[發明專利]鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機及其控制方法

有效

• 申請號: 201610402450.2
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105900610B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 劉平;李洪建;侯加林;張同星;成杰;王復濤
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;A23N15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，包括行走小車，其特征在于：所述行走小車上設有三維運動平臺、采摘點定位系統、葡萄采摘系統、分級分裝系統；

所述三維運動平臺包括主控制器，主控制器連接有安裝在行走小車上的行走電機、位置傳感器；主控制器根據位置傳感器控制行走電機：行走小車的前部設有兩個行走輪，每個行走輪上設有一個行走電機，通過閉環的PID控制小車走直線，行走小車前部的兩個行走輪配合兩個行走電機的差速完成轉向；

在行走小車上還設有由步進電機控制的移動平臺，主控制器連接步進電機并控制移動平臺；上述的采摘點定位系統、葡萄采摘系統位于移動平臺上；行走小車運動以及移動平臺實現采摘點定位系統、葡萄采摘系統的三維定位；

所述的葡萄采摘系統包括采摘刀、葡萄檢測器、網兜、緩沖板；采摘刀為圓形鋸齒旋轉刀片，網兜位于采摘刀下方且為通透性彈性網兜，網兜下方設有緩沖板；

所述的采摘點定位系統包括與主控制器連接的第一圖像采集攝像頭，主控制器內嵌入有高頻圖像采集系統軟件、Microsoft Visual C++應用程序軟件；

所述的分級分裝系統包括輸送履帶、輸送帶驅動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉箱體；輸送履帶的一端承載葡萄采摘系統緩沖板下落的葡萄、另一端對應可控旋轉箱體并把葡萄輸入到可控旋轉箱體內；主控制器連接并控制上述的輸送帶驅動電機、第二圖像采集攝像頭、可控旋轉箱體；

主控制器控制行走電機進行前進后退以及轉向；同時主控制器根據采摘點定位系統的運算結果控制移動平臺到達采摘點；移動平臺帶動葡萄采摘系統、采摘點定位系統同步運動。

2.根據權利要求1所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：所述的移動平臺包括固定在行走小車上的水平移動裝置以及位于水平移動裝置上的沿上下運動的上下移動裝置。

3.根據權利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：所述的水平移動裝置包括機械導軌以及與之配合的滑塊；所述的上下移動裝置包括固定在滑塊上的絲杠聯軸器，絲杠聯軸器的上端設有絲杠副，上述的采摘點定位系統以及葡萄采摘系統位于絲杠副上。

4.根據權利要求2或3所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：在上下移動裝置的上端設有前后移動裝置，上述的采摘點定位系統以及葡萄采摘系統位于前后移動裝置上。

5.根據權利要求4所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：所述的前后移動裝置為套設在絲杠副上的同步帶，上述的采摘點定位系統以及葡萄采摘系統固定在同步帶上。

6.根據權利要求1所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：所述的輸送履帶的前后兩端設有前后升降裝置。

7.根據權利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：

所述的葡萄檢測器為至少一組紅外對管組。

8.根據權利要求2所述的鮮食葡萄無損采摘分級智能一體機，其特征在于：

所述輸送履帶選用裙邊帶擋板式定時旋轉履帶。

9.一款葡萄無損采摘分級智能一體機的控制方法，其特征在于：

葡萄無損采摘分級智能一體機的運動控制：當接受到作業指令時，由主控制器控制小車的行走電機運動到植保作業起始位置，并進入作業控制，小車在運動過程中，通過主控制器采用PID閉環算法控制行走電機轉速調節小車行進速度；

運動過程中，采摘點定位系統的第一圖像采集攝像頭一直獲取視野范圍內的視頻，將獲取的視頻通過圖像采集軟件分幀發送到MFC 應用程序，通過與提前獲取的模版數據庫進行匹配，判斷是否存在葡萄目標，若存在葡萄目標，則發送信號至主控制器，停止行進，并判斷目標的二維坐標點；

采摘刀二維坐標定位：主控制器獲得目標二維坐標點后，進行處理并控制采摘刀運動，記錄檢測到的采摘刀與目標二維坐標點的位置偏差，通過移動平臺的水平以及上下移動進行偏差彌補直至所識別葡萄的垂線位置，該垂線位置即其二維坐標點；

從主控制器控制采摘刀運動至所識別葡萄的垂線位置，此時采摘刀開始做上升運動，同時紅外對管組開始檢測，當第一組紅外對管組觸發出低電平時說明已接近葡萄底部，繼續做上升運動，當第一組紅外對管組再次觸發高電平，并且第二組和第三組同時觸發低電平時，此時即是葡萄采摘位置，給主控制器發出采摘信號進行采摘；

分級：采摘之后的葡萄落到網兜里面，通過網兜緩沖，達到緩沖板，經過三維運動平臺向下運送并分級檢測：通過基于第二圖像采集攝像頭采集的圖像信息，在葡萄采摘后移送過程中，利用分形理論結合數學形態和輪廓曲線分析方法，對果面光滑、果穗大小、果粒大小以及均勻度進行檢測，對葡萄進行分級；根據分級檢測結果，由主控制器控制下方的可控旋轉箱體進行分類裝箱；

當接近開關檢測到接近信號偏差時，也即小車行駛出現偏差時，主控制器控制行走電機進行位置補償；當位置傳感器檢測到障礙物信號并將其傳遞到主控制器，主控制器控制小車減速至停止，并同時發出報警信號，直至處理完障礙物后，位置傳感器檢測不到障礙物信號后，主控制器控制繼續作業；

小車直走作業，等待采摘到棚架盡頭時轉向返回后再進入下一行進行采摘。