草莓智能采摘装置的制作方法

本实用新型属于智能采摘技术领域，具体涉及一种草莓智能采摘装置。

背景技术：

传统的草莓采摘完全依靠人工劳作，草莓植株枝叶繁杂，劳动强度大、效率低、雇佣成本高；随着生活水平的提高，草莓的种植量显著增加，人工采摘的方式已经无法满足及时、高效、大量的草莓采摘需求。

近年来，国内外学者针对草莓采摘设备进行了大量的研究开发，也设计了各种各样的草莓采摘设备。现有技术中的采摘设备基本分为两类，一类是单一采摘机构，辅助人完成采摘工作，单一的采摘机构虽然在一定程度上提高了采摘效率，但需要人配合完成采摘，存在人工劳动强度大的问题；第二类是智能化采摘设备，独立完成采摘工作，智能化采摘设备主要是利用图像识别确定待采摘草莓的位置，然后利用采摘机构进行采摘，其普遍存在的问题是定位不准确，对于草莓的已破损的特殊性，定位不准确容易引起采摘破损的问题，采摘的草莓质量差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种草莓智能采摘装置，解决现有技术存在的人工采摘强度大以及机械设备采摘定位不准确、果实易破损的问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种草莓智能采摘装置包括：

载物车体；

固定设置在载物车体上的第一工作台；

设置在第一工作台上的位置调整机构，所述位置调整机构实现Z向升降、X向进给以及绕Z轴回转运动；

设置在所述位置调整机构上的采摘单元；

以及设置在所述采摘单元上的双目识别定位系统，所述双目识别定位系统包括两个摄像头，两个摄像头的轴线相交；

以及主控制器，所述主控制器接受双目识别定位系统采集的信息并控制载物车体、位置调整机构及采摘单元动作。

所述位置调整机构包括：

设置在所述第一工作台上的升降机构，实现Z轴方向的升降；

设置在所述升降机构上端部的第二工作台；

固定在所述第二工作台上的角度调整装置，实现绕Z轴的回转运动；

以及固定在所述角度调整装置上的采摘进给装置，所述采摘进给装置实现X向的进给运动。

所述升降机构包括：

多组叉式升降结构；

多个动力丝杠，每个所述动力丝杠包括导程相同、螺距相同、旋向相反的两段，两段分别和叉式升降结构下端配合；

连接在多个动力丝杠之间的链条；

以及第一驱动电机，所述第一驱动电机通过和任意一个动力丝杠固定连接。

所述升降机构还包括升降辅助机构，所述升降辅助机构包括连接在叉式升降结构的两个连杆之间的弹簧，当叉式升降结构下降到最低极限时，所述弹簧处于压缩状态。

所述角度调整装置包括：

固定在第二工作台上的第二驱动电机；

蜗杆端部和第二驱动电机输出端固定连接的蜗轮蜗杆机构；

以及和所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮同轴固定连接的固定台。

所述采摘进给装置包括：

固定在所述角度调整装置的固定台上的第三驱动电机；

丝杠一端部和所述第三驱动电机固定连接的第一丝杠丝母机构；

以及和所述第一丝杠丝母机构中的丝母固定连接的滑动架，所述滑动架固定在所述角度调整装置的固定台上的导向轴滑动配合。

所述采摘单元包括：

固定在所述采摘进给装置的滑动架上的微调定位机构，所述微调定位机构实现Z轴方向的运动；

以及固定在所述微调定位机构下端部的采摘手。

所述微调定位机构包括：

固定在所述采摘进给装置的滑动架上的第四驱动电机；

以及丝杠一端和所述第四驱动电机输出轴固定连接的第二丝杠丝母机构。

所述采摘手包括：

和所述第二丝杠丝母机构中的丝母固定连接的固定架，所述固定架和固定在所述采摘进给装置的滑动架上的导向轴滑动配合；

固定在固定架上的第五驱动电机；

丝杠一端和所述第五驱动电机输出轴固定连接的第三丝杠丝母机构；

两个对称设置的两个挡片，两个挡片的一端部均和第三丝杠丝母机构的丝母铰接，同时所述两个挡片均和固定架铰接，通过第三丝杠丝母机构带动两个挡片另一端部开合运动；

以及分别固定在两个挡片另一端部的两个刀片，两个刀片的刀刃相对设置，通过两个挡片带动两个刀片接触闭合或分开。

所述载物车体为履带式车体。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的草莓智能采摘装置主要由载物车体、位置调整机构、采摘单元以及双目识别定位系统组成，主控制器通过双目识别定位系统采集的草莓位置信息控制相应机构动作，实现采摘手的定位，进而实现采摘。

根据对草莓种植环境实地考察，载物车体设计为履带式，载物车体具体实现两个功能，一是作为载体带动整个装置在草莓种植田间土地不同外界环境条件下的平稳行走前进；二是带动第一工作台，对草莓的Y方向进行定位；本装置行走过程中由两个摄像头组成的双目识别定位系统定位对草莓进行定位，可识别捕捉草莓区别与环境的主要特征为红色和圆球状；两个摄像头成一定角度放置，将两摄像头轴线的交点设置为草莓的定位点，当草莓在两个摄像头视野中同时位于中心时，即完成待采摘草莓的定位，将两摄像头轴线的交点置于采摘手中心，即可实现对草莓的夹持、剪切。经主控制器处理，由载物车体带动整个装置进行y方向定位移动，同时z方向定位进给运动采用升降机构，叉式升降结构坚固，承载量大，升降平稳，升降机安装维护简单方便，相对于导轨式节约了一定的空间，是经济实用的输送设备，并在机动性方面有较大提高；传动系统为链条与动力丝杠的组合，动力丝杠将齿轮传动单元的回转运动转化为直线运动，从而控制第二工作台的移动；升降辅助机构利用弹簧的储能特性用来补偿叉式升降结构启动时死点影响以及起到落下缓震作用；x方向是由采摘进给装置通过第一丝母丝杆机构将第三驱动电机的回转运动转化为直线移动，驱动末端执行机构在X方向移动以定位草莓的X坐标。采摘单元装有微调精确定位机构，可实现z方向精调定位；同时机械手上装有挡片，挡片同刀片一起闭合，第三丝杠丝母机构与挡片固连，挡片跟随第三丝杠丝母机构做直线运动，实现切断果柄，达到无损伤采摘草莓采摘，利于草莓的保鲜。

本实用新型是国内首次采用双目识别定位系统采集信息，通过微机处理的方法实现全自动无损伤高效草莓采摘。该系统可通过设定，判别草莓大小形状颜色等信息实现对草莓的分类采摘。与目前已有采摘机构相比，本实用新型采摘夹持装置直接作用于果实的茎，避免了采摘过程中损伤果实，且利于储存和保鲜。该机构可用于其它类似物体的分类采集。

附图说明

图1为本实用新型的草莓智能采摘装置整体结构示意图；

图2为本实用新型的草莓智能采摘装置中采摘单元、角度调整装置及采摘进给装置机构示意图；

其中：1、载物车体，2、第一工作台，3、升降机构，301、叉式升降结构，302、弹簧，303、第一驱动电机，304、链条，305、动力丝杠，4、第二工作台，5、角度调整装置，501、第二驱动电机，502、蜗轮蜗杆机构，503、固定台，6、采摘进给装置，601、第三驱动电机，602、第一丝杠丝母机构，603、滑动架，7、微调定位机构，701、第二丝杠丝母机构，8、采摘手，801、固定架，802、第三丝杠丝母机构，803、挡片，804、刀片，9、双目识别定位系统，901、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本实用新型的一种草莓智能采摘装置包括：

载物车体1；

固定设置在载物车体1上的第一工作台2；

设置在第一工作台2上的位置调整机构，所述位置调整机构实现Z向升降、X向进给以及绕Z轴回转运动；

设置在所述位置调整机构上的采摘单元；

以及设置在所述采摘单元上的双目识别定位系统9，所述双目识别定位系统9包括两个摄像头901，两个摄像头901的轴线相交；

以及主控制器，所述主控制器接受双目识别定位系统9采集的信息并控制载物车体1、位置调整机构及采摘单元动作。

所述位置调整机构包括：

设置在所述第一工作台2上的升降机构3，实现Z轴方向的升降；

设置在所述升降机构3上端部的第二工作台4；

固定在所述第二工作台4上的角度调整装置5，实现绕Z轴的回转运动；

以及固定在所述角度调整装置5上的采摘进给装置6，所述采摘进给装置6实现X向的进给运动。

所述升降机构3包括：

多组叉式升降结构301；

多个动力丝杠305，每个所述动力丝杠305包括导程相同、螺距相同、旋向相反的两段，两段分别和叉式升降结构301下端配合；

连接在多个动力丝杠305之间的链条304；

以及第一驱动电机303，所述第一驱动电机303通过和任意一个动力丝杠305固定连接。

所述升降机构3还包括升降辅助机构，所述升降辅助机构包括连接在叉式升降结构301的两个连杆之间的弹簧302，当叉式升降结构301下降到最低极限时，所述弹簧302处于压缩状态。

所述角度调整装置5包括：

固定在第二工作台4上的第二驱动电机501；

蜗杆端部和第二驱动电机501输出端固定连接的蜗轮蜗杆机构502；

以及和所述蜗轮蜗杆机构502的蜗轮同轴固定连接的固定台503。

所述采摘进给装置6包括：

固定在所述角度调整装置5的固定台503上的第三驱动电机601；

丝杠一端部和所述第三驱动电机601固定连接的第一丝杠丝母机构602；

以及和所述第一丝杠丝母机构602中的丝母固定连接的滑动架603，所述滑动架603固定在所述角度调整装置5的固定台503上的导向轴滑动配合。

所述采摘单元包括：

固定在所述采摘进给装置6的滑动架603上的微调定位机构7，所述微调定位机构7实现Z轴方向的运动；

以及固定在所述微调定位机构7下端部的采摘手8。

所述微调定位机构7包括：

固定在所述采摘进给装置6的滑动架603上的第四驱动电机；

以及丝杠一端和所述第四驱动电机输出轴固定连接的第二丝杠丝母机构701。

所述采摘手8包括：

和所述第二丝杠丝母机构701中的丝母固定连接的固定架801，所述固定架801和固定在所述采摘进给装置6的滑动架603上的导向轴滑动配合；

固定在固定架801上的第五驱动电机；

丝杠一端和所述第五驱动电机输出轴固定连接的第三丝杠丝母机构802；

两个对称设置的两个挡片803，两个挡片803的一端部均和第三丝杠丝母机构802的丝母铰接，同时所述两个挡片803均和固定架801铰接，通过第三丝杠丝母机构802带动两个挡片803另一端部开合运动；

以及分别固定在两个挡片803另一端部的两个刀片804，两个刀片804的刀刃相对设置，通过两个挡片803带动两个刀片804接触闭合或分开。

所述载物车体1为履带式车体，电机通过齿轮传动带动履带行走，可以适应不同的行走环境。