CN209167144U - 鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，机械臂采摘装置设置在移动车的一端，机械臂包括多关节机械臂与末端采摘器，目标识别设备和控制设备分别设置在移动车两侧，输送系统设置在移动车的中间位置，输送系统的上方设置有品质检测箱，输送系统的两侧及尾端设置有分级装箱装置。移动车、机械臂采摘装置、目标识别设备和输送系统均与所述控制设备电连接。采摘完毕的葡萄通过输送系统送入到品质检测箱，确定葡萄果实的等级。葡萄果实等级确定完毕后，通过输送系统输送到分级装箱装置，按照对应的等级进入到不同的果实箱，完成葡萄果实的分级，进而实现了葡萄从采摘、等级检测到分级装箱。

Description

鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置

技术领域

本实用新型涉及水果采摘技术领域，具体涉及一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置。

背景技术

当今，我国是葡萄种植和生产的大国，但是，鲜食葡萄的出口比重极小，且单位售价低。其主要原因是我国鲜食葡萄的商品化水平较低，特别是鲜食葡萄的无损采摘与优化分级的环节。葡萄采摘是一项费时费力的工作，葡萄收获的季节性强，需要投入大量的劳动力，并且采摘效率较低。

葡萄是一种成簇生长的浆果类水果，果实皮薄粒大，汁少水多，易受机械损伤，这种伤害会加速葡萄的衰老腐败、变质，严重影响葡萄的质量和经济效益。目前鲜食葡萄的采摘与分级主要依靠人工劳动力，劳动强度大，耗时时间长，成本高而且易于造成葡萄的人为性机械损伤。

现有技术中虽然存在葡萄采摘机或者分选机，但是大部分机器功能单一，有的只用于采摘，有的用于检测质量，但是也只是局限于对于外观的检测，这远远不能满足当前消费者对于鲜食葡萄的需求。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，包括：移动车、机械臂采摘装置、目标识别设备、控制设备和输送系统，其中：所述机械臂采摘装置设置在所述移动车的一端，所述机械臂包括多关节机械臂与末端采摘器，所述多关节机械臂分别连接所述移动车和所述末端采摘器；所述目标识别设备和所述控制设备分别设置在所述移动车两侧，所述目标识别设备和所述控制设备对应设置；所述输送系统设置在所述移动车的中间位置，所述输送系统的上方设置有品质检测箱，所述品质检测箱内设置有葡萄品质检测设备，所述输送系统的两侧及尾端设置有分级装箱装置，所述分级装箱装置与所述移动车活动连接；所述移动车、所述机械臂采摘装置、所述目标识别设备和所述输送系统均与所述控制设备电连接。

采用上述实现方式，移动车运行过程中通过目标识别设备识别需要采摘的葡萄，控制机械臂采摘装置完成采摘。采摘完毕的葡萄通过输送系统送入到品质检测箱，确定葡萄果实的等级。葡萄果实等级确定完毕后，通过输送系统输送到分级装箱装置，按照对应的等级进入到不同的果实箱，完成葡萄果实的分级，进而实现了葡萄从采摘、等级检测到分级装箱。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述移动车设置所述机械臂采摘装置的一端设置有两个红外测距传感器，所述红外测距传感器间隔设置；所述移动车底部还设置有路径位置传感器和驱动电机，所述路径位置传感器设置在靠近所述机械臂采摘装置的一端，所述驱动电机设置在另一端，所述驱动电机与设置在所述移动车底部的驱动轮电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述末端采摘器包括：采摘刀固定板、第一步进电机、夹持滑动板、夹持机构、采摘刀和限位开关，所述夹持机构镶嵌在所述夹持滑动板上，所述夹持机构内侧设置有防止葡萄破损的硅胶层，硅胶层的内部安装有压力传感器，所述采摘刀铰连接于所述采摘刀固定板上，所述采摘刀上装有限位开关，所述采摘刀固定板和所述夹持滑动板分别安装在所述末端采摘器的上方和前方。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述输送系统包括第一输送带、第二输送带、第三输送带、第二步进电机、第三步进电机、第一指示灯和第二指示灯，所述第一输送带、所述第二输送带和所述第三输送带从所述移动车的一端到另一端依次设置；所述第二步进电机和所述第三步进电机分别固定设置在所述移动车上，所述第二步进电机与所述第三输送带活动连接，所述第三步进电机分别于所述第一输送带和所述第二输送带活动连接，所述控制设备分别于所述第二步进电机和所述第三步进电机电连接；所述第一指示灯和所述第二指示灯分别设置在所述第一输送带和第二输送带的一侧，用于指示所述第一输送带和第二输送带的工作状态。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述品质检测箱包括：检测箱、光谱仪、定心板、汞灯光源、可控制旋转角度装置、平面镜、滑门、光电传感器和可调伸缩杆；所述光谱仪通过所述可调伸缩杆与所述检测箱顶端垂直连接，所述汞灯光源设置有四个，四个所述汞灯光源安装在所述检测箱的四个内壁的中间位置；所述平面镜为等腰梯形平面镜，所述平面镜设置有两个，两个所述平面镜设置在所述检测箱的内壁上，且与检测箱内壁成一定角度呈凹槽状，所述平面镜的镜面朝向所述检测箱内；所述滑门设置有两个，两个所述滑门活动设置在对应所述平面镜的箱壁上，所述滑门用于控制被检测的葡萄进出所述检测箱；所述可控制旋转角度装置分别安装在所述平面镜一侧的内壁上，所述定心板嵌设在靠近所述检测箱顶部的位置，所述定心板设置有方孔，所述光谱仪通过所述方孔与所所述可调伸缩杆相连接，所述光电传感器设置在所述定心板上，且分布在所述方孔的两侧。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述分级装箱装置包括五个超声波传感器、五个称重传感器、五个装箱通道、第一果箱、第二果箱、第三果箱、第四果箱和第五果箱；五个所述超声波传感器分别对应设置在所述第一果箱、第二果箱、第三果箱、第四果箱和第五果箱的一侧，五个所述称重传感器分别对应设置在所述第一果箱、第二果箱、第三果箱、第四果箱和第五果箱的底部，五个所述装箱通道分别连接所述第一果箱、第二果箱、第三果箱、第四果箱和第五果箱的箱口和输送带平面。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第三输送带两侧还设置有位置传感器，所述位置传感器靠近所述机械臂采摘装置，所述位置传感器与所述控制设备电连接。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述第三输送带靠近所述机械臂采摘装置的一端还设置有kinect传感器，所述kinect传感器与所述控制设备电连接。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的侧视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的目标识别位置关系图；

图5为本实用新型实施例提供的一种末端采摘器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种品质检测箱的结构示意图；

图1-6中符号表示为：

1-移动车，2-控制设备，3-多关节机械臂，4-末端采摘器，5-品质检测箱，6-红外测距传感器，7-路径位置传感器，8-驱动电机，9-采摘刀固定板， 10-第一步进电机，11-夹持滑动板，12-夹持机构，13-采摘刀，14-限位开关，15-第一输送带，16-第二输送带，17-第三输送带，18-第二步进电机，19- 第三步进电机，20-第一指示灯，21-第二指示灯，22-检测箱，23-光谱仪， 24-定心板，25-汞灯光源，26-可控制旋转角度装置，27-平面镜，28-滑门，29-光电传感器,30-可调伸缩杆，31-超声波传感器，32-称重传感器，33- 装箱通道，34-第一果箱，35-第二果箱，36-第三果箱，37-第四果箱，38- 第五果箱，39-位置传感器，40-kinect传感器。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的侧视图，图3为本实用新型实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置的剖视图。

参见图1-图3，所述鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置包括：移动车 1、机械臂采摘装置、目标识别设备、控制设备2和输送系统。

所述机械臂采摘装置设置在所述移动车1的一端，所述机械臂包括多关节机械臂3与末端采摘器4，所述多关节机械臂3分别连接所述移动车1和所述末端采摘器4。所述目标识别设备和所述控制设备2分别设置在所述移动车1两侧，所述目标识别设备和所述控制设备2对应设置。所述输送系统设置在所述移动车1的中间位置，所述输送系统的上方设置有品质检测箱5，所述品质检测箱5内设置有葡萄品质检测设备，所述输送系统的两侧及尾端设置有分级装箱装置，所述分级装箱装置与所述移动车1活动连接。所述移动车1、所述机械臂采摘装置、所述目标识别设备和所述输送系统均与所述控制设备2电连接。

所述移动车1设置所述机械臂采摘装置的一端设置有两个红外测距传感器6，所述红外测距传感器6间隔设置。所述移动车1底部还设置有路径位置传感器7和驱动电机8，所述路径位置传感器7设置在靠近所述机械臂采摘装置的一端，所述驱动电机8设置在另一端，所述驱动电机8与设置在所述移动车1底部的驱动轮电连接。

移动车1前方的两个红外测距传感器6实时采集移动车1周围的障碍物信息，移动车1下方的两个路径位置传感器7用于检测移动车1的当前位置信息。控制设备2根据红外测距传感器6和路径位置传感器7的信息控制驱动电机8，从而带动移动车1的四个万向轮进行工作。当目标识别设备未检测出葡萄，则移动车1执行前进命令，当目标识别设备检测到葡萄，则移动车1停止前进。

本实施例中的所述输送系统包括第一输送带15、第二输送带16、第三输送带17、第二步进电机18、第三步进电机19、第一指示灯20和第二指示灯 21，所述第一输送带15、所述第二输送带16和所述第三输送带17从所述移动车1的一端到另一端依次设置。所述第二步进电机18和所述第三步进电机19分别固定设置在所述移动车1上，所述第二步进电机18与所述第三输送带17活动连接，所述第三步进电机19分别于所述第一输送带15和所述第二输送带16活动连接，所述控制设备2分别于所述第二步进电机18和所述第三步进电机19电连接。

所述第一指示灯20和所述第二指示灯21分别设置在所述第一输送带15 和第二输送带16的一侧，用于指示所述第一输送带15和第二输送带16的工作状态。所述第三输送带17两侧还设置有位置传感器39，所述位置传感器 39靠近所述机械臂采摘装置，所述位置传感器39与所述控制设备2电连接。所述第三输送带17靠近所述机械臂采摘装置的一端还设置有kinect传感器 40，所述kinect传感器40与所述控制设备2电连接。

本实施例中的kinect传感器40为目标识别设备的重要组成部分，kinect 传感器40获得深度图像与彩色图像，如图4所示，由深度图像与彩色图像获得葡萄果梗在kinect传感器40的坐标系中的三维坐标，再根据kinect传感器40与末端采摘器4上的夹持机构的一定位置关系，计算出葡萄果梗相对于末端采摘器4上夹持机构三维坐标，坐标转换算法如以下公式：

x₂＝x₀-x₁，y₂＝y₀-y₁，z₂＝z₀-z₁

式中：末端采摘器4上夹持机构的三维坐标(x₀,y₀,z₀)，葡萄果梗的三维坐标(x₁，y₁，z₁)，葡萄果梗相对于末端采摘器4上夹持机构三维坐标(x₂，y₂，z₂)。

参见图5，本实用新型实施例提供的所述末端采摘器4包括：采摘刀固定板9、第一步进电机10、夹持滑动板11、夹持机构12、采摘刀13和限位开关14，所述夹持机构12镶嵌在所述夹持滑动板11上，所述夹持机构12 内侧设置有防止葡萄破损的硅胶层，硅胶层的内部安装有压力传感器，所述采摘刀13铰连接于所述采摘刀固定板9上，所述采摘刀13上装有限位开关 14，所述采摘刀固定板9和所述夹持滑动板11分别安装在所述末端采摘器4 的上方和前方。

参见图6，所述品质检测箱5包括：检测箱22、光谱仪23、定心板24、汞灯光源25、可控制旋转角度装置26、平面镜27、滑门28、光电传感器29 和可调伸缩杆30。

所述光谱仪23通过所述可调伸缩杆30与所述检测箱22顶端垂直连接，所述汞灯光源25设置有四个，四个所述汞灯光源25安装在所述检测箱22的四个内壁的中间位置；所述平面镜27为等腰梯形平面镜，所述平面镜27设置有两个，两个所述平面镜27设置在所述检测箱22的内壁上，且与检测箱内壁成一定角度呈凹槽状，所述平面镜27的镜面朝向所述检测箱22内。

所述滑门28设置有两个，两个所述滑门28活动设置在对应所述平面镜 27的箱壁上，所述滑门28用于控制被检测的葡萄进出所述检测箱22。所述可控制旋转角度装置26分别安装在所述平面镜27一侧的内壁上，所述定心板24嵌设在靠近所述检测箱22顶部的位置，所述定心板24设置有方孔，所述光谱仪23通过所述方孔与所述可调伸缩杆30相连接，所述光电传感器29 设置在所述定心板24上，且分布在所述方孔的两侧。

所述分级装箱装置包括五个超声波传感器31、五个称重传感器32、五个装箱通道33、第一果箱34、第二果箱35、第三果箱36、第四果箱37和第五果箱38。五个所述超声波传感器31分别对应设置在所述第一果箱34、第二果箱35、第三果箱36、第四果箱37和第五果箱38的一侧，五个所述称重传感器32分别对应设置在所述第一果箱34、第二果箱35、第三果箱36、第四果箱37和第五果箱38的底部，五个所述装箱通道33分别连接所述第一果箱 34、第二果箱35、第三果箱36、第四果箱37和第五果箱38的箱口和输送带平面。

参考国家标准、农业行业标准、行业标准，鲜食葡萄分级指标大致相似，以巨峰葡萄为例说明分级的具体标准。根据不同葡萄品种，设计不同的分级标准。第一果箱34(特级果：果穗紧实度适中，无碰压伤和病虫害，可溶性固形物≥16％brix，成熟颜色面积占比≥90％)。第二果箱35(一级果：果穗紧实度适中，无碰压伤和病虫害，可溶性固形物≥15％brix，成熟颜色面积占比≥80％)。第三果箱36(二级果：果穗紧实度适中，无病虫害和轻微碰伤，可溶性固形物≥14％brix，成熟颜色面积占比≥75％)。第四果箱37 (统货果：果穗紧实度适中，有碰压伤和病虫害，可溶性固形物＜14％brix，成熟颜色面积占比＜75％)。第五果箱38(随机)。

由上述实施例可知，本实施例提供的一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置包括：移动车1、机械臂采摘装置、目标识别设备、控制设备2和输送系统。所述机械臂采摘装置设置在所述移动车1的一端，所述机械臂包括多关节机械臂3与末端采摘器4，所述多关节机械臂3分别连接所述移动车1 和所述末端采摘器4。所述目标识别设备和所述控制设备2分别设置在所述移动车1两侧，所述目标识别设备和所述控制设备2对应设置。所述输送系统设置在所述移动车1的中间位置，所述输送系统的上方设置有品质检测箱 5，所述品质检测箱5内设置有葡萄品质检测设备，所述输送系统的两侧及尾端设置有分级装箱装置，所述分级装箱装置与所述移动车1活动连接。所述移动车1、所述机械臂采摘装置、所述目标识别设备和所述输送系统均与所述控制设备2电连接。本实施例中的kinect传感器40为目标识别设备的重要组成部分，利用kinect传感器40采集深度图像和彩色图像，根据kinect 传感器40与末端采摘器4的相对位置关系，实现目标检测与采摘定位；采摘的葡萄利用品质检测箱5内的光谱仪23采集光谱信息与图像，检测葡萄的内部品质(可溶性固形物)与外部品质(果穗紧实度，有无碰压伤和病虫害，成熟颜色面积占比)。检测后葡萄通过输送系统传送至果箱进行装箱。整个过程通过传感器精确检测与反馈，将葡萄图像采集、机械臂的采摘、葡萄品质的检测、输送系统的传送等紧密联系在一起，实现了葡萄品质检测分级的机械化与自动化。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，如来替代，本实用新型仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，包括：移动车(1)、机械臂采摘装置、目标识别设备、控制设备(2)和输送系统，其中：

所述机械臂采摘装置设置在所述移动车(1)的一端，所述机械臂包括多关节机械臂(3)与末端采摘器(4)，所述多关节机械臂(3)分别连接所述移动车(1)和所述末端采摘器(4)；所述目标识别设备和所述控制设备(2)分别设置在所述移动车(1)两侧，所述目标识别设备和所述控制设备(2)对应设置；

所述输送系统设置在所述移动车(1)的中间位置，所述输送系统的上方设置有品质检测箱(5)，所述品质检测箱(5)内设置有葡萄品质检测设备，所述输送系统的两侧及尾端设置有分级装箱装置，所述分级装箱装置与所述移动车(1)活动连接；

所述移动车(1)、所述机械臂采摘装置、所述目标识别设备和所述输送系统均与所述控制设备(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述移动车(1)设置所述机械臂采摘装置的一端设置有两个红外测距传感器(6)，所述红外测距传感器(6)间隔设置；

所述移动车(1)底部还设置有路径位置传感器(7)和驱动电机(8)，所述路径位置传感器(7)设置在靠近所述机械臂采摘装置的一端，所述驱动电机(8)设置在另一端，所述驱动电机(8)与设置在所述移动车(1)底部的驱动轮电连接。

3.根据权利要求2所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述末端采摘器(4)包括：采摘刀固定板(9)、第一步进电机(10)、夹持滑动板(11)、夹持机构(12)、采摘刀(13)和限位开关(14)，所述夹持机构(12)镶嵌在所述夹持滑动板(11)上，所述夹持机构(12)内侧设置有防止葡萄破损的硅胶层，硅胶层的内部安装有压力传感器，所述采摘刀(13)铰连接于所述采摘刀固定板(9)上，所述采摘刀(13)上装有限位开关(14)，所述采摘刀固定板(9)和所述夹持滑动板(11)分别安装在所述末端采摘器(4)的上方和前方。

4.根据权利要求3所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述输送系统包括第一输送带(15)、第二输送带(16)、第三输送带(17)、第二步进电机(18)、第三步进电机(19)、第一指示灯(20)和第二指示灯(21)，所述第一输送带(15)、所述第二输送带(16)和所述第三输送带(17)从所述移动车(1)的一端到另一端依次设置；

所述第二步进电机(18)和所述第三步进电机(19)分别固定设置在所述移动车(1)上，所述第二步进电机(18)与所述第三输送带(17)活动连接，所述第三步进电机(19)分别于所述第一输送带(15)和所述第二输送带(16)活动连接，所述控制设备(2)分别于所述第二步进电机(18)和所述第三步进电机(19)电连接；

所述第一指示灯(20)和所述第二指示灯(21)分别设置在所述第一输送带(15)和第二输送带(16)的一侧，用于指示所述第一输送带(15)和第二输送带(16)的工作状态。

5.根据权利要求4所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，品质检测箱(5)包括：检测箱(22)、光谱仪(23)、定心板(24)、汞灯光源(25)、可控制旋转角度装置(26)、平面镜(27)、滑门(28)、光电传感器(29)和可调伸缩杆(30)；

所述光谱仪(23)通过所述可调伸缩杆(30)与所述检测箱(22)顶端垂直连接，所述汞灯光源(25)设置有四个，四个所述汞灯光源(25)安装在所述检测箱(22)的四个内壁的中间位置；所述平面镜(27)为等腰梯形平面镜，所述平面镜(27)设置有两个，两个所述平面镜(27)设置在所述检测箱(22)的内壁上，且与检测箱内壁成一定角度呈凹槽状，所述平面镜(27)的镜面朝向所述检测箱(22)内；

所述滑门(28)设置有两个，两个所述滑门(28)活动设置在对应所述平面镜(27)的箱壁上，所述滑门(28)用于控制被检测的葡萄进出所述检测箱(22)；

所述可控制旋转角度装置(26)分别安装在所述平面镜(27)一侧的内壁上，所述定心板(24)嵌设在靠近所述检测箱(22)顶部的位置，所述定心板(24)设置有方孔，所述光谱仪(23)通过所述方孔与所述可调伸缩杆(30)相连接，所述光电传感器(29)设置在所述定心板(24)上，且分布在所述方孔的两侧。

6.根据权利要求5所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述分级装箱装置包括五个超声波传感器(31)、五个称重传感器(32)、五个装箱通道(33)、第一果箱(34)、第二果箱(35)、第三果箱(36)、第四果箱(37)和第五果箱(38)；

五个所述超声波传感器(31)分别对应设置在所述第一果箱(34)、第二果箱(35)、第三果箱(36)、第四果箱(37)和第五果箱(38)的一侧，五个所述称重传感器(32)分别对应设置在所述第一果箱(34)、第二果箱(35)、第三果箱(36)、第四果箱(37)和第五果箱(38)的底部，五个所述装箱通道(33)分别连接所述第一果箱(34)、第二果箱(35)、第三果箱(36)、第四果箱(37)和第五果箱(38)的箱口和输送带平面。

7.根据权利要求6所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述第三输送带(17)两侧还设置有位置传感器(39)，位置传感器(39)靠近机械臂采摘装置，所述位置传感器(39)与所述控制设备(2)电连接。

8.根据权利要求7所述的鲜食葡萄无损采摘品质检测分级装置，其特征在于，所述第三输送带(17)靠近所述机械臂采摘装置的一端还设置有kinect传感器(40)，所述kinect传感器(40)与所述控制设备(2)电连接。