[发明专利]鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机及其控制方法

权利要求书

1.一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，包括行走小车，其特征在于：所述行走小车上设有三维运动平台、采摘点定位系统、葡萄采摘系统、分级分装系统；

所述三维运动平台包括主控制器，主控制器连接有安装在行走小车上的行走电机、位置传感器；主控制器根据位置传感器控制行走电机：行走小车的前部设有两个行走轮，每个行走轮上设有一个行走电机，通过闭环的PID控制小车走直线，行走小车前部的两个行走轮配合两个行走电机的差速完成转向；

在行走小车上还设有由步进电机控制的移动平台，主控制器连接步进电机并控制移动平台；上述的采摘点定位系统、葡萄采摘系统位于移动平台上；行走小车运动以及移动平台实现采摘点定位系统、葡萄采摘系统的三维定位；

所述的葡萄采摘系统包括采摘刀、葡萄检测器、网兜、缓冲板；采摘刀为圆形锯齿旋转刀片，网兜位于采摘刀下方且为通透性弹性网兜，网兜下方设有缓冲板；

所述的采摘点定位系统包括与主控制器连接的第一图像采集摄像头，主控制器内嵌入有高频图像采集系统软件、Microsoft Visual C++应用程序软件；

所述的分级分装系统包括输送履带、输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；输送履带的一端承载葡萄采摘系统缓冲板下落的葡萄、另一端对应可控旋转箱体并把葡萄输入到可控旋转箱体内；主控制器连接并控制上述的输送带驱动电机、第二图像采集摄像头、可控旋转箱体；

主控制器控制行走电机进行前进后退以及转向；同时主控制器根据采摘点定位系统的运算结果控制移动平台到达采摘点；移动平台带动葡萄采摘系统、采摘点定位系统同步运动。

2.根据权利要求1所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：所述的移动平台包括固定在行走小车上的水平移动装置以及位于水平移动装置上的沿上下运动的上下移动装置。

3.根据权利要求2所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：所述的水平移动装置包括机械导轨以及与之配合的滑块；所述的上下移动装置包括固定在滑块上的丝杠联轴器，丝杠联轴器的上端设有丝杠副，上述的采摘点定位系统以及葡萄采摘系统位于丝杠副上。

4.根据权利要求2或3所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：在上下移动装置的上端设有前后移动装置，上述的采摘点定位系统以及葡萄采摘系统位于前后移动装置上。

5.根据权利要求4所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：所述的前后移动装置为套设在丝杠副上的同步带，上述的采摘点定位系统以及葡萄采摘系统固定在同步带上。

6.根据权利要求1所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：所述的输送履带的前后两端设有前后升降装置。

7.根据权利要求2所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：

所述的葡萄检测器为至少一组红外对管组。

8.根据权利要求2所述的鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机，其特征在于：

所述输送履带选用裙边带挡板式定时旋转履带。

9.一款葡萄无损采摘分级智能一体机的控制方法，其特征在于：

葡萄无损采摘分级智能一体机的运动控制：当接受到作业指令时，由主控制器控制小车的行走电机运动到植保作业起始位置，并进入作业控制，小车在运动过程中，通过主控制器采用PID闭环算法控制行走电机转速调节小车行进速度；

运动过程中，采摘点定位系统的第一图像采集摄像头一直获取视野范围内的视频，将获取的视频通过图像采集软件分帧发送到MFC 应用程序，通过与提前获取的模版数据库进行匹配，判断是否存在葡萄目标，若存在葡萄目标，则发送信号至主控制器，停止行进，并判断目标的二维坐标点；

采摘刀二维坐标定位：主控制器获得目标二维坐标点后，进行处理并控制采摘刀运动，记录检测到的采摘刀与目标二维坐标点的位置偏差，通过移动平台的水平以及上下移动进行偏差弥补直至所识别葡萄的垂线位置，该垂线位置即其二维坐标点；

从主控制器控制采摘刀运动至所识别葡萄的垂线位置，此时采摘刀开始做上升运动，同时红外对管组开始检测，当第一组红外对管组触发出低电平时说明已接近葡萄底部，继续做上升运动，当第一组红外对管组再次触发高电平，并且第二组和第三组同时触发低电平时，此时即是葡萄采摘位置，给主控制器发出采摘信号进行采摘；

分级：采摘之后的葡萄落到网兜里面，通过网兜缓冲，达到缓冲板，经过三维运动平台向下运送并分级检测：通过基于第二图像采集摄像头采集的图像信息，在葡萄采摘后移送过程中，利用分形理论结合数学形态和轮廓曲线分析方法，对果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均匀度进行检测，对葡萄进行分级；根据分级检测结果，由主控制器控制下方的可控旋转箱体进行分类装箱；

当接近开关检测到接近信号偏差时，也即小车行驶出现偏差时，主控制器控制行走电机进行位置补偿；当位置传感器检测到障碍物信号并将其传递到主控制器，主控制器控制小车减速至停止，并同时发出报警信号，直至处理完障碍物后，位置传感器检测不到障碍物信号后，主控制器控制继续作业；

小车直走作业，等待采摘到棚架尽头时转向返回后再进入下一行进行采摘。