一种温室串番茄采收机及采收方法技术

本发明专利技术涉及温室果蔬采收领域，尤其是涉及一种温室串番茄采收机及采收方法。该采收机包括采收机械手(1)、腕部(2)、伸缩臂(3)、肩部(4)、腰部(5)、电控箱(6)、收集箱(7)、行走装置(8)和视觉系统(9)。该方法所涉及的视觉系统能够自动识别串番茄、判断番茄成熟度并对串番茄进行定位，用于为机械臂提供采摘点的信息，实现采收机构的自动化。本发明专利技术的温室串番茄采收机，其机械臂拥有三个自由度，能够带动机械手到达一定空间范围内的任意位置；其机械手能够对串番茄同时进行采摘和夹持，减少作业工序、提高了工作效率。

A greenhouse tomato harvester and harvesting method

The invention relates to the harvesting field of greenhouse fruit and vegetable, in particular to a greenhouse tomato harvesting machine and a harvesting method. The harvester includes harvesting manipulator (1), wrist (2), telescopic arm (3), shoulder (4), waist (5), electric control box (6), collecting box (7), walking device (8) and vision system (9). The vision system involved in this method can identify string tomatoes automatically, determine tomato maturity and locate tomato strings, which is used to provide information for picking points for robotic arms and realize the automation of harvesting institutions. The greenhouse tomato harvester of the invention has three degrees of freedom, which can drive the manipulator to reach any position in a certain space range. Its manipulator can pick and clamp tomatoes at the same time, so as to reduce operation procedures and improve work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种温室串番茄采收机及采收方法
本专利技术涉及温室果蔬采收领域，尤其是涉及一种温室串番茄采收机及采收方法。
技术介绍
串番茄，又名穗番茄，是一类整穗成熟、成串收获上市的番茄品种，具有外观优美、品质优良、贮藏性好、货架寿命长等突出优点。由于其商品性能优良，深受广大消费者欢迎，栽培面积逐年增大。番茄采收劳动力需求突出，而超过30％的总成本消耗在雇佣生产人员上。因此，为了满足日益增长的市场需求和激烈的竞争，提高劳动力的生产效率、减少人力资源的支出是解决问题的一大关键。然而，在现有条件下，采收工人大多待遇不高，与此同时，随着城镇化建设的发展，农村劳动力大幅减少，这使得雇佣工人变得越来越困难。因此，研究番茄的机械化、自动化采收技术和装备是现代设施农业中的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种温室串番茄采收机，其具备高灵敏度和自由度。本专利技术的另一目的是针对现有技术的不足，提供一种温室串番茄采收方法，实现判断串番茄的成熟度、识别串番茄空间位置以及控制采收机械臂及刀具动作从而实现采收的功能。本专利技术解决技术问题所采用的方案是：一种温室串番茄采收机，包括采收机械手1、腕部2、伸缩臂3、肩部4、腰部5、电控箱6和视觉系统9；其中，所述采收机械手1包括第一电机11、第一丝杠12、第一连杆14、第二连杆15、手指16、机械手机架17、底座18以及采摘机械手外壳19。采摘机械手外壳19的后端固定在底座18上，并套于第一电机11、第一丝杠12、丝杠螺母13和第一连杆14外部。第一电机11固定于底座18上；第一电机11的输出端与第一丝杠12的后端连接，第一丝杠12的前端与第一丝杠螺母13可旋转地连接。所述机械手机架17包括机架底座和机架臂，机械手机架17的机架底座套于采摘机械手外壳19前端并固定。机架臂为两个，对称布置于机械手机架17的底座上；两机架臂之间有空隙，空隙内设置第二连杆15和手指16。第一丝杠螺母13与第一连杆14的后部相连接，第一连杆14的前部穿过机械手机架17的机架底座与第二连杆15后端可旋转地相连。所述第二连杆15为两个。所述手指16包括前端、中部和后端；手指16为两个，两个手指16之间对向交叉叠加布置，其中，位于上层的手指16前端为刀片161，位于下层的手指16前端为垫片162，手指16中部与机械手机架17的机架臂连接。所述手指16的后端与第二连杆15的前端可旋转地相连。腕部2包括第二电机21、第一行星减速器22和第一谐波减速器23。第二电机21的输出端连接第一行星减速器22的输入端，第一行星减速器22的输出端连接第一谐波减速器23的输入端，第一谐波减速器23的输出端与采收机械手1的底座18固接，所述第二电机21和第一行星减速器22外部设有电机保护套24，电机保护套24固定在第一谐波减速器23上。伸缩臂3包括第三电机31、小臂34、大臂35、第二丝杠32、第二丝杠螺母33、支撑套筒36、导向套筒37、连接法兰39和第二行星减速器38。所述大臂35包括大臂底座和大臂筒状结构，大臂底座内设有第一齿轮和第二齿轮；大臂筒状结构内设置有第二丝杠32、第二丝杠螺母33、小臂34、导向套筒37以及连接法兰39。所述第三电机31的输出端与第二行星减速器38的输入端连接，第二行星减速器38的输出轴与第一齿轮键连接；第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第二丝杠32的后端键连接；第二丝杠32的前端与丝杠螺母33相连。所述小臂34套于腕部2的电机保护套24和第一谐波减速器23外部；小臂34的后端通过连接法兰39与丝杠螺母33连接，连接处外部设置导向套筒37；小臂34的前端与第一谐波减速器23的前端连接。肩部4包括第四电机41、轴承支座42、端盖43、第二谐波减速器44、第三行星减速器47、肩关节底座45和肩关节46。所述肩关节46为一中间有孔的支撑结构；肩关节46左右两侧与轴承支座42可转动地连接；所述轴承支座42固定于肩关节底座45上，第二谐波减速器44的输出端与肩关节46相连，连接处设有端盖43，第二谐波减速器44固定在端盖43上；第四电机41的输出端与第三行星减速器47的输入端连接，第三行星减速器47的输出端与第三谐波减速器44的输入端连接；所述伸缩臂3的大臂35的大臂筒状结构穿过肩关节46上的孔与肩部4固接。所述视觉系统9包括双目摄像机93、支撑杆92和摄像机底座91；摄像机底座91固定于肩关节底座45上；支撑杆92底端固定于摄像机底座91上，顶端设有双目摄像机93。腰部5包括第五电机51、第四行星减速器52、第三谐波减速器53、推力球轴承54和机架55。所述机架55为一中间有孔的支撑结构；所述推力球轴承54一端与肩关节底座45支撑连接，另一端安装于机架55所设孔的顶端；第四行星减速器52、第四谐波减速器53以及第五电机51设置于机架55的孔内；第五电机51的输出端与第四行星减速器52的输入端连接；第四行星减速器52的输出端与第三谐波减速器53的输入端连接；第三谐波减速器53的输出端穿过推力球轴承54与肩关节底座45连接；所述腰部5的机架55固定于电控箱6顶端。所述的温室串番茄采收机还包括收集箱7以及行走装置8。所述电控箱6一侧放置收集箱7；所述行走装置8包括行走装置底座与轮，所述电控箱6和收集箱7固定于行走装置8的行走装置底座上。所述大臂35前端内侧与小臂34之间还设有支撑套筒36。所述肩关节46一侧设有花键状接头，与第二谐波减速器44的输出端通过花键法兰相连。所述摄像机底座91位置设置在轴承支座42外侧；所述视觉系统9为两组，相对于肩部4对称布置。一种使用温室串番茄采收机进行采收的温室串番茄采收方法，包括如下步骤：1)启动：启动电控箱6。2)定位：电控箱6控制两组视觉系统9的双目摄像机93开始对待采收串番茄果实进行定位。定位方式为：定位过程中，先对两组视觉系统9的双目摄像机93分别拍摄的两幅图像进行极线校正，在校正后的图像的同一水平线上寻找配对点；再采用目标识别和双目立体视觉测距原理进行对应点位置的计算，求得串番茄果实的三维位置信息。3)判断番茄果实是否成熟：判断方式为：视觉系统9采集图像，建立图像的RGB模型；除去蓝绿分量，分析红色分量的平均值；当该平均值超过设定的果实成熟阈值时，则判定为目标果实已成熟。4)对串番茄进行标记：对于已判定为成熟的果实，视觉系统9继续对所采集的图像进行分割并进行二值化处理，提取出串番茄果实信息。不同果实处于不同的连通域，对图像中的连通域按从左至右、从上至下从1开始依次进行标记；当采集完某一标记果实后，视觉系统9将该连通域标记为0。5)采收与收集：在采收某一区域时，视觉系统9对其具体目标位置进行识别，并计算其位置与采收机械手1的距离参数；电控箱6根据视觉系统9所得到的具体距离参数，控制腕部2、伸缩臂3、肩部4以及腰部5的运动，使机械采收手移动至目标果实。6)复位：采摘结束后，电控箱6控制各部位复位。所述步骤3)中的果实成熟阈值通过采集该品种成熟果实的图像进行分析后得到。所述步骤4)中，当图像中所有连通域标记为0后，该工位采摘结束。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术的温室串番茄采收机，其机械手能够对串番茄同时进行采摘和夹持，减少作业工序、提高了工作效率；2.本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温室串番茄采收机，其特征在于：包括采收机械手(1)、腕部(2)、伸缩臂(3)、肩部(4)、腰部(5)、电控箱(6)和视觉系统(9)；其中，所述采收机械手(1)包括第一电机(11)、第一丝杠(12)、第一连杆(14)、第二连杆(15)、手指(16)、机械手机架(17)、底座(18)以及采摘机械手外壳(19)；采摘机械手外壳(19)的后端固定在底座(18)上，并套于第一电机(11)、第一丝杠(12)、丝杠螺母(13)和第一连杆(14)外部；第一电机(11)固定于底座(18)上；第一电机(11)的输出端与第一丝杠(12)的后端连接，第一丝杠(12)的前端与第一丝杠螺母(13)可旋转地连接；所述机械手机架(17)包括机架底座和机架臂，机械手机架(17)的机架底座套于采摘机械手外壳(19)前端并固定；机架臂为两个，对称布置于机械手机架(17)的底座上；两机架臂之间有空隙，空隙内设置第二连杆(15)和手指(16)；第一丝杠螺母(13)与第一连杆(14)的后部相连接，第一连杆(14)的前部穿过机械手机架(17)的机架底座与第二连杆(15)后端可旋转地相连；所述第二连杆(15)为两个；所述手指(16)包括前端、中部和后端；手指(16)为两个，两个手指(16之)间对向交叉叠加布置，其中，位于上层的手指(16)前端为刀片(161)，位于下层的手指(16)前端为垫片(162)，手指(16)中部与机械手机架(17)的机架臂连接；所述手指(16)的后端与第二连杆(15)的前端可旋转地相连；腕部(2)包括第二电机(21)、第一行星减速器(22)和第一谐波减速器(23)；第二电机(21)的输出端连接第一行星减速器(22)的输入端，第一行星减速器(22)的输出端连接第一谐波减速器(23)的输入端，第一谐波减速器(23)的输出端与采收机械手(1)的底座(18)固接，所述第二电机(21)和第一行星减速器(22)外部设有电机保护套(24)，电机保护套(24)固定在第一谐波减速器(23)上；伸缩臂(3)包括第三电机(31)、小臂(34)、大臂(35)、第二丝杠(32)、第二丝杠螺母(33)、支撑套筒(36)、导向套筒(37)、连接法兰(39)和第二行星减速器(38)；所述大臂(35)包括大臂底座和大臂筒状结构，大臂底座内设有第一齿轮和第二齿轮；大臂筒状结构内设置有第二丝杠(32)、第二丝杠螺母(33)、小臂(34)、导向套筒(37)以及连接法兰(39)；所述第三电机(31)的输出端与第二行星减速器(38)的输入端连接，第二行星减速器(38)的输出轴与第一齿轮键连接；第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第二丝杠(32)的后端键连接；第二丝杠(32)的前端与丝杠螺母(33)相连；所述小臂(34)套于腕部(2)的电机保护套(24)和第一谐波减速器(23)外部；小臂(34)的后端通过连接法兰(39)与丝杠螺母(33)连接，连接处外部设置导向套筒(37)；小臂(34)的前端与第一谐波减速器(23)的前端连接；肩部(4)包括第四电机(41)、轴承支座(42)、端盖(43)、第二谐波减速器(44)、第三行星减速器(47)、肩关节底座(45)和肩关节(46)；所述肩关节(46)为一中间有孔的支撑结构；肩关节(46)左右两侧与轴承支座(42)可转动地连接；所述轴承支座(42)固定于肩关节底座(45)上，第二谐波减速器(44)的输出端与肩关节(46)相连，连接处设有端盖(43)，第二谐波减速器(44)固定在端盖(43)上；第四电机(41)的输出端与第三行星减速器(47)的输入端连接，第三行星减速器(47)的输出端与第三谐波减速器(44)的输入端连接；所述伸缩臂(3)的大臂(35)的大臂筒状结构穿过肩关节(46)上的孔与肩部(4)固接；所述视觉系统(9)包括双目摄像机(93)、支撑杆(92)和摄像机底座(91)；摄像机底座(91)固定于肩关节底座(45)上；支撑杆(92)底端固定于摄像机底座(91)上，顶端设有双目摄像机(93)；腰部(5)包括第五电机(51)、第四行星减速器(52)、第三谐波减速器(53)、推力球轴承(54)和机架(55)；所述机架(55)为一中间有孔的支撑结构；所述推力球轴承(54)一端与肩关节底座(45)支撑连接，另一端安装于机架(55)所设孔的顶端；第四行星减速器(52)、第四谐波减速器(53)以及第五电机(51)设置于机架(55)的孔内；第五电机(51)的输出端与第四行星减速器(52)的输入端连接；第四行星减速器(52)的输出端与第三谐波减速器(53)的输入端连接；第三谐波减速器(53)的输出端穿过推力球轴承(54)与肩关节底座(45)连接；所述腰部(5)的机架(55)固定于电控箱(6)顶端。...

【技术特征摘要】
1.一种温室串番茄采收机，其特征在于：包括采收机械手(1)、腕部(2)、伸缩臂(3)、肩部(4)、腰部(5)、电控箱(6)和视觉系统(9)；其中，所述采收机械手(1)包括第一电机(11)、第一丝杠(12)、第一连杆(14)、第二连杆(15)、手指(16)、机械手机架(17)、底座(18)以及采摘机械手外壳(19)；采摘机械手外壳(19)的后端固定在底座(18)上，并套于第一电机(11)、第一丝杠(12)、丝杠螺母(13)和第一连杆(14)外部；第一电机(11)固定于底座(18)上；第一电机(11)的输出端与第一丝杠(12)的后端连接，第一丝杠(12)的前端与第一丝杠螺母(13)可旋转地连接；所述机械手机架(17)包括机架底座和机架臂，机械手机架(17)的机架底座套于采摘机械手外壳(19)前端并固定；机架臂为两个，对称布置于机械手机架(17)的底座上；两机架臂之间有空隙，空隙内设置第二连杆(15)和手指(16)；第一丝杠螺母(13)与第一连杆(14)的后部相连接，第一连杆(14)的前部穿过机械手机架(17)的机架底座与第二连杆(15)后端可旋转地相连；所述第二连杆(15)为两个；所述手指(16)包括前端、中部和后端；手指(16)为两个，两个手指(16之)间对向交叉叠加布置，其中，位于上层的手指(16)前端为刀片(161)，位于下层的手指(16)前端为垫片(162)，手指(16)中部与机械手机架(17)的机架臂连接；所述手指(16)的后端与第二连杆(15)的前端可旋转地相连；腕部(2)包括第二电机(21)、第一行星减速器(22)和第一谐波减速器(23)；第二电机(21)的输出端连接第一行星减速器(22)的输入端，第一行星减速器(22)的输出端连接第一谐波减速器(23)的输入端，第一谐波减速器(23)的输出端与采收机械手(1)的底座(18)固接，所述第二电机(21)和第一行星减速器(22)外部设有电机保护套(24)，电机保护套(24)固定在第一谐波减速器(23)上；伸缩臂(3)包括第三电机(31)、小臂(34)、大臂(35)、第二丝杠(32)、第二丝杠螺母(33)、支撑套筒(36)、导向套筒(37)、连接法兰(39)和第二行星减速器(38)；所述大臂(35)包括大臂底座和大臂筒状结构，大臂底座内设有第一齿轮和第二齿轮；大臂筒状结构内设置有第二丝杠(32)、第二丝杠螺母(33)、小臂(34)、导向套筒(37)以及连接法兰(39)；所述第三电机(31)的输出端与第二行星减速器(38)的输入端连接，第二行星减速器(38)的输出轴与第一齿轮键连接；第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第二丝杠(32)的后端键连接；第二丝杠(32)的前端与丝杠螺母(33)相连；所述小臂(34)套于腕部(2)的电机保护套(24)和第一谐波减速器(23)外部；小臂(34)的后端通过连接法兰(39)与丝杠螺母(33)连接，连接处外部设置导向套筒(37)；小臂(34)的前端与第一谐波减速器(23)的前端连接；肩部(4)包括第四电机(41)、轴承支座(42)、端盖(43)、第二谐波减速器(44)、第三行星减速器(47)、肩关节底座(45)和肩关节(46)；所述肩关节(46)为一中间有孔的支撑结构；肩关节(46)左右两侧与轴承支座(42)可转动地连接；所述轴承支座(42)固定于肩关节底座(45)上，第二谐波减速器(44)的输出端与肩关节(46)相连，连接处设有端盖(43)，第二谐波减速器(44)固定在端盖(43)上；第四电机(41)的输出端与第三行星减速器(47)的输入端连接，第三行星减速器(47)的输出端与第三谐波减速器(44...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊雄，苏润，袁挺，弓越，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11