[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

说明书

技术领域

本发明涉及果树采摘领域，特别涉及一种鲜食葡萄无损采摘分级智能一体机的设计及其控制。

背景技术

自20世纪60年代美国人Schertz和Brown提出用机器人采摘果实之后，对采摘机器人的研究受到广泛重视，农业机器人也迅速发展起来。1983年，第一台采摘机器人在美国诞生，日本及欧美等国家相继研究了采摘苹果、柑橘、番茄、西瓜等的智能机器人。但我国采摘机器人的研究和应用还很少。目前，国内鲜食葡萄的采摘分级仍然主要为人工操作，收获成本高、检测分级效率低且难以做到客观准确，无法适应规模化和产业化生产的要求，已严重影响了葡萄产业的发展，迫切需要性能稳定、工作可靠、适应性强、效率高的葡萄采摘分级机器人。

鲜食葡萄生长环境复杂，葡萄果实轮廓不规则，形状复杂，每穗果实包括相互堆积的多枚果粒，且果实柔软多汁，同时受树叶、枝条、光照等环境因素的干扰，当前的机器人难以进行精确识别和定位，因此我国鲜食葡萄的自动采摘和分级尚未研究。针对自动采摘和分级的难题，本专利设计一款棚架鲜食葡萄无损采摘分级机器人，实现采摘过程中实时分级检测，提高采摘效率和分级准确率，确保新鲜度。

发明内容：

本发明针对目前鲜食葡萄人工采摘劳动强度大、效率低、工作繁琐，葡萄采摘点识别的背景确定、采摘葡萄品种的单一以及采摘后再分级以及分级标准单一和二次损伤的问题，发明了一种葡萄无损采摘分级智能一体机及其控制方法，进而提高葡萄的采摘效率和分级的精确度，减少了葡萄的二次损坏，确保了鲜食葡萄的保鲜度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

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、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：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，小车前方的两个行走轮配合有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、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定位系统、采摘系统的三维定位；

所述的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移动平台到达采摘点；移动平台带动采摘系统、采摘点定位系统同步运动。

优选的，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。

优选的，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，上述的葡萄定位系统以及葡萄采摘系统位于丝杠副上。

优选的，在上下移动装置的上端设有前后移动装置，上述的葡萄定位系统以及葡萄采摘系统位于前后移动装置上。

优选的，所述的前后移动装置为套设在丝杠副上的同步带，上述的定位系统以及葡萄采摘系统固定在同步带上。

优选的，所述的输送履带的前后两端设有前后升降装置。

优选的，所述的葡萄检测器为至少一组红外对管组。

优选的，所述输送履带选用裙边带挡板式定时旋转履带传送。

一种葡萄无损采摘分级智能一体机的控制方法，过程如下：

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；