鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機及其控制方法，包括三維運動平臺、采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、分級分裝系統(tǒng)。所述三維運動平臺包括行走電機控制器、位置傳感器等；采摘點定位系統(tǒng)由分級圖像檢測攝像頭、系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；采摘系統(tǒng)為三維運動平臺的頂端架構(gòu)，由紅外對管組、采摘刀、網(wǎng)兜和旋轉(zhuǎn)緩沖板組成；分級分裝系統(tǒng)由輸送帶前升降、輸送履帶、輸送帶驅(qū)動電機、分級圖像檢測攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體組成。該葡萄采摘一體機提高了葡萄的采摘效率和分級的精確度，減少了葡萄的二次損壞，確保新鮮度，具有廣闊的市場推廣前景。
【專利說明】
鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及果樹采摘領(lǐng)域，特別涉及一種鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機的設(shè)計及其控制。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)60年代美國人Schertz和Brown提出用機器人采摘果實之后，對采摘機器人的研究受到廣泛重視，農(nóng)業(yè)機器人也迅速發(fā)展起來。1983年，第一臺采摘機器人在美國誕生，日本及歐美等國家相繼研究了采摘蘋果、柑橘、番茄、西瓜等的智能機器人。但我國采摘機器人的研究和應(yīng)用還很少。目前，國內(nèi)鮮食葡萄的采摘分級仍然主要為人工操作，收獲成本高、檢測分級效率低且難以做到客觀準(zhǔn)確，無法適應(yīng)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求，已嚴(yán)重影響了葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，迫切需要性能穩(wěn)定、工作可靠、適應(yīng)性強、效率高的葡萄采摘分級機器人。
[0003]鮮食葡萄生長環(huán)境復(fù)雜，葡萄果實輪廓不規(guī)則，形狀復(fù)雜，每穗果實包括相互堆積的多枚果粒，且果實柔軟多汁，同時受樹葉、枝條、光照等環(huán)境因素的干擾，當(dāng)前的機器人難以進(jìn)行精確識別和定位，因此我國鮮食葡萄的自動采摘和分級尚未研究。針對自動采摘和分級的難題，本專利設(shè)計一款棚架鮮食葡萄無損采摘分級機器人，實現(xiàn)采摘過程中實時分級檢測，提高采摘效率和分級準(zhǔn)確率，確保新鮮度。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明針對目前鮮食葡萄人工采摘勞動強度大、效率低、工作繁瑣，葡萄采摘點識別的背景確定、采摘葡萄品種的單一以及采摘后再分級以及分級標(biāo)準(zhǔn)單一和二次損傷的問題，發(fā)明了一種葡萄無損采摘分級智能一體機及其控制方法，進(jìn)而提高葡萄的采摘效率和分級的精確度，減少了葡萄的二次損壞，確保了鮮食葡萄的保鮮度。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，包括行走小車，其特征在于:所述行走小車上設(shè)有三維運動平臺、采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、分級分裝系統(tǒng)；
[0007]所述三維運動平臺包括主控制器，主控制器連接有安裝在行走小車上的行走電機、位置傳感器;主控制器根據(jù)位置傳感器控制行走電機:小車的前部設(shè)有兩個行走輪，每個行走輪上設(shè)有一個行走電機，通過閉環(huán)的PID控制小車走直線，小車前方的兩個行走輪配合有兩個行走電機的差速完成轉(zhuǎn)向；
[0008]在行走小車上還設(shè)有由步進(jìn)電機控制的移動平臺，主控制器連接步進(jìn)電機并控制移動平臺；上述的采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)位于移動平臺上;行走小車運動以及移動平臺實現(xiàn)采摘定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)的三維定位；
[0009]所述的采摘系統(tǒng)包括采摘刀、葡萄檢測器、網(wǎng)兜、緩沖板;采摘刀為圓形鋸齒旋轉(zhuǎn)刀片，網(wǎng)兜位于采摘刀下方且為通透性彈性網(wǎng)兜，網(wǎng)兜下方設(shè)有緩沖板；
[0010]所述的采摘點定位系統(tǒng)包括與主控制器連接第一圖像采集攝像頭，主控制器內(nèi)嵌入有高頻圖像采集系統(tǒng)軟件、Microsoft Visual C++應(yīng)用程序軟件；
[0011]所述的分級分裝系統(tǒng)包括輸送履帶、輸送帶驅(qū)動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體;輸送履帶的一端承載采摘系統(tǒng)緩沖板下落的葡萄、另一端對應(yīng)可控旋轉(zhuǎn)箱體并把葡萄輸入到可控旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)；主控制器連接并控制上述的輸送帶驅(qū)動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體；
[0012]主控制器控制行走電機進(jìn)行前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向；同時主控制器根據(jù)采摘點定位系統(tǒng)的運算結(jié)果控移動平臺到達(dá)采摘點;移動平臺帶動采摘系統(tǒng)、采摘點定位系統(tǒng)同步運動。
[0013]優(yōu)選的，所述的移動平臺包括固定在行走小車上的水平移動裝置以及位于水平移動裝置上的沿上下運動的上下移動裝置。
[0014]優(yōu)選的，所述的水平移動裝置包括機械導(dǎo)軌以及與之配合的滑塊;所述的上下移動裝置包括固定在滑塊上的絲杠聯(lián)軸器，絲杠聯(lián)軸器的上端設(shè)有絲杠副，上述的葡萄定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)位于絲杠副上。
[0015]優(yōu)選的，在上下移動裝置的上端設(shè)有前后移動裝置，上述的葡萄定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)位于前后移動裝置上。
[0016]優(yōu)選的，所述的前后移動裝置為套設(shè)在絲杠副上的同步帶，上述的定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)固定在同步帶上。
[0017]優(yōu)選的，所述的輸送履帶的前后兩端設(shè)有前后升降裝置。
[0018]優(yōu)選的，所述的葡萄檢測器為至少一組紅外對管組。
[0019]優(yōu)選的，所述輸送履帶選用裙邊帶擋板式定時旋轉(zhuǎn)履帶傳送。
[0020]一種葡萄無損采摘分級智能一體機的控制方法，過程如下:
[0021]葡萄無損采摘分級智能一體機的運動控制:當(dāng)接受到作業(yè)指令時，由主控制器控制小車的行走電機運動到植保作業(yè)起始位置，并進(jìn)入作業(yè)控制，小車在運動過程中，通過主控制器采用PID閉環(huán)算法控制行走電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)小車行進(jìn)速度；
[0022]運動過程中，采摘點定位系統(tǒng)的第一圖像采集攝像頭一直獲取視野范圍內(nèi)的視頻，將獲取的視頻通過圖像采集軟件分幀發(fā)送到MFC應(yīng)用程序，通過與提前獲取的模版數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，判斷是否存在葡萄目標(biāo)，若存在葡萄目標(biāo)，則發(fā)送信號至主控制器，停止行進(jìn)，并判斷目標(biāo)的二維坐標(biāo)點；
[0023]采摘刀二維坐標(biāo)定位:主控制器根據(jù)獲得目標(biāo)二維坐標(biāo)點后，進(jìn)行處理并控制采摘刀運動，記錄檢測到的采摘刀與目標(biāo)二維坐標(biāo)點的位置偏差，通過移動平臺的水平以及上下移動進(jìn)行偏差彌補直至所識別葡萄的垂線位置即其二維坐標(biāo)點；
[0024]從控制器控制采摘刀運動至所識別葡萄的垂線位置，此時采摘刀開始做上升運動，同時紅外對管組開始檢測，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組觸發(fā)出低電平時說明已接近葡萄底部，繼續(xù)做上升運動，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組再次觸發(fā)高電平，并且第二組和第三組同時觸發(fā)低電平時，此時即是葡萄采摘位置，給主控制器發(fā)出采摘信號進(jìn)行采摘；
[0025]分級:采摘之后的葡萄落到網(wǎng)兜里面，通過網(wǎng)兜緩沖，達(dá)到緩沖旋轉(zhuǎn)板，經(jīng)過三維運動平臺向下運送并分級檢測:通過基于第二圖像采集攝像頭采集的圖像信息，在葡萄采摘后移送過程中，利用分形理論結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)和輪廓曲線分析方法，對果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均勻度進(jìn)行檢測，對葡萄進(jìn)行分級;根據(jù)分級檢測結(jié)果，由主控制器控制下方的可控旋轉(zhuǎn)分選箱進(jìn)行分類裝箱；
[0026]當(dāng)兩側(cè)接近開關(guān)檢測到接近信號偏差時，也即小車行駛出現(xiàn)偏差時，主控制器控制行走電機進(jìn)行位置補償；當(dāng)位置傳感器檢測到障礙物信號并將其傳遞到主控制器，主控制器控制植保小車減速至停止，并同時發(fā)出報警信號，直至處理完障礙物后，位置傳感器檢測不到障礙物信號后，主控制器控制繼續(xù)作業(yè)；
[0027]小車直走作業(yè)，等待采摘到棚架盡頭時轉(zhuǎn)向返回后再進(jìn)入下一行進(jìn)行采摘。
[0028]本發(fā)明的工作原理以及有益效果表現(xiàn)在:
[0029]鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機的設(shè)計及其控制，包括三維運動平臺、采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、分級分裝系統(tǒng)。
[°03°]所述三維運動平臺由所述的行走控制系統(tǒng)和三維運動結(jié)構(gòu)組成，平臺包括行走電機控制器、超聲波傳感器、接近開關(guān)、精密滾珠絲杠副、42步進(jìn)電機、步進(jìn)電機控制器、開口式導(dǎo)軌滑塊、光軸機械導(dǎo)軌等組成;所述的采摘點定位系統(tǒng)由所述的圖像采集攝像頭、高頻圖像采集系統(tǒng)軟件、Microsoft Visual C++應(yīng)用程序軟件和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊組成;所述的采摘系統(tǒng)為三維運動平臺的頂端架構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)緩沖板、紅外對管組、采摘刀、光桿導(dǎo)向軌、網(wǎng)兜組成;所述的分級分裝系統(tǒng)由輸送帶前升降、輸送履帶、輸送帶驅(qū)動電機、輸送帶驅(qū)動電機控制器、圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體組成，其中行走電機控制器、定位電機控制器、輸送帶驅(qū)動電機控制器均由電機控制器控制。
[0031]與現(xiàn)有裝置相比，本方案設(shè)計的葡萄采摘一體機的積極效果是在采摘分級方式上屬于全自動化，采用現(xiàn)階段先進(jìn)的圖像識別技術(shù)，自動識別葡萄，檢測采摘點和葡萄等級，能夠一次性對4m2的葡萄進(jìn)行采摘分裝操作，避免了目前采摘后再分級的二次損傷，提高了采摘分裝效率，確保了保鮮度，采用模板匹配的逆向葡萄識別算法，再配合紅外射線的光電開關(guān)實現(xiàn)采摘點的識別，避免了使用昂貴的雙目相機，通用性強，采用三維運動架構(gòu)，在同步電機的配合識別點的檢測，能夠高效地實現(xiàn)棚架鮮食葡萄的采摘，避免了現(xiàn)階段大多數(shù)葡萄采摘機僅針對紅紫色葡萄操作的限制，可靠性高，能有效降低勞動強度，提高勞動效率，節(jié)約了成本，符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為小車車底結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]其中，I一數(shù)據(jù)傳輸模塊、2—輸送帶前升降、3—輸送履帶、4一輸送帶驅(qū)動電機、5—旋轉(zhuǎn)緩沖板、6—紅外對管組、7—切割刀、8—光桿導(dǎo)向軌、9一網(wǎng)兜、1—精密滾珠絲杠副、11一圖像米集攝像頭、12—同步帶、13—同步帶輪、14一可控旋轉(zhuǎn)箱體、15一步進(jìn)電機、16—輸送帶后升降、17—絲桿聯(lián)軸器、18—接近開關(guān)、19 一主控制器、20—開口式導(dǎo)軌滑塊、21一光軸機械導(dǎo)軌、22—超聲波傳感器。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0036]參見圖1-圖2所示，一種葡萄無損采摘分級智能一體機，包括行走小車。
[0037]行走小車上設(shè)有行走裝置，其中所述的行走裝置包括行走電機，行走電機驅(qū)動行走小車前后運動，為實現(xiàn)智能控制的目的，本實施例設(shè)有主控制器19，主控制器19控制行走電機轉(zhuǎn)動。
[0038]小車的前部設(shè)有兩個行走輪，每個行走輪上設(shè)有一個行走電機，通過閉環(huán)的PID控制小車走直線，小車前方為兩個轉(zhuǎn)向輪，配合兩個行走電機的差速完成轉(zhuǎn)向；
[0039]進(jìn)一步的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測到達(dá)的目的，在小車上設(shè)置了位置傳感器，通過位置傳感器檢測行走小車達(dá)到的位置，從而達(dá)到到位停止的目的，本實施例的位置傳感器采用接近開關(guān)18以及超聲波傳感器22的形式，作為優(yōu)選，超聲波傳感器參數(shù):工作電壓為DC12V，功率12W，接近開關(guān)以及超聲波傳感器22通過銷軸固定在行走小車的底部。
[0040]行走小車上設(shè)有三維運動平臺、采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、分級分裝系統(tǒng)。
[0041]其中三維運動平臺的目的是聯(lián)合行走裝置將小車置于需要采摘葡萄的下方;采摘點定位系統(tǒng)是將采摘系統(tǒng)置于合適的采摘點；而采摘系統(tǒng)是將葡萄進(jìn)行具體采摘;分級分裝系統(tǒng)是將采摘后的葡萄根據(jù)葡萄的品級進(jìn)行分裝。
[0042]所述三維運動平臺包括移動平臺；采摘定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)以及分級分裝系統(tǒng)位于移動平臺上;移動平臺帶動采摘定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)以及分級分裝系統(tǒng)同步運動。
[0043]本實施例的移動平臺包括固定在小車上的開口式導(dǎo)軌滑塊20，與開口式導(dǎo)軌滑塊20配合有機械導(dǎo)軌21，開口式導(dǎo)軌滑塊20可以在步進(jìn)電機15的帶動下沿機械導(dǎo)軌21運動。
[0044]所述光軸機械導(dǎo)軌通過螺栓固定在小車架上，開口式導(dǎo)軌滑塊與同步電機通過螺栓固定，同步電機轉(zhuǎn)軸豎直朝上，通過軸連器與精密滾珠絲杠副10相連;精密滾珠絲杠副采用滾珠絲桿SFU1204-200，步進(jìn)電機采用42系列步進(jìn)電機42HS45及配套驅(qū)動，開口式導(dǎo)軌滑塊采用配套導(dǎo)軌的SBR30*600型滑塊。
[0045]本實施例中，機械導(dǎo)軌21的延伸方向與小車運動方向垂直，可以快速的實現(xiàn)采摘系統(tǒng)的二維定位(X、Y方向)，剩余的第三個維度(Z)通過下述的絲杠聯(lián)軸器實現(xiàn)。(XY向水平，Z向豎直，XYZ三者垂直)
[0046]上述的采摘點定位系統(tǒng)包括圖像采集攝像頭11、高頻圖像采集系統(tǒng)、MicrosoftVisual C++應(yīng)用程序軟件和藍(lán)牙式數(shù)據(jù)傳輸模塊I組成；
[0047]本發(fā)明的主控制器19包括行走電機控制器，步進(jìn)電機控制器，所有的運動控制均由此控制器控制，葡萄目標(biāo)的檢測識別、目標(biāo)點坐標(biāo)的確定以及分級監(jiān)測均由MicrosoftVisual C++應(yīng)用程序軟件實現(xiàn)，這一部分屬于上位機，控制器屬于下位機，上位機通過藍(lán)牙式的數(shù)據(jù)傳輸模塊I將數(shù)據(jù)傳輸至下位機。
[0048]所述圖像采集攝像頭采用RM0NCAM/林柏視廣角攝像頭S908進(jìn)行移動攝像分幀提取，所述廣角攝像頭固定在緩沖板的相反一側(cè)，視角垂直朝上攝像頭采集的圖像輸出分辨率:1280*720。
[0049]所述Visual C++應(yīng)用程序軟件為運行在Windows操作系統(tǒng)上的Microsoft VisualC++6.0下的MFC應(yīng)用程序軟件，進(jìn)行視頻的采集、圖像的分幀獲取、圖像的識別以及采摘點的定位。
[0050]在導(dǎo)軌滑塊上設(shè)有絲杠聯(lián)軸器17以及光桿導(dǎo)向軌8，在絲杠聯(lián)軸器17以及光桿導(dǎo)向軌8的上端設(shè)有絲杠副，在絲杠副上設(shè)有同步帶，同步帶上設(shè)有圖像檢測攝像頭以及采摘系統(tǒng)；同步帶轉(zhuǎn)動同步帶動圖像采集攝像頭以及采摘系統(tǒng)運動；
[0051 ]所述的采摘系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)緩沖板5、紅外對管組6、采摘刀7、網(wǎng)兜9、精同步帶12、同步帶輪13、主控制器19、開口式導(dǎo)軌滑塊20、光軸機械導(dǎo)軌21組成；
[0052]所述采摘刀位于采摘系統(tǒng)的最頂端，其可達(dá)到的最高位置可超過三維運動平臺臺25cm，旋轉(zhuǎn)緩沖板固定在采摘刀下方20cm處，網(wǎng)兜固定在旋轉(zhuǎn)緩沖板下方12cm處，所述旋轉(zhuǎn)刀、旋轉(zhuǎn)緩沖板、網(wǎng)兜做同步運動，所述光電開關(guān)安裝在采摘刀兩側(cè)的支架上，用來檢測葡萄位置，所述導(dǎo)向軌采用SBR30*600mm的光軸機械導(dǎo)軌導(dǎo)向滑動。
[0053]所述的分級分裝系統(tǒng)包括輸送履帶3、輸送帶驅(qū)動電機4、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體14;輸送履帶的一端承載采摘系統(tǒng)緩沖板下落的葡萄、另一端對應(yīng)可控旋轉(zhuǎn)箱體并把葡萄輸入到可控旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)；主控制器連接并控制上述的輸送帶驅(qū)動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體；
[0054]所述輸送履帶3選用裙邊帶擋板式定時旋轉(zhuǎn)履帶傳送，通過輸送帶驅(qū)動電機4驅(qū)動，在履帶的前后方分別設(shè)有輸送帶后升降16、輸送帶前升降2;兩個升降可采用空氣氣缸的形式。
[0055]作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，圖像檢測裝置采用分形理論、數(shù)學(xué)形態(tài)和輪廓曲線分析的綜合分析方法有缺陷葡萄顆粒和顏色差別大的圖像分割和果穗形狀邊緣分割，實現(xiàn)實時分級檢測。
[0056]葡萄采摘一體機的工作過程:
[0057]行走控制系統(tǒng)在超聲波傳感器22的檢測下按照規(guī)劃路線行進(jìn)，通過主控制器采用PID閉環(huán)算法控制行走電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)小車行進(jìn)速度，同時圖像采集攝像頭11連續(xù)不斷的獲得行進(jìn)區(qū)域的葡萄圖像視頻，并由高頻圖像采集系統(tǒng)軟件分幀獲取圖像進(jìn)行葡萄目標(biāo)識別，當(dāng)接受到作業(yè)指令時，由主控制器控制小車的行走電機運動到植保作業(yè)起始位置，并進(jìn)入作業(yè)控制；
[0058]廣角攝像頭一直獲取視野范圍內(nèi)的視頻，將獲取的視頻通過圖像采集軟件分幀發(fā)送到MFC應(yīng)用程序，通過與提前獲取的模版數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，判斷是否存在葡萄目標(biāo)，若存在葡萄目標(biāo)，則發(fā)送信號至主控制器，停止行進(jìn)，并判斷葡萄目標(biāo)的二維坐標(biāo)點，將獲得的目標(biāo)數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸至主控制器；
[0059]通過藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸模塊I將其二維坐標(biāo)無線傳輸給主控制器19，定位電機控制器獲得二維坐標(biāo)，通過控制三維運動架構(gòu)，在光軸機械導(dǎo)軌21、同步帶12驅(qū)動運動下將采摘刀平移至檢測目標(biāo)的正下方，隨后在精密滾珠絲杠副10不斷地做上升運動，同時紅外對管組開始檢測，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組觸發(fā)出低電平時說明已接近葡萄底部，繼續(xù)做上升運動，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組再次觸發(fā)高電平，并且第二組和第三組同時觸發(fā)低電平時，此時即是葡萄采摘位置，給主控制器發(fā)出采摘信號進(jìn)行采摘，采摘之后的葡萄落到網(wǎng)兜里面，通過網(wǎng)兜緩沖，達(dá)到緩沖旋轉(zhuǎn)板，經(jīng)過三維運動平臺向下運送并分級檢測；
[0060]葡萄無損采摘分級智能一體機在運動過程中，采摘刀二維坐標(biāo)定位:主控制器根據(jù)獲得目標(biāo)坐標(biāo)點，進(jìn)行處理并控制三維運動平臺架構(gòu)將采摘刀運動，記錄檢測到的采摘刀與目標(biāo)二維坐標(biāo)點的位置偏差，進(jìn)行偏差彌補直至所識別葡萄的垂線位置即其二維坐標(biāo)占.V ，
[0061]采摘下的葡萄落入網(wǎng)兜9并通過旋轉(zhuǎn)緩沖板5，通過控制輸送帶前升降2的升降將葡萄移動至輸送履帶3，在葡萄采摘后移送過程中，利用分形理論結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)和輪廓曲線分析方法，對果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均勻度進(jìn)行檢測，對葡萄進(jìn)行分級;根據(jù)分級檢測結(jié)果，由主控制器控制下方的可控旋轉(zhuǎn)箱體14進(jìn)行分類裝箱；
[0062]當(dāng)兩側(cè)接近開關(guān)檢測到接近信號偏差時，也即小車行駛出現(xiàn)偏差時，主控制器控制行走電機進(jìn)行位置補償；當(dāng)超聲波傳感器檢測到障礙物信號并將其傳遞到主控制器，主控制器控制植保小車減速至停止，并同時發(fā)出報警信號，直至處理完障礙物后，超聲波傳感器檢測不到障礙物信號后，主控制器控制繼續(xù)作業(yè)；
[0063]小車直走作業(yè)，等待采摘到棚架盡頭時轉(zhuǎn)向返回后再進(jìn)入下一行進(jìn)行采摘。
[0064]當(dāng)然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所作出的變化、改型、添加或者替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，包括行走小車，其特征在于:所述行走小車上設(shè)有三維運動平臺、采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)、分級分裝系統(tǒng)； 所述三維運動平臺包括主控制器，主控制器連接有安裝在行走小車上的行走電機、位置傳感器;主控制器根據(jù)位置傳感器控制行走電機:小車的前部設(shè)有兩個行走輪，每個行走輪上設(shè)有一個行走電機，通過閉環(huán)的PID控制小車走直線，小車前方的兩個行走輪配合有兩個行走電機的差速完成轉(zhuǎn)向； 在行走小車上還設(shè)有由步進(jìn)電機控制的移動平臺，主控制器連接步進(jìn)電機并控制移動平臺；上述的采摘點定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)位于移動平臺上;行走小車運動以及移動平臺實現(xiàn)采摘定位系統(tǒng)、采摘系統(tǒng)的三維定位； 所述的采摘系統(tǒng)包括采摘刀、葡萄檢測器、網(wǎng)兜、緩沖板;采摘刀為圓形鋸齒旋轉(zhuǎn)刀片，網(wǎng)兜位于采摘刀下方且為通透性彈性網(wǎng)兜，網(wǎng)兜下方設(shè)有緩沖板； 所述的采摘點定位系統(tǒng)包括與主控制器連接第一圖像采集攝像頭，主控制器內(nèi)嵌入有高頻圖像采集系統(tǒng)軟件、Microsoft Visual C++應(yīng)用程序軟件； 所述的分級分裝系統(tǒng)包括輸送履帶、輸送帶驅(qū)動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體;輸送履帶的一端承載采摘系統(tǒng)緩沖板下落的葡萄、另一端對應(yīng)可控旋轉(zhuǎn)箱體并把葡萄輸入到可控旋轉(zhuǎn)箱體內(nèi)；主控制器連接并控制上述的輸送帶驅(qū)動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉(zhuǎn)箱體； 主控制器控制行走電機進(jìn)行前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向；同時主控制器根據(jù)采摘點定位系統(tǒng)的運算結(jié)果控移動平臺到達(dá)采摘點;移動平臺帶動采摘系統(tǒng)、采摘點定位系統(tǒng)同步運動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于:所述的移動平臺包括固定在行走小車上的水平移動裝置以及位于水平移動裝置上的沿上下運動的上下移動裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于:所述的水平移動裝置包括機械導(dǎo)軌以及與之配合的滑塊;所述的上下移動裝置包括固定在滑塊上的絲杠聯(lián)軸器，絲杠聯(lián)軸器的上端設(shè)有絲杠副，上述的葡萄定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)位于絲杠副上。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于:在上下移動裝置的上端設(shè)有前后移動裝置，上述的葡萄定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)位于前后移動裝置上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于:所述的前后移動裝置為套設(shè)在絲杠副上的同步帶，上述的定位系統(tǒng)以及葡萄采摘系統(tǒng)固定在同步帶上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于:所述的輸送履帶的前后兩端設(shè)有前后升降裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于: 所述的葡萄檢測器為至少一組紅外對管組。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于: 所述輸送履帶選用裙邊帶擋板式定時旋轉(zhuǎn)履帶傳送。9.一款葡萄無損采摘分級智能一體機的控制方法，其特征在于: 葡萄無損采摘分級智能一體機的運動控制:當(dāng)接受到作業(yè)指令時，由主控制器控制小車的行走電機運動到植保作業(yè)起始位置，并進(jìn)入作業(yè)控制，小車在運動過程中，通過主控制器采用PID閉環(huán)算法控制行走電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)小車行進(jìn)速度； 運動過程中，采摘點定位系統(tǒng)的第一圖像采集攝像頭一直獲取視野范圍內(nèi)的視頻，將獲取的視頻通過圖像采集軟件分幀發(fā)送到MFC應(yīng)用程序，通過與提前獲取的模版數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，判斷是否存在葡萄目標(biāo)，若存在葡萄目標(biāo)，則發(fā)送信號至主控制器，停止行進(jìn)，并判斷目標(biāo)的二維坐標(biāo)點； 采摘刀二維坐標(biāo)定位:主控制器根據(jù)獲得目標(biāo)二維坐標(biāo)點后，進(jìn)行處理并控制采摘刀運動，記錄檢測到的采摘刀與目標(biāo)二維坐標(biāo)點的位置偏差，通過移動平臺的水平以及上下移動進(jìn)行偏差彌補直至所識別葡萄的垂線位置即其二維坐標(biāo)點； 從控制器控制采摘刀運動至所識別葡萄的垂線位置，此時采摘刀開始做上升運動，同時紅外對管組開始檢測，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組觸發(fā)出低電平時說明已接近葡萄底部，繼續(xù)做上升運動，當(dāng)?shù)谝唤M紅外對管組再次觸發(fā)高電平，并且第二組和第三組同時觸發(fā)低電平時，此時即是葡萄采摘位置，給主控制器發(fā)出采摘信號進(jìn)行采摘； 分級:采摘之后的葡萄落到網(wǎng)兜里面，通過網(wǎng)兜緩沖，達(dá)到緩沖旋轉(zhuǎn)板，經(jīng)過三維運動平臺向下運送并分級檢測:通過基于第二圖像采集攝像頭采集的圖像信息，在葡萄采摘后移送過程中，利用分形理論結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)和輪廓曲線分析方法，對果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均勻度進(jìn)行檢測，對葡萄進(jìn)行分級;根據(jù)分級檢測結(jié)果，由主控制器控制下方的可控旋轉(zhuǎn)分選箱進(jìn)行分類裝箱； 當(dāng)兩側(cè)接近開關(guān)檢測到接近信號偏差時，也即小車行駛出現(xiàn)偏差時，主控制器控制行走電機進(jìn)行位置補償；當(dāng)位置傳感器檢測到障礙物信號并將其傳遞到主控制器，主控制器控制植保小車減速至停止，并同時發(fā)出報警信號，直至處理完障礙物后，位置傳感器檢測不到障礙物信號后，主控制器控制繼續(xù)作業(yè)； 小車直走作業(yè)，等待采摘到棚架盡頭時轉(zhuǎn)向返回后再進(jìn)入下一行進(jìn)行采摘。
【文檔編號】A23N15/00GK105900610SQ201610402450
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】劉平, 李洪建, 侯加林, 張同星, 成杰, 王復(fù)濤
【申請人】山東農(nóng)業(yè)大學(xué)