[发明专利]基于图像识别技术的草莓采摘机及其采摘方法

说明书

本发明公开一种基于图像识别技术的草莓采摘机及其采摘方法，包括固定机架，固定机架由两个相对设置的侧支架连接组成，在两个侧支架之间设置有升降架；在升降架内设置有水平移动架；水平移动架的两端设置有用于和第二滑轨连接的滑块Ⅱ，在升降架上设置有水平丝杠组件Ⅰ，水平丝杠组件Ⅰ用于带动水平移动架沿第一水平方向移动，在水平移动架的下方设置有水平丝杠组件Ⅱ，水平丝杠组件Ⅱ用于带动采摘臂沿与第二水平方向移动，第二水平方向与第一水平方向相垂直；本装置主要涉及成熟草莓识别技术与末端执行器设计两方面，采用基于摄像机的视觉图像识别技术通过相应的算法实现颜色识别；末端执行器完成草莓的夹持及草莓梗的切断。

技术领域

本发明属于草莓采摘作业的自动化技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的草莓采摘机及其采摘方法。

背景技术

草莓是我国生产和销售最为广泛的鲜食果品之一，深受消费者喜爱，我国草莓年产量更是超过全球草莓生产总量的三分之一。但目前草莓采摘主要是依靠人工完成，用于采摘作业的时间占到生产总时间的40%－50%，劳动强度大、效率低，采摘成本较高，在当下农业劳动力急缺、农业劳动力成本骤升的背景下，实现采摘作业自动化已经成为设施农业发展的迫切需求。草莓种植模式主要分为高垄栽培、架式栽培两种，不同的栽培模式其识别与采摘原理差异较大，本方案基于高垄栽培草莓为背景设计，高垄栽培是将草莓种在20～30cm高的垄地上，果实垂在垄地两侧斜面上生长，通过抬高栽培高度达到扩大土壤表面积、增强通风、节省用水、防止果实污染的目的，从而有效提高草莓的产量和品质，同时垄间设置的过道可方便田间管理作业的实施。高垄栽培草莓果实分布较为随机、果实密度低、果实间易相互遮蔽且采摘地形崎岖，由于高垄栽培农业环境的极度复杂性，采摘成为作物生产中劳动力耗费最大且最难以实现机械化作业的环节，同时也得到了越来越多研究人员的关注，近几十年来草莓自动采摘技术也得到了迅速发展，日本、美国、中国等国家均研究出不同类型的草莓自动采摘设备，但针对高垄栽培的草莓，目前还没有真正意义能够上大规模投入使用的草莓采摘机，因此有必要对草莓自动采摘设备进行更加深入的研究，以简化其结构、提高其适用性及推广性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供基于图像识别技术的草莓采摘机及其采摘方法，本装置主要涉及成熟草莓识别技术与末端执行器设计两方面，其中草莓识别技术采用基于摄像机的视觉图像识别技术，通过相应的算法实现颜色识别；末端执行器为各类机械手，完成草莓的夹持及草莓梗的切断。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于图像识别技术的草莓采摘机，包括固定机架，固定机架由两个相对设置的侧支架连接组成，在两个侧支架的立柱上竖直设置有第一滑轨，在两个侧支架之间滑动设置有升降架；所述升降架上设置有用于和第一滑轨连接的滑块Ⅰ，在其中一侧的侧支架上设置有用于带动升降架上下移动升降丝杠组件；所述升降架上水平设置有第二滑轨，在升降架内设置有水平移动架；所述水平移动架的两端设置有用于和第二滑轨连接的滑块Ⅱ，在升降架上设置有水平丝杠组件Ⅰ，所述水平丝杠组件Ⅰ用于带动水平移动架沿第一水平方向移动，在水平移动架的下方设置有水平丝杠组件Ⅱ，所述水平丝杠组件Ⅱ用于带动采摘臂沿与第二水平方向移动，第二水平方向与第一水平方向相垂直；所述采摘机械臂包括机械手电机和竖直丝杠，机械手电机的输出轴与竖直丝杠固定连接，在竖直丝杠的外部螺纹连接有套筒，所述套筒下端部两侧转动式设置有机械夹臂，两个机械夹臂能够相对开合，机械夹臂的中段通过连杆与套筒连接，连杆的两端均为铰接式连接，机械夹臂的开合端固定设置有采摘手。

作为优选方案，所述采摘手包括分别固定设置在两个机械夹臂上的夹持切断部Ⅰ和夹持切断部Ⅱ，夹持切断部Ⅰ和夹持切断部Ⅱ包括夹爪外壳，在两个夹爪外壳内相对设置有夹块，所述夹持切断部Ⅰ的其中一侧壁外设置有刀头，所述夹持切断部Ⅱ的侧壁外设置有与所述刀头配合的刀槽，或所述夹持切断部Ⅱ的其中一侧壁外设置有刀头，所述夹持切断部Ⅰ的其中一侧壁外设置有与所述刀头配合的刀槽。