基于IR与TCS的自识别水果采摘装置及水果采摘方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，包括伸缩杆、控制装置、采摘筒、输送管道、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器、LED灯、电池、分类装置总成。本发明专利技术结构简单，操作、携带简便、识别准确、自动采摘准确率高，能够减轻水果采摘工人的劳动强度，提高工作效率，并且方便采摘果树上不便于人工手摘的果实，不需要在使用额外的力量进行采摘水果。

Self-Recognition Fruit Picking Device and Method Based on IR and TCS

【技术实现步骤摘要】
基于IR与TCS的自识别水果采摘装置及水果采摘方法
本专利技术属于农业机械
，具体涉及一种基于IR与TCS的自识别水果采摘装置及水果采摘方法。
技术介绍
我国是世界上水果生产和消费大国，随着人们生活水平的提高，水果消费需求逐年快速增长，尤其在边远山区水果种植特别广泛，每当水果成熟季节，需要大量劳动力，费时费力。现阶段的传统摘果机普遍存在结构复杂，体型笨重，成本高，操作不便，效率低，速度慢的问题，每一次摘一个水果都需要停下把摘下的水果放到地面的摘果匡，从而导致速度慢，并且传统的机器是使用手的握力来驱动机器时间长了就会导致手的酸痛，从而增加了人工的劳动量。普通的果剪不可以采摘高处的水果，而可伸缩的果剪除了采摘不方便，还需要对准水果的果枝才能进行采摘。纵观国内外摘果机的发展现状，目前机械化水果采摘的方式可分为大型农机设备和小型采摘装置两种。大型农机设备具有效率高、速度快等优势，但由于技术与地势地貌的显著差异，大型农机设备仅适合在广阔平原及标准化种植地区使用，不适用于台地、丘陵、山地等种植地。大型农机需要专业人士进行操作，且操作复杂、笨重并具有一定的危险性，采摘过程中会因为装置本身缺陷或操作失误对果实甚至果树造成一定的伤害。因此，大型机械无法满足个体农户的使用，对于山地、丘陵地带也无法使用，并且对水果的伤害非常大，制造成本高，只适用与大型农场。市场上普通小型采摘装置具有操作简便、轻巧等优势，但由于采摘周期的限制，小型采摘装置间接采摘效率低，自动识别功能不完善，无法精准定位水果果柄，步骤繁琐，不具连贯性等缺点一一展现。对于种植面积大、采摘周期短的种植户来说，选择一款操作简便且效率高的产品至关重要。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，结构简单，操作、携带简便、识别准确、自动采摘准确率高，能够减轻水果采摘工人的劳动强度，提高工作效率，并且方便采摘果树上不便于人工手摘的果实，不需要在使用额外的力量进行采摘水果。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：本专利技术的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，包括伸缩杆、控制装置、采摘筒、输送管道、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器、水果分类装置、LED灯、电池；所述的伸缩杆的上端与控制装置的下端连接，控制装置的上端与采摘筒的侧壁连接，控制装置的轴向垂直于采摘筒的轴向；所述的采摘筒的两端开口，采摘筒的前端开口上设有切断刀总成，采摘筒的后端与输送管道的上端连通；所述的切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器分别与控制装置电连接；所述的红外检测探头组包括个3红外检测探头Ⅰ和1个红外检测探头Ⅱ，所述的3个红外检测探头Ⅰ设于采摘筒的内壁前端上，沿圆周均匀间隔分布，所述的红外检测探头Ⅱ设于采摘筒内壁的中部圆周上的任一点处，所述的颜色传感器设于采摘筒的内壁上，位于个红外检测探头Ⅰ和红外检测探头Ⅱ之间；所述的LED灯设于采摘筒的内壁上，位于颜色传感器旁边；所述的电池分别与控制装置、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器、LED灯电连接，用于供电；所述的控制装置分别与切断刀总成、红外检测探头Ⅰ、红外检测探头Ⅱ、颜色传感器、LED灯电连接；所述的红外检测探头Ⅰ用于检测水果是否进入筒体，并发送水果进入信号至控制装置；所述的控制装置收到水果进入信号后，控制LED灯点亮，同时控制颜色传感器开启，所述的颜色传感器检测水果的颜色帧数，并传输颜色帧数信号至控制装置，所述的控制装置预设水果对应的颜色帧数范围，通过对比颜色帧数信号确定进入的物体是否为水果；所述的红外检测探头Ⅱ用于检测水果到达切割位置，当红外检测探头Ⅱ检测到水果，并且颜色传感器识别进入物体为水果时，控制装置控制切断刀总成进行切割作业；所述的水果分类装置设于输送管道下端，能将水果分到不同的水果箱中。所述的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，还包括水果分类装置，所述的水果分类装置包括基座、分类套筒、转动斜台、转动电机、分类口、分类管；所述的分类套筒的下端固定设于基座上，分类套筒的上端与输送管道的下端连接；所述的基座的下底面设有转动电机，所述的转动电机的输出轴穿过基座底板，伸入基座内；所述的分类套筒的内壁上沿圆周方向间隔设置多个分类口，每个分类口分别与一根分类管连接，每根分类管分别与一个水果箱连通；所述的转动斜台固定设于转动电机的输出轴上，转动斜台为圆柱体，其上端面为斜面，随着转动电机驱动转动斜台转动，转动斜台的斜面能够转到正对各个分类口的位置。所述的切断刀总成包括切断刀I、切断刀II；所述的切断刀I包括弧形的双刀和旋转电机I，双刀的尾端与旋转电机I的转轴连接，所述的旋转电机I安装于采摘筒的侧壁上；所述的切断刀II包括弧形的单刀和旋转电机II，单刀的尾端与旋转电机II的转轴连接，所述的旋转电机II安装于采摘筒的侧壁上；所述的单刀在采摘筒的轴向上恰好位于双刀的两个刀片之间；所述的单刀和双刀的弧度大于度小于度，并且其圆心位于与采摘筒的轴线上，半径与采摘筒的半径相同。所述的输送管道为布编管道，输送管道内设有多个缓冲装置。所述的控制装置为Arduinomini，所述的红外检测探头Ⅰ的型号为艾诺ainol电子Ai-IR，所述的红外检测探头Ⅱ的型号为艾诺ainol电子Ai-IR，所述的颜色传感器的型号为TCS34725颜色感应识别模块。所述的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，还包括手柄，所述的手柄设于伸缩杆的下端；所述的手柄设有开关，所述的开关与控制装置电连接，控制各模块的开启和关闭。所述的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，还包括显示屏，所述的显示屏设于手柄上，并与控制装置电连接，接收并显示电池电量和采摘数量数据。所述的采摘筒规格根据所采摘的水果种类设计，所述的红外检测探头Ⅰ和红外检测探头Ⅱ之间的轴向距离，略大于所采摘类型的水果的高度。本专利技术还提供了一种基于IR与TCS的自识别水果采摘方法，应用了如权利要求-任一项所述的自识别水果采摘装置，包括以下步骤：A、控制装置中预设水果种类，设定各水果种类所对应的颜色帧数，具体设定值范围如下：2000帧以下为苹果，3000-4000帧为香梨，1000-3000帧为橘子；B、根据所采摘的水果大小，选择合适的采摘筒，并根据当前采摘水果种类选择控制装置的颜色帧数设定值范围；启动电源，控制装置、红外检测探头组、颜色传感器启动；C、人工将自识别水果采摘装置的采摘筒伸向水果，如果红外检测探头Ⅰ均检测到物体，等待10ms，红外检测探头Ⅰ仍然检测到物体，发出进入信号至控制装置；控制装置发送启动信号打开LED灯，颜色传感器检测物体颜色帧数，并将物体颜色帧数传输至控制装置，控制装置对比检测到物体颜色帧数与颜色帧数设定值范围，若在范围内，即为水果，否则为其他物体；如果检测结果属于水果时，发送识别成功信号至控制装置；D、当至少两个红外检测探头Ⅰ检测不到物体，并且红外检测探头Ⅱ检测到物体时，并且控制装置接收到识别成功信号，由控制装置驱动切断刀总成，切断水果枝条，否则控制装置不驱动切断刀总成；然后控制装置控制LED灯关闭；E、通过转动电机开关控制转动电机，驱动转动斜台转动至对应水果种类的分类口处，水果经过转动斜台的斜面进入该分类口，经分类管落入水果分隔箱中对应的位置。本专利技术的有益效果为：本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，包括伸缩杆（2）、控制装置（3）、采摘筒（4）、输送管道（8）、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）、LED灯（9）、电池、水果分类装置，其特征在于：所述的伸缩杆（2）的上端与控制装置（3）的下端连接，控制装置（3）的上端与采摘筒（4）的侧壁连接，控制装置（3）的轴向垂直于采摘筒（4）的轴向；所述的采摘筒（4）的两端开口，采摘筒（4）的前端开口上设有切断刀总成，采摘筒（4）的后端与输送管道（8）的上端连通；所述的切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）分别与控制装置（3）电连接；所述的红外检测探头组包括3个红外检测探头Ⅰ（10）和1个红外检测探头Ⅱ（11），所述的3个红外检测探头Ⅰ（10）设于采摘筒（4）的内壁前端上，沿圆周均匀间隔分布，所述的红外检测探头Ⅱ（11）设于采摘筒（4）内壁的中部圆周上的任一点处，所述的颜色传感器（7）设于采摘筒（4）的内壁上，位于个红外检测探头Ⅰ（10）和红外检测探头Ⅱ（11）之间；所述的LED灯（9）设于采摘筒（4）的内壁上，位于颜色传感器（7）旁边；所述的电池分别与控制装置、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）、LED灯（9）电连接，用于供电；所述的控制装置（3）分别与切断刀总成、红外检测探头Ⅰ（10）、红外检测探头Ⅱ（11）、颜色传感器（7）、LED灯（9）电连接；所述的红外检测探头Ⅰ（10）用于检测水果是否进入筒体，并发送水果进入信号至控制装置（3）；所述的控制装置（3）收到水果进入信号后，控制LED灯（9）点亮，同时控制颜色传感器（7）开启，所述的颜色传感器（7）检测水果的颜色帧数，并传输颜色帧数信号至控制装置（3），所述的控制装置（3）预设水果对应的颜色帧数范围，通过对比颜色帧数信号确定进入的物体是否为水果；所述的红外检测探头Ⅱ（11）用于检测水果到达切割位置，当红外检测探头Ⅱ（11）检测到水果，并且颜色传感器（7）识别进入物体为水果时，控制装置（3）控制切断刀总成进行切割作业；所述的水果分类装置设于输送管道（8）下端，能将水果分到不同的水果箱中。...

【技术特征摘要】
1.一种基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，包括伸缩杆（2）、控制装置（3）、采摘筒（4）、输送管道（8）、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）、LED灯（9）、电池、水果分类装置，其特征在于：所述的伸缩杆（2）的上端与控制装置（3）的下端连接，控制装置（3）的上端与采摘筒（4）的侧壁连接，控制装置（3）的轴向垂直于采摘筒（4）的轴向；所述的采摘筒（4）的两端开口，采摘筒（4）的前端开口上设有切断刀总成，采摘筒（4）的后端与输送管道（8）的上端连通；所述的切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）分别与控制装置（3）电连接；所述的红外检测探头组包括3个红外检测探头Ⅰ（10）和1个红外检测探头Ⅱ（11），所述的3个红外检测探头Ⅰ（10）设于采摘筒（4）的内壁前端上，沿圆周均匀间隔分布，所述的红外检测探头Ⅱ（11）设于采摘筒（4）内壁的中部圆周上的任一点处，所述的颜色传感器（7）设于采摘筒（4）的内壁上，位于个红外检测探头Ⅰ（10）和红外检测探头Ⅱ（11）之间；所述的LED灯（9）设于采摘筒（4）的内壁上，位于颜色传感器（7）旁边；所述的电池分别与控制装置、切断刀总成、红外检测探头组、颜色传感器（7）、LED灯（9）电连接，用于供电；所述的控制装置（3）分别与切断刀总成、红外检测探头Ⅰ（10）、红外检测探头Ⅱ（11）、颜色传感器（7）、LED灯（9）电连接；所述的红外检测探头Ⅰ（10）用于检测水果是否进入筒体，并发送水果进入信号至控制装置（3）；所述的控制装置（3）收到水果进入信号后，控制LED灯（9）点亮，同时控制颜色传感器（7）开启，所述的颜色传感器（7）检测水果的颜色帧数，并传输颜色帧数信号至控制装置（3），所述的控制装置（3）预设水果对应的颜色帧数范围，通过对比颜色帧数信号确定进入的物体是否为水果；所述的红外检测探头Ⅱ（11）用于检测水果到达切割位置，当红外检测探头Ⅱ（11）检测到水果，并且颜色传感器（7）识别进入物体为水果时，控制装置（3）控制切断刀总成进行切割作业；所述的水果分类装置设于输送管道（8）下端，能将水果分到不同的水果箱中。2.如权利要求1所述的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，其特征在于：还包括水果分类装置，所述的水果分类装置包括基座（12）、分类套筒（13）、转动斜台（14）、转动电机（15）、分类口（16）、分类管（17）；所述的分类套筒（13）的下端固定设于基座（12）上，分类套筒（13）的上端与输送管道（8）的下端连接；所述的基座（12）的下底面设有转动电机（15），所述的转动电机（15）的输出轴穿过基座（12）底板，伸入基座（12）内；所述的分类套筒（13）的内壁上沿圆周方向间隔设置多个分类口（16），每个分类口（16）分别与一根分类管（17）连接，每根分类管（17）分别与一个水果箱连通；所述的转动斜台（14）固定设于转动电机（15）的输出轴上，转动斜台（14）为圆柱体，其上端面为斜面，随着转动电机（15）驱动转动斜台（14）转动，转动斜台（14）的斜面能够转到正对各个分类口（16）的位置。3.如权利要求1所述的基于IR与TCS的自识别水果采摘装置，其特征在于：所述的切断刀总成包括切断刀I（5）、切断刀II（6）；所述的切断刀I（5）包括弧形的双刀（51）和旋转电机I（52），双刀（51）的尾端与旋转电机I（52）的转轴连接，所述的旋转电机I（52）安...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伟，李健，曹炬，胡翔，陈锐光，施杨明，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45