CN209609230U - 带有智能仿生采摘手的烟草收获机 - Google Patents

Abstract

带有智能仿生采摘手的烟草收获机，包括车架和行车部分，车架包括主车架顶板和底部叶箱挡板，主车架顶板和底部叶箱挡板通过车架框相连，行车部分中的行车子系统安装在底部叶箱挡板上，主车架顶板上装有发动机，烟叶收集箱装在主车架顶板上，在底部叶箱挡板和烟叶收集箱之间装有烟叶传送带主传送带部分，烟叶传送带主传送带部分通过传送带输入系统与发动机相连，在底部叶箱下方装有烟叶传送带底部传送带部分，烟叶传送带底部传送带部分也通过传送带输入系统与发动机相连。本实用新型结构简单、成本低，并且实现烟叶的自动采摘、收集和装筐，采收效率高，具有较高的采净率和较低的烟叶破碎率。

Description

带有智能仿生采摘手的烟草收获机

技术领域

本实用新型涉及农业机械，具体涉及带有智能仿生采摘手的烟草收获机。

背景技术

我国是世界上的烟叶生产大国，烟草行业在我国的国民经济中占有重要地位。在烟叶的生产过程中，烟叶的采摘是基础性工作，能否及时的采摘会在很大程度上影响烟叶的质量。在国外，已有各类半机械化和机械化的收获机投入使用，采摘效率较高，能及时完成采摘工作，但是这些设备多数是较大的机械，机构复杂，成本较高。而国内，则多是纯手工操作，由于人工采摘效率低，需要消耗大量的劳力和时间，并难以保证及时采摘。

经过对现有的文献资料检索发现，主要有中国专利“一种带有滚筒刀头的烟草收获机”（专利申请号：201010227313.2）、中国专利“一种带有棘轮棘爪的烟草收获机”（专利申请号：201010252708.8）和中国专利“一种带有螺旋采收刀片的烟草收获机”（专利申请号：201010226327.2）。上述专利中涉及到的烟草收获机均是依靠“拍打式采收刀”这种纯机械结构来实现对烟叶的采摘，其采摘效率虽然比人工采摘高出很多，也能够实现及时采摘，但是这类烟草收获机采摘过程中对烟叶和烟株茎秆的损害较大，烟叶破损率较高，难以达到我国烟草市场上对烟叶完整度的要求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供带有智能仿生采摘手的烟草收获机。

本实用新型的技术方案具体为：

带有智能仿生采摘手的烟草收获机，包括车架和行车部分，车架包括主车架顶板和底部叶箱挡板，主车架顶板和底部叶箱挡板通过车架框相连，行车部分中的行车子系统安装在底部叶箱挡板上，主车架顶板上装有发动机，烟叶收集箱装在主车架顶板上，在底部叶箱挡板和烟叶收集箱之间装有烟叶传送带主传送带部分，烟叶传送带主传送带部分通过传送带输入系统与发动机相连，在底部叶箱下方装有烟叶传送带底部传送带部分，烟叶传送带底部传送带部分也通过传送带输入系统与发动机相连；车框架前部设置驾驶室，驾驶室内部安装控制总系统工作箱，左右前轮通过上方导向器连接，车框架左右两侧对称放置仿生采摘手高度调节杆，仿生采摘手高度调节杆与车框架活动连接，在每个仿生采摘手高度调节杆上设置有仿生采摘系统，在仿生采摘系统中仿生采摘手对应位置安装双目摄像系统；控制总系统控制仿生采摘系统和行车控制子系统，控制总系统接收双目摄像系统的信号；行车控制子系统控制整车动力。

进一步的：所述的仿生采摘子系统具体结构为，仿生采摘手安装在弹簧杆上，弹簧杆由凸轮装置带动做上下运动，凸轮电机为凸轮装置提供转动动力，弹簧杆通过固定环固定在固定板上，伸缩电机通过丝杆传动结构带动固定板伸缩运动，仿生采摘手为两指手型装置，两指连接处设置有舵机，由舵机控制完成两指的运动；其中舵机、凸轮电机和伸缩电机都受控制总系统控制。

进一步的：所述固定板上下设置有移动转轴，移动转轴与仿生采摘手高度调节杆接触处具有螺纹，转动转轴时带动固定板移动，调整仿生采摘系统在仿生采摘手高度调节杆上的位置。

进一步的：所述的两指手型装置的指型结构是由两个半圆形金属片连接而成的S型结构。

进一步的：所述金属片为铝合金金属片。

带有智能仿生采摘手的烟草收获机工作方法：第一步，通过仿生采摘手高度调节杆调整仿生采摘手的高度，达到待采摘烟叶高度的要求，并调整固定板上的移动轴承使仿生采摘手位置和双目摄像系统对应，启动烟草收获机进入待采摘烟田并开启仿生采摘系统；

第二步，双目摄像系统开始实时采集烟株图像，并锁定待采摘烟株茎秆，利用现有的双目测距算法实时计算出烟株茎秆与半圆形仿生采摘手中心点之间的距离，等待采摘系统发出采摘指令；

第三步，在双目摄像系统跟踪烟株茎秆的过程中，通过不断检测烟株茎秆与仿生采摘手中心点之间的距离L，设某时刻二者之间的距离为L0，下一时刻二者之间的距离为L1，从正确识别出烟株茎秆特征开始，如果检测到二者之间距离开始变大，即L0<L1时执行第四步；

第四步，执行采摘动作，采摘成熟烟叶。

进一步的：所述第二步的的具体过程如下：

第一步：双目摄像系统开始工作后，不断采集待采摘烟田中烟株的视频信号，将该视频信号发送至图像处理器；

第二步：像处理器从视频信号中选取一帧图片，并利用清晰度评价函数对其清晰度进行判断：如果该图片清晰度符合系统识别烟株茎秆特征的要求，则进行第三步，如果该图片清晰度不符合系统识别烟株茎秆特征的要求，则返回继续选取视频序列中的图片，直到清晰度符合系统的要求为止；

第三步：从视频信号中选取清晰图片后，对烟株图像进行特征匹配处理，识别出烟株茎秆特征；

第四步：识别出烟株茎秆后，采用现有的双目测距算法计算出烟株茎秆与仿生采摘手中心点之间的距离，并实时更新该距离，锁定烟株茎秆。

相对于现有技术，本实用新型的技术效果为，结构简单、成本低，并且实现烟叶的自动采摘、收集和装筐，采收效率高，具有较高的采净率和较低的烟叶破碎率。

附图说明

图1是本实用新型立体示意图。

图2是本实用新型采收待采烟叶示意图。

图3是烟草收获机仿生采摘手机械结构三维视图。

图4是烟草收获机仿生采摘手机械结构左视图。

图5是本实用新型智能控制总系统框图。

图6是收获机控制系统流程图。

1烟草收集箱、2烟草传送带、3发动机、4导向器、5控制总系统工作箱、6驾驶室、7前轮、8主车架顶板、9底部叶箱挡板、10双目摄像系统、11仿生采摘手、12凸轮电机、13移动转轴、14凸轮装置、15丝杆、16固定板、17舵机、18固定环、19仿生采摘系统、20伸缩电机。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型包括车架和行车部分，车架包括主车架顶板8和底部叶箱挡板9，主车架顶板8和底部叶箱挡板9通过车架框相连，行车部分中的行车子系统安装在底部叶箱挡板9上，主车架顶板8上装有发动机3，烟叶收集箱1装在主车架顶板8上，在底部叶箱挡板9和烟叶收集箱1之间装有烟叶传送带2主传送带部分，烟叶传送带2主传送带部分通过传送带输入系统与发动机3相连，在底部叶箱下方装有烟叶传送带2底部传送带部分，烟叶传送带2底部传送带部分也通过传送带输入系统与发动机3相连；车框架前部设置驾驶室6，驾驶室6内部安装控制总系统工作箱5，左右前轮7通过上方导向器4连接，车框架左右两侧对称放置仿生采摘手高度调节杆，仿生采摘手高度调节杆与车框架活动连接，在每个仿生采摘手高度调节杆上设置有仿生采摘系统19，在仿生采摘系统19中仿生采摘手11对应位置安装双目摄像系统10。

如图5，控制总系统控制仿生采摘系统和行车控制子系统，控制总系统接收双目摄像系统的信号。

行车控制子系统控制整车动力。

仿生采摘系统19具体结构为，仿生采摘手11安装在弹簧杆15上，弹簧杆15由凸轮装置14带动做上下运动，凸轮电机12为凸轮装置14提供转动动力，弹簧杆15通过固定环18固定在固定板16上，伸缩电机14通过丝杆传动结构15带动固定板16伸缩运动，仿生采摘手11为两指手型装置，两指连接处设置有舵机17，由舵机17控制完成两指的运动实现仿生采摘手11握持烟株茎秆和松开两个动作；凸轮电机12带动凸轮装置14转动从而带动弹簧杆15上下运动实现仿生采摘手11向下采摘和复位两个动作；伸缩电机20通过丝杆传动结构15带动固定板16伸缩运动实现仿生采摘手11伸出和收回两个动作；通过舵机17、凸轮电机12和伸缩电机20相互协调配合，共同实现模拟人工采摘烟叶的全过程，即完成仿生采摘。

固定板16上下设置有移动转轴13，移动转轴13与仿生采摘手高度调节杆接触处具有螺纹，转动转轴时带动固定板16移动，调整仿生采摘系统19在仿生采摘手高度调节杆上的位置。

所述的两指手型装置的指型结构是由两个半圆形铝合金片焊接而成的S型结构。

其中舵机17、凸轮电机12和伸缩电机20都受控制总系统控制。

如图6，本实用新型的工作方法如下：

第一步，通过仿生采摘手高度调节杆调整仿生采摘手11的高度，达到待采摘烟叶高度的要求，并调整固定板16上的移动转轴13使仿生采摘手11位置和双目摄像系统对应，启动烟草收获机进入待采摘烟田并开启仿生采摘系统；

第二步，双目摄像系统开始实时采集烟株图像，并锁定待采摘烟株茎秆，利用现有的双目测距算法实时计算出烟株茎秆与半圆形仿生采摘手中心点之间的距离， 等待采摘系统发出采摘指令；

第三步，在双目摄像系统跟踪烟株茎秆的过程中，通过不断检测烟株茎秆与仿生采摘手中心点之间的距离L，设某时刻二者之间的距离为L0，下一时刻二者之间的距离为L1，从正确识别出烟株茎秆特征开始，烟株茎秆和摄像机之间距离 先后经历由大变小接着由小变大的过程，一旦检测到二者之间距离开始变大，即L0<L1时立刻发出采摘指令；

第四步，执行采摘动作，采摘成熟烟叶。

其中第二步的具体流程如下：

第一步：双目摄像系统开始工作后，不断采集待采摘烟田中烟株的视频信号，将该视频信号发送至图像处理器；

第二步：像处理器从视频信号中选取一帧图片，并利用清晰度评价函数对其清晰度进行判断：如果该图片清晰度符合系统识别烟株茎秆特征的要求，则进行第三步，如果该图片清晰度不符合系统识别烟株茎秆特征的要求，则返回继续选取视频序列中的图片，直到清晰度符合系统的要求为止；

第三步：从视频信号中选取清晰图片后，对烟株图像进行特征匹配处理，识别出烟株茎秆特征；

第四步：识别出烟株茎秆后，采用现有的双目测距算法计算出烟株茎秆与仿生采摘手中心点之间的距离 ，并实时更新该距离，锁定烟株茎秆。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.带有智能仿生采摘手的烟草收获机，包括车架和行车部分，其特征在于：车架包括主车架顶板和底部叶箱挡板，主车架顶板和底部叶箱挡板通过车架框相连，行车部分中的行车子系统安装在底部叶箱挡板上，主车架顶板上装有发动机，烟叶收集箱装在主车架顶板上，在底部叶箱挡板和烟叶收集箱之间装有烟叶传送带主传送带部分，烟叶传送带主传送带部分通过传送带输入系统与发动机相连，在底部叶箱下方装有烟叶传送带底部传送带部分，烟叶传送带底部传送带部分也通过传送带输入系统与发动机相连；车框架前部设置驾驶室，驾驶室内部安装控制总系统工作箱，左右前轮通过上方导向器连接，车框架左右两侧对称放置仿生采摘手高度调节杆，仿生采摘手高度调节杆与车框架活动连接，在每个仿生采摘手高度调节杆上设置有仿生采摘系统，在仿生采摘系统中仿生采摘手对应位置安装双目摄像系统；控制总系统控制仿生采摘系统和行车控制子系统，控制总系统接收双目摄像系统的信号；行车控制子系统控制整车动力。

2.如权利要求1所述的带有智能仿生采摘手的烟草收获机，其特征在于：所述的仿生采摘子系统具体结构为，仿生采摘手安装在弹簧杆上，弹簧杆由凸轮装置带动做上下运动，凸轮电机为凸轮装置提供转动动力，弹簧杆通过固定环固定在固定板上，伸缩电机通过丝杆传动结构带动固定板伸缩运动，仿生采摘手为两指手型装置，两指连接处设置有舵机，由舵机控制完成两指的运动；其中舵机、凸轮电机和伸缩电机都受控制总系统控制。

3.如权利要求2所述的带有智能仿生采摘手的烟草收获机，其特征在于：所述固定板上下设置有移动转轴，移动转轴与仿生采摘手高度调节杆接触处具有螺纹，转动转轴时带动固定板移动，调整仿生采摘系统在仿生采摘手高度调节杆上的位置。

4.如权利要求2所述的带有智能仿生采摘手的烟草收获机，其特征在于：所述的两指手型装置的指型结构是由两个半圆形金属片连接而成的S型结构。

5.如权利要求4所述的带有智能仿生采摘手的烟草收获机，其特征在于：所述金属片为铝合金金属片。