一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法

摘要

本发明提供了一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法，涉及农业采摘机器人领域，是由吸附管道、下切割刀片、上切割刀片、果柄缺口、Kinect传感器、补光单元、安装盘、检测门机构、抽风机、传送带、升降机构、收纳箱和移动平台组成的，所述的检测门机构包括检测门、微型传感器、小连杆和电磁阀，本发明利用负压吸附原理，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤嫁草莓的前提下，完成对准果实、吸附切割和检测落果工作过程，实现草莓的全程自动化收获作业，解决了草莓采摘易损伤和单颗草莓采摘效率低的技术难题。

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法。

背景技术

我国草莓种植面积广大，居世界第1位。草莓味道鲜美，营养丰富，深受人们喜爱，有较高的经济价值。目前草莓的收获完全依靠人工采摘，在我国草莓的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广草莓自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。

目前对于草莓采摘机器人的研究中，草莓采摘方法主要为机器视觉检测成熟果实、分割出单颗成熟果实并予以定位、再由末端执行器切断或热断果梗、夹持果实或果梗将其放入收纳容器内的方法。

草莓每年到了收获季节，采摘工需要每隔一段时间就要对成熟草莓进行弯腰采摘，直至草莓生长期末，选择性的果实采摘是农业上最为耗时费力的作业环节，另外实现草莓自动化采摘还有两大难点，一是草莓柔软多汁，夹持容易受伤；二是草莓果实多为簇状分布，常常是几颗成熟果实聚集在一起。单颗草莓采摘增加了机械手的采摘次数和采摘难度，降低了作业效率，因此需要一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法，而目前这种成排吸附管道草莓采摘设备市场上是没有的。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法，克服现有草莓手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，利用负压吸附原理实现多颗草莓同时采摘，效率高，解决了草莓采摘易损伤和单颗草莓采摘效率低的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种成排吸附管道草莓采摘设备，是由吸附管道、下切割刀片、上切割刀片、果柄缺口、Kinect传感器、补光单元、安装盘、检测门机构、抽风机、传送带、升降机构、收纳箱和移动平台组成的，所述的检测门机构包括检测门、微型传感器、小连杆和电磁阀，其特征是：所述吸附管道成排平行设置，后端与抽风机连接，前端安装有下切割刀片和上切割刀片，所述果柄缺口设置于上切割刀片上部，所述安装盘安装在吸附管道前段，所述Kinect传感器安装在安装盘前部，位于吸附管道上方，所述补光单元成圆周安装在安装盘上，分布于每个吸附管道周围，所述检测门机构安装于吸附管道底部，所述抽风机底端与升降机构连接，所述升降机构安装在移动平台上，所述传送带安装在移动平台上，位于吸附管道正下方，运动方向与吸附管道方向垂直，所述所述收纳箱安装在移动平台上，位于传送带前下方；所述所述检测门安装于吸附管道上，并且检测门底部通过小连杆与电磁阀连接，所述电磁阀设置于吸附管道底部，所述微型传感器安装于检测门上表面。

优选地，所述四只吸附管道成排平行设置，吸附管道前端设置有直径8cm的橡胶皮碗，左右间距为10cm。

优选地，所述四只抽风机分别与四只吸附管道连接，每一只抽风机对应一只吸附管道。

优选地，所述下切割刀片和上切割刀片上下间隙距离为3mm。

优选地，所述果柄缺口宽度为30mm。

更优选地，所述收纳箱内表面和吸附管道内表面都附有10mm的软硅胶材料。

一种成排吸附管道草莓采摘设备的采摘方法，包括如下步骤：对准果实、吸附切割和检测落果，其详细工作过程为：Kinect传感器拍摄草莓图像，获取成熟草莓的空间三维坐标，移动平台和升降机构控制吸附管道运动，使正对草莓，完成对准果实过程；正对成熟草莓的吸附管道将信号传给控制系统，控制系统控制相应抽风机开始工作，吸附管道内形成负压，吸附力促使草莓向吸附管道内运动，下切割刀片和上切割刀片切断草莓果梗，完成吸附切割过程；负压产生的吸附力使草莓在吸附管道内向左运动，当检测门机构的微信传感器检测到有草莓时，电磁阀控制检测门打开，草莓滑落到传送带上，传送带将草莓输送到收纳箱中，完成检测落果过程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法利用负压吸附原理，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤草莓的前提下，完成对准果实、吸附切割和检测落果工作过程，实现草莓的全程自动化收获作业。

(1)本发明的源动力采用风力，利用负压吸附原理，吸附力促使草莓运动，避免了夹持草莓，有效解决了草莓柔软多汁易损伤的问题；

(2)本发明的四只四只吸附管道成排平行设置，可以实现多颗草莓同时采摘，在很大程度上提高了效率和系统的可靠性；

(3)本发明的所述果柄缺口宽度为30mm，下切割刀片和上切割刀片上下间隙距离为3mm，使果梗首先在上切割刀片上找到一支点，绕支点旋转，更有利于果梗的切断。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1为本发明的整体结构等轴测图；

图2为本发明的整体结构另一方向的三维结构示意图；

图3为本发明的检测门机构三维结构示意图；

图4为本发明采摘步骤的对准果实工作状态示意图；

图5为本发明采摘步骤的吸附切割工作状态示意图；

图6为本发明采摘步骤的检测落果工作状态示意图。

图中：1吸附管道，2下切割刀片，3上切割刀片，4果柄缺口，5Kinect传感器，6补光单元，7安装盘，8检测门机构，801检测门，802微型传感器，803小连杆，804电磁阀，9抽风机，10传送带，11升降机构，12收纳箱，13移动平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

本发明设计的一种成排吸附管道草莓采摘设备及采摘方法利用负压吸附原理，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤草莓的前提下，完成对准果实、吸附切割和检测落果工作过程，实现草莓的全程自动化收获作业。

参见图1至图3所示，一种成排吸附管道草莓采摘设备，是由吸附管道1、下切割刀片2、上切割刀片3、果柄缺口4、Kinect传感器5、补光单元6、安装盘7、检测门机构8、抽风机9、传送带10、升降机构11、收纳箱12和移动平台13组成的，所述的检测门机构8包括检测门801、微型传感器802、小连杆803和电磁阀804，其特征是：所述吸附管道1成排平行设置，后端与抽风机9连接，前端安装有下切割刀片2和上切割刀片3，所述果柄缺口4设置于上切割刀片3上部，所述安装盘7安装在吸附管道1前段，所述Kinect传感器5安装在安装盘7前部，位于吸附管道1上方，所述补光单元6成圆周安装在安装盘7上，分布于每个吸附管道1周围，所述检测门机构8安装于吸附管道1底部，所述抽风机9底端与升降机构11连接，所述升降机构11安装在移动平台13上，所述传送带10安装在移动平台13上，位于吸附管道1正下方，运动方向与吸附管道1方向垂直，所述所述收纳箱12安装在移动平台13上，位于传送带10前下方；所述所述检测门801安装于吸附管道1上，并且检测门801底部通过小连杆803与电磁阀804连接，所述电磁阀804设置于吸附管道1底部，所述微型传感器802安装于检测门801上表面。

参见图2所示，优选地，所述四只吸附管道成排平行设置，吸附管道前端设置有直径8cm的橡胶皮碗，左右间距为10cm。

参见图2所示，优选地，所述四只抽风机分别与四只吸附管道连接，每一只抽风机对应一只吸附管道。

参见图2所示，优选地，所述下切割刀片和上切割刀片上下间隙距离为3mm。

参见图2所示，优选地，所述果柄缺口宽度为30mm。

参见图2所示，更优选地，所述收纳箱内表面和吸附管道内表面都附有10mm的软硅胶材料。

为了帮助理解本发明的上述基本实施方式，参照图4至图6进行工作过程说明，本发明一种成排吸附管道草莓采摘设备的工作过程包括对准果实、吸附切割和检测落果，其详细工作过程为：Kinect传感器5拍摄草莓图像，获取成熟草莓的空间三维坐标，移动平台13和升降机构11控制吸附管道1运动，使正对草莓，完成对准果实过程；正对成熟草莓的吸附管道1将信号传给控制系统，控制系统控制相应抽风机9开始工作，吸附管道1内形成负压，吸附力促使草莓向吸附管道1内运动，下切割刀片2和上切割刀片3切断草莓果梗，完成吸附切割过程；负压产生的吸附力使草莓在吸附管道1内向左运动，当检测门机构8的微信传感器802检测到有草莓时，电磁阀804控制检测门801打开，草莓滑落到传送带10上，传送带10将草莓输送到收纳箱12中，完成检测落果过程。

以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。