一种便携式单人苹果采摘装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种便携式单人苹果采摘装置及方法，手持机构，所述手持机构通过调整机构连接至末端采摘机构，所述末端采摘机构上设置有用于对待采摘对象的图像进行采集的图像采集设备及待采摘对象的位置进行采集的位置采集设备；手持机构、调整机构及末端采摘机构均与控制系统相连；所述控制系统根据图像采集设备及位置采集设备传输来的信息控制调整机构运动继而带动末端采摘机构运动，实现末端采摘机构与待采摘对象的位置确定，之后控制系统控制刀具动作，完成采摘。本发明专利技术便可以在人工辅助下利用机器视觉自动寻找苹果，实现苹果半自动采摘，且本发明专利技术体积小成本低，适合目前我国苹果种植中果树分布密集且小规模种植的情况。

Portable single apple picking device and method

The invention discloses a portable single-person apple picking device and method, a handheld mechanism connected to the end picking mechanism by adjusting the mechanism, and the end picking mechanism is provided with an image acquisition device for collecting images of the picking object and a position for collecting the positions of the objects to be picked. The control system controls and adjusts the movement of the mechanism according to the information transmitted by the image acquisition equipment and the position acquisition equipment, and then drives the movement of the end picking mechanism, so as to determine the position of the end picking mechanism and the object to be picked. After that, the control system controls the tool action and completes the picking. The invention can automatically find apples by machine vision assisted by manual operation, and realize semi-automatic apple picking. The invention has small volume and low cost, and is suitable for the situation of densely distributed and small-scale Apple planting in China.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式单人苹果采摘装置及方法
本专利技术涉及采摘机器人
，特别是涉及一种单人使用的便携式苹果采摘装置及方法。
技术介绍
随着人民生活水平的逐步提高，人们对苹果的需求也日益加深，目前我国的苹果种植面积和苹果年总产量均居世界首位，特别是作为四大水果之一的苹果，在我国的苹果生产中起着举足轻重的作用，我国目前苹果产量占世界苹果总产量的一半以上，使得中国在苹果生产、出口和消费上遥遥领先其他国家。现阶段，我国人口众多，而且老龄化问题日趋严重，农业劳动力短缺问题日益严重。虽然我国苹果产业快速发展，但也面临着一系列急需解决的问题,其中比较显著的就是我国农业机械化和智能化水平较低，绝大部分苹果的采摘要靠人工来完成。生产技术的落后导致果农劳动强度大、作业环境恶劣、投入成本高以及生产效率低下。苹果采摘工作量相当繁重，一般包括果实成熟度判断、采摘和分级等，其中采摘是苹果生产中耗时费力的环节，需投入整个生产过程50％到70％的劳动力，而且在采摘过程中，果农还需时不时地爬高或弯腰，苦不堪言。不仅如此，采摘作业质量的好坏将直接影响后续的产品加工、储存和运输，从而最终关系到市场价格和经济效益。目前市场上已经存在苹果全自动采摘装置，然而目前全自动采摘装置多采用移动平台式的设计，只需要人坐在驾驶室就可以采摘苹果，节省了人力，但是由于其体型巨大且价格昂贵，并不适合中国苹果生产中果树密集且小规模生产的特点。虽然技术中存在便携式苹果采摘装置，但是结构复杂，故障率高并不适合农民长时间作业。综上分析，如何减轻劳动强度和提高作业效率是亟待解决的问题。随着科学技术的不断发展，农业生产中农业机器人逐渐替代人工是未来农业发展的趋势。但是目前的苹果采摘机器人并不适合中国的生产环境，急需一种体积小、价格便宜的苹果采摘机器人。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种单人使用的便携式苹果采摘装置，本专利技术便可以在人工辅助下利用机器视觉自动寻找苹果，实现苹果半自动采摘，且本专利技术体积小成本低，适合目前我国苹果种植中果树分布密集且小规模种植的情况。一种便携式单人苹果采摘装置，包括：手持机构，所述手持机构通过调整机构连接至末端采摘机构，所述末端采摘机构上设置有用于对待采摘对象的图像进行采集的图像采集设备及与待采摘对象的距离进行采集的距离感应设备；手持机构、调整机构及末端采摘机构均与控制系统相连；所述控制系统根据图像采集设备及距离传感设备传输来的信息控制调整机构运动继而带动末端采摘机构运动，实现末端采摘机构与待采摘对象的位置确定，之后控制系统控制刀具动作，完成采摘。进一步的优选的技术方案，所述手持机构包括腰带、腰带扣、手持杆，伸缩杆，该腰带采用卡扣式结构，腰带扣套在腰带上，腰带扣与手持杆采用铰链相连，所述手持杆的上安装有手柄，所述手柄上设置有开关按钮，手持杆为空心结构，手持伸缩杆与手持杆可以组成弹性伸缩杆，手持伸缩杆的末端与调整机构相连。进一步的优选的技术方案，所述调整机构能够带动末端采摘机构进行三个自由度的运动，包括上下、左右、前后的运动。进一步的优选的技术方案，所述调整机构中第一电机输出轴与第一齿轮相连，驱动与之啮合的第二齿轮转动，第二齿轮与转动架相连，当第一电机转动时，驱动转动架转动，形成第一个转动自由度；第二电机安装在转动架上，第二电机输出轴与伸缩套的一端固连，当第二电机转动时，直接驱动伸缩套转动，形成第二个转动自由度；伸缩套另一端与第三电机相连，伸缩套、第三电机、伸缩杆组成一直线滑轨，所述伸缩杆连接至末端采摘机构，当第三电机转动时，驱动伸缩杆在伸缩套中伸出或收缩，形成移动自由度。进一步的优选的技术方案，所述末端采摘机构包括刀具架，所述刀具架的底板上安装有摄像头及距离传感器，所述刀具架的两个侧壁上分别设置有两个齿轮机构，一个为完全齿轮机构，一个为不完全齿轮机构，两个齿轮机构之间设置有两个刀具。进一步的优选的技术方案，所述两个刀具的一端分别连接至完全齿轮机构上，同时两个刀具的一端分别通过扭转弹簧与弹簧座相连，弹簧座与刀具架固连，其中不完全齿轮机构与驱动电机相连，所述驱动电机通过不完全齿轮机构带动完全齿轮机构运动，由驱动电机带动两个刀具张开使扭转弹簧储能，当不完全齿轮机构转动到无齿处时，扭转弹簧释放能量使两刀具闭合，实现采摘。进一步的优选的技术方案，所述两个齿轮机构共四个齿轮，其中，第四齿轮、第五齿轮啮合，保证两个刀具的动作保持同步；不完全齿轮与第三齿轮啮合，将驱动电机的动力传递到两个刀具上。进一步的优选的技术方案，所述两个刀具分别为第一刀具及第二刀具，第一刀具及第二刀具的一端分别连接至第四齿轮、第五齿轮，第一刀具的另一端连接至第三齿轮，第三齿轮与不完全齿轮啮合，不完全齿轮连接至驱动电机。进一步的优选的技术方案，所述刀具架中在刀具的下方设置有通道，用于收纳采摘的苹果。一种便携式单人苹果采摘装置的采摘方法，包括：当将末端采摘机构移动至待采摘苹果附近时，按下手持机构的按钮，摄像头开始采集图像，传输至控制系统，控制系统识别判断苹果的位置；当待采摘苹果左右位置不在设定范围内时，控制系统控制调整机构中第一个转动自由度运转，即控制第一电机来控制转动架进行运动，从而控制刀具进行左右调整；当待采摘苹果上下位置不在设定范围内时，控制系统控制第二个转动自由度运转，即控制第二电机来控制伸缩套进行转动，从而控制刀具进行上下调整；当摄像头识别到待采摘苹果在视野中央时使用距离传感器对待采摘苹果的距离进行探测，当距离不在设定范围内时，控制系统控制移动自由度运转，即控制伸缩杆进行运转，从而对刀具进行前后的调整；当待采摘苹果处于摄像头视野中央且距离传感器检测到距离在设定范围内时，控制刀具的驱动电机运转，通过齿轮传动控制刀具闭合切割，完成采摘任务。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术利用人体辅助，将识别与切割终端举持到待采摘苹果附近，然后按下开关后，视觉识别部分将会启动，寻找待采摘苹果位置，根据待采摘苹果位置调节切割部分的位置，然后将苹果切割下来，使苹果通过通道滚落，然后利用左手接苹果放到合适容器中。2、本专利技术利用距离传感器及摄像头能够采集苹果与刀具的位置关系，利用调整机构实现对安装刀具的刀架三个自由度方向上运动，调节方便，自动调节，识别采摘过程准确。3、本专利技术利用扭转弹簧给两刀具储能，采摘所需全部能量由电机转化到弹簧再转化到刀具，电机不必具有太大的动量，降低了采摘所用电机的要求。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的手持机构结构示意图；图3为本专利技术的调整结构示意图；图4为本专利技术的末端采摘机构结构正视图；图5为本专利技术的不完全齿轮机构示意图；图6为本专利技术的弹簧储能机构示意图；图7为本专利技术的刀具闭合时不完全齿轮示意图；图中，1、手持机构，2、调整机构，3、末端采摘机构；1-1、腰带，1-2、腰带套，1-3、手持杆，1-4、手持伸缩杆，1-5、手柄，1-6、控制按钮；2-1、第一电机，2-2、电机座，2-3、第一齿轮，2-4、第二齿轮，2-5、转动架，2-6、第二电机，2-7、伸缩套，2-8、第三电机，2-9、伸缩杆；3-1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，包括：手持机构，所述手持机构通过调整机构连接至末端采摘机构，所述末端采摘机构上设置有用于对待采摘对象的图像进行采集的图像采集设备及与待采摘对象的距离进行采集的距离感应设备；手持机构、调整机构及末端采摘机构均与控制系统相连；所述控制系统根据图像采集设备及距离传感设备传输来的信息控制调整机构运动继而带动末端采摘机构运动，实现末端采摘机构与待采摘对象的位置确定，之后控制系统控制刀具动作，完成采摘。

【技术特征摘要】
1.一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，包括：手持机构，所述手持机构通过调整机构连接至末端采摘机构，所述末端采摘机构上设置有用于对待采摘对象的图像进行采集的图像采集设备及与待采摘对象的距离进行采集的距离感应设备；手持机构、调整机构及末端采摘机构均与控制系统相连；所述控制系统根据图像采集设备及距离传感设备传输来的信息控制调整机构运动继而带动末端采摘机构运动，实现末端采摘机构与待采摘对象的位置确定，之后控制系统控制刀具动作，完成采摘。2.如权利要求1所述的一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，所述手持机构包括腰带、腰带扣、手持杆，伸缩杆，该腰带采用卡扣式结构，腰带扣套在腰带上，腰带扣与手持杆采用铰链相连，所述手持杆的上安装有手柄，所述手柄上设置有开关按钮，手持杆为空心结构，手持伸缩杆与手持杆可以组成弹性伸缩杆，手持伸缩杆的末端与调整机构相连。3.如权利要求1所述的一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，所述调整机构能够带动末端采摘机构进行三个自由度的运动，包括上下、左右、前后的运动。4.如权利要求3所述的一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，所述调整机构中第一电机输出轴与第一齿轮相连，驱动与之啮合的第二齿轮转动，第二齿轮与转动架相连，当第一电机转动时，驱动转动架转动，形成第一个转动自由度；第二电机安装在转动架上，第二电机输出轴与伸缩套的一端固连，当第二电机转动时，直接驱动伸缩套转动，形成第二个转动自由度；伸缩套另一端与第三电机相连，伸缩套、第三电机、伸缩杆组成一直线滑轨，所述伸缩杆连接至末端采摘机构，当第三电机转动时，驱动伸缩杆在伸缩套中伸出或收缩，形成移动自由度。5.如权利要求1所述的一种便携式单人苹果采摘装置，其特征是，所述末端采摘机构包括刀具架，所述刀具架的底板上安装有摄像头及距离传感器，所述刀具架的两个侧壁上分别设置有两个齿轮机构，一个为完全齿轮机构，一个为不完全齿轮机构，两个齿轮机构之间设置有两个刀具。6.如权利要求5所述的一种便携式单人苹果采摘装...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国梁，陈光远，苏高照，闫鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37