[发明专利]一种基于近红外光谱理论的智能采摘装置及其工作方法

权利要求书

1.一种基于近红外光谱理论的智能采摘装置的工作方法，其特征在于：基于近红外光谱理论的智能采摘装置，包括近红外光谱设备、机械装置和智能控制装置，近红外光谱设备、智能控制装置均安装在机械结构装置上；

所述近红外光谱设备包括发射光源探头（18）、接受光源探头（19）和数据处理器；发射光源探头（18）用于向目标物发射近红外光谱，接受光源探头（19）用于接收水果反射后的近红外光谱，接受光源探头（19）与数据处理器连接，数据处理器与智能控制装置连接；

所述机械装置包括可移动载体、机械手臂、夹持器（1）、横向滑动装置、锯齿形刀片（20）；所述可移动载体为齿轮（13）、驱动电机（14）和履带的组合体，所述横向滑动装置通过转动部件安装在可移动载体上方且与机械手臂连接，用于改变机械手臂的位置，机械手臂固定在横向滑动装置上方，夹持器（1）安装在机械手臂的前端，锯齿形刀片（20）安装在夹持器（1）的前端；

所述的智能控制装置包括工控计算机（15）及与工控计算机（15）连接的伺服电机、运动控制卡、GPIB卡、驱动电机（14）、标准样本库、电源箱（12）、机器视觉系统；工控计算机（15）通过GPIB卡与标准样本库连接，通过运动控制卡分别与驱动电机（14）、横向滑动装置的转动部件连接；驱动电机（14）用于驱动齿轮（13）的转动，所述机器视觉系统包括LED灯源、CCD摄像头Ⅰ（4）、CCD摄像头Ⅱ（5）、数字图像处理模块；CCD摄像头Ⅰ（4）、CCD摄像头Ⅱ（5）均与数字图像处理模块连接，LED灯源、数字图像处理模块均与工控计算机（15）连接，数据处理器、夹持器（1）、锯齿形刀片（20）均与工控计算机15连接；

方法包括如下步骤：

Step1、装置初始化，

Step2、工控计算机（15）通过运动控制卡发控制命令给驱动电机（14），驱动电机（14）驱动齿轮（13）转动，进而使装置移动；同时工控计算机（15）通过运动控制卡发控制命令给横向滑动装置、伺服电机，驱动横向滑动装置转动、机械臂移动；

Step3、工控计算机（15）控制机器视觉系统中的CCD摄像头Ⅰ（4）、CCD摄像头Ⅱ（5）拍照，拍摄的照片经数字图像处理模块处理后发送给工控计算机（15），工控计算机（15）将照片与标准样本库中的标准样品进行比较，识别是否有目标物，如果有则进一步并判断目标物的位置，然后进行下一步，如果没有目标物则重新进行Step2；

Step4、工控计算机（15）根据目标的位置，控制齿轮（13）、横向滑动装置及机械臂运动，当装置移动至目标处时，工控计算机（15）通过伺服电机Ⅰ（2）控制夹持器（1）夹住目标物，然后近红外光谱设备采集目标物的光谱信息，并将采集的信息发送给工控计算机（15）；

Step5、工控计算机（15）将接收的光谱信息与标准样本库法人数据比对；判断目标物是否成熟，若成熟则判断为可摘，则控制锯齿形刀片（20）动作，割断果实的茎，并放置目标物，完成采摘，然后执行下一步；若未成熟则判断为不可采摘，直接进行下一步；

Step6、循环执行步骤Step2～Step5，直至工作结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱理论的智能采摘装置的工作方法，其特征在于：所述的机械手臂包括主臂（16）、连杆（9）、大臂（8）、小臂（6），所述的伺服电机包括伺服电机Ⅰ（2）、伺服电机Ⅱ（3）、伺服电机Ⅲ（7）、伺服电机Ⅳ（10）、伺服电机Ⅴ（17），主臂（16）安装在横向滑动装置上方，大臂（8）通过伺服电机Ⅲ（7）与主臂（16）的上端连接，主臂（16）的一侧安装有伺服电机Ⅳ（10），连杆（9）一端与伺服电机Ⅳ（10）的输出轴连接，另一端连接在大臂（8）上，伺服电机Ⅳ（10）用于控制连杆（9）的上下移动，小臂（6）通过伺服电机Ⅲ（7）与大臂（8）连接，夹持器（1）通过伺服电机Ⅱ（3）与小臂（6）连接，伺服电机Ⅰ（2）安装在夹持器（1）的前端，用于控制夹持器（1）的开合。

3.根据权利要求1所述的一种基于近红外光谱理论的智能采摘装置的工作方法，其特征在于：所述的机器视觉系统集成在小臂（6）上，CCD摄像头Ⅰ（4）、CCD摄像头Ⅱ（5）安装在小臂（6）的两侧。