一种水果采摘机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种水果采摘机，具有履带车，履带车上设有水果箱与控制装置，履带车上还设有移动基架，移动基架具有XY轴移动平台，XY轴移动平台上竖直装有伸缩式支撑架；伸缩式支撑架的顶部通过回转机构连接三自由度机械臂的一端，三自由度机械臂的另一端装有剪切操作手；剪切操作手具有基座，基座的上、中、下部位对应装有水平布置的双目摄像机、剪切刀具和吊环，吊环连接软袋的上端口，软袋的下端口伸入至水果箱中，在软袋内设有若干层防撞裙边；本实用新型专利技术实现了对履带车的自动导航控制，并对目标果实进行自动标识和定位以便实施采摘，确保了采摘质量，不仅采摘效率高，可行性高，通用性强，而且适用于对不同水果的自动化摘取。

【技术实现步骤摘要】
一种水果采摘机
本技术涉及农业设备
，特别涉及一种水果采摘机。
技术介绍
在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节。水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50％～70％。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。另外，水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作。然而，由于现有的机械采摘装置结构简单、功能单一，还不能适应在复杂的外界环境中进行采摘作业，也不能确保在采摘过程中对水果实施较好的防护，从而存在采摘不方便、采摘效率低下的问题。因而，现有的水果采摘作业还是以人工采摘为主，但是近年来随着农村人口大量向城市迁移，留守农村的劳动力极剧减少，劳动力的缺乏严重影响到水果的种植与采摘。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题就是要解决现有的机械采摘装置结构简单、功能单一，采摘效率低下，不能适应在复杂的外界环境中进行采摘作业，并且不能确保采摘质量的问题，为此提供一种水果采摘机。为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案：本技术为一种水果采摘机，具有履带车，履带车上设有水果箱与控制装置，在履带车上还设有移动基架，移动基架具有XY轴移动平台，XY轴移动平台上竖直装有伸缩式支撑架；伸缩式支撑架的顶部通过回转机构连接三自由度机械臂的一端，三自由度机械臂的另一端装有剪切操作手；剪切操作手具有基座，在基座的上、中、下三个部位对应装有水平布置的双目摄像机、剪切刀具和吊环，吊环连接软袋的上端口，软袋的下端口伸入至水果箱中，并在软袋内设有若干层防撞裙边；控制装置由相互通讯连接的上层主控制器与下层行走控制器、移动机架控制器、末端执行控制器组成，其中行走控制器用于控制履带车的行走动作，移动机架控制器用于控制三自由度机械臂在移动基架上的三维基坐标，末端执行控制器用于控制三自由度机械臂的动作，主控制器通讯连接双目摄像机和GPS监测接收机，并通过对双目摄像机拍摄到的当前路面图像信息和果树图像信息进行处理，以提取视觉导航参数并对目标果实进行标识和定位，从而对目标果实实施采摘操作。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述履带车具有车体，在车体上侧安装所述移动机架；在车体下侧的前、后两端对应装有两个从动链轮和两个主动链轮，并且位于车体同左/右侧的一组从动链轮与主动链轮上对应披装有履带，每个主动链轮对应通过齿轮传动机构连接伺服电机A的输出端，在伺服电机A上配装有编码器；所述编码器通讯连接行走控制器，行走控制器根据每台伺服电机A上编码器实时反馈的数据对该伺服电机A的转速进行实时控制，并且通过对两个主动链轮所对应的伺服电机A的差速调节来实现对履带车行走动态的实时控制。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述XY轴移动平台由X向滑台和Y向滑台组成，其中Y向滑台安装在X向滑台的上侧；所述X向滑台和Y向滑台设有相同结构的水平驱动机构，所述水平驱动机构包括装设在底板上呈并排布置的一根丝杆和至少两根水平导向杆，丝杆的一端连接伺服电机B的输出端，在丝杆上装设有与其通过螺纹相匹配的水平滑块，所述水平滑块套装在水平导向杆上，在水平滑块上装有用于安装X向滑台或Y向滑台的转接板；所述伸缩式支撑架由电动推杆和设置在电动推杆左、右两侧的剪叉式支架组成，电动推杆的顶升端和剪叉式支架的上端分别连接升降基座，电动推杆的底座和剪叉式支架的下端连接XY轴移动平台；所述伺服电机B和电动推杆的工作动态由移动机架控制器进行实时控制。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述伸缩式支撑架的外侧套装有橡胶护套，橡胶护套的上端口连接升降基座，剪叉式支架上的每个铰接点分别通过软连接连接橡胶护套的内侧壁。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述回转机构具有设置在伸缩式支撑架顶端且呈同轴布置的两个轴承座，在两个轴承座中配装有回转轴，并在其中一个轴承座的一侧装有与其并排布置的伺服电机C，伺服电机C的输出端装有小齿轮，回转轴上安装有与小齿轮相啮合的大齿轮；所述三自由度机械臂包括有大臂和小臂，大臂的一端连接所述回转轴，大臂的另一端装有伺服减速电机A，伺服减速电机A的输出端装有伞齿轮A，伞齿轮A与伞齿轮B相啮合，伞齿轮B的中心孔中配装有中心轴，伺服减速电机A的中心线与中心轴的中轴线垂直相交；所述小臂的一端连接中心轴，小臂的另一端装有伺服减速电机B，伺服减速电机B的输出端连接所述基座；所述伺服电机C、伺服减速电机A和伺服减速电机B的工作动态均由末端执行控制器进行实时控制。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述三自由度机械臂以回转轴为轴心作角度范围为-170°～+170°的回转运动；所述三自由度机械臂包括有大臂和小臂，所述小臂以中心轴为轴心作角度范围为-250°～+175°的旋转运动；所述剪切操作手以伺服减速电机B的中心线为轴心作-60°～+60°的旋转运动。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中述剪切刀具包括“U”型固定座、固定刀片和活动刀片，其中固定刀片和活动刀片的刀口呈左、右相对布置；“U”型固定座内设有至少两根导向杆；固定刀片的刀柄固定在“U”型固定座的其中一侧边上，活动刀片的刀柄套装在导向杆上并与“U”型固定座的另一侧边相对应；在固定刀片、活动刀片的刀柄之间的导向杆上套装有恢复弹簧；在固定刀片、活动刀片的刀柄上对应装有电磁铁与铁块；在基座上装有光电传感器A，固定刀片上装有与其垂直布置的光电传感器B，其中光电传感器A平行布置于固定刀片与活动刀片之间，光电传感器B的检测端指向活动刀片，所述光电传感器A和光电传感器B分别通讯连接末端执行控制器，并由末端执行控制器实时控制电磁铁上线圈的通电状态。作为本技术的一种优选技术方案，本技术基于上述一种水果采摘机的控制方法，包括以下步骤：(1)系统设备初始化；(2)主控制器控制双目摄像机进行拍摄操作，以获取当前的路面图像信息，通过配置的GPS监测接收机获取履带车当前的DGPS位置坐标与航向信息，主控制器通过内置的视觉导航图像处理算法对这些信息进行处理，以提取视觉导航参数，并实现对履带车的导航控制；(3)主控制器控制双目摄像机进行拍摄操作，以获取当前的果树图像信息，主控制器通过内置的算法对果树图像信息进行处理，以实现对目标果实的识别和定位，并将双目摄像机坐标系下目标果实的三维坐标转换至三自由度机械臂基坐标下的坐标，然后主控制器根据目标果实的三维坐标对三自由度机械臂的采摘路径进行规划和运动学求解；(4)由末端执行控制器控制三自由度机械臂的实时动作，当三自由度机械臂末端的剪切操作手运动至剪切操作的目标位置后，由末端执行控制器控制剪切刀具实施剪切动作；(5)重复以上步骤(1)至步骤(4)，直至三自由度机械臂活动范围内的目标果实采摘完毕；(6)三自由度机械臂恢复至初始位置，并重复以上步骤的操作。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中所述主控制器通过配置的1394转接卡通讯连接双目摄像机，并以此控制双目摄像机的拍摄动作。作为本技术的一种优选技术方案，本技术中，在步骤(3)中，主控制器通过内置的算法对果树图像信息进行处理，以实现对目标果实的识别和定位的操作包括以下步骤：(1)采用灰度阈值分割法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水果采摘机，具有履带车，履带车上设有水果箱与控制装置，其特征在于，在履带车上还设有移动基架，移动基架具有XY轴移动平台，XY轴移动平台上竖直装有伸缩式支撑架；伸缩式支撑架的顶部通过回转机构连接三自由度机械臂的一端，三自由度机械臂的另一端装有剪切操作手；剪切操作手具有基座，在基座的上、中、下三个部位对应装有水平布置的双目摄像机、剪切刀具和吊环，吊环连接软袋的上端口，软袋的下端口伸入至水果箱中，并在软袋内设有若干层防撞裙边；控制装置由相互通讯连接的上层主控制器与下层行走控制器、移动机架控制器、末端执行控制器组成，其中行走控制器用于控制履带车的行走动作，移动机架控制器用于控制三自由度机械臂在移动基架上的三维基坐标，末端执行控制器用于控制三自由度机械臂的动作，主控制器通讯连接双目摄像机和GPS监测接收机，并通过对双目摄像机拍摄到的当前路面图像信息和果树图像信息进行处理，以提取视觉导航参数并对目标果实进行标识和定位，从而对目标果实实施采摘操作。

【技术特征摘要】
1.一种水果采摘机，具有履带车，履带车上设有水果箱与控制装置，其特征在于，在履带车上还设有移动基架，移动基架具有XY轴移动平台，XY轴移动平台上竖直装有伸缩式支撑架；伸缩式支撑架的顶部通过回转机构连接三自由度机械臂的一端，三自由度机械臂的另一端装有剪切操作手；剪切操作手具有基座，在基座的上、中、下三个部位对应装有水平布置的双目摄像机、剪切刀具和吊环，吊环连接软袋的上端口，软袋的下端口伸入至水果箱中，并在软袋内设有若干层防撞裙边；控制装置由相互通讯连接的上层主控制器与下层行走控制器、移动机架控制器、末端执行控制器组成，其中行走控制器用于控制履带车的行走动作，移动机架控制器用于控制三自由度机械臂在移动基架上的三维基坐标，末端执行控制器用于控制三自由度机械臂的动作，主控制器通讯连接双目摄像机和GPS监测接收机，并通过对双目摄像机拍摄到的当前路面图像信息和果树图像信息进行处理，以提取视觉导航参数并对目标果实进行标识和定位，从而对目标果实实施采摘操作。2.根据权利要求1所述的一种水果采摘机，其特征在于，所述履带车具有车体，在车体上侧安装所述移动机架；在车体下侧的前、后两端对应装有两个从动链轮和两个主动链轮，并且位于车体同左/右侧的一组从动链轮与主动链轮上对应披装有履带，每个主动链轮对应通过齿轮传动机构连接伺服电机A的输出端，在伺服电机A上配装有编码器；所述编码器通讯连接行走控制器，行走控制器根据每台伺服电机A上编码器实时反馈的数据对该伺服电机A的转速进行实时控制，并且通过对两个主动链轮所对应的伺服电机A的差速调节来实现对履带车行走动态的实时控制。3.根据权利要求1所述的一种水果采摘机，其特征在于，所述XY轴移动平台由X向滑台和Y向滑台组成，其中Y向滑台安装在X向滑台的上侧；所述X向滑台和Y向滑台设有相同结构的水平驱动机构，所述水平驱动机构包括装设在底板上呈并排布置的一根丝杆和至少两根水平导向杆，丝杆的一端连接伺服电机B的输出端，在丝杆上装设有与其通过螺纹相匹配的水平滑块，所述水平滑块套装在水平导向杆上，在水平滑块上装有用于安装X向滑台或Y向滑台的转接板；所述伸缩式支撑架由电动推杆和设置在电动推杆左、右两侧的剪叉式支架组成，电动推杆的顶升端和剪叉式支架的上端分别连接升降基座，电动推杆的底座和剪叉式支架的下端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀芝，阮文廉，蔺绍江，杨松松，杨春杰，陈微，徐绍勇，董春法，吴小艳，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：新型
国别省市：湖北,42