CN105230236A - 一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机械手臂的有序收获装置及方法，包括收获机械本体，机械本体的前端上方安装有抓取装置，前端下方安装有切割装置，中部上方安装有传送装置，传输装置的末端下方设有装箱装置，装箱装置安装在收获机械本体上，收获机械本体底部下方设有行走轮；收获机械本体后端两扶手之间设有显示装置；所述叶菜有序收获装置还包括用于控制抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置的控制器，控制器与抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置电连接。本发明可以实现蔬菜采摘有序传送摆放，同时可以实现统一重量的叶菜收获要求。

Description

一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置及方法，属于蔬菜收获农业机械技术领域。

背景技术

我国是一个蔬菜生产大国，但蔬菜生产机械化水平却相对落后，其中叶菜类蔬菜收获机械装备在我国几乎还是空白，随着现代农业技术的发展，蔬菜机械化收获技术在我国越来越受到重视。欧美等西方发达国家蔬菜种植主要以大面积农田种植为主，开发应用的蔬菜收获机械主要是大中型机械设备，发达国家的收获机械其割台较为单一，不适合江苏多品种的叶菜形态，且单台收获机械重量重、面积大，容易造成对作物的压踏，影响蔬菜作物的后续生长和收获效率，直接引进应用价值不大。

通过资料查询，国内尚无法实现对整棵叶菜的收割与采集、摆放有序、便于挑选整理以及后期销售，成型的叶菜收获机械。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置及方法。

技术方案：一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置，包括收获机械本体，机械本体的前端上方安装有抓取装置，前端下方安装有切割装置，中部上方安装有传送装置，传输装置的末端下方设有装箱装置，装箱装置安装在收获机械本体上，收获机械本体底部下方设有行走轮；收获机械本体后端两扶手之间设有显示装置；所述叶菜有序收获装置还包括用于控制抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置的控制器，控制器与抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置电连接。

所述抓取装置包括机械手臂，机械手臂末端安装在收获机械本体前端，机械手臂的前端为用于抓取叶菜的机械手（夹持器）；机械手臂为关节式机械手臂，包括若干用于调整角度位置的舵机，通过控制器调节机械手的抓取位置，当机械手臂传送叶菜时，控制器控制机械手臂向后翻转，同时松开机械手，叶菜落在传送装置上，然后控制器控制机械手臂复位。

所述抓取装置包括多个水平排列的机械手臂。

所述切割装置由可变速电机切削刃组和舵机所组成，切割装置可通过控制器根据叶菜生长条件进行上下移动，调整上下位置；抓取装置与切割装置相互配合动作，当机械手抓住叶菜闭合时，控制器启动切割装置对叶菜进行切割，切割装置切割后，发出信号给控制器，控制器控制机械手臂向后翻转。

所述切割装置包括多组水平排列的可变速电机切削刃组，每组可变速电机切削刃组与抓取装置的一个机械手臂配合工作。

所述切割装置还设有用于检测前方是否有叶菜的光电传感器。光电传感器检测到切割装置前端无叶菜，将检测信号传至控制器，控制器将停止机械手抓取、和切割装置切割等动作，并将此信号反馈给显示装置显示；直到光电传感器检测到切割装置前端有叶菜，才再次驱动机械手抓取叶菜；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后,控制器自动停机断电。

所述传送装置包括传送带、传送带电机和皮带轮；传送带电机通过皮带轮带动传送带；根据采摘叶菜速度，通过控制器调整传送带电机的转速，实现变速传送。

所述装箱装置包括齿轮齿条副、驱动电机、平板、重量传感器和菜篮，齿轮安装在驱动电机转轴上，平板水平活动安装在收获机械本体上、且位于传送带运动方向的末端的下方，齿条设在平板侧边上，驱动电机正反转动，通过齿轮齿条副从而实现平板沿水平方向前后移动；所述驱动电机的转速可通过控制器调整；所述菜篮可放置在平板上，平板下装有重量传感器，用于检测收获的叶菜是否达到预设重量，通过驱动电机正、反转动作，可使齿轮齿条上的平板实现前后往返移动，往返移动与传送带传送方向同轴，平板的行程要保证菜篮前后移动过程中传送带上的叶菜落入菜篮中。当传送带上的叶菜掉入菜篮时，菜篮可按指定速度前后移动，可以实现叶菜的有序摆放。通过重量传感器检测菜篮中的叶菜是否达到预设重量，如果达到，向控制器发出信号，通知用户更换菜篮。

所述显示装置为触摸屏显示装置，用于用户与控制器的信息交互，用户可通过触摸屏显示装置实现控制器对抓取装置，切割装置，传送装置，以及装箱装置的控制；用户通过触摸屏显示装置设置菜篮底部的重量值、传送带的传动速度、菜篮移动速度及方向，调节切割位置及抓取位置。

所述控制器为Arduino控制平台。

一种基于机械手臂的叶菜有序收获方法，包括如下步骤：

根据叶菜通过显示装置调整机械手臂抓取位置、切割装置的切割位置、平板速度、传送带速度、菜篮重量等参数，也可选择控制器保存的历史参数；

通过收获机械本体前端的光电传感器检测前方是否有叶菜，并将检测信号传至控制器，如果无叶菜，控制器将停止机械手抓取和切割装置切割等动作，并将此信号反馈给显示装置显示；如果前方有叶菜，控制器驱动机械手臂到设置的位置，控制机械手抓取叶菜；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后,控制器自动停机断电。

控制器控制机械手臂向后翻转至传送带上方，并使叶菜茎杆与传送带运动方向垂直，同时松开机械手，叶菜水平落在传送装置上，然后控制器控制机械手臂复位。

通过传送带将叶菜传送到菜篮中，菜篮反复由前向后和由后向前移动，即菜篮由前向后移动，当移动受到达到后限位时，再由后向前移动，当移动受到达到前限位时，再由前向后移动，如此反复，直到菜篮重量达到预设重量，从而实现叶菜的有序摆放；在菜篮移动过程中，平板下方的重量传感器不断将检查到的重量信号传输给控制器，控制器使显示装置显示重量信息，并判断菜篮的重量是否达到预设重量值，如果达到，发出信号通知用户。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于机械手臂的叶菜有序收获装置及方法，具有如下优点：

1、机械手夹持叶菜位置可进行调整，可达到机械手最佳夹持叶菜位置。

2、切割装置位置可上下调整，根据触摸屏所输入数据，实现切割装置自动调整上下位置，实现最佳切割位置。

3、当切割完成，机械手夹持叶菜翻转至传送带上，使茎杆与传送带运动方向垂直，实现蔬菜采摘有序传送摆放。

4、当传送带翻转至背面时，传送带上的叶菜掉入下方菜篮里。

5、菜篮通过下方齿轮齿条传动，进行前后移动（移动方向与传送带移动方向同轴），可实现叶菜的有序装载。

6、用户还可通过触摸屏的用户界面，输入机械手抓取叶菜初始位置数据，实现抓取叶菜最佳位置。

7、用户还可通过触摸屏的用户界面，输入皮带轮传输速度，通过程序同时联动调整菜篮前后移动速度，从而最终实现叶菜有序收获。

8、根据所装重量传感器，用户还可通过触摸屏的用户界面，实时查看所收获蔬菜重量，并且可保存历时数据，实现在种植周期内的蔬菜收获数据采集，同时也可以根据销售重量设置菜篮重量。

6、触摸屏设计界面友好，收获机械全程状态及相关数据实时显示，并自动控制，能够实现不同品种、不同长势叶菜蔬菜有序收获。基于机械手臂的叶菜有序机械装置，将满足广大蔬菜种植户提高收获劳动效率的迫切需要，对于解决蔬菜收获难题具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例机械手抓取叶菜的状态结构示意图；

图3为本发明实施例传送带传输叶菜的状态结构示意图；

图4为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，基于机械手臂的叶菜有序收获装置，包括收获机械本体，机械本体的前端上方安装有抓取装置，前端下方安装有切割装置3，中部上方安装有传送装置，传输装置的末端下方设有装箱装置，装箱装置安装在收获机械本体上，收获机械本体底部下方设有行走轮14；收获机械本体后端两扶手之间设有显示装置6；叶菜有序收获装置还包括用于控制抓取装置，切割装置3，传送装置，装箱装置，以及显示装置6的控制器1，控制器1与抓取装置，切割装置3，传送装置，装箱装置，以及显示装置6电连接；其中的叶菜为小青菜。

控制器1为Arduino控制平台。

抓取装置包括机械手臂4，机械手臂4末端安装在收获机械本体前端，机械手臂4的前端为用于抓取叶菜的机械手（夹持器）；机械手臂4为关节式机械手臂4，包括若干用于调整角度位置的舵机，通过控制器1调节机械手的抓取位置，当机械手臂4传送叶菜时，控制器1控制机械手臂4向后翻转，使叶菜茎杆与传送带5运动方向垂直，同时松开机械手，叶菜水平落在传送装置上，然后控制器1控制机械手臂4复位。

根据需要，抓取装置可以包括多个水平排列的机械手臂4。

切割装置3由可变速电机切削刃组和用于调整角度位置的舵机所组成，除了可满足切割功能外，还可根据不同叶菜调节切割高度，切割装置3可通过控制器1根据叶菜生长条件进行上下移动，调整上下位置，便于切割叶菜；抓取装置与切割装置3相互配合动作，当机械手抓住叶菜闭合时，控制器1启动切割装置3对叶菜进行切割，切割装置3切割后，发出信号给控制器1，控制器1控制机械手臂4向后翻转。

根据需要，切割装置3可包括多组水平排列的可变速电机切削刃组，每组可变速电机切削刃组与抓取装置的一个机械手臂4配合工作。

切割装置3还设有用于检测前方是否有叶菜的光电传感器2。光电传感器2检测到切割装置3前端无叶菜，将检测信号传至控制器1，控制器1将停止机械手抓取、和切割装置3切割等动作，并将此信号反馈给显示装置6显示；直到光电传感器2检测到切割装置3前端有叶菜，才再次驱动机械手抓取叶菜；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后，控制器1自动停机断电。

传送装置包括传送带5、传送带电机8和皮带轮7；传送带电机8通过皮带轮7带动传送带5；根据采摘叶菜速度，通过控制器1调整传送带电机8的转速，实现变速传送。

装箱装置包括齿轮齿条10副、驱动电机11、平板、重量传感器12和菜篮9，齿轮安装在驱动电机11转轴上，平板水平活动安装在收获机械本体上、且位于传送带5运动方向的末端的下方，齿条设在平板侧边上，驱动电机11可正反转动，通过齿轮齿条10副从而实现平板沿水平方向前后移动；驱动电机11的转速可通过控制器1调整；菜篮9可放置在平板上，平板下装有重量传感器12，用于检测收获的叶菜是否达到预设重量，通过驱动电机11正、反转动作，齿轮齿条10的配合可使平板实现前后往返移动，往返移动方向与传送带5传送方向同轴，平板的行程要保证菜篮9前后移动过程中传送带5上的叶菜落入菜篮9中。当传送带5上的叶菜掉入菜篮9时，菜篮9可按指定速度前后移动，可以实现叶菜的有序摆放。通过重量传感器12检测菜篮9中的叶菜是否达到预设重量，如果达到，向控制器1发出信号，通知用户更换菜篮9。

传送带5下方装有电源装置13，电源装置13包括蓄电池和逆变器，能为收获机械提供动力保证。

显示装置6为触摸屏显示装置，用于用户与控制器1的信息交互，用户可通过触摸屏显示装置实现控制器1对抓取装置，切割装置3，传送装置，以及装箱装置的控制；用户通过触摸屏显示装置设置菜篮9底部的重量值、传送带5的传动速度、菜篮9移动速度及方向（驱动电机11的转速及转向），调节切割位置及抓取位置，同时Arduino控制平台保存上述用户设置的数据，供下次用户选择。

如图2-4所示，基于机械手臂4的叶菜有序收获方法，包括如下步骤：

首先，根据叶菜通过显示装置调整机械手臂4抓取位置、切割装置3的切割位置、平板速度（驱动电机11的转速）、传送带5速度、菜篮9重量等参数，也可选择控制器1保存的历史参数；

通过收获机械本体前端的光电传感器2检测前方是否有叶菜，并将检测信号传至控制器1，如果无叶菜，控制器1将停止机械手抓取和切割装置3切割等动作，并将此信号反馈给显示装置6显示；如果前方有叶菜，控制器1驱动机械手臂4到设置的位置，控制机械手抓取叶菜，机械手抓住叶菜闭合，机械手闭合信息发送给控制器1，控制器1驱动切割装置3进行切割操作；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后，控制器1自动停机断电。

控制器1控制机械手臂4向后翻转至传送带5上方，并使叶菜茎杆与传送带5运动方向垂直，同时松开机械手，叶菜水平落在传送装置上，机械手打开后控制器1控制机械手臂4复位。

通过传送带5将叶菜传送到菜篮9中，菜篮9反复由前向后和由后向前移动，即菜篮9由前向后移动，当移动受到达到后限位时，再由后向前移动，当移动受到达到前限位时，再由前向后移动，如此反复，直到菜篮9重量达到预设重量，从而实现叶菜的有序摆放；在菜篮9移动过程中，平板下方的重量传感器12不断将检查到的重量信号传输给控制器1，控制器1使显示装置显示重量信息，并判断菜篮9的重量是否达到预设重量值，如果达到，发出信号通知用户。

Claims (10)

1.一种基于机械手臂的叶菜有序收获装置，包括收获机械本体，其特征在于：机械本体的前端上方安装有抓取装置，前端下方安装有切割装置，中部上方安装有传送装置，传输装置的末端下方设有装箱装置，装箱装置安装在收获机械本体上，收获机械本体底部下方设有行走轮；收获机械本体后端两扶手之间设有显示装置；所述叶菜有序收获装置还包括用于控制抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置的控制器，控制器与抓取装置，切割装置，传送装置，装箱装置，以及显示装置电连接。

2.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述抓取装置包括机械手臂，机械手臂末端安装在收获机械本体前端，机械手臂的前端为用于抓取叶菜的机械手（夹持器）；机械手臂为关节式机械手臂，包括若干舵机，通过控制器调节机械手的抓取位置，当机械手臂传送叶菜时，控制器控制机械手臂向后翻转，同时松开机械手，叶菜落在传送装置上，然后控制器控制机械手臂复位；

所述抓取装置包括多个水平排列的机械手臂。

3.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述切割装置由可变速电机切削刃组和舵机所组成，切割装置可通过控制器根据叶菜生长条件进行上下移动，调整上下位置；抓取装置与切割装置相互配合动作，当机械手抓住叶菜闭合时，控制器启动切割装置对叶菜进行切割，切割装置切割后，发出信号给控制器，控制器控制机械手臂向后翻转。

4.如权利要求3所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述切割装置包括多组水平排列的可变速电机切削刃组，每组可变速电机切削刃组与抓取装置的一个机械手臂配合工作。

5.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述切割装置还设有用于检测前方是否有叶菜的光电传感器；光电传感器检测到切割装置前端无叶菜，将检测信号传至控制器，控制器将停止机械手抓取、和切割装置切割等动作，并将此信号反馈给显示装置显示；直到光电传感器检测到切割装置前端有叶菜，才再次驱动机械手抓取叶菜；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后，控制器自动停机断电。

6.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述传送装置包括传送带、传送带电机和皮带轮；传送带电机通过皮带轮带动传送带；根据采摘叶菜速度，通过控制器调整传送带电机的转速，实现变速传送。

7.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述装箱装置包括齿轮齿条副、驱动电机、平板、重量传感器和菜篮，齿轮安装在驱动电机转轴上，平板水平活动安装在收获机械本体上、且位于传送带运动方向的末端的下方，齿条设在平板侧边上，驱动电机正反转动，通过齿轮齿条副从而实现平板沿水平方向前后移动；所述驱动电机的转速可通过控制器调整；所述菜篮可放置在平板上，平板下装有重量传感器，用于检测收获的叶菜是否达到预设重量，通过驱动电机正、反转动作，可使齿轮齿条上的平板实现前后往返移动，往返移动与传送带传送方向同轴，平板的行程要保证菜篮前后移动过程中传送带上的叶菜落入菜篮中；

当传送带上的叶菜掉入菜篮时，菜篮可按指定速度前后移动，可以实现叶菜的有序摆放；

通过重量传感器检测菜篮中的叶菜是否达到预设重量，如果达到，向控制器发出信号，通知用户更换菜篮。

8.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述显示装置为触摸屏显示装置，用于用户与控制器的信息交互，用户可通过触摸屏显示装置实现控制器对抓取装置，切割装置，传送装置，以及装箱装置的控制；用户通过触摸屏显示装置设置菜篮底部的重量值、传送带的传动速度、菜篮移动速度及方向，调节切割位置及抓取位置。

9.如权利要求1所述的基于机械手臂的叶菜有序收获装置，其特征在于：所述控制器为Arduino控制平台。

10.一种基于机械手臂的叶菜有序收获方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据叶菜通过显示装置调整机械手臂抓取位置、切割装置的切割位置、平板速度、传送带速度、菜篮重量等参数，也可选择控制器保存的历史参数；

通过收获机械本体前端的光电传感器检测前方是否有叶菜，并将检测信号传至控制器，如果无叶菜，控制器将停止机械手抓取和切割装置切割等动作，并将此信号反馈给显示装置显示；如果前方有叶菜，控制器驱动机械手臂到设置的位置，控制机械手抓取叶菜；当未检测到叶菜持续时间超过10分钟后,控制器自动停机断电；

控制器控制机械手臂向后翻转至传送带上方，并使叶菜茎杆与传送带运动方向垂直，同时松开机械手，叶菜水平落在传送装置上，然后控制器控制机械手臂复位；

通过传送带将叶菜传送到菜篮中，菜篮反复由前向后和由后向前移动，即菜篮由前向后移动，当移动受到达到后限位时，再由后向前移动，当移动受到达到前限位时，再由前向后移动，如此反复，直到菜篮重量达到预设重量，从而实现叶菜的有序摆放；在菜篮移动过程中，平板下方的重量传感器不断将检查到的重量信号传输给控制器，控制器使显示装置显示重量信息，并判断菜篮的重量是否达到预设重量值，如果达到，发出信号通知用户。