CN204721871U - 果菜智能采摘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种果菜智能采摘系统。本实用新型果菜智能采摘系统，包括：移动底盘、升降平台、视觉单元、机械臂装置和控制器；移动底盘包括车体、车轮以及驱动装置；驱动装置用于驱动移动底盘移动；视觉单元、机械臂装置设置在升降平台的上端面；升降平台的底部安装在移动底盘上，用于通过调节升降平台的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；视觉单元用于采集待处理果实的图像，将图像发送给控制器，用于获取收获目标的位置信息；机械臂装置用于根据收获目标的位置信息，进行收获目标的抓取和分离；所述控制器用于通过输出控制信号实现对移动底盘、机械臂装置、视觉单元以及升降平台的控制。本实用新型实现了高架立体栽培模式果菜的自动化采收。

Description

果菜智能采摘系统

技术领域

本实用新型涉及设施农业智能装备技术领域，尤其涉及一种果菜智能采摘系统。

背景技术

随着设施农业栽培技术和果菜农艺管理方式的发展，立体高架栽培模式被逐步应用，以提高空间利用率和种植产量。但是人工采摘劳动强度大、效率低，并且随着农业劳动力流失，采摘成本逐年上升，急需开发自动采收设备来改善目前生产现状。

然而现有的自动采收设备其果实识别定位单元以及采摘执行部件作业范围有限，只能够对特定高度的果实进行采摘。因此对于高架立体栽培模式的作物，现有的自动采收设备的作业空间不能满足实际需要。

实用新型内容

本实用新型提供一种果菜智能采摘系统，以克服现有技术中对于高架立体栽培模式的作物，作业空间不能满足实际需要的问题。

本实用新型提供一种果菜智能采摘系统，包括：

移动底盘、升降平台、视觉单元、机械臂装置和控制器；

其中，所述移动底盘包括：车体、车轮以及驱动装置；

所述车轮分别与所述车体以及所述驱动装置连接；

所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘移动；

所述视觉单元、所述机械臂装置设置在所述升降平台的上端面；

所述升降平台的底部安装在所述移动底盘上，用于通过调节所述升降平台的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；

所述视觉单元，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述控制器，用于获取收获目标的位置信息；

所述机械臂装置，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离；

所述控制器，分别与所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台连接，用于通过输出控制信号实现对所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台的控制。

可选地，所述车轮包括两个主动轨道轮、两个从动轨道轮以及四个万向轮；所述车体包括车架和车厢板；

所述主动轨道轮与驱动装置连接，所述驱动装置驱动所述主动轨道轮移动；所述主动轨道轮与所述车架固定连接；

所述从动轨道轮通过从动轴连接，所述从动轴与所述车厢板连接；所述从动轨道轮与所述车架固定连接；

所述万向轮，与所述车架连接，处于轨道外侧，用于行走在轨道末端地面上，使得所述移动底盘在作物行间移动。

可选地，所述驱动装置包括驱动电机和驱动桥，所述驱动电机和所述驱动桥连接；

所述主动轨道轮与所述驱动桥连接，通过所述车体两侧的驱动桥支撑臂与所述车架固定连接；

所述控制器输出控制信号控制所述驱动电机，使得所述驱动电机驱动所述移动底盘移动。

可选地，所述万向轮通过万向轮固定座与万向轮支架连接，且所述万向轮支架与所述车架连接。

可选地，所述升降平台包括：剪叉机构、电推杆和上端平台，所述剪叉机构分别与所述电推杆和所述上端平台连接；所述控制器输出控制信号控制所述电推杆，使得所述电推杆驱动所述剪叉机构进行上下升降运动，实现对不同高度的果菜的采摘。

可选地，所述视觉单元，包括：

支撑柱、摄像机、摄像机固定件、移动单元、线结构光发生器、线结构光发生器固定件和控制器；

所述支撑柱竖直设置；

所述摄像机水平设置在所述摄像机固定件的一端，且所述摄像机固定件 的另一端设置在所述支撑柱上，所述摄像机将采集所述待处理果实的图像发送至所述控制器；

所述移动单元包括电机、丝杠和滑块，所述电机设置在所述支撑柱的顶部，所述丝杠竖直设置在所述支撑柱的内腔，且所述丝杠一端与所述电机输出轴连接，所述丝杠另一端固定在所述支撑柱底部，所述滑块设置在所述丝杠上；

所述线结构光发生器水平设置在所述线结构发生器固定件的一端，所述线结构光发生器固定件的另一端与所述滑块固定连接，所述线结构光发生器用于接收所述控制器发送的控制信号向所述待处理果实的方向发出具有预设颜色的水平线结构光；

所述电机用于接收所述控制器发送的控制信号驱动所述丝杠转动，并通过所述滑块和所述线结构光发生器固定件驱动所述线结构光发生器沿竖直方向移动，以使得所述水平线结构光沿竖直方向移动，且接收所述控制器发送的控制信号停止驱动所述线结构光发生器沿竖直方向移动。

可选地，所述移动单元通过U型卡与所述支撑柱固定。

可选地，所述线结构光发生器固定件的一端设置有具有环形凹槽的平台，所述线结构光发生器的底部插设于所述环形凹槽中，且所述线结构光发生器可沿所述环形凹槽的中心轴线转动，以调整所述线结构光发生器的角度。

可选地，所述控制器根据所述待处理果实的图像获得成熟果实在所述图像中的像素区域；发送控制信号控制所述线结构光发生器向所述成熟果实的方向发出所述水平线结构光，并控制所述电机驱动所述线结构光发生器移动；获取所述水平线结构光在图像中的位置特征，根据所述位置特征获取收获目标的位置信息。

可选地，所述机械臂装置包括：采摘手爪和关节驱动器；

所述控制器根据所述收获目标的位置信息生成控制信号，将所述控制信号发送给所述关节驱动器；

所述关节驱动器，用于根据所述控制器发送的控制信号，带动所述采摘手爪实现所述收获目标的抓取和分离。

本实用新型果菜智能采摘系统，包括：移动底盘、升降平台、视觉单元、机械臂装置和控制器；其中，所述移动底盘包括：车体、车轮以及驱动装置； 所述车轮分别与所述车体以及所述驱动装置连接；所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘移动；所述视觉单元、所述机械臂装置设置在所述升降平台的上端面；所述升降平台的底部安装在所述移动底盘上，用于通过调节所述升降平台的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；所述视觉单元，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述控制器，用于获取收获目标的位置信息；所述机械臂装置，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离；所述控制器，分别与所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台连接，用于通过输出控制信号实现对所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台的控制，能够实现自动化采收，可以应用于立体栽培模式下不同高度层次的果实采收，以减轻人工采收劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型果菜智能采摘系统一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型果菜智能采摘系统另一实施例的视觉单元结构示意图。

附图标记说明：

1：果菜植株；2：机械臂装置；3：车体；4：视觉单元； 

5：操作面板；6：控制器；7：轨道；8：气泵；9：移动底盘； 

10：升降平台；11：果实筐；12：主动轨道轮；13：从动轨道轮；

14：万向轮；40：U型卡；41：支撑柱；42：摄像机；

43：摄像机固定件；44：移动单元；45：线结构光发生器；

46：线结构光发生器固定件；47：电机；48：滑块；49：底座。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型果菜智能采摘系统一实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的果菜智能采摘系统，包括：

移动底盘9、升降平台10、视觉单元4、机械臂装置2和控制器6；

其中，所述移动底盘9包括：车体3、车轮以及驱动装置；

所述车轮分别与所述车体3以及所述驱动装置连接；

所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘9移动；

所述视觉单元4、所述机械臂装置2设置在所述升降平台10的上端面；

所述升降平台10的底部安装在所述移动底盘9上，用于通过调节所述升降平台10的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；

所述视觉单元4，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述控制器6，用于获取收获目标的位置信息；

所述机械臂装置2，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离；

所述控制器6，分别与所述移动底盘9、所述机械臂装置2、所述视觉单元4以及所述升降平台10连接，用于通过输出控制信号实现对所述移动底盘9、所述机械臂装置2、所述视觉单元4以及所述升降平台10的控制。

具体来说，参见图1，本实用新型一实施例提供的果菜智能采摘系统包括：移动底盘9、升降平台10、视觉单元4、机械臂装置2和控制器6，针对高架立体栽培模式的果菜(如番茄、草莓、辣椒、黄瓜等)进行自动化采收；其中，所述移动底盘9包括：车体3、车轮以及驱动装置；所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘9移动；所述移动底盘9以作物行间铺设的圆形轨道作为支撑，通过驱动装置驱动车轮使得所述移动底盘9沿轨道7行走。轨道两端架设于作物行两端地面，中间段轨道下方凹陷，以防止车轮与地面摩擦。

所述视觉单元4、所述机械臂装置2设置在所述升降平台10的上端面；所述升降平台10的上端面还可以设置果实筐11。

所述视觉单元4，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述 控制器6，用于获取收获目标的位置信息；

所述机械臂装置2，用于根据所述收获目标的位置信息，根据所述控制器6的控制信号对所述收获目标进行抓取和分离；

所述控制器6控制所述升降平台10，使得所述升降平台10进行上行升降运动，从而调节所述升降平台10的高度，实现对不同高度的果菜的采摘。

采摘系统开始工作前，操作人员将其移动至轨道上，通过控制器6的操作面板5的控制界面启动系统的自动采摘流程。采摘系统沿轨道行走一定距离后，自动停止运动，视觉单元开始采集图像实时判断视场内的果菜植株1上是否有适宜采摘的果实，同时升降平台逐步上升，实现对不同高度范围果实的判别。

本实用新型针对果菜高架立体栽培种植模式，为了增加自动化采收设备作业空间，在具备智能采收系统各功能部件的同时，增设升降装置，确保采收系统能够对不同高度层次的果实进行采摘。

当视场内出现成熟果实，升降平台停止运动，由视觉单元对果实进行空间定位获取其位置信息(空间坐标)，所述控制器控制机械臂装置操纵机械臂装置的采摘手爪接近果实，采摘手爪将果实从植株分离后，机械臂装置操纵采摘手爪移动至果实筐将其释放，如此完成一个采摘循环。当采摘系统完成对同一位置，不同高度所有果实的识别判断后，控制器控制所述驱动装置驱动移动底盘继续行走一定距离，从而进行下一位置的采摘作业。

本实施例提供的果菜智能采摘系统，包括：移动底盘、升降平台、视觉单元、机械臂装置和控制器；其中，所述移动底盘包括：车体、车轮以及驱动装置；所述车轮分别与所述车体以及所述驱动装置连接；所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘移动；所述视觉单元、所述机械臂装置设置在所述升降平台的上端面；所述升降平台的底部安装在所述移动底盘上，用于通过调节所述升降平台的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；所述视觉单元，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述控制器，用于获取收获目标的位置信息；所述机械臂装置，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离；所述控制器，分别与所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台连接，用于通过输出控制信号实现对所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台的控制， 能够实现自动化采收，可以应用于立体栽培模式下不同高度层次的果实采收，以减轻人工采收劳动强度。

在本实用新型果菜智能采摘系统另一实施例中，如图1所示，本实施例的果菜智能采摘系统在图1所示的基础上，进一步的，所述车轮包括两个主动轨道轮12、两个从动轨道轮13以及四个万向轮14；所述车体3包括车架和车厢板；

所述主动轨道轮12与驱动装置连接，所述驱动装置驱动所述主动轨道轮12移动；所述主动轨道轮12与所述车架固定连接；

所述从动轨道轮13通过从动轴连接，所述从动轴与所述车厢板连接；所述从动轨道轮13与所述车架固定连接；

所述万向轮14，与所述车架连接，处于轨道外侧，用于行走在轨道末端地面上，使得所述移动底盘9在作物行间移动。

可选地，所述驱动装置包括驱动电机和驱动桥，所述驱动电机和所述驱动桥连接；

所述主动轨道轮12与所述驱动桥连接，通过所述车体3两侧的驱动桥支撑臂与所述车架固定连接；

所述控制器6输出控制信号控制所述驱动电机，使得所述驱动电机驱动所述移动底盘9移动。

具体来说，所述主动轨道轮12、从动轨道轮13以及车体3组成轨道行走机构，所述主动轨道轮12与所述驱动桥连接，由驱动电机驱动；从动轨道轮13通过从动轴连接，从动轴与车体3通过车厢板支撑连接。主动轨道轮和从动轨道轮内侧有弧形边缘，与圆形轨道接触。

四个万向轮14组成地面行走机构，用于行走于温室轨道末端地面上，使得移动底盘9在作物行间移动。万向轮14通过万向轮支架和万向轮固定座与车体3连接，处于轨道外侧。当轨道轮与轨道接触时，万向轮下边缘与地面相切，方便移动底盘从轨道移动至地面；当万向轮14行走于地面时，轨道轮被支撑脱离地面，从而移动底盘可以由人通过拉杆拖动其在地面移动。

可选地，所述万向轮通过万向轮固定座与万向轮支架连接，且所述万向轮支架与所述车架连接。

可选地，所述升降平台10包括：剪叉机构、电推杆和上端平台，所述剪 叉机构分别与所述电推杆和所述上端平台连接；所述控制器6输出控制信号控制所述电推杆，使得所述电推杆驱动所述剪叉机构进行上下升降运动，实现对不同高度的果菜的采摘。

本实施例，其技术原理与技术效果与图1所示实施例类似，此处不再赘述。

图2为本实用新型果菜智能采摘系统另一实施例的视觉单元结构示意图，如图2所示，本实施例的果菜智能采摘系统在图1所示的基础上，进一步的，所述视觉单元4，包括：

支撑柱41、摄像机42、摄像机固定件43、移动单元44、线结构光发生器45、线结构光发生器固定件46；

所述支撑柱41竖直设置；

所述摄像机42水平设置在所述摄像机固定件43的一端，且所述摄像机固定件43的另一端设置在所述支撑柱41上，所述摄像机42将采集所述待处理果实的图像发送至所述控制器6；

所述移动单元44包括电机47、丝杠和滑块48，所述电机47设置在所述支撑柱41的顶部，所述丝杠竖直设置在所述支撑柱41的内腔，且所述丝杠一端与所述电机47输出轴连接，所述丝杠另一端固定在所述支撑柱41底部，所述滑块48设置在所述丝杠上；

所述线结构光发生器45水平设置在所述线结构发生器固定件46的一端，所述线结构光发生器固定件46的另一端与所述滑块48固定连接，所述线结构光发生器45用于接收所述控制器6发送的控制信号向所述待处理果实的方向发出具有预设颜色的水平线结构光；

所述电机47用于接收所述控制器6发送的控制信号驱动所述丝杠转动，并通过所述滑块48和所述线结构光发生器固定件46驱动所述线结构光发生器45沿竖直方向移动，以使得所述水平线结构光沿竖直方向移动，且接收所述控制器6发送的控制信号停止驱动所述线结构光发生器45沿竖直方向移动。

具体来说，本实用新型实施例中所述视觉单元4包括：支撑柱41、摄像机42、摄像机固定件43、移动单元44、线结构光发生器45、线结构光发生器固定件46。

其中移动单元44内部有丝杠，电机与丝杠通过联轴器连接并驱动丝杠旋转，从而实现滑块沿丝杠上下运动。电机内可以安装有编码器，用于获取电机旋转角度，以间接得到丝杠上滑块的移动位移。摄像机通过摄像机固定件与支撑柱侧边滑槽固定。线结构光发生器(如激光发生器)通过线结构光发生器固定件与滑块连接，线结构光发生器固定件包括垂直固定件和水平固定件，其中水平固定件加工有环形凹槽，用于调整线结构光发生器照射角度。

采摘系统对果实进行识别定位流程如下：

触发摄像机采集一幅图像后，发送给控制器，控制器通过成熟果实识别算法，获得成熟果实在图像中的像素区域，控制器生成控制信号开启线结构光发生器，并控制启动电机通过移动单元驱动线结构光发生器从上至下移动，使得线结构光发生器照射的水平线结构光在摄像机视场内进行扫描，当水平线结构光照射于收获目标果实中心区域时停止扫描，通过水平线结构光识别算法获取水平线结构光在图像中的位置特征，并基于线结构光定位原理获得收获目标的为位置信息，即空间坐标。

可选地，所述移动单元44通过U型卡40与所述支撑柱41固定。

可选地，所述线结构光发生器固定件46的一端设置有具有环形凹槽的平台，所述线结构光发生器45的底部插设于所述环形凹槽中，且所述线结构光发生器45可沿所述环形凹槽的中心轴线转动，以调整所述线结构光发生器45的角度。

可选地，所述机械臂装置2包括：采摘手爪和关节驱动器；

所述控制器6根据所述收获目标的位置信息生成控制信号，将所述控制信号发送给所述关节驱动器；

所述关节驱动器，用于根据所述控制器发送的控制信号，带动所述采摘手爪实现所述收获目标的抓取和分离。

具体来说，如图1所示，所述系统还可以包括气泵8，用于对采摘手爪提供高压气源，驱动所述采摘手爪对果实进行夹持。

本实用新型的视觉单元还可以包括底座49，用于增加支撑柱41与升降平台上端面的接触面积，增加稳定性。

本实施例，其技术原理与技术效果与图1所示实施例类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种果菜智能采摘系统，其特征在于，包括：

移动底盘、升降平台、视觉单元、机械臂装置和控制器；

其中，所述移动底盘包括：车体、车轮以及驱动装置；

所述车轮分别与所述车体以及所述驱动装置连接；

所述驱动装置，用于驱动所述移动底盘移动；

所述视觉单元、所述机械臂装置设置在所述升降平台的上端面；

所述升降平台的底部安装在所述移动底盘上，用于通过调节所述升降平台的高度，实现对不同高度的果菜的采摘；

所述视觉单元，用于采集待处理果实的图像，将所述图像发送给所述控制器，用于获取收获目标的位置信息；

所述机械臂装置，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离；

所述控制器，分别与所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台连接，用于通过输出控制信号实现对所述移动底盘、所述机械臂装置、所述视觉单元以及所述升降平台的控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车轮包括两个主动轨道轮、两个从动轨道轮以及四个万向轮；所述车体包括车架和车厢板；

所述主动轨道轮与驱动装置连接，所述驱动装置驱动所述主动轨道轮移动；所述主动轨道轮与所述车架固定连接；

所述从动轨道轮通过从动轴连接，所述从动轴与所述车厢板连接；所述从动轨道轮与所述车架固定连接；

所述万向轮，与所述车架连接，处于轨道外侧，用于行走在轨道末端地面上，使得所述移动底盘在作物行间移动。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机和驱动桥，所述驱动电机和所述驱动桥连接；

所述主动轨道轮与所述驱动桥连接，通过所述车体两侧的驱动桥支撑臂与所述车架固定连接；

所述控制器输出控制信号控制所述驱动电机，使得所述驱动电机驱动所述移动底盘移动。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述万向轮通过万向轮固定座与万向轮支架连接，且所述万向轮支架与所述车架连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述升降平台包括：剪叉机构、电推杆和上端平台，所述剪叉机构分别与所述电推杆和所述上端平台连接；所述控制器输出控制信号控制所述电推杆，使得所述电推杆驱动所述剪叉机构进行上下升降运动，实现对不同高度的果菜的采摘。

6.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述视觉单元，包括：

支撑柱、摄像机、摄像机固定件、移动单元、线结构光发生器、线结构光发生器固定件和控制器；

所述支撑柱竖直设置；

所述摄像机水平设置在所述摄像机固定件的一端，且所述摄像机固定件的另一端设置在所述支撑柱上，所述摄像机将采集所述待处理果实的图像发送至所述控制器；

所述移动单元包括电机、丝杠和滑块，所述电机设置在所述支撑柱的顶部，所述丝杠竖直设置在所述支撑柱的内腔，且所述丝杠一端与所述电机输出轴连接，所述丝杠另一端固定在所述支撑柱底部，所述滑块设置在所述丝杠上；

所述线结构光发生器水平设置在所述线结构发生器固定件的一端，所述线结构光发生器固定件的另一端与所述滑块固定连接，所述线结构光发生器用于接收所述控制器发送的控制信号向所述待处理果实的方向发出具有预设颜色的水平线结构光；

所述电机用于接收所述控制器发送的控制信号驱动所述丝杠转动，并通过所述滑块和所述线结构光发生器固定件驱动所述线结构光发生器沿竖直方向移动，以使得所述水平线结构光沿竖直方向移动，且接收所述控制器发送的控制信号停止驱动所述线结构光发生器沿竖直方向移动。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移动单元通过U型卡与所述支撑柱固定。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述线结构光发生器固定件的一端设置有具有环形凹槽的平台，所述线结构光发生器的底部插设于所述环形凹槽中，且所述线结构光发生器可沿所述环形凹槽的中心轴线转动，以调整所述线结构光发生器的角度。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器根据所述待处理果实的图像获得成熟果实在所述图像中的像素区域；发送控制信号控制所述线结构光发生器向所述成熟果实的方向发出所述水平线结构光，并控制所述电机驱动所述线结构光发生器移动；获取所述水平线结构光在图像中的位置特征，根据所述位置特征获取收获目标的位置信息。

10.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述机械臂装置包括：采摘手爪和关节驱动器；

所述控制器根据所述收获目标的位置信息生成控制信号，将所述控制信号发送给所述关节驱动器；

所述关节驱动器，用于根据所述控制器发送的控制信号，带动所述采摘手爪实现所述收获目标的抓取和分离。