台的底部位于所述传送带组件的一端，所述分类平台位于所述传送带组件的另一端，所述分类舵机与所述机体支架连接，所述分类舵机与所述分类平台连接，所述收集区位于所述分类平台的两侧，所述收集筐放置于所述收集区，所述分类舵机与所述视觉模块和所述主控模块电性连接，所述分类舵机能够控制所述分类平台朝侧向偏转。

进一步，菠萝采摘机还包括悬挂机构，所述悬挂机构包括上支撑件、下支撑件、减震器和减速电机；所述上支撑件与所述机体支架连接，所述减震器的一端与所述上支撑件连接，另一端与所述下支撑件连接，所述上支撑件与所述下支撑件滑动连接，所述减速电机与所述下支撑件连接，所述减速电机与所述主控模块电性连接，所述减速电机的输出端与所述机体支架的车轮连接。

本发明还提供了另一技术方案：基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机的采摘方法，包括：

所述视觉模块识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架移动至菠萝附近；所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统移动至指定位置，所述Core XYZ系统带动所述末端执行机构到达采摘位置，所述主控模块控制所述末端执行机构夹持菠萝，且所述主控模块能够控制所述末端执行机构转动以实现抱扭菠萝；菠萝采摘完成后，所述主控模块控制所述Core XYZ系统移动，所述Core XYZ系统带动所述末端执行机构将菠萝移动至所述传送机构，所述主控模块控制所述末端执行机构松开菠萝以使菠萝下落至传送机构，所述传送机构能够将菠萝传送至收集区。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本发明的菠萝采摘机具有跨垄双植株采摘的特点，符合我国目前大多数菠萝单垄双行的实情，且设计具有推杆驱动的升降机构，同时设有避震的悬挂机构，可在一定程度上适应各种复杂的地形情况，使采摘工作进行更加顺利，且可以在采摘过程中减少对菠萝植株的损伤，保留最大程度的再生能力，利于下个季度的采摘。

2、本发明的菠萝采摘机基于传统人工采摘方式，采用仿人手采摘的末端执行机构，相比大型机器统一收割可以减少菠萝的受损，其由典型机构的新组合形式来实现。如：运用丝杆直线运动来实现抱手的收紧与放松动作；设计运用多个直线运动机构实现末端执行机构在指定空间内任意坐标的移动，以使采摘作业更加精准。

3、本发明的菠萝采摘机在田间可自动完成采摘作业，降低了菠萝采摘机体积，实现小体积高效率的采摘目标，降低了成本，面向中低消费群体。

4、本发明的菠萝采摘机在具备简易性的同时，针对当今存在的大型菠萝采摘机，本发明的采摘过程更具安全性，且较好程度保留菠萝根茎以及菠萝表皮，有效延长菠萝保鲜期，更符合市场的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的菠萝采摘机的结构示意图。

图2为本发明实施例的菠萝采摘机另一视角的结构示意图。

图3为本发明实施例的Core XYZ系统的结构示意图。

图4为本发明实施例的末端执行机构的结构示意图。

图5为本发明实施例的补切割机构的结构示意图。

图6为本发明实施例的补切割机构的配重被完成顶起时的结构示意图。

图7为本发明实施例的悬挂机构的结构示意图。

机体支架1、上支架11、下支架12、车轮13；

Core XYZ系统2、支撑架21、滑块22、滑轨23、X轴滚珠丝杆机构24、Y轴滚珠丝杆机构25、Z轴滚珠丝杆机构26；

末端执行机构3、固定座31、第一支撑件311、第二支撑件312、旋转机构32、舵机321、主动齿轮322、从动齿轮323、夹紧机构33、步进电机331、机械手腕332、机械手臂333、驱动座334、丝杆335、丝杆螺母座336、第一卧式轴承337、第二卧式轴承338、第一光轴339、驱动连杆34、机械手指35、抱手36、补切割机构37、支撑臂371、切割口3711、配重块372、切割路径限位槽3721、第二光轴373、刀片374；

传送机构4、倾斜平台41、传送带组件42、传送带421、传送带电机422、分类平台43、分类舵机44、收集筐45；

升降机构5、上负重平台51、下负重平台52、电动推杆53、限位型材54；

悬挂机构6、上支撑件61、下支撑件62、减震器63、减速电机64、连接板65。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

菠萝采摘机的普及对于缓解劳动力资源紧缺，带动菠萝种植地区经济发展有着巨大的作用。但现有的菠萝采摘机存在采摘不精准的问题，导致菠萝采摘效率低下。本实施例提供了一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，解决了现有的菠萝采摘机采摘不精准的问题。

在一些实施例中，如图1和图2所示，提供了一种基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，包括：

机体支架1，所述机体支架1能够移动；

视觉模块，所述视觉模块设置于所述机体支架1上，所述视觉模块用于识别菠萝的空间位置；

主控模块，所述主控模块设置于所述机体支架1上，所述主控模块与所述视觉模块电性连接，所述视觉模块能够识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述机体支架1与所述主控模块电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架1移动；

Core XYZ系统2，所述Core XYZ系统2设置于所述机体支架1上，所述主控模块与所述Core XYZ系统2电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统2到达指定位置；

末端执行机构3，所述末端执行机构3与所述Core XYZ系统2连接，所述Core XYZ系统2能够带动所述末端执行机构3到达采摘位置，所述末端执行机构3与所述主控模块电性连接，所述主控模块控制所述末端执行机构3夹持或松开菠萝，且所述末端执行机构3能够转动以实现抱扭菠萝；

传送机构4，所述传送机构4与所述机体支架1连接，所述Core XYZ系统2能够带动所述末端执行机构3将菠萝移动至所述传送机构4，所述传送机构4能够将菠萝传送至收集区。

通过视觉模块识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至主控模块，主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标，即三维XYZ坐标，主控模块根据空间坐标驱动机体支架1移动至菠萝附近，主控模块根据空间坐标驱动Core XYZ系统2到达指定位置，Core XYZ系统2能够带动末端执行机构3到达采摘位置对菠萝进行采摘；视觉模块对菠萝的空间位置信息进行精准识别，Core XYZ系统2带动末端采摘机构精准到达采摘位置，大大提高菠萝采摘的精准度。

在一些实施例中，如图4所示，所述末端执行机构3包括固定座31、旋转机构32、夹紧机构33、驱动连杆34、机械手指35和抱手36，所述固定座31与所述Core XYZ系统2连接，所述旋转机构32设置于所述固定座31，所述夹紧机构33与所述旋转机构32活动连接，所述旋转机构32能够带动所述夹紧机构33转动，所述机械手指35的一端与所述夹紧机构33活动连接，另一端与所述抱手36连接，所述驱动连杆34的一端与所述夹紧机构33的驱动座334活动连接，另一端与所述机械手指35活动连接，所述夹紧机构33能够带动所述抱手36夹紧或松开；所述主控模块与所述夹紧机构33和所述旋转机构32电性连接。

工作时，主控模块通过控制夹紧机构33的驱动座334移动，驱动座334移动带动驱动连杆34移动，驱动连杆34移动带动机械手指35活动，机械手指35活动带动抱手36夹紧或松开菠萝，旋转机构32能够带动所述夹紧机构33转动，夹紧机构33转动带动抱手36转动，以实现对菠萝的抱扭，使菠萝与菠萝茎断开，完成菠萝的采摘。

在一些实施例中，如图4所示，所述固定座31包括相互连接的第一支撑件311和第二支撑件312，所述第一支撑件311和所述第二支撑件312围合成收容空间，所述第二支撑件312与所述Core XYZ系统2连接，所述旋转机构32包括舵机321、主动齿轮322和从动齿轮323，所述主动齿轮322和所述从动齿轮323位于所述收容空间内，所述舵机321与所述第一支撑件311连接，所述舵机321通过齿轮联轴器与所述主动齿轮322连接，所述主动齿轮322与所述从动齿轮323啮合，所述从动齿轮323通过齿轮联轴器与所述夹紧机构33连接，所述舵机321与所述主控模块电性连接。

当抱手36夹持抱住菠萝后，主控模块控制舵机321工作，舵机321工作带动主动齿轮322转动，主动齿轮322带动从动齿轮323转动，从动齿轮323带动夹紧机构33转动，夹紧机构33带动抱手36转动，从而实现对菠萝的抱扭，以扭断菠萝与菠萝茎之间的连接。第一支撑件311和第二支撑件312所围合成的收容空间可防止杂物影响齿轮工作。通过主动齿轮322和从动齿轮323配合，可提供较大力矩。

在另一些实施例中，旋转机构32也可通过舵机321直接驱动夹紧机构33旋转，只要能实现夹紧机构33转动即可，在此不做具体限制。

在一些实施例中，如图4所示，所述夹紧机构33包括步进电机331、机械手腕332、机械手臂333、驱动座334、丝杆335、丝杆螺母座336、第一卧式轴承337、第二卧式轴承338和第一光轴339，所述第一卧式轴承337与所述第一支撑件311连接，所述第一光轴339的一端与所述机械手臂333连接，另一端通过第一卧式轴承337与所述从动齿轮323的齿轮联轴器连接，所述步进电机331设于所述机械手臂333内，所述机械手腕332与所述机械手臂333连接，所述第二卧式轴承338设于所述机械手腕332，所述丝杆335的一端通过所述第二卧式轴承338与所述步进电机331的弹簧联轴器连接，所述丝杆螺母座336与所述丝杆335连接，所述驱动座334与所述丝杆螺母座336连接，所述机械手指35的一端与所述机械手腕332活动连接。

当末端执行机构3到达采摘位置后，主控模块控制步进电机331启动，步进电机331启动使得丝杆335转动，丝杆335转动带动丝杆螺母座336运动，丝杆螺母座336带动驱动座334运动，驱动座334运动带动驱动连杆34运动，驱动连杆34运动带动机械手指35运动，机械手指35运动带动抱手36夹持或松开菠萝。

具体的，当需要抱手36夹紧菠萝时，步进电机331正转，使得驱动座334朝靠近步进电机331的方向移动，带动抱手36夹紧菠萝；当需要抱手36松开菠萝时，步进电机331反转，使得驱动座334朝远离步进电机331的方向移动，带动抱手36松开菠萝。

在一些实施例中，如图4所示，抱手36、机械手指35和驱动连杆34的数量均为两个，两个抱手36、两个驱动连杆34和两个机械手指35分别沿丝杆335的轴线对称分布。

在一些实施例中，如图4所示，抱手36的形状与菠萝的外周形状相匹配，以便抱手36夹紧菠萝时更加贴合，防止夹紧菠萝时掉落，具体的，两个抱手36可围合形成六边形或圆形，以便提高夹持的稳固性。

在一些实施例中，抱手36上设置有压力传感器(未标记)，抱手36夹紧菠萝时，菠萝挤压压力传感器，当压力传感器受力达到预设的阈值时，即判定菠萝已夹紧，此时压力传感器传输夹紧信号至主控模块，主控模块接收夹紧信号后，控制步进电机331停止工作。

在一些实施例中，如图4、图5和图6所示，所述末端执行机构3还包括补切割机构37，所述补切割机构37包括支撑臂371、配重块372、第二光轴373和刀片374，所述支撑臂371的一端与所述固定座31连接，所述支撑臂371的另一端设有安装空间，所述刀片374设于所述安装空间内，所述支撑臂371上设有切割口3711，所述刀片374能够显露于所述切割口3711，所述第二光轴373与所述刀片374连接，所述第二光轴373与所述支撑臂371和所述配重块372活动连接，所述配重块372上设有切割路径限位槽3721，所述第二光轴373位于所述切割路径限位槽3721，所述第二光轴373能够沿所述切割路径限位槽3721运动，在重力作用下，所述配重块372封闭所述切割口3711，当抱扭菠萝时，菠萝茎能够顶起所述配重块372进入所述切割口3711，在所述配重块372被顶起的过程中，所述第二光轴373沿所述切割路径限位槽3721的一端运动至另一端，带动所述刀片374进入所述切割口3711以对菠萝茎进行切割。

通过设置补切割机构37，当抱扭菠萝无法将菠萝与菠萝茎断开时，补切割机构37可切断菠萝与菠萝茎之间的连接，具体的，在重力作用下，配重块372封闭切割口3711，当抱扭菠萝时，菠萝茎弯折，切割口3711位于菠萝茎的弯折路径上，菠萝茎能够顶起配重块372进入所述切割口3711，在配重块372被顶起的过程中，第二光轴373沿所述切割路径限位槽3721的一端运动至另一端，带动所述刀片374进入切割口3711以对菠萝茎进行补切割。通过此种设置，刀片374仅在菠萝茎顶起配重块372时才显露，提高安全性能。

在一些实施例中，如图4、图5和图6所示，补切割机构37位于抱手36一侧，以使抱扭菠萝时，能对菠萝茎进行补切割，具体的，补切割机构37位于菠萝茎弯折方向的外测。

在一些实施例中，如图5和图6所示，第二光轴373和刀片374分别设有两个，配重块372上设有两个切割路径限位槽3721，两个第二光轴373与两个切割路径限位槽3721分别对应设置，切割路径限位槽3721倾斜设置，切割路径限位槽3721的延伸方向与重力方向形成夹角，配重块372未被顶起时，第二光轴373位于切割路径限位槽3721的一端，当菠萝茎顶起配重块372进入切割口3711时，配重块372顶起带动第二光轴373沿切割路径限位槽3721运动，第二光轴373沿切割路径限位槽3721的一端运动至另一端，第二光轴373带动刀片374运动，刀片374运动至切割口3711内完成对菠萝茎的补切割。

在一些实施例中，支撑臂371上设有弧形槽(未图示)，刀片374为弧形刀片374，第二光轴373能够在弧形槽内活动，当配置块顶起带动第二光轴373运动时，第二光轴373沿弧形槽作弧形轨迹运动，带动刀片374进入切割口3711。

在一些实施例中，补切割机构37也可以是设置在菠萝茎弯折路径上的刀片374，也可完成对菠萝茎的补切割，只是刀片374直接裸露会存在安全隐患，补切割机构37也可以是其它设置方式，只要能实现菠萝茎的补切割即可，在此并不做限制。

在一些实施例中，如图3所示，所述Core XYZ系统2包括支撑件、滑块22、滑轨23、X轴滚珠丝杆机构24、Y轴滚珠丝杆机构25和Z轴滚珠丝杆机构26，所述支撑架21与所述机体支架1连接，所述Y轴滚珠丝杆机构25与所述滑轨23分别设置于所述支撑架21，所述Y轴滚珠丝杆机构25与所述滑轨23平行设置，所述滑块22与所述滑轨23滑动连接，所述X轴滚珠丝杆机构24的一端与所述Y轴滚珠丝杆机构25的滑台连接，另一端与所述滑块22连接，所述Z轴滚珠丝杆机构26与所述X轴滚珠丝杆机构24的滑台连接，所述末端执行机构3与所述Z轴滚珠丝杆机构26的滑台连接，所述主控模块分别与X轴滚珠丝杆机构24、Y轴滚珠丝杆机构25和Z轴滚珠丝杆机构26电性连接。

Core XYZ系统2又称核心坐标系统，可根据空间坐标精准移动至指定位置，通过精准的定位和控制，实现末端执行机构3移动到达采摘位置，确保了机器能够准确、高效地定位和采摘菠萝。

在一些实施例中，X轴滚珠丝杆机构24、Y轴滚珠丝杆机构25和Z轴滚珠丝杆机构26均设置有丝杆电机、驱动丝杆和滑台，主控模块与丝杆电机电性连接，主控模块控制丝杆电机启动，丝杆电机带动驱动丝杆转动，使得滑台沿驱动丝杆运动至空间坐标所标定的位置。

在一些实施例中，如图1和图2所示，机体支架1设置两个Core XYZ系统2和两个末端执行机构3，以实现双行同时采摘，提高采摘效率。

在一些实施例中，如图1和图2所示，智能化菠萝采摘机还包括升降机构5，所述机体支架1包括上支架11和下支架12，所述上支架11与所述下支架12滑动连接，所述升降机构5包括上负重平台51、下负重平台52和电动推杆53，所述上负重平台51与所述上支架11连接，所述下负重平台52与所述下支架12连接，所述电动推杆53与所述上负重平台51连接，所述电动推杆53的推杆端抵接所述下负重平台52；所述视觉模块、主控模块、Core XYZ系统2和传送机构4设于所述上支架11。电动推杆53与主控模块电性连接，视觉模块识别菠萝植株的高度并传输至主控模块，主控模块根据菠萝植株的高度控制电动推杆53伸展，以抬高上支架11，避免机体支架1行进过程中触碰到菠萝植株。

通过设置升降机构5，可根据菠萝植株的高度来调节上支架11的高度，以适应不同的菠萝田地及不同的生长状况，当推杆端伸展时，上支架11被顶起，实现上支架11的抬高，即可实现跨垄采摘菠萝的需求。

在一些实施例中，如图1和图2所示，电动推杆53的底座安装至上负重平台51，电动推杆53的推杆端设有推杆平底板，推杆平底板与下负重平台52连接，保证升降过程的平稳。

在一些实施例中，如图1和图2所示，上支架11与下支架12均采用型材制成，上支架11与下支架12滑动连接，具体可设置为，下支架12的顶端设有限位型材54和L形限位角槽(未图示)，L形限位角槽的水平段固定至限位型材54的型材槽内，L形限位角槽的竖直段位于上支架11的型材槽内，竖直段用于对上支架11和下支架12的滑动方向进行限位。

在一些实施例中，支撑架21为上支架11的一部分。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述传送机构4包括倾斜平台41、传送带组件42、分类平台43、分类舵机44和收集筐45，所述倾斜平台41设置于所述机体支架1，所述倾斜平台41的底部位于所述传送带组件42的一端，所述分类平台43位于所述传送带组件42的另一端，所述分类舵机44与所述机体支架1连接，所述分类舵机44与所述分类平台43连接，所述收集区位于所述分类平台43的两侧，所述收集筐45放置于所述收集区，所述分类舵机44与所述视觉模块和所述主控模块电性连接，所述分类舵机44能够控制所述分类平台43朝侧向偏转。

视觉模块根据菠萝的颜色判断菠萝的成熟程度并输出分类数据至主控模块，主控模块接收分类数据并控制分类舵机44偏转，使得分类平台43上的菠萝朝对应的收集筐45下落，节省人力分拣菠萝的时间，提高工作效率。

在一些实施例中，如图1和图2所示，传送带组件42包括传送带421、传送带电机422和传送带滚轮(未标记)，传送带电机422设置于机体支架1，传送带电机422的输出端与传送带滚轮连接，传送带421与传送带滚轮连接，传送带421倾斜设置，分类平台43位于传送带421传送方向的末端，传送带421上设有挡板，防止菠萝从传送带421上掉落，同时带动菠萝向上传送。

在一些实施例中，如图1、图2和图7所示，智能化菠萝采摘机还包括悬挂机构6，所述悬挂机构6包括上支撑件61、下支撑件62、减震器63和减速电机64；所述上支撑件61与所述机体支架1连接，所述减震器63的一端与所述上支撑件61连接，另一端与所述下支撑件62连接，所述上支撑件61与所述下支撑件62滑动连接，所述减速电机64与所述下支撑件62连接，所述减速电机64与所述主控模块电性连接，所述减速电机64的输出端与所述机体支架1的车轮13连接。

通过设置悬挂机构6，可在一定程度上适应各种复杂的地形情况，使采摘工作进行更加顺利。

在一些实施例中，下支撑件62设有滑动轨道(未图示)，上支撑件61设有滑动块(未图示)，滑动块可沿滑动轨道滑动，滑动块的滑动方向与减震器63的减震方向相同。

在一些实施例中，减震器63采用弹簧避震器，在其它实施例中，也可选用其它类型的减震器63或减震材料，只要具备减震功能即可，在此并不做限制。

在一些实施例中，减震器63共设有两个。

在一些实施例中，减速电机64通过连接板65固定至下支撑件62，上支撑件61固定于机体支架1的下支架12，减速电机64采用24V直流减速电机64。

在一些实施例中，主控模块采用STM32F407VGT6控制器，步进电机331为24V二相四线步进电机331，舵机321为25KG模拟舵机，视觉模块采用K210摄像头，各模块、各机构之间的通讯可采用蓝牙和2.4G无线数传模块进行通讯。

整个菠萝采摘机通过主控模块实现智能化控制。主控模块连接悬挂机构6、升降机构5、Core XYZ系统2、末端执行机构3、传送机构4、视觉模块等各个部分，实现它们之间的协同工作。主控模块能够根据视觉模块的反馈数据，智能地调整菠萝采摘机的位置，使得末端执行机构3能够准确地夹持和采摘菠萝。同时，智能化控制还包括机体支架1的升降、悬挂机构6的稳定、传送分类等各个环节的协同操作，确保整个采摘过程顺利、高效、准确。

本发明还提供了一种基于Core XYZ系统2和机器视觉的智能化菠萝采摘机的采摘方法，包括：所述视觉模块识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架1移动至菠萝附近；所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统2移动至指定位置，所述Core XYZ系统2带动所述末端执行机构3到达采摘位置，所述主控模块控制所述末端执行机构3夹持菠萝，且所述主控模块能够控制所述末端执行机构3转动以实现抱扭菠萝；菠萝采摘完成后，所述主控模块控制所述Core XYZ系统2移动，所述Core XYZ系统2带动所述末端执行机构3将菠萝移动至所述传送机构4，所述主控模块控制所述末端执行机构3松开菠萝以使菠萝下落至传送机构4，所述传送机构4能够将菠萝传送至收集区。

本实施例的采摘方法，通过视觉模块对菠萝的空间位置信息进行精准识别，CoreXYZ系统2带动末端采摘机构精准到达采摘位置，大大提高菠萝采摘的精准度。

在一些实施例中，当视觉模块识别到菠萝后，视觉模块向主控装置反馈菠萝的空间位置信息，主控模块根据空间位置信息驱动机体支架1移动。菠萝采摘机到达菠萝土垄后，菠萝采摘机实现自动校准，使机体支架1中心对准土垄中心。视觉模块识别前方菠萝植株高度，升降机构5将上支架11抬升到菠萝采摘机能完全跨越菠萝土垄，并且在行进过程中上支架11不会触碰到菠萝植株的高度，达到所需要的高度时，电动推杆53自锁限位上支架11的高度。

当菠萝采摘机的中心对准土垄中心和上支架11达到所需要的高度时，首先，视觉模块识别菠萝的空间位置信息并转化为空间坐标，主控模块根据空间坐标分别驱动X轴滚珠丝杆机构24、Y轴滚珠丝杆机构25和Z轴滚珠丝杆机构26运动至指定位置，以带动末端执行机构3至采摘位置。

末端执行机构3到达采摘位置，即抱手36位于菠萝的外周，主控模块控制步进电机331启动，步进电机331驱动丝杆335转动，丝杆335转动带动丝杆螺母座336沿丝杆335作直线运动，丝杆螺母座336带动驱动座334作直线运动，步进电机331正转时，驱动座334朝靠近步进电机331的方向移动，驱动座334移动带动驱动连杆34移动，驱动连杆34移动带动抱手36夹紧菠萝，此时，主控模块控制舵机321启动，舵机321驱动主动齿轮322转动，主动齿轮322带动从动齿轮323转动，从动齿轮323带动夹紧机构33转动，使得抱手36抱紧菠萝旋转，将菠萝与菠萝茎断开，以实现对菠萝的抱扭。

当抱手36抱扭菠萝后，菠萝与菠萝茎未断开时，可通过补切割机构37切断菠萝茎，当抱扭菠萝时，菠萝茎能够顶起配重块372进入切割口3711，在配重块372被顶起的过程中，第二光轴373沿切割路径限位槽3721的一端运动至另一端，带动刀片374进入切割口3711以对菠萝茎进行补切割。

当完成一个菠萝采摘后，主控模块控制Core XYZ系统2带动末端执行机构3移动至传送机构4上方，步进电机331反转，使得抱手36松开，菠萝下落至倾斜平台41，并通过倾斜平台41滚落至传送带组件42，传送带组件42将菠萝传送至分类平台43，视觉模块根据菠萝的颜色判断菠萝的成熟程度并输出分类数据至主控模块，主控模块接收分类数据并控制分类舵机44偏转，使得分类平台43上的菠萝朝对应的收集筐45下落，完成简单分类。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，包括：

机体支架，所述机体支架能够移动；

视觉模块，所述视觉模块设置于所述机体支架上，所述视觉模块用于识别菠萝的空间位置；

主控模块，所述主控模块设置于所述机体支架上，所述主控模块与所述视觉模块电性连接，所述视觉模块能够识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述机体支架与所述主控模块电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架移动；

Core XYZ系统，所述Core XYZ系统设置于所述机体支架上，所述主控模块与所述CoreXYZ系统电性连接，所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统到达指定位置；

末端执行机构，所述末端执行机构与所述Core XYZ系统连接，所述Core XYZ系统能够带动所述末端执行机构到达采摘位置，所述末端执行机构与所述主控模块电性连接，所述主控模块控制所述末端执行机构夹持或松开菠萝，且所述末端执行机构能够转动以实现抱扭菠萝；

传送机构，所述传送机构与所述机体支架连接，所述Core XYZ系统能够带动所述末端执行机构将菠萝移动至所述传送机构，所述传送机构能够将菠萝传送至收集区。

2.根据权利要求1所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述末端执行机构包括固定座、旋转机构、夹紧机构、驱动连杆、机械手指和抱手，所述固定座与所述Core XYZ系统连接，所述旋转机构设置于所述固定座，所述夹紧机构与所述旋转机构活动连接，所述旋转机构能够带动所述夹紧机构转动，所述机械手指的一端与所述夹紧机构活动连接，另一端与所述抱手连接，所述驱动连杆的一端与所述夹紧机构的驱动座活动连接，另一端与所述机械手指活动连接，所述夹紧机构能够带动所述抱手夹紧或松开；所述主控模块与所述夹紧机构和所述旋转机构电性连接。

3.根据权利要求2所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述固定座包括相互连接的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和所述第二支撑件围合成收容空间，所述第二支撑件与所述Core XYZ系统连接，所述旋转机构包括舵机、主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮位于所述收容空间内，所述舵机与所述第一支撑件连接，所述舵机通过齿轮联轴器与所述主动齿轮连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述从动齿轮通过齿轮联轴器与所述夹紧机构连接，所述舵机与所述主控模块电性连接。

4.根据权利要求3所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述夹紧机构包括步进电机、机械手腕、机械手臂、驱动座、丝杆、丝杆螺母座、第一卧式轴承、第二卧式轴承和第一光轴，所述第一卧式轴承与所述第一支撑件连接，所述第一光轴的一端与所述机械手臂连接，另一端通过第一卧式轴承与所述从动齿轮的齿轮联轴器连接，所述步进电机设于所述机械手臂内，所述机械手腕与所述机械手臂连接，所述第二卧式轴承设于所述机械手腕，所述丝杆的一端通过所述第二卧式轴承与所述步进电机的弹簧联轴器连接，所述丝杆螺母座与所述丝杆连接，所述驱动座与所述丝杆螺母座连接，所述机械手指的一端与所述机械手腕活动连接。

5.根据权利要求2所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述末端执行机构还包括补切割机构，所述补切割机构包括支撑臂、配重块、第二光轴和刀片，所述支撑臂的一端与所述固定座连接，所述支撑臂的另一端设有安装空间，所述刀片设于所述安装空间内，所述支撑臂上设有切割口，所述刀片能够显露于所述切割口，所述第二光轴与所述刀片连接，所述第二光轴与所述支撑臂和所述配重块活动连接，所述配重块上设有切割路径限位槽，所述第二光轴位于所述切割路径限位槽，所述第二光轴能够沿所述切割路径限位槽运动，在重力作用下，所述配重块封闭所述切割口，当抱扭菠萝时，菠萝茎能够顶起所述配重块进入所述切割口，在所述配重块被顶起的过程中，所述第二光轴沿所述切割路径限位槽的一端运动至另一端，带动所述刀片进入所述切割口以对菠萝茎进行切割。

6.根据权利要求1所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述Core XYZ系统包括支撑件、滑块、滑轨、X轴滚珠丝杆机构、Y轴滚珠丝杆机构和Z轴滚珠丝杆机构，所述支撑架与所述机体支架连接，所述Y轴滚珠丝杆机构与所述滑轨分别设置于所述支撑架，所述Y轴滚珠丝杆机构与所述滑轨平行设置，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述X轴滚珠丝杆机构的一端与所述Y轴滚珠丝杆机构的滑台连接，另一端与所述滑块连接，所述Z轴滚珠丝杆机构与所述X轴滚珠丝杆机构的滑台连接，所述末端执行机构与所述Z轴滚珠丝杆机构的滑台连接，所述主控模块分别与X轴滚珠丝杆机构、Y轴滚珠丝杆机构和Z轴滚珠丝杆机构电性连接。

7.根据权利要求1所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，还包括升降机构，所述机体支架包括上支架和下支架，所述上支架与所述下支架滑动连接，所述升降机构包括上负重平台、下负重平台和电动推杆，所述上负重平台与所述上支架连接，所述下负重平台与所述下支架连接，所述电动推杆与所述上负重平台连接，所述电动推杆的推杆端抵接所述下负重平台；所述视觉模块、主控模块、Core XYZ系统和传送机构设于所述上支架。

8.根据权利要求1所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，所述传送机构包括倾斜平台、传送带组件、分类平台、分类舵机和收集筐，所述倾斜平台设置于所述机体支架，所述倾斜平台的底部位于所述传送带组件的一端，所述分类平台位于所述传送带组件的另一端，所述分类舵机与所述机体支架连接，所述分类舵机与所述分类平台连接，所述收集区位于所述分类平台的两侧，所述收集筐放置于所述收集区，所述分类舵机与所述视觉模块和所述主控模块电性连接，所述分类舵机能够控制所述分类平台朝侧向偏转。

9.根据权利要求1所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机，其特征在于，还包括悬挂机构，所述悬挂机构包括上支撑件、下支撑件、减震器和减速电机；所述上支撑件与所述机体支架连接，所述减震器的一端与所述上支撑件连接，另一端与所述下支撑件连接，所述上支撑件与所述下支撑件滑动连接，所述减速电机与所述下支撑件连接，所述减速电机与所述主控模块电性连接，所述减速电机的输出端与所述机体支架的车轮连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的基于Core XYZ系统和机器视觉的智能化菠萝采摘机的采摘方法，其特征在于，包括：

所述视觉模块识别菠萝的空间位置信息，并将空间位置信息传输至所述主控模块，所述主控模块能够将空间位置信息转换成空间坐标；所述主控模块根据空间坐标驱动所述机体支架移动至菠萝附近；所述主控模块根据空间坐标驱动所述Core XYZ系统移动至指定位置，所述Core XYZ系统带动所述末端执行机构到达采摘位置，所述主控模块控制所述末端执行机构夹持菠萝，且所述主控模块能够控制所述末端执行机构转动以实现抱扭菠萝；菠萝采摘完成后，所述主控模块控制所述Core XYZ系统移动，所述Core XYZ系统带动所述末端执行机构将菠萝移动至所述传送机构，所述主控模块控制所述末端执行机构松开菠萝以使菠萝下落至传送机构，所述传送机构能够将菠萝传送至收集区。