鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机制造技术

本实用新型专利技术提供一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，包括三维运动平台、采摘点定位系统、采摘系统、分级分装系统。所述三维运动平台包括行走电机控制器、位置传感器等；采摘点定位系统由分级图像检测摄像头、系统软件和数据传输模块组成；采摘系统为三维运动平台的顶端架构，由红外对管组、采摘刀、网兜和旋转缓冲板组成；分级分装系统由输送带前升降、输送履带、输送带驱动电机、分级图像检测摄像头、可控旋转箱体组成。该葡萄采摘一体机提高了葡萄的采摘效率和分级的精确度，减少了葡萄的二次损坏，确保新鲜度，具有广阔的市场推广前景。

Non picking and grading intelligent integrated machine for fresh grape

The utility model provides a grape picking and grading intelligent integrated machine, which comprises a three-dimensional moving platform, a picking point positioning system, a picking system and a grading and packaging system. The three-dimensional motion platform including walking motor controller, position sensor; picking point positioning system consists of camera, image classification detection system software and data transmission module; picking system for 3D motion platform at the top of the structure, by infrared tube group, picking knife, net and rotate the cushion plate; grading loading system by the conveyor belt before lifting, conveying belt, conveyor belt drive motor, a hierarchical image detection camera, controllable rotation body. The grape picking machine can improve the picking efficiency and classification accuracy, reduce the two damage of grape, ensure freshness, and has broad market prospects.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及果树采摘领域，特别涉及一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机的设计。
技术介绍
自20世纪60年代美国人Schertz和Brown提出用机器人采摘果实之后，对采摘机器人的研究受到广泛重视，农业机器人也迅速发展起来。1983年，第一台采摘机器人在美国诞生，日本及欧美等国家相继研究了采摘苹果、柑橘、番茄、西瓜等的智能机器人。但我国采摘机器人的研究和应用还很少。目前，国内鲜食葡萄的采摘分级仍然主要为人工操作，收获成本高、检测分级效率低且难以做到客观准确，无法适应规模化和产业化生产的要求，已严重影响了葡萄产业的发展，迫切需要性能稳定、工作可靠、适应性强、效率高的葡萄采摘分级机器人。鲜食葡萄生长环境复杂，葡萄果实轮廓不规则，形状复杂，每穗果实包括相互堆积的多枚果粒，且果实柔软多汁，同时受树叶、枝条、光照等环境因素的干扰，当前的机器人难以进行精确识别和定位，因此我国鲜食葡萄的自动采摘和分级尚未研究。针对自动采摘和分级的难题，本专利设计一款棚架鲜食葡萄无损采摘分级机器人，实现采摘过程中实时分级检测，提高采摘效率和分级准确率，确保新鲜度。
技术实现思路
：本技术针对目前鲜食葡萄人工采摘劳动强度大、效率低、工作繁琐，葡萄采摘点识别的背景确定、采摘葡萄品种的单一以及采摘后再分级以及分级标准单一和二次损伤的问题，专利技术了一种葡萄无损采摘分级智能一体机及其控制方法，进而提高葡萄的采摘效率和分级的精确度，减少了葡萄的二次损坏，确保了鲜食葡萄的保鲜度。为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，包括行走小车，其特征在于：所述行走小车上设有三维运动平台、采摘点定位系统、采摘系统、分级分装系统；所述三维运动平台包括主控制器，主控制器连接有安装在行走小车上的行走电机、位置传感器；主控制器根据位置传感器控制行走电机：小车的前部设有两个行走轮，每个行走轮上设有一个行走电机，通过闭环的PID控制小车走直线，小车前方的两个行走轮配合有两个行走电机的差速完成转向；在行走小车上还设有由步进电机控制的移动平台，主控制器连接步进电机并控制移动平台；上述的采摘点定位系统、采摘系统位于移动平台上；行走小车运动以及移动平台实现采摘定位系统、采摘系统的三维定位；所述的采摘系统包括采摘刀、葡萄检测器、网兜、缓冲板；采摘刀为圆形锯齿旋转刀片，网兜位于采摘刀下方且为通透性弹性网兜，网兜下方设有缓冲板；所述的采摘点定位系统包括与主控制器连接第一图像采集摄像头，主控制器内嵌入有高频图像采集系统软件、MicrosoftVisualC++应用程序软件；所述的分级分装系统包括输送履带、输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；输送履带的一端承载采摘系统缓冲板下落的葡萄、另一端对应可控旋转箱体并把葡萄输入到可控旋转箱体内；主控制器连接并控制上述的输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；主控制器控制行走电机进行前进后退以及转向；同时主控制器根据采摘点定位系统的运算结果控移动平台到达采摘点；移动平台带动采摘系统、采摘点定位系统同步运动。优选的，所述的移动平台包括固定在行走小车上的水平移动装置以及位于水平移动装置上的沿上下运动的上下移动装置。优选的，所述的水平移动装置包括机械导轨以及与之配合的滑块；所述的上下移动装置包括固定在滑块上的丝杠联轴器，丝杠联轴器的上端设有丝杠副，上述的葡萄定位系统以及葡萄采摘系统位于丝杠副上。优选的，在上下移动装置的上端设有前后移动装置，上述的葡萄定位系统以及葡萄采摘系统位于前后移动装置上。优选的，所述的前后移动装置为套设在丝杠副上的同步带，上述的定位系统以及葡萄采摘系统固定在同步带上。优选的，所述的输送履带的前后两端设有前后升降。优选的，所述的葡萄检测器为至少一组红外对管组。优选的，所述输送履带选用裙边带挡板式定时旋转履带传送。一种葡萄无损采摘分级智能一体机的控制方法，过程如下：葡萄无损采摘分级智能一体机的运动控制：当接受到作业指令时，由主控制器控制小车的行走电机运动到植保作业起始位置，并进入作业控制，小车在运动过程中，通过主控制器采用PID闭环算法控制行走电机转速调节小车行进速度；运动过程中，采摘点定位系统的第一图像采集摄像头一直获取视野范围内的视频，将获取的视频通过图像采集软件分帧发送到MFC应用程序，通过与提前获取的模版数据库进行匹配，判断是否存在葡萄目标，若存在葡萄目标，则发送信号至主控制器，停止行进，并判断目标的二维坐标点；采摘刀二维坐标定位：主控制器根据获得目标二维坐标点后，进行处理并控制采摘刀运动，记录检测到的采摘刀与目标二维坐标点的位置偏差，通过移动平台的水平以及上下移动进行偏差弥补直至所识别葡萄的垂线位置即其二维坐标点；从控制器控制采摘刀运动至所识别葡萄的垂线位置，此时采摘刀开始做上升运动，同时红外对管组开始检测，当第一组红外对管组触发出低电平时说明已接近葡萄底部，继续做上升运动，当第一组红外对管组再次触发高电平，并且第二组和第三组同时触发低电平时，此时即是葡萄采摘位置，给主控制器发出采摘信号进行采摘；分级：采摘之后的葡萄落到网兜里面，通过网兜缓冲，达到缓冲旋转板，经过三维运动平台向下运送并分级检测：通过基于第二图像采集摄像头采集的图像信息，在葡萄采摘后移送过程中，利用分形理论结合数学形态和轮廓曲线分析方法，对果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均匀度进行检测，对葡萄进行分级；根据分级检测结果，由主控制器控制下方的可控旋转分选箱进行分类装箱；当两侧接近开关检测到接近信号偏差时，也即小车行驶出现偏差时，主控制器控制行走电机进行位置补偿；当位置传感器检测到障碍物信号并将其传递到主控制器，主控制器控制植保小车减速至停止，并同时发出报警信号，直至处理完障碍物后，位置传感器检测不到障碍物信号后，主控制器控制继续作业；小车直走作业，等待采摘到棚架尽头时转向返回后再进入下一行进行采摘。本专利技术的工作原理以及有益效果表现在：鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机的设计及其控制，包括三维运动平台、采摘点定位系统、采摘系统、分级分装系统。所述三维运动平台由所述的行走控制系统和三维运动结构组成，平台包括行走电机控制器、超声波传感器、接近开关、精密滚珠丝杠副、42步进电机、步进电机控制器、开口式导轨滑块、光轴机械导轨等组成；所述的采摘点定位系统由所述的图像采集摄像头、高频图像采集系统软件、MicrosoftVisualC++应用程序软件和蓝牙数据传输模块组成；所述的采摘系统为三维运动平台的顶端架构，由旋转缓冲板、红外对管组、采摘刀、光杆导向轨、网兜组成；所述的分级分装系统由输送带前升降、输送履带、输送带驱动电机、输送带驱动电机控制器、图像采集摄像头、可控旋转箱体组成，其中行走电机控制器、定位电机控制器、输送带驱动电机控制器均由电机控制器控制。与现有装置相比，本方案设计的葡萄采摘一体机的积极效果是在采摘分级方式上属于全自动化，采用现阶段先进的图像识别技术，自动识别葡萄，检测采摘点和葡萄等级，能够一次性对4m2的葡萄进行采摘分装操作，避免了目前采摘后再分级的二次损伤，提高了采摘分装效率，确保了保鲜度，采用模板匹配的逆向葡萄识别算法，再配合红外射线的光电开关实现采摘点的识别，避免了使用昂贵的双目相机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，包括行走小车，其特征在于：所述行走小车上设有三维运动平台、采摘点定位系统、采摘系统、分级分装系统；所述三维运动平台包括主控制器，主控制器连接有安装在行走小车上的行走电机、位置传感器；主控制器根据位置传感器控制行走电机：小车的前部设有两个行走轮，每个行走轮上设有一个行走电机，通过闭环的PID控制小车走直线，小车前方的两个行走轮配合有两个行走电机的差速完成转向；在行走小车上还设有由步进电机控制的移动平台，主控制器连接步进电机并控制移动平台；上述的采摘点定位系统、采摘系统位于移动平台上；行走小车运动以及移动平台实现采摘定位系统、采摘系统的三维定位；所述的采摘系统包括采摘刀、葡萄检测器、网兜、缓冲板；采摘刀为圆形锯齿旋转刀片，网兜位于采摘刀下方且为通透性弹性网兜，网兜下方设有缓冲板；所述的采摘点定位系统包括与主控制器连接第一图像采集摄像头；所述的分级分装系统包括输送履带、输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；输送履带的一端承载采摘系统缓冲板下落的葡萄、另一端对应可控旋转箱体并把葡萄输入到可控旋转箱体内；主控制器连接并控制上述的输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；主控制器控制行走电机进行前进后退以及转向；同时主控制器根据采摘点定位系统的运算结果控移动平台到达采摘点；移动平台带动采摘系统、采摘点定位系统同步运动。...

【技术特征摘要】
1.一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，包括行走小车，其特征在于：所述行走小车上设有三维运动平台、采摘点定位系统、采摘系统、分级分装系统；所述三维运动平台包括主控制器，主控制器连接有安装在行走小车上的行走电机、位置传感器；主控制器根据位置传感器控制行走电机：小车的前部设有两个行走轮，每个行走轮上设有一个行走电机，通过闭环的PID控制小车走直线，小车前方的两个行走轮配合有两个行走电机的差速完成转向；在行走小车上还设有由步进电机控制的移动平台，主控制器连接步进电机并控制移动平台；上述的采摘点定位系统、采摘系统位于移动平台上；行走小车运动以及移动平台实现采摘定位系统、采摘系统的三维定位；所述的采摘系统包括采摘刀、葡萄检测器、网兜、缓冲板；采摘刀为圆形锯齿旋转刀片，网兜位于采摘刀下方且为通透性弹性网兜，网兜下方设有缓冲板；所述的采摘点定位系统包括与主控制器连接第一图像采集摄像头；所述的分级分装系统包括输送履带、输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；输送履带的一端承载采摘系统缓冲板下落的葡萄、另一端对应可控旋转箱体并把葡萄输入到可控旋转箱体内；主控制器连接并控制上述的输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；主控制器控制行走电机进行前进后退以及转向；同时主控制器根据采摘点定位系统的运算结果控移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，李洪建，侯加林，张同星，成杰，王复涛，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：新型
国别省市：山东;37