自动摘茧系统、自动摘茧机及摘茧方法与流程

本发明涉及一种农业技术领域，特别是涉及自动摘茧系统、自动摘茧机及摘茧方法。

背景技术

自古以来，种桑养蚕便是我国农业生产中极为重要的一环，它是许多农业户的经济来源。80年代开始，我国开始推广方格簇来进行养蚕，这是一种新型蔟具，能够提高桑蚕的上茧率，如今方格蔟已成为桑蚕养殖的首要选择，每年的产量规模达到2000多万张，而随着方格蔟的广泛使用，养殖桑蚕的规模正慢慢壮大起来。摘茧是蚕业生产极其关键和重要的一环，它将直接影响到蚕茧的整体质量与价值，从而影响蚕农的收入与桑蚕业的发展。

尽管蚕桑业在我国有极为悠久的历史及发展，但产业模式仍然较为传统，属于劳动密集型，目前摘茧一般采用人工采茧、分茧，每百斤的摘茧时间长达七小时或八小时，劳动强度大、成本高、效率低，早已无法满足市场的需求。目前虽有一些具备自动摘茧功能的设备陆续出现，但仍需人工辅助，且大多不具备分茧功能。

因此，如何提高蚕茧采摘效率和和采摘质量，进而增加桑农的经济收入成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自动摘茧系统、自动摘茧机及摘茧方法，用于解决现有技术中人工采茧、分茧效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自动摘茧系统，所述自动摘茧系统包括：传送对中模块，检测到方格簇后将其传送；视觉识别模块，与所述传送对中模块连接，采集所述传送对中模块传送的方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块，与所述视觉识别模块连接，传送、检测并夹持方格簇；摘茧机械手，设于传送夹持模块上，以将蚕茧从方格簇中摘除；控制模块，分别通信连接并控制所述传送对中模块、视觉识别模块、传送夹持模块及摘茧机械手。

优选的，所述传送对中模块包括第一同步带轮、第一交流减速电机和对中导向模块，第一同步带轮连接第一交流减速电机；第一同步带轮同轴连接第一滚筒，所述第一滚筒上绕有宽传送带；对中导向模块上设有第一激光对射光电开关。

优选的，所述传送夹持模块包括传送装置和对中夹持装置；所述传送装置包括第二同步带轮、第三同步带轮、第二交流减速电机，所述第二交流减速电机通过第二同步带轮、第三同步带轮带动第二滚筒转动；所述第二滚筒上均布窄传送带；所述对中夹持装置包括第三交流减速电机、第一双向丝杆、第二双向丝杆、第二激光对射光电开关，所述第三交流减速电机分别连接并带动第一双向丝杆、第二双向丝杆转动；所述第一双向丝杆和所述第二双向丝杆之间设有前夹持板和后夹持板，所述前夹持板上设有第一限位开关，所述后夹持板上设有第二限位开关，所述传送夹持模块的机架上设有第三限位开关。

优选的，所述摘茧机械手包括多工位气动摘茧装置，所述多工位气动摘茧装置包括单作用气缸，所述单作用气缸的活塞杆端部设有蚕丝切割刀具。

本发明还提供一种自动摘茧机，所述自动摘茧机包括：传送对中模块，检测到方格簇后将其传送，包括第一交流减速电机、宽传送带、第一激光对射光电开关；视觉识别模块，与所述传送对中模块连接，采集所述传送对中模块传送的方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块，与所述视觉识别模块连接，传送、检测并夹持方格簇，包括第二激光对射电开关、第二交流减速电机、窄传送带、第三交流减速电机、前夹持板、后夹持板；摘茧机械手，设于传送夹持模块上，以将蚕茧从方格簇中摘除，包括多工位气动摘茧装置，所述多工位气动摘茧装置包括单作用气缸，单作用气缸的活塞杆端部设有蚕丝切割刀具；控制模块，分别通信连接并控制所述传送对中模块、视觉识别模块、传送夹持模块及摘茧机械手。

本发明还提供一种摘茧方法，包括如下步骤，s10、蚕茧摘除准备，其中：传送对中模块检测方格簇并传送；视觉识别模块采集所述方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块传送、检测并夹持方格簇；s20、控制摘茧机械手将蚕茧从方格簇中摘除；s30、重复s10。

优选的，一种摘茧方法，还包括步骤，s40、识别血茧，控制摘茧机械手不摘除血茧，其中，血茧方格簇对应上方的单作用气缸受控，其活塞杆带动蚕丝切割刀具上移。

优选的，一种摘茧方法，所述识别蚕茧的步骤包括，s111、利用门形视觉识别模块获取蚕茧图像i；s112、对蚕茧图像i进行灰度化处理，并获得蚕茧图像ii；s113、对蚕茧图像ii进行二值化和形态学开运算，并利用八邻域连通准则遍历蚕茧图像进行连通区域建立，从而获得蚕茧图像iii；s114、对蚕茧图像iii中各蚕茧区域的蚕茧进行质心坐标提取；s115、基于质心对蚕茧图像ii中各蚕茧区域进行长短轴方向的像素灰度均值化；s116、判定各蚕茧区域的像素灰度值是否在血茧灰度范围内，若在血茧灰度范围内，则是血茧；反之，是好茧。

优选的，一种摘茧方法，步骤s115包括，s1151、借鉴区域特征提取方法构造与蚕茧区域有相同标准二阶中心矩的椭圆；s1152、循环蚕茧图像ii中各蚕茧质心坐标，使其与构造的椭圆圆心重合；s1153、求取各蚕茧区域过质心的椭圆短轴方向像素灰度值；s1154、求取各蚕茧区域过质心的椭圆长轴方向像素灰度值；s1155、平均各蚕茧区域在各自短长轴上的所有像素灰度值。

优选的，一种摘茧方法，所述识别方格簇边框的步骤包括，s121、利用门形视觉识别模块8获取蚕茧图像i；s122、对蚕茧图像i进行灰度化处理，并获得蚕茧图像ii；s123、对方格簇边框进行灰度线性增强；其中，灰度线性增强函数为y＝kx+b，x代表原始图像的灰度，y代表经过变换后的图像灰度，k代表灰度函数斜率，b代表图像的亮度；s124、对方格簇进行拉普拉斯锐化处理，进一步突出各方格簇的边框。

如上所述，本发明的自动摘茧系统、自动摘茧机及摘茧方法，具有以下有益效果：

(1)本技术方案通过传送对中模块传送并检测方格簇；视觉识别模块采集所述方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块传送、检测并夹持方格簇；摘茧机械手将蚕茧从方格簇中摘除，然后对下一个方格簇进行循环处理；现有技术中，每摘除一块方格簇后，需要手动装载新方格簇，不能实现方格簇的连续自动摘茧；与现有技术相比，本技术方案实现了方格簇的自动摘茧，提高桑农基于方格簇养蚕中摘茧效率和摘茧质量。

(2)根据方格簇边框识别结果，多工位气动摘茧装置开始工作，实现沿格簇边框的蚕丝切割，蚕茧在自重情况下完成自动掉落；现有技术自动摘茧过程中存在对蚕茧的损坏；与现有技术相比，本技术方案不会破坏蚕茧。

(3)识别蚕茧算法、识别方格簇边框算法、自动摘茧机控制流程实现了血茧或其他坏茧的自动高速识别和筛选，提高了摘茧效率和摘茧质量；现有技术中无法区分血茧和好茧，与现有技术相比，本技术方案实现了血茧的识别和采摘筛选，提高了摘茧质量。

附图说明

图1显示为本发明自动摘茧系统的原理示意图；

图2显示为本发明自动摘茧系统中传送对中模块结构示意图；

图3显示为本发明自动摘茧系统中传送夹持模块结构示意图；

图4显示为本发明自动摘茧系统中摘茧机械手结构示意图；

图5显示为本发明自动摘茧系统中多工位气动摘茧装置结构示意图；

图6显示为本发明自动摘茧机的结构示意图；

图7显示为本发明摘茧方法的流程图；

图8显示为本发明识别蚕茧算法流程图；

图9显示为本发明基于质心对各蚕茧区域进行长短轴上的像素灰度均值化流程图；

图10显示为本发明识别方格簇边框算法流程图。

附图标号说明：

机架1、左横梁2、连接梁3、右横梁4、传送对中模块5、传送夹持模块6、摘茧机械手7、视觉识别模块8、第一同步带轮9、第一滚筒10、宽传送带11、第一交流减速电机12、第一同步带13、对中导向模块14、第一激光对射光电开关15、第二交流减速电机16、第二同步带轮17、第二同步带18、第三同步带轮19、第二滚筒20、窄传送带21、第三交流减速电机22、第四同步带轮23、第三同步带24、第五同步带轮25、第一双向丝杆26、第六同步带轮27、第四同步带28、第七同步带轮29、第二双向丝杆30、第一螺母31、第二螺母32、第三螺母33、第四螺母34、前夹持板35、第一限位开关36、后夹持板37、第二限位开关38、第二激光对射光电开关39、第三限位开关40、方形框架41、第八同步带轮42、第九同步带轮43、第一步进电机44、第二步进电机45、第十同步带轮46、第十一同步带轮47、第一直线导轨48、第二直线导轨49、第一工型滑块50、第十二同步带轮51、第十三同步带轮52、第一滑块53、第二工型滑块54、第十四同步带轮55、第十五同步带轮56、第二滑块57、第一连杆58、第二连杆59、多工位气动摘茧装置60、双面同步带61、第一行程开关62、第二行程开关63、凹形盖64、方形衬块65、第一直线轴承66、第二直线轴承67、第一同步带槽68、第二同步带槽69、第一螺钉70、栅形壳71、第二螺钉72、单作用气缸73、蚕丝切割刀具74、第三螺钉75、控制模块76。

步骤s10～s40、步骤s111～s116、步骤s1151～s1155、步骤s121～s124。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是:“上”是指位置在高处的，与“下”相对，即上边；“下”是指位置在低处的，与“上”相对，即下层。而非对本摘茧机的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的摘茧机的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是阅读者正对附图时，离阅读者近的即为前，离阅读者远的即为后，而非对本发明的摘茧机的特定限定。

本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。

实施例1

如图1所示，一种自动摘茧系统，按照蚕茧传送方向依次包括：传送对中模块5、视觉识别模块8、传送夹持模块6，传送夹持模块6上安装摘茧机械手7，控制模块76分别通信连接并控制所述传送对中模块5、视觉识别模块8、传送夹持模块6及摘茧机械手7。视觉识别模块优选为门型视觉识别模块。需要说明的是，通信连接包括电性连接、无线连接或电磁耦合连接等；所述控制模块具体可采用mcu处理器、cpu处理器、soc处理器、fpga处理器、或者dsp处理器等等。

具体的，将装有蚕茧的方格簇放到传送对中模块5，传送对中模块5检测到方格簇后将其传送至视觉识别模块8；视觉识别模块8采集方格簇图像，首先完成蚕茧识别，然后再对方格簇的边框进行识别；之后，方格簇继续传送到传送夹持模块6进行检测，传送夹持模块6检测方格簇后将方格簇夹持住；摘茧机械手7将蚕茧摘除。随后，按照上述处理过程处理下一个方格簇。

优选的，如图6和2所示，本发明自动摘茧机中传送对中模块5包括安装在左横梁2左端的第一同步带轮9，所述第一同步带轮9与第一滚筒10同轴连接，所述第一滚筒10上绕有宽传送带11，所述第一同步带轮9由安装在机架1上的第一交流减速电机12通过第一同步带13带动，进而带动宽传送带11向前传送。所述左横梁2右端装有对中导向模块14，所述对中导向模块14的右上端装有第一激光对射光电开关15。

优选的，如图6和3所示，本发明自动摘茧机传送夹持模块6包括传送装置和对中夹持装置。所述传送装置包括机架1上第二交流减速电机16，所述第二交流减速电机16通过第二同步带轮17、第二同步带18、第三同步带轮19带动第二滚筒20转动。所述第二滚筒20上均匀分布着用于支撑方格簇的平行隔离安置的三根窄传送带21。所述对中夹持装置包括机架1上第三交流减速电机22，所述第三交流减速电机22通过第四同步带轮23、第三同步带24、第五同步带轮25带动第一双向丝杆26转动，所述第一双向丝杆26的外端装有第六同步带轮27，通过第四同步带28和第七同步带轮29带动第二双向丝杆30转动。所述第一双向丝杆26前后端分别装有第一螺母31和第二螺母32，所述第二双向丝杆30前后端分别装有第三螺母33和第四螺母34。所述第一螺母31和和第三螺母33上装有前夹持板35，所述前夹持板35的中间装有第一限位开关36。所述第二螺母32和和第四螺母34上装有后夹持板37，所述后夹持板37上装有第二限位开关38。所述机架1上右横梁3上的右上边从左至右依次布置着第二激光对射光电开关39和第三限位开关40。

优选的，如图6和4所示，本发明自动摘茧机的摘茧机械手7包括安装在右横梁4上的方形框架41，所述方形框架41左边两根立柱上装有第八同步带轮42和第九同步带轮43，所述方形框架41右边两根立柱上装有第一步进电机44和第二步进电机45，所述第一步进电机44下端同轴装有第十同步带轮46，所述第二步进电机45下端同轴装有第十一同步带轮47。所述方形框架41的前后横梁上还平行安置着第一直线导轨48和第二直线导轨49，所述第一直线导轨48上装有第一工型滑块50，所述第一工型滑块50的上端两侧装有第十二同步带轮51和第十三同步带轮52，在所述第一工型滑块50的下端有套在所述第一直线导轨48上的第一滑块53。所述第二直线导轨49上装有与所述第一工型滑块50结构一样的第二工型滑块54，所述第二工型滑块54包括了第十四同步带轮55、第十五同步带轮56和第二滑块57。所述第一工型滑块50与所述第二工型滑块54之间通过两根并行的第一连杆58和第二连杆59固定，所述第一连杆58和第二连杆59穿过多工位气动摘茧装置60。所述第八同步带轮42上所绕双面同步带61，依次经过第十同步带轮46、第十三同步带轮52、多工位气动摘茧装置60、第十五同步带轮56、第十一同步带轮47、第九同步带轮43、第十四同步带轮55、多工位气动摘茧装置60、第十二同步带轮51上，再到第八同步带轮42形成闭环。所述方形框架41的左横梁上装有第一行程开关62，右横梁上装有第二行程开关63。

优选的，如图6和5所示，本发明自动摘茧机的多工位气动摘茧装置60包括方形滑块和多工位气动刀具。所述方形滑块包括凹形盖64，所述凹形盖64内部装有方形衬块65，所述方形衬块65内中间装有用于通所述第一连杆58和第二连杆59的第一直线轴承66和第二直线轴承67，在所述第一直线轴承66右边和所述第二直线轴承67左边有用于通所述双面同步带61的第一同步带槽68和第二同步带槽69。所述凹形盖64通过第一螺钉70与所述方形衬块65固定，所述第一螺钉70同时紧顶在第一直线轴承66上进行固定。所述多工位气动刀具包括栅形壳71，所述栅形壳71上通过第二螺钉72固定着18个单作用气缸73，所述单作用气缸73的活塞杆端部都装有蚕丝切割刀具74，所述各单作用气缸73之间的左右、前后距离与蚕茧各方格簇的长和宽一致。所述凹形盖64通过第三螺钉75与所述栅形壳71固定。

实施例2

对应上述实施例，本发明还能提供一种自动摘茧机，上述实施例中的技术特征皆可用于本实施例中，因此相同的技术细节不作重复赘述。

如图6所示，一种自动摘茧机，包括机架1，所述机架1包括平行隔离安置的两根左横梁2、两根中间连接梁3和两根右横梁4，所述左横梁2上装有传送对中模块5，所述右横梁4上装有传送夹持模块6，所述传送夹持模块6的上部装有摘茧机械手7，所述传送对中模块5和传送夹持模块6的中间装有视觉识别模块8。

具体的，自动摘茧机工作原理如下：将装有蚕茧的方格簇放在自动摘茧机上，第一交流减速电机12驱动宽传送带11传送方格簇向前运动至传送对中模块5，若第一激光对射光电开关15检测到方格簇，则第一交流减速电机12停转，宽传送带11停止传送。然后，视觉识别模块8采集方格簇图像，并进行蚕茧识别和方格簇边框识别。接着，第二激光对射光电开关39开始工作检测方格簇，若没有检测到，则第一交流减速电机12和第二交流减速电机16分别驱动宽传送带11和窄传送带21，进而传送方格簇继续向前运动，直至第二激光对射光电开关39检测到方格簇。此时，第二交流减速电机16停止转动，窄传送带21停止传送，第三交流减速电机22驱动第一双向丝杆26和第二双向丝杆30来带动前夹持板35和后夹持板37对中夹持方格簇；同时第一限位开关36和第二限位开关38是否检测到信号，若检测到信号，则第三交流减速电机22停转。

根据蚕茧识别结果，进行多工位气动摘茧装置60的单作用气缸73控制。若多工位气动摘茧装置60所在摘茧方格区域存在血茧或其他坏茧，则该血茧或其他坏茧方格对应上方的单作用气缸73受控，其活塞杆带动蚕丝切割刀具74上移，即蚕丝切割刀具74对血茧或其他坏茧不处理，血茧或其他坏茧不会掉落；否则多工位气动摘茧装置60所有单作用气缸73保持原位准备就绪。所谓血茧其实是蛹体破裂渗出液体污染茧内层，液体自里向外污染整个茧层形成血疤、烂茧。

根据方格簇边框识别结果，通过第一步进电机44和第二步进电机45带动双面同步带61来驱动多工位气动摘茧装置60实现沿格簇边框的蚕丝切割，蚕茧在自重情况下完成自动掉落，完成蚕茧的自动摘取。

若方格簇所有区域的蚕茧均已摘取，则多工位气动摘茧装置60中所有单作用气缸73受控，活塞杆带动所有蚕丝切割刀具74上移，且多工位气动摘茧装置60复位到起始位置，摘茧机械手7停止工作，摘茧完成。若方格簇所有区域的蚕茧还未摘取完，则多工位气动摘茧装置60继续移到下一个区域，再根据蚕茧和方格簇识别结果进行处理。

完成摘茧工作后，第三交流减速电机22驱动第一双向丝杆26和第二双向丝杆30来带动前夹持板35和后夹持板37松开方格簇，当第三限位开关40发出接触信号后，第三交流减速电机22停转；随后第二交流减速电机16驱动窄传送带21将方格簇移出；当第二激光对射光电开关39检测到方格簇后，则第二交流减速电机16驱动窄传送带21继续将方格簇移出，若第二激光对射光电开关39未检测到方格簇，则重复最初摘茧的步骤。

实施例3

对应上述实施例，本发明还能提供一种摘茧方法，上述实施例中的技术特征皆可用于本实施例中，因此相同的技术细节不作重复赘述。本发明所述的摘茧方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

如图7所示，一种摘茧方法，步骤包括：s10、蚕茧摘除准备，其中：传送对中模块检测方格簇并传送；视觉识别模块采集所述方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块传送、检测并夹持方格簇；s20、控制摘茧机械手将蚕茧从方格簇中摘除；s30、重复s10。优选的，s40、识别血茧，控制摘茧机械手不摘除血茧，其中，血茧方格簇对应上方的单作用气缸受控，其活塞杆带动蚕丝切割刀具上移。

其中，如图8所示，识别蚕茧的步骤包括：s111、利用门形视觉识别模块获取蚕茧图像i；s112、对蚕茧图像i进行灰度化处理，并获得蚕茧图像ii；s113、对蚕茧图像ii进行二值化和形态学开运算，并利用八邻域连通准则遍历蚕茧图像进行连通区域建立，从而获得蚕茧图像iii；s114、对蚕茧图像iii中各蚕茧区域的蚕茧进行质心坐标提取；s115、基于质心对蚕茧图像ii中各蚕茧区域进行长短轴方向的像素灰度均值化；s116、判定各蚕茧区域的像素灰度值是否在血茧灰度范围内，若在血茧灰度范围内，则是血茧；反之，是好茧。

优选的，如图9所示，步骤s115包括：s1151、借鉴区域特征提取方法构造与蚕茧区域有相同标准二阶中心矩的椭圆；s1152、循环蚕茧图像ii中各蚕茧质心坐标，使其与构造的椭圆圆心重合；s1153、求取各蚕茧区域过质心的椭圆短轴方向像素灰度值；s1154、求取各蚕茧区域过质心的椭圆长轴方向像素灰度值；s1155、平均各蚕茧区域在各自短长轴上的所有像素灰度值。

其中，如图10所示，识别方格簇边框的步骤包括：s121、利用门形视觉识别模块8获取蚕茧图像i；s122、对蚕茧图像i进行灰度化处理，并获得蚕茧图像ii；s123、对方格簇边框进行灰度线性增强；其中，灰度线性增强函数为y＝kx+b，x代表原始图像的灰度，y代表经过变换后的图像灰度，k代表灰度函数斜率，b代表图像的亮度；s124、对方格簇进行拉普拉斯锐化处理，进一步突出各方格簇的边框。

综上所述，本发明自动摘茧系统、自动摘茧机及摘茧方法，传送对中模块传送并检测方格簇；视觉识别模块采集所述方格簇图像，识别蚕茧和方格簇边框；传送夹持模块传送、检测并夹持方格簇；摘茧机械手将蚕茧从方格簇中摘除，然后对下一个方格簇进行循环处理；实现了方格簇的自动摘茧，提高桑农基于方格簇养蚕中摘茧效率和摘茧质量。根据方格簇边框识别结果，多工位气动摘茧装置开始工作，实现沿格簇边框的蚕丝切割，蚕茧在自重情况下完成自动掉落；本技术方案不会破坏蚕茧。同时，识别蚕茧算法、识别方格簇边框算法、自动摘茧机控制流程实现了血茧或其他坏茧的自动高速识别和筛选，提高了摘茧效率和摘茧质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。