CN210093992U - 一种山楂采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种山楂采摘机器人。该机器人包括行进装置、图像采集处理装置、山楂采摘装置；所述的山楂采摘装置包括机械手臂、小容量收集装置和大容量收集装置；所述的大容量收集装置为长方体箱体，固定在行进装置上；所述行进装置为履带式行进装置；所述图像采集处理装置包括三个可伸缩机架和三个CCD相机和工业控制计算机，位于行进装置上。本实用新型通过小容量收集装置的设计，剪断山楂梗，完成采摘，这样的设计充分保护了山楂果实。

Description

一种山楂采摘机器人

技术领域

本实用新型是一种用于山楂采摘的机械设备，特别涉及一种山楂采摘系统，属于农业机械领域。

背景技术

山楂，属于一种核果类水果，果可生吃或作果脯果糕，干制后可入药，是中国特有的药果兼用树种。山楂树属于落叶乔木，树皮粗糙，并且树枝上一般有刺，生于山坡林边或灌木丛中，结的果实近球形，直径1-1.5厘米，深红色，有浅色斑点，一般是一簇一簇地结果，果实一小堆一小堆地垂下来。

考虑到山楂的上述特性，目前人们的山楂采摘方式普遍为人工敲打使其掉落，再通过人工将其拾起，这样一是浪费了人力资源，并且山楂刺也容易对人造成伤害，二是将山楂打落会对山楂果实产生损坏。针对上述问题，山楂采摘的装置层出不穷。专利申请号为200420010332.X的实用新型专利，是一种靠机械抓钩的采摘方式，该装置采用抓钩使果实卡入金属丝之间，回拉使得果实落入回收袋内，该方式可以节省一些人力，不过主要还是靠人力进行采摘，并且容易损坏果实，专利申请号为201621262238.2和201320795313.1的实用新型专利也提出了两种便携式山楂采摘器，虽说采摘原理不太一样，但都是人工进行采摘，都是机械受力，容易对果实造成伤害。还有专利申请号为201610191601.4的实用新型专利，该种高效山楂采摘器由马达驱动装置上的驱动轴带动两滚针轮相向转动，在滚针轮进行工作的时候容易对果实造成伤害。所以迫切需要一种智能山楂采摘装置来大大提高采摘效率和品质，节省人力物力。一种基于双目识别的智能山楂采摘机器人指的是一种能自动识别，采摘，并回收的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有摘山楂技术中需要耗费大量的人力资源，并且容易损坏果实的问题，提出了一种基于工业控制计算机控制的自动双目识别并安全采摘山楂的一种智能采摘装置。该装置通过小容量收集装置等组成的设计，实现了工业控制计算机控制剪刀网收缩，山楂进入收集箱从而完成采摘。

本实用新型的技术方案是：

一种智能山楂采摘机器人，该装置包括山楂采摘装置、行进装置、图像采集处理装置；

所述的山楂采摘装置包括机械手臂、小容量收集装置和大容量收集装置；

所述的机械手臂包括底座、旋转台、大臂、连接体、伸缩杆、小臂和旋转轴；旋转台底部的圆柱端与底座固连、大臂的下端与旋转台上端的转动圆盘相连，大臂上端与连接体通过转轴连接；连接体上端通过伸缩杆与小臂下端相连；小臂上端通过转轴与旋转轴的尾端相连，旋转轴前端与小容量收集装置固连；所述底座固定在大容量收集装置的正前方；机械手臂的每个自由度内安装有内置电机，各个自由度电机分别与工业控制计算机电连接；

所述的小容量收集装置，包括主动轮、伸缩轴、从动轮、传感器、固定装置5、剪刀网、小容量收集容器；所述的小容量收集容器为长方形筒体，其上端口相对的两侧，前端各设置有1个主动轮，中部各设置有一个从动轮；每个主动轮和从动轮上，均安装有一个伸缩轴，第三侧的端口上固定有固定装置，固定装置的上部设置有传感器；剪刀网的两侧分别与4个伸缩轴相连，一端与固定装置相连；所述的自动伸缩剪刀网由底边锋利的长条形刀片交叉拼接，每个交叉点被连接管和螺钉固定，形成边长5～7厘米的正方形网孔；所述的小容量收集容器的底部端口设置有自动闸门，自动闸门上安装压力传感器；

所述的小容量收集容器上端口的两侧均设置有轨道，所述的主动轮和从动轮3安装在轨道上；

前端的两个主动轮外侧连接车轮固定架，车轮固定架表面连接电机和直流电源；

所述的大容量收集装置为长方体箱体，固定在行进装置上；

所述行进装置为履带式行进装置；

所述图像采集处理装置包括三个可伸缩机架和三个CCD相和工业控制计算机；

每个可伸缩机架上安装有一个CCD相机，一个可伸缩机架位于车体正前方，另外两个可伸缩机架位于大容量收集装置凹槽上表面后部；

工业控制计算机位于车体前方平台上一侧，分别与三个CCD相机、机械手臂内各自由度电机、行进装置电机、小容量收集装置主动轮电机、传感器相连。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1、本实用新型全新的设计结构，采用车轮加履带的组合使得该装置在山地行进平稳，不会将山楂洒落在地，并且采用自动循迹装置，使得本实用新型自动沿着规划好的路线行进。

2、本实用新型全新的采摘山楂方式，采用由工业控制计算机控制机械手臂进行伸缩，通过CCD相机扫描山楂与剪刀网的位置，当山楂完全进入剪刀网后由工业控制计算机控制剪刀网收缩，山楂进入收集箱从而完成采摘。

3、剪刀网的全新设计，在先接触山楂的外表面光滑，内测锋利剪断山楂梗，而且是由工业控制计算机控制自动伸缩，山楂与剪刀网位置关系图像传回工业控制计算机后判断剪刀网是否收缩，剪断山楂梗，完成采摘，这样的设计充分保护了山楂果实。

4、本实用新型采用了基于深度学习残差神经网络的图像处理技术，智能的识别达到成熟度的山楂果实，通过结合双目立体视觉技术，实现坐标定位，指挥采摘过程；并记录将要成熟的山楂果实，结合山楂的生长规律，选取下次进行采摘的时间，并标记果实位置，上传云平台。

5、本实用新型采用了大数据平台的智慧农业方式，记录将要成熟的山楂果实，结合山楂的生长规律，选取下次进行采摘的时间，并标记果实位置，上传云平台，使得智能山楂采摘机器人能够具有记忆功能，确保山楂采摘不遗漏。

附图说明

图1为本实用新型山楂采摘机器人的整体结构示意图；

图2为本实用新型山楂采摘机器人采摘装置中机械手臂结构示意图；

图3为本实用新型一种山楂采摘机器人采摘装置中小容量收集装置上视结构示意图；

图4为本实用新型一种山楂采摘机器人采摘装置中小容量收集装置主动轮结构示意图；

图5为本实用新型一种山楂采摘机器人采摘装置中小容量收集装置下视结构示意图；

图6为本实用新型的工作流程图；

图中：1、小容量收集装置；2、机械手臂；3、电源；4、工业控制计算机；5、可伸缩机架和CCD相机；6、大容量收集装置；7、可伸缩机架和CCD相机；8、可伸缩机架和CCD相机；9、行进装置；10、车体；201、旋转轴；202、小臂；203、伸缩杆；204、连接体；205、大臂；206、旋转台；207、底座；101、主动轮；102、伸缩轴；103、从动轮；104、传感器；105、固定装置；106、剪刀网；107、小容量收集容器；1011、车轮固定架；1012、电机；1013、直流电源；108、闸门；109、传感器；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步详细描述，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

一种山楂采摘机器人(简称山楂采摘装置，如图1)，其特征在于该系统包括山楂采摘装置、行进装置、图像采集处理装置；

所述的山楂采摘装置包括机械手臂2、小容量收集装置1和大容量收集装置6；

所述的机械手臂2如图2所示，包括底座207、旋转台206、大臂205、连接体204、伸缩杆203、小臂202和旋转轴201；旋转台206底部的圆柱端与底座207固连、大臂205的下端与旋转台206上端的转动圆盘通过螺母连接，大臂205上端与连接体204通过转轴连接；连接体204上端通过伸缩杆203与小臂202下端相连；小臂202上端通过转轴与旋转轴201的尾端相连，旋转轴201前端与小容量收集装置1焊接；所述底座207焊接在大容量收集装置6的正前方；机械手臂的每个自由度(即旋转台206、大臂205、连接体204、伸缩杆203、小臂202和旋转轴201)内安装有内置电机，各个自由度电机分别与工业控制计算机电连接；

所述的底座207为长方体；旋转台206为底部圆柱形，上部为不规则的马鞍形；大臂205为椭圆台形；连接体204为规则梯形台状；小臂202同大臂205为椭圆台形，旋转轴201为标准圆台形；

所述的小容量收集装置1的结构如图3、4、5所示，包括主动轮101、伸缩轴102、从动轮103、传感器104、固定装置105、剪刀网106、小容量收集容器107；所述的小容量收集容器107为长方形筒体，其上端口相对的两侧，前端各设置有1个主动轮101，中部各设置有一个从动轮103；每个主动轮101和从动轮103上，均安装有一个伸缩轴102，第三侧的端口上固定有固定装置105，固定装置105的上部设置有传感器104；剪刀网的两侧分别与4个伸缩轴102相连，一端与固定装置105相连；所述的自动伸缩剪刀网106由底边锋利的长条形刀片交叉拼接，每个交叉点被连接管和螺钉固定，形成边长5厘米的正方形网孔；所述的小容量收集容器107的底部端口设置有自动闸门108，自动闸门上安装压力传感器109；

所述的小容量收集容器107上端口的两侧均设置有轨道，所述的主动轮101和从动轮103安装在轨道上；

前端的两个主动轮101外侧连接车轮固定架1011，车轮固定架1011表面连接电机1012和直流电源1013，

所述的大容量收集装置6为长方体箱体，固定在行进装置9上；

所述行进装置为现有适合农田或山地的行驶装置，如小型拖拉机的履带行进装置9；

所述图像采集处理装置包括三个可伸缩机架和CCD相机5、7、8和工业控制计算机4；

所述三个可伸缩机架和CCD相机5、7、8中，一个可伸缩机架和CCD相机5位于车体10正前方，另外两个可伸缩机架和CCD相机7、8位于大容量收集装置6凹槽上表面后部；工业控制计算机4位于车体9前方平台上一侧，分别与三个CCD相机、机械手臂内各自由度电机、行进装置电机、小容量收集装置主动轮电机、传感器电连接；

本实用新型山楂采摘机器人采摘山楂的具体步骤是：

第一步，在待采摘山楂区域的地面上设置白线，行进装置图像采集处理装置根据视觉寻迹的方式行进，行进的路线以白线做引导线，通过用于视觉寻迹的CCD相机采集对路面白线轨迹信息，并将路面检测信号反馈给工业控制计算机，工业控制计算机对采集到的信号进行分析并控制行走装置的主动轮的转速，使得该装置能够遍历每一棵山楂树。

第二步，在行进中，使用用于双目识别标定的两个CCD相机实时采集整体图像，并通过对采集到的山楂树木图像进行去噪处理，通过大量的不同成熟度山楂的样本数据训练残差神经网络，最后得到可以判别成熟度的残差模型，利用该模型对图像处理判断是否为成熟山楂，若判断出山楂未成熟，将山楂标记，数据保存，不去采摘，预测山楂成熟时间，待下次采摘时再根据残差模型预测比较去判断是否进行采摘；若判断出为成熟山楂，行进装置停止移动，此时由工业控制计算机控制山楂采摘装置中的机械手臂开始工作，带动小容量收集装置定位到成熟山楂的位置，用于双目识别标定的CCD相机再次采集山楂与剪刀网的位置关系图像，同时由传感器感应位置关系确保准确，当山楂完全进入剪刀网后由工业控制计算机控制小容量收集装置中主动轮移动使剪刀网收缩，将山楂梗切断，山楂收集在小容量收集装置里，由小容量收集装置下方传感器感应容器的饱和度，当小容量收集装置装满后由机械手臂带动小收集装置到大容量收集装置上方，闸门打开，完成收集。

第三步，判断大容量收集装置装满后智能山楂采摘机器人沿轨迹返回。

本实用新型系统的工作流程是：打开该系统开关，视觉寻迹引导行进装置前进，行进中用于双目识别标定的两个CCD相机采集图像，CCD相机将图像传回工业控制计算机，并通过对采集到的山楂树木图像进行去噪处理，通过大量的不同成熟度山楂的样本数据训练残差神经网络，最后得到可以判别成熟度的残差模型，利用该模型对图像处理判断是否为成熟山楂，若判断出山楂未成熟，将山楂标记，数据保存，不去采摘，预测山楂成熟时间，待下次采摘时再根据残差模型预测比较去判断是否进行采摘；

若判断出为成熟山楂，行进装置停止移动，此时由工业控制计算机控制山楂采摘装置中的机械手臂开始工作，带动小容量收集装置定位到成熟山楂的位置，用于双目识别标定的CCD相机再次采集山楂与剪刀网的位置关系图像，同时由传感器感应位置关系确保准确，当山楂完全进入剪刀网后由工业控制计算机控制小容量收集装置中主动轮移动使剪刀网收缩，将山楂梗切断，山楂收集在小容量收集装置里，由小容量收集装置下方传感器感应容器的饱和度，当小容量收集装置装满后由机械手臂带动小收集装置到大容量收集装置上方，闸门打开，完成收集；

山楂采摘装置停止后，由工业控制计算机控制机器人沿原路返回。

实施例1

本实施例一种山楂采摘机器人(简称山楂采摘装置，如图1)，其特征在于该系统包括山楂采摘装置、行进装置、图像采集处理装置；

所述的山楂采摘装置包括机械手臂2、小容量收集装置1和大容量收集装置6；

所述的机械手臂2如图2所示，包括底座207、旋转台206、大臂205、连接体204、伸缩杆203、小臂202和旋转轴201；旋转台206底部的圆柱端与底座207固连、大臂205的下端与旋转台206上端的转动圆盘通过螺母连接，大臂205上端与连接体204通过转轴连接；连接体204上端通过伸缩杆203与小臂202下端相连；小臂202上端通过转轴与旋转轴201的尾端相连，旋转轴201前端与小容量收集装置1焊接；所述底座207焊接在大容量收集装置6的正前方；机械手臂的每个自由度(即旋转台206、大臂205、连接体204、伸缩杆203、小臂202和旋转轴201)内安装有内置电机，各个自由度电机分别与工业控制计算机电连接；

所述的底座207为长方体；旋转台206为底部圆柱形，上部为不规则的马鞍形；大臂205为椭圆台形；连接体204为规则梯形台状；小臂202同大臂205为椭圆台形，旋转轴201为标准圆台形；

所述的小容量收集装置1的结构如图3、4、5所示，包括主动轮101、伸缩轴102、从动轮103、传感器104、固定装置105、剪刀网106、小容量收集容器107；所述的小容量收集容器107为长方形筒体，其上端口相对的两侧，前端各设置有1个主动轮101，中部各设置有一个从动轮103；每个主动轮101和从动轮103上，均安装有一个伸缩轴102，第三侧的端口上固定有固定装置105，固定装置105的上部设置有传感器104；剪刀网的两侧分别与4个伸缩轴102相连，一端与固定装置105相连；所述的自动伸缩剪刀网106由底边锋利的长条形刀片交叉拼接，每个交叉点被连接管和螺钉固定，形成边长5～7厘米的正方形网孔；所述的小容量收集容器107的底部端口设置有自动闸门108，自动闸门上安装压力传感器109；

所述的小容量收集容器107上端口的两侧均设置有轨道，所述的主动轮101和从动轮103安装在轨道上；

前端的两个主动轮101外侧连接车轮固定架1011，车轮固定架1011表面连接电机1012和直流电源1013，

所述的大容量收集装置6为长方体箱体，固定在行进装置9上；

所述行进装置为现有适合农田或山地的行驶装置，如小型拖拉机的履带行进装置9；

所述图像采集处理装置包括三个可伸缩机架和CCD相机5、7、8和工业控制计算机4；

所述三个可伸缩机架和CCD相机5、7、8中，一个可伸缩机架和CCD相机5位于车体10正前方，另外两个可伸缩机架和CCD相机7、8位于大容量收集装置6凹槽上表面后部；工业控制计算机4位于车体9前方平台上一侧，分别与三个CCD相机、机械手臂内各自由度电机、行进装置电机、小容量收集装置主动轮电机、传感器电连接；

上述实施例仅为本实用新型的较佳的实例而已，并非是对本实用新型实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型中所述的基于深度学习的残差神经网络、双目视觉原理均为现有技术，可采用专利申请号为CN201710406044.8的专利为利用残差网络进行图像识别、专利申请号为CN201510222345.6的专利同样运用双目视觉原理。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种山楂采摘机器人，其特征为该装置包括山楂采摘装置、行进装置、图像采集处理装置；

所述的山楂采摘装置包括机械手臂、小容量收集装置和大容量收集装置；

所述的机械手臂包括底座、旋转台、大臂、连接体、伸缩杆、小臂和旋转轴；旋转台底部的圆柱端与底座固连、大臂的下端与旋转台上端的转动圆盘相连，大臂上端与连接体通过转轴连接；连接体上端通过伸缩杆与小臂下端相连；小臂上端通过转轴与旋转轴的尾端相连，旋转轴前端与小容量收集装置固连；所述底座固定在大容量收集装置的正前方；机械手臂的每个自由度内安装有内置电机，各个自由度电机分别与工业控制计算机电连接；

所述的小容量收集装置，包括主动轮、伸缩轴、从动轮、传感器、固定装置5、剪刀网、小容量收集容器；所述的小容量收集容器为长方形筒体，其上端口相对的两侧，前端各设置有1个主动轮，中部各设置有一个从动轮；每个主动轮和从动轮上，均安装有一个伸缩轴，第三侧的端口上固定有固定装置，固定装置的上部设置有传感器；剪刀网的两侧分别与4个伸缩轴相连，一端与固定装置相连；所述的剪刀网由底边锋利的长条形刀片交叉拼接，每个交叉点被连接管和螺钉固定，形成边长5～7厘米的正方形网孔；所述的小容量收集容器的底部端口设置有自动闸门，自动闸门上安装压力传感器；

所述的小容量收集容器上端口的两侧均设置有轨道，所述的主动轮和从动轮3安装在轨道上；

前端的两个主动轮外侧连接车轮固定架，车轮固定架表面连接电机和直流电源；

所述的大容量收集装置为长方体箱体，固定在行进装置上；

所述行进装置为履带式行进装置；

所述图像采集处理装置包括三个可伸缩机架和三个CCD相和工业控制计算机；

每个可伸缩机架上安装有一个CCD相机，一个可伸缩机架位于车体正前方，另外两个可伸缩机架位于大容量收集装置凹槽上表面后部；

工业控制计算机位于车体前方平台上一侧，分别与三个CCD相机、机械手臂内各自由度电机、行进装置电机、小容量收集装置主动轮电机、传感器相连。

Images