基于深度视觉的香蕉采摘装置及采摘方法与流程

本发明涉及一种香蕉采摘装置，尤其是一种基于深度视觉的香蕉采摘装置及采摘方法，属于香蕉采摘领域。

背景技术：

中国是世界上栽培香蕉的古老国家之一，与印度、厄瓜多尔、哥伦比亚和哥斯达黎加是世界上香蕉产量最大的国家，五个国家的香蕉产量占世界香蕉产量的一半。香蕉是仅次于柑橘的世界第二大水果，其交易量为世界水果交易量之首。香蕉作为水果、粮食能满足消费者的饮食需求，其市场需求业十分大。中国香蕉主要分布在广东、广西、福建、台湾、云南和海南等华南地区，中国幅员辽阔、人口众多，对水果的需求量大，香蕉产量和种植面积呈逐年上升的趋势，香蕉在我国市场中仍有很大潜力。

目前，现有的香蕉采摘基本依靠较落后的人工采收，这种采摘方式不但劳动量大、效率低、采摘成本高，还严重影响香蕉的收获质量和香蕉规模化、机械化生产。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于深度视觉的香蕉采摘装置及采摘方法，其以解决香蕉采摘方式仍以人工采摘为主的现状，达到机械化采收香蕉的目的，同时在机械化的基础上，采用深度相机实现深度视觉识别，可智能化地精确对准采摘香蕉串的果柄并进行采摘，具有采摘效率高、节省劳动力，精确采摘等特点。

本发明的第一个目的在于提供一种基于深度视觉的香蕉采摘装置。

本发明的第二个目的在于提供一种基于上述装置的香蕉采摘方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于深度视觉的香蕉采摘装置，包括升降机构、直线移动机构、采摘机构、深度相机和控制台，所述深度相机设置在采摘机构上，所述采摘机构设置在直线移动机构上，所述直线移动机构设置在升降机构上，所述升降机构用于带动直线移动机构做升降运动，所述直线移动机构用于带动采摘机构做平面运动，所述控制台分别与升降机构、直线移动机构、采摘机构、深度相机连接。

进一步的，还包括行走机构，所述升降机构设置在行走机构上。

进一步的，所述行走机构包括车架、前车轮、后车轮、第一车轴、第二车轴、方向盘、减震部件和转向部件，所述升降机构设置在车架上，所述前车轮和后车轮均为两个，两个前车轮之间通过第一车轴连接，两个后车轮之间通过第二车轴连接，所述第一车轴和第二车轴均通过减震部件与车架连接，所述方向盘固定在转向部件上，所述转向部件与第一车轴连接。

进一步的，所述升降机构包括底座、剪叉式升降组件、液压驱动组件和工作平台，所述液压驱动组件设置在底座上，且液压驱动组件分别与剪叉式升降组件、控制台连接，用于带动剪叉式升降组件做升降运动，所述工作平台设置在剪叉式升降组件上，所述直线移动机构设置在工作平台上。

进一步的，所述液压驱动组件包括液压缸和液压柱塞杆，所述液压缸与控制台连接，并与液压柱塞杆的第一端连接；

所述剪叉式升降组件包括至少两个支撑杆组，所述支撑杆组从上到下依次设置，每个支撑杆组包括四根支撑杆，四根支撑杆分别为第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，所述第一支撑杆与第二支撑杆对称设置，所述第三支撑杆与第四支撑杆对称设置，第一支撑杆的中部和第三支撑杆的中部分别与第一横杆的第一端铰接，第二支撑杆和第四支撑杆的中部分别与第一横杆的第二端铰接；

对于最下方的支撑杆组，所述第一支撑杆的第一端和第二支撑杆的第一端分别与第二横杆的两端铰接，所述第三支撑杆的第一端和第四支撑杆的第一端分别与第三横杆的两端铰接；所述第二横杆和第三横杆设置在底座上，所述底座的两侧设有可使第二横杆滑动的第一滑槽，液压柱塞杆的第二端与第二横杆连接；

对于最上方的支撑杆组，所述第一支撑杆的第一端和第二支撑杆的第一端分别与第四横杆的两端铰接，所述第三支撑杆的第一端和第四支撑杆的第一端分别与第五横杆的两端铰接；第四横杆和第五横杆设置在工作平台的底部，所述工作平台的底部两侧设有可使第四横杆滑动的第二滑槽；

对于相邻的上下两个支撑杆组，下方支撑杆组的第一支撑杆的第二端以及上方支撑杆组的第三支撑杆的第二端分别与第六横杆的第一端铰接，下方支撑杆组的第二支撑杆的第二端以及上方支撑杆组的第四支撑杆的第二端分别与第六横杆的第二端铰接；下方支撑杆组的第三支撑杆的第二端以及上方支撑杆组的第一支撑杆的第二端分别与第七横杆的第一端铰接，下方支撑杆组的第四支撑杆的第二端以及上方支撑杆组的第二支撑杆的第二端分别与第七横杆的第二端铰接。

进一步的，所述直线移动机构包括x轴直线移动组件和y轴直线移动组件；

所述x轴直线移动组件包括第一驱动电机、第一丝杠、第一螺块、第一滑块、第一导轨和第一固定板，所述第一驱动电机与控制台连接，所述第一丝杠的第一端与第一驱动电机连接，第一丝杠的第二端与第一螺块连接，所述y轴直线移动组件设置在第一滑块上，所述第一滑块滑动设置在第一导轨上，且第一滑块与第一丝杠螺旋连接，所述第一驱动电机、第一螺块和第一导轨设置在第一固定板上；

所述y轴直线移动组件包括第二驱动电机、第二丝杠、第二螺块、第二滑块、第二导轨和第二固定板，所述第二驱动电机与控制台连接，所述第二丝杠的第一端与第二驱动电机连接，第二丝杠的第二端与第一螺块连接，所述采摘机构设置在第二滑块上，所述第二滑块滑动设置在第二导轨上，且第二滑块与第二丝杠螺旋连接，所述第二驱动电机、第二螺块和第二导轨设置在第二固定板上。

进一步的，所述采摘机构包括夹持组件和切割组件，所述深度相机设置在切割组件上，所述切割组件设置在夹持组件上，所述夹持组件设置在直线移动机构上。

进一步的，所述夹持组件包括第三固定板、气缸、气缸推杆、推杆、连杆、夹持臂和支撑架，所述第三固定板设置在直线移动机构上，所述切割组件设置在支撑架上，所述气缸和支撑架设置在第三固定板上，气缸与控制台连接，气缸、气缸推杆和推杆依次连接，所述推杆、连杆和夹持臂依次铰接。

进一步的，所述切割组件包括第四固定板、链锯驱动电机、切割驱动电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、齿轮盖、固定上盖、固定下板和链锯，所述深度相机设置在第四固定板上，所述第四固定板设置在夹持组件上，所述链锯设置在固定上盖和固定下板之间，所述链锯驱动电机和切割驱动电机分别与控制台连接；

所述链锯驱动电机设置在齿轮盖的上部，且链锯驱动电机的电机轴穿过齿轮盖后与第一传动齿轮连接，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，所述第二传动齿轮与第一传动轴的第一端连接，所述第一传动轴的第二端穿过固定上盖后与链锯连接；

所述切割驱动电机设置在第四固定板的下部，且切割驱动电机的电机轴穿过第四固定板后与第三传动齿轮连接，所述第三传动齿轮与第四传动齿轮啮合，所述第四传动齿轮与第二传动轴的第一端连接，所述第二传动轴的第二端与固定下板连接。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于上述装置的香蕉采摘方法，所述方法包括：

当采摘不同高度的香蕉串时，通过控制台控制升降机构，使升降机构带动直线移动机构上升或下降，从而使采摘机构和深度相机上升或下降；

当采摘机构到达与香蕉串果柄持平的高度后，通过深度相机采集香蕉串的位置情况图像，并传输至控制台进行分析，生成采摘机构的控制指令；

控制台根据控制指令，先控制直线导轨机构将采摘机构移动至香蕉串果柄处，然后控制采摘机构的夹持组件前伸并夹持住香蕉串果柄；

当夹持组件夹持住香蕉串果柄后，控制台控制采摘机构的切割组件带动链锯的切割链条运动，并控制采摘机构的切割组件使链锯旋转，完成切割动作；

当切割动作完成后，直线导轨机构和采摘机构的切割组件会根据控制台预先设置的回退命令退回到初始位置；

通过控制台控制升降机构使香蕉串下降到运输人员方便取下的位置；

当运输人员将香蕉抓住后，通过控制台控制采摘机构的夹持组件将香蕉串松开，并回退至初始位置，完成采摘作业。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的深度相机与控制台组成智能操作系统，深度相机通过获取香蕉生长图像，数据传输给控制台，实现香蕉串的空间位置识别定位与三维空间模型构建，实现采摘轨迹规划、采摘仿真模拟，通过控制台控制升降机构和直线移动机构，使采摘机构到达香蕉串果柄位置，以实现快速采摘动作，提高采摘的准确性和成功率；在采摘过程中不需要人们托住香蕉串，也不要需要人们爬到香蕉树上采摘香蕉，节省了人力，也避免了香蕉采摘过程中的机械损伤。

2、本发明的香蕉采摘装置几何结构形式选择笛卡尔坐标型结构，该类型的机械手各个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便，同时有利于在采摘过程中的避障和采摘轨迹的及时调整，位置精度高，提高香蕉采摘的成功率。

3、本发明在笛卡尔坐标型机械的基础上，为了增强香蕉采摘装置的稳定性、承载能力和安全性能，升降机构设置了剪叉式升降组件，剪叉式升降组件具有紧凑的结构、小的安装空间、操作性好和自动化程度高且易于实现集中控制的优点，同时由于剪叉式升降组件高度变化范围较大，升降较为匀速，可以适应不同高度的香蕉树，通用性较好。

4、本发明的采摘机构不需要腕部自由度，降低了采摘机构复杂程度、控制难度和制作成本，由于增加了对果柄固定限制的带有固定钉定位板，提高了夹持组件的夹持可靠性。

5、本发明的采摘机构中的切割组件选用的链锯，链锯启动速度快，功率平稳，克服圆盘锯进给小、刀片容易卡死的缺点，能适应不同直径的香蕉串果柄，提高香蕉采摘的成功率。

6、本发明还可以设置行走机构，该行走机构采用轮式行走机构，其结构简单，容易操作和控制，在相对平坦的地形中具有行走速度快和工作平稳的优势，对果园的损伤较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的香蕉采摘装置其中一个角度的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的香蕉采摘装置另一个角度的立体结构示意图。

图3为本发明实施例的香蕉采摘装置的正视结构示意图。

图4为本发明实施例的香蕉采摘装置的侧视结构示意图。

图5为本发明实施例的香蕉采摘装置的俯视结构示意图。

图6为本发明实施例的香蕉采摘装置的升降机构、直线移动机构、采摘机构、深度相机和控制台的其中一个角度的示意图。

图7为本发明实施例的香蕉采摘装置的升降机构、直线移动机构、采摘机构、深度相机和控制台的另一个角度的示意图。

图8为本发明实施例的香蕉采摘装置的升降机构结构示意图。

图9为本发明实施例的香蕉采摘装置的x轴直线移动组件结构示意图。

图10为本发明实施例的香蕉采摘装置的y轴直线移动组件结构示意图。

图11为本发明实施例的香蕉采摘装置的夹持组件结构示意图。

图12为本发明实施例的香蕉采摘装置的切割组件结构示意图。

图13为本发明实施例的香蕉采摘装置的控制台结构示意图。

其中，1-升降机构，101-底座，1011-第一滑槽，102-剪叉式升降组件，10201-第一支撑杆，10202-第二支撑杆，10203-第三支撑杆，10204-第四支撑杆，10205-第一横杆，10206-第二横杆，10207-第三横杆，10208-第四横杆，10209-第五横杆，10210-第六横杆，10211-第七横杆，103-液压驱动组件，1031-液压缸，1032-液压柱塞杆，104-工作平台，1041-第二滑槽，2-直线移动机构，201-x轴直线移动组件，2011-第一驱动电机，2012-第一丝杠，2013-第一螺块，2014-第一滑块，2015-第一导轨，2016-第一固定板，2017-第一固定座，2018-第一支撑座，202-y轴直线移动组件，2021-第二驱动电机，2022-第二丝杠，2023-第二螺块，2024-第二滑块，2025-第二导轨，2026-第二固定板，2027-第二固定座，2028-第二支撑座，3-采摘机构，301-夹持组件，3011-第三固定板，3012-气缸，3013-气缸推杆，3014-推杆，3015-连杆，3016-夹持臂，3017-支撑架，3018-推杆支撑架，302-切割组件，30201-第四固定板，30202-链锯驱动电机，30203-切割驱动电机，30204-第一传动齿轮，30205-第二传动齿轮，30206-第三传动齿轮，30207-第四传动齿轮，30208-第一传动轴，30209-第二传动轴，30210-齿轮盖，30211-固定上盖、30212-固定下板，30213-切割链条，30214-链条轮，30215-链条导板，30216-链条导齿，4-深度相机，5-控制台，501-y轴正方向移动按钮，502-x轴正方向移动按钮，503-x轴负方向移动按钮，504-y轴负方向移动按钮，505-链锯启动按钮，506-链锯停止按钮，507-切割进给按钮，508-切割回退按钮，509-上升按钮，510-下降按钮，511-夹持按钮，512-夹持放开按钮，513-电源按钮，514-显示屏，6-行走机构，601-车架，602-前车轮，603-后车轮，604-第一车轴，605-第二车轴，606-方向盘，607-减震部件，608-转向部件，7-相机底座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～图5所示，本实施例提供了一种基于深度视觉的香蕉采摘装置，该装置包括升降机构1、直线移动机构2、采摘机构3、深度相机4和控制台5，深度相机4设置在采摘机构3上，采摘机构3设置在直线移动机构2上，直线移动机构2设置在升降机构1上，控制台5分别与升降机构1、直线移动机构2、采摘机构3、深度相机4连接。

为了方便操作人员完成采摘作业，本实施例的香蕉采摘装置还包括行走机构6，升降机构1设置在行走机构6上。

进一步地，所述行走机构6包括车架601、前车轮602、后车轮603、第一车轴604、第二车轴605、方向盘606、减震部件607和转向部件608，升降机构1设置在车架601上，前车轮602和后车轮603均为两个，两个前车轮602之间通过第一车轴604连接，两个后车轮603之间通过第二车轴605连接，第一车轴604和第二车轴605均通过减震部件607与车架601连接，使得装置在行走时可以起到减少震动的作用，方向盘606固定在转向部件608上，转向部件608与第一车轴604连接，操作人员可以通过操作方向盘606改变行走机构6的行走方向。

如图1～图8所示，所述升降机构1用于带动直线移动机构2做升降运动，采摘机构3和深度相机4也随直线移动机构2一起做升降运动，该升降机构1包括底座101、剪叉式升降组件102、液压驱动组件103和工作平台104，底座101设置在行走机构6的车架601上，液压驱动组件103设置在底座101上，且液压驱动组件103分别与剪叉式升降组件102、控制台5连接，用于带动剪叉式升降组件102做升降运动，工作平台104设置在剪叉式升降组件102上，直线移动机构2设置在工作平台104上，具体设置在工作平台104的后部。

进一步地，所述液压驱动组件103包括液压缸1031和液压柱塞杆1032，液压缸1031与控制台5连接，并与液压柱塞杆1032的第一端连接，本实施例的液压缸1031的第一端与底座101铰接，液压缸1031的第二端与液压柱塞杆1032的第一端连接。

所述剪叉式升降组件102包括两个支撑杆组，两个支撑杆组上下设置，且两个支撑杆组是相邻的，每个支撑杆组包括四根支撑杆，四根支撑杆分别为第一支撑杆10201、第二支撑杆10202、第三支撑杆10203和第四支撑杆10204，第一支撑杆10201与第二支撑杆10202左右对称设置，第三支撑杆10203和第四支撑杆10204左右对称设置，第一支撑杆10201的中部和第三支撑杆10202的中部分别与第一横杆10205的第一端铰接，第二支撑杆10203和第四支撑杆10204的中部分别与第一横杆10205的第二端铰接。

对于下方的支撑杆组，第一支撑杆10201的第一端和第二支撑杆10202的第一端分别与第二横杆10206的两端铰接，第三支撑杆10203的第一端和第四支撑杆10204的第一端分别与第三横杆10207的两端铰接；第二横杆10206和第三横杆10207设置在底座101上，底座101的左右两侧设有可使第二横杆10206滑动的第一滑槽1011，液压柱塞杆1032的第二端与第二横杆10206连接。

对于上方的支撑杆组，第一支撑杆10201的第一端和第二支撑杆10202的第一端分别与第四横杆10208的两端铰接，第三支撑杆10203的第一端和第四支撑杆10204的第一端分别与第五横杆10209的两端铰接；第四横杆10208和第五横杆10209设置在工作平台104的底部，工作平台104的底部左右两侧设有可使第四横杆10208滑动的第二滑槽1041。

下方支撑杆组的第一支撑杆10201的第二端以及上方支撑杆组的第三支撑杆10203的第二端分别与第六横杆10210的第一端铰接，下方支撑杆组的第二支撑杆10202的第二端以及上方支撑杆组的第四支撑杆10204的第二端分别与第六横杆10210的第二端铰接；下方支撑杆组的第三支撑杆10203的第二端以及上方支撑杆组的第一支撑杆10201的第二端分别与第七横杆10211的第一端铰接，下方支撑杆组的第四支撑杆10203的第二端以及上方支撑杆组的第二支撑杆10202的第二端分别与第七横杆10211的第二端铰接。

控制台5可以通过控制液压缸1031推动液压柱塞杆1032，液压柱塞杆1032的运动带动第二横杆10206的移动，使剪叉式升降组件102完成升降运动，从而使工作平台104的直线移动机构2做升降运动，采摘机构3和深度相机4也随直线移动机构2一起做升降运动。

上述第二横杆10206、第三横杆10207、第四横杆10208、第五横杆10209、第六横杆10210和第七横杆10211的长度相同，且长度大于第一横杆10205的长度；上述剪叉式升降组件102具有紧凑的结构、小的安装空间、操作性好和自动化程度高且易于实现集中控制的优点，同时由于剪叉式升降组件102的高度变化范围较大，升降较为匀速，可以适应不同高度的香蕉树，通用性较好；本领域技术人员可以理解，剪叉式升降组件102的支撑杆组数量可以根据采摘香蕉的高度进行调整，例如可以是三个支撑杆组、四个支撑杆组等。

如图1～图7、图9～图10所示，所述直线移动机构2用于带动采摘机构3做平面运动，其包括x轴直线移动组件201和y轴直线移动组件202。

进一步地，所述x轴直线移动组件201用于带动y轴直线移动组件202沿x轴方向(正方向或负方向)移动，其包括第一驱动电机2011、第一丝杠2012、第一螺块2013、第一滑块2014、第一导轨2015和第一固定板2016，第一驱动电机2011与控制台5连接，第一丝杠2012的第一端与第一驱动电机2011连接，具体与第一驱动电机2011的电机轴连接，第一丝杠2012的第二端与第一螺块2013连接，y轴直线移动组件202设置在第一滑块2014上，第一滑块2014滑动设置在第一导轨2015上，第一滑块2014与第一丝杠2012螺旋连接，具体地，第一滑块2014上设有螺纹孔，通过螺纹孔与第一丝杠2012螺旋连接，第一驱动电机2011、第一螺块2013和第一导轨2015设置在第一固定板2016上；为了保证x轴直线移动组件201能够稳定工作，第一驱动电机2011安装在第一固定座2017上，第一导轨2015有两条，两条第一导轨2015分别设置在第一固定板2016的左右两边，且每条第一导轨2015的两端分别固定在第一支撑座2018上，第一固定座2017和第一支撑座2018均安装在第一固定板2016上。

进一步地，所述y轴直线移动组件202用于带动采摘机构3沿y轴方向(正方向或负方向)移动，其包括第二驱动电机2021、第二丝杠2022、第二螺块2023、第二滑块2024、第二导轨2025和第二固定板2026，第二驱动电机2021与控制台5连接，第二丝杠2022的第一端与第二驱动电机2021连接，具体与第二驱动电机2021的电机轴连接，第二丝杠2022的第二端与第一螺块2023连接，采摘机构3设置在第二滑块2024上，第二滑块2024滑动设置在第二导轨上，且第二滑块2024与第二丝杠2022螺旋连接，具体地，第二滑块2024上设有螺纹孔，通过螺纹孔与第一丝杠2022螺旋连接，第二驱动电机2021、第二螺块2023和第二导轨2025设置在第二固定板2026上，第二固定板2026设置在第一滑块2014上；为了保证y轴直线移动组件202能够稳定工作，第二驱动电机2021安装在第二固定座2027上，第二导轨2025有两条，两条第二导轨2025分别设置在第二固定板2026的左右两边，且每条第二导轨2015的两端分别固定在第二支撑座2028上，第二固定座2027和第二支撑座2028均安装在第二固定板2026上。

如图1～图7、图9～图12所示，采摘机构3包括夹持组件301和切割组件302，深度相机4设置在切割组件302上，切割组件302设置在夹持组件301上，夹持组件301设置在直线移动机构2上，具体设置在y轴直线移动组件202的第二滑块2024上。

进一步地，所述夹持组件301用于夹持香蕉串果柄，其包括第三固定板3011、气缸3012、气缸推杆3013、推杆3014、连杆3015、夹持臂3016和支撑架3017，第三固定板3011设置在y轴直线移动组件202的第二滑块2024上，切割组件302设置在支撑架3017上，气缸3012和支撑架3017设置在第三固定板3011上，气缸3012与控制台5连接，气缸3012、气缸推杆3013和推杆3014依次连接，推杆3014、连杆3015和夹持臂3016依次铰接，构成夹持组件301的执行部分，控制台5通过对气缸3012的控制，使气缸推杆3013带动夹持组件301的执行部分实现夹持和放开动作；为了稳定支撑切割组件302，本实施例的夹持组件301还包括推杆支撑架3018，推杆3014可移动地设置在推杆支撑架3018上，切割组件302的前后部分别在设置在推杆支撑架3018和支撑架3017上；为了提高夹持的稳定性和防止切割过程中香蕉串的晃动的影响，选用了带有固定钉的第三固定板3011。

进一步地，所述切割组件302用于切割香蕉串果柄，其包括第四固定板30201、链锯驱动电机30202、切割驱动电机30203、第一传动齿轮30204、第二传动齿轮30205、第三传动齿轮30206、第四传动齿轮30207、第一传动轴30208、第二传动轴30209、齿轮盖30210、固定上盖30211、固定下板30212和链锯；深度相机4设置在第四固定板30201上，具体地，第四固定板30201上设有凸台302011，深度相机4设置在凸台302011上，第四固定板30201的前后部分别在设置在推杆支撑架3018和支撑架3017上，链锯设置在固定上盖30211和固定下板30212之间，链锯包括切割链条30213、链条轮30214、链条导板30215和链条导齿30216，链条轮30214、链条导板30215和链条导齿30216从后到前依次设置，并分别与切割链条30214连接；链锯驱动电机30202和切割驱动电机30203分别与控制台5连接。

链锯驱动电机30202设置在齿轮盖30210的上部，且链锯驱动电机30202的电机轴穿过齿轮盖30210后与第一传动齿轮30204连接，第一传动齿轮30204与第二传动齿轮30205啮合，第二传动齿轮30205与第一传动轴30208的第一端连接，第一传动轴30208的第二端穿过固定上盖30211后与链锯连接，具体与链锯的切割链条轮30214连接，控制台5通过链锯驱动电机30202的控制，实现对链锯的启动动作或停止动作的控制。

切割驱动电机30203设置在第四固定板30201的下部，且切割驱动电机30203的电机轴穿过第四固定板30201后与第三传动齿轮30206连接，第三传动齿轮30206与第四传动齿轮30207啮合，第四传动齿轮30207与第二传动轴30209的第一端连接，第二传动轴30209的第二端与固定下板30212连接，控制台5通过切割驱动电机30203的控制，带动固定下板30212旋转，从而使链锯旋转，完成切割动作。

本实施例的采摘工作原理为：当第一驱动电机2011正转时，带动第一丝杠2013旋转，使y轴直线移动机构202在第一导轨2018上沿x轴正方向移动，当第一驱动电机2011反转时，带动第一丝杠2013旋转，使y轴直线移动机构202在第一导轨2018上沿x轴负方向移动；当第二驱动电机2021正转时，带动第二丝杠2023旋转，使采摘机构3在第二导轨2028上沿y轴正方向移动，当第二驱动电机2021反转时，带动第二丝杠2023旋转，使采摘机构3在第二导轨2028上沿y轴负方向移动；当气缸3012将气缸推杆3013推出时，带动推杆3014前进，从而使连杆3015带动夹持臂3016向内闭合，实现对香蕉串果柄的夹持动作，当气缸3012将气缸推杆3013收回时，带动推杆3014后退，从而使连杆3015带动夹持臂3016向外张开，实现对香蕉串果柄的放开；当切割驱动电机30203正转时，会带动第三传动齿轮30206旋转，从而使第四传动齿轮30207转动，第二传动轴30209随第四传动齿轮30207旋转，使链锯做切割进给运动，当切割驱动电机4031反转时，会带动切割传动齿轮4032旋转，切割传动轴4033随切割传动齿轮旋转，使链锯做切割回退运动；当链锯驱动电机30202正转或反转时，带动第一传动齿轮30204旋转，从而使第二传动齿轮30205转动，第一传动轴30208随第二传动齿轮30205旋转，使链条轮30214带动切割链条30213运动，以切割香蕉串果柄。

上述升降机构1、直线移动机构2和采摘机构3中，所提及的各个部件的第一端和第二端为相对的两端。

所述深度相机4与控制台5一起构成智能操作系统，可以实时采集香蕉串图像，并传输给控制台5进行分析，具体是利用神经网络yolov3模型来进行香蕉果实的识别，首先将输入的任意大小的图像规一化调整至416×416，经过卷积池化后生成13×13、26×26和52×52尺寸大小的特征图，在三个尺度上进行检测，并通过两倍上采样使特征图能够在相邻的2个尺度上进行传递，获得特征图后，在这三个尺度的特征图上均匀划分为s×s个单元格，不同尺度的特征图中的每个单元格都会预测三个边界框，通过卷积神经网络，每个边界框都会预测3组数据：预测框的位置；目标置信度(confidence)；香蕉类别的概率。最终得到边界框坐标值。

训练过程中，yolov3模型使用平方和误差的损失计算方法。其中包含分类损失、定位损失和置信度损失3个部分。通过反向传播(backpropagation，bp)不断更新模型，使得loss不断减少。

式中，xi、yi为预测目标的x和y轴坐标；x′i、y′i为实际目标的x和y轴的坐标；wi和hi为预测目标的宽和高；w′i和h′i为实际目标的宽和高；pi(c)和p′i(c)分别是预测目标和实际目标的置信度；λcoord和λnoobj为平衡各项loss的比重权值，λcoord＝5，λnoobj＝0.5；s为网格单元；b为边界框数；obj表示含有目标；noobj表示不含目标；表示第i个单元中的第j个框是否包含目标，包含取1，否则取0，相反。

通过yolov3模型实现香蕉串的空间位置识别定位后，利用预测框边界数据，控制台5计算出合理的采摘点，实现采摘轨迹规划、采摘仿真模拟，完成香蕉串实时信息感知，生成升降机构1、直线移动机构2和采摘机构3的控制指令，使采摘机构3到达香蕉串果柄位置；进一步地，深度相机4通过相机底座7安装在第四固定板30201的凸台302011上。

如图1～图13所示，所述控制台5设置在升降机构1的工作平台104上，具体设置在工作平台104的前部，控制台5还可以设置其他方便操作人员操作的位置上，例如行走机构6的车架601上，控制台5内设有单片机和各个电机(第一驱动电机2011、第二驱动电机2021、链锯驱动电机30202和切割驱动电机30203)、液压缸1031和气缸3012的驱动器，这些驱动器分别与单片机相连，控制台5表面设有y轴正方向移动按钮501、x轴正方向移动按钮502、x轴负方向移动按钮503、y轴负方向移动按钮504、链锯启动按钮505、链锯停止按钮506、切割进给按钮507、切割回退按钮508、上升按钮509、下降按钮510、夹持按钮511、夹持放开按钮512、电源按钮513和显示屏514，y轴正方向移动按钮501、x轴正方向移动按钮502、x轴负方向移动按钮503、y轴负方向移动按钮504、链锯启动按钮505、链锯停止按钮506、切割进给按钮507、切割回退按钮508、上升按钮509、下降按钮510、夹持按钮511、夹持放开按钮512、电源按钮513和显示屏514分别与单片机相连。

本实施例的香蕉采摘装置解决了现有香蕉采摘基本是靠人力，存在采摘效率低，耗时费力等问题，严重影响香蕉的规模化，机械化生产，能够代替人工及辅助机器的传统采蕉模式、在一定程度上可实现智能识别的机械化、自动化收采香蕉，具有工作效率高、减轻劳动强度、精准定位、智能采摘等特点。

本实施例还提供了一种香蕉采摘方法，该方法基于上述香蕉采摘装置实现，包括以下步骤：

s1、作业前，操作者通过操作控制台5对深度相机4进行标定，确定深度相机4的一些参数值，标定之后，深度相机5利用控制台5可以进行三维场景的重建，即深度的感知。

s2、作业时，四驱(两个前车轮602和两个后车轮603)动力牵引行走机构6行走，升降机构1、直线导轨机构2、采摘机构3、深度相机4以及控制台5随行走机构6移动。

s3、当采摘不同高度的香蕉串时，操作人员通过控制台5上的上升按钮509或下降按钮510控制升降机构1，使升降机构1带动直线移动机构2上升或下降，从而使采摘机构3和深度相机4上升或下降，使采摘机构3到达与香蕉串果柄高度基本一致的位置。

s4、当采摘机构3到达与香蕉串果柄持平的高度后，通过深度相机4采集香蕉串的位置情况图像，并传输至控制台4内的单片机进行分析，实现采摘轨迹规划、采摘仿真模拟。

s5、若仿真能成功采摘，控制台5先控制直线导轨机构2将夹持组件301移动至香蕉串果柄处，然后控制夹持组件301前伸并夹持住香蕉串果柄，再控制链锯驱动电机4020旋转，链锯驱动电机4020带动链锯链条4026的运动，最后控制切割组件302的链锯驱动电机30202带动链锯的切割链条30213运动，并控制切割组件302的切割驱动电机30203使链锯旋转，完成切割动作，若仿真不能成功采摘，则通过调整香蕉采摘装置的位置后重新进行步骤s4的过程操作。

在本步骤中，夹持过程是控制台5控制气缸3012将气缸推杆3013推出，带动推杆3014前进，推杆3014前进过程中，夹持臂3016在推杆3014和连杆3015的共同作用下向内闭合，实现对香蕉串果柄的夹持动作；切割过程是控制台5先控制链锯驱动电机4020旋转，带动第一传动齿轮30204旋转，从而使第二传动齿轮30205转动，第一传动轴30208随第二传动齿轮30205旋转，使链条轮30214带动切割链条30213运动，再控制切割驱动电机30203正转，带动第三传动齿轮30206旋转，从而使第四传动齿轮30207转动，第二传动轴30209随第四传动齿轮30207旋转，使链锯做切割进给运动，完成切割动作。

s6、当切割动作完成后，直线导轨机构2和切割组件302会根据控制台5预先设置的回退命令退回到初始位置。

s7、操作人员通过控制台5控制升降机构1使香蕉串下降到运输人员方便取下的位置。

s8、当运输人员将香蕉抓住后，通过控制台5的夹持放开按钮512，控制夹持组件301将香蕉串松开，并回退至初始位置，完成采摘作业，整个过程具有操作简单、工作效率高、自动化程度高和节省劳动力等特点。

综上所述，本发明的深度相机与控制台组成智能操作系统，深度相机通过获取香蕉生长图像，数据传输给控制台，实现香蕉串的空间位置识别定位与三维空间模型构建，实现采摘轨迹规划、采摘仿真模拟拟，通过控制台控制升降机构和直线移动机构，使采摘机构到达香蕉串果柄位置，以实现快速采摘动作，提高采摘的准确性和成功率；在采摘过程中不需要人们托住香蕉串，也不要需要人们爬到香蕉树上采摘香蕉，节省了人力，也避免了香蕉采摘过程中的机械损伤。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。