CN113575131A - 基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，属于农业智能装备技术领域，包括采摘机构、分拣机构和控制单元。采摘机构安装在机械臂的动作端，采摘机构包括多个指爪和驱动单元；分拣机构包括主轨道和多个分级轨道，主轨道上间隔设置有多个转动单元，多个分级轨道一一对应的连接在转动单元上；控制单元电连接驱动单元，通过驱动单元控制多个指爪动作；控制单元电连接多个转动单元，通过多个转动单元控制柑橘自主轨道进入对应的分级轨道。使用本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，能够完全取代人工作业，降低了成本和劳动强度，提高了采摘和分拣效率，并能够确保分拣的精度。

Description

基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置
技术领域
本发明属于农业智能装备技术领域，更具体地说，是涉及一种基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置。
背景技术
我国的柑橘产量居世界前列，品质优良，在国家扶农政策的大力支持下，柑橘产业的发展前景广阔。在柑橘商品化过程中，柑橘采摘和分拣是非常重要的两个环节，直接影响柑橘的市场价格和经济效益。目前，柑橘采摘基本还是人工作业，人工人本高、劳动强度大，但采摘效率低；由于自动检测技术的欠缺，柑橘分拣主要采用人工检测的分级方法，分级速度较慢，分级精度难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，旨在解决柑橘采摘和分拣人工作业，采摘成本高、劳动强度大且效率低；分拣速度慢精度难以保证的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，包括：
采摘机构，安装在机械臂的动作端，所述采摘机构包括多个呈周向分布的指爪和用于驱动多个所述指爪同步靠近或远离的驱动单元；
分拣机构，所述分拣机构包括主轨道和多个分级轨道，所述主轨道上间隔设置有多个转动单元，多个所述分级轨道一一对应的连接在所述转动单元上；
控制单元，所述控制单元电连接所述驱动单元，通过所述驱动单元控制多个所述指爪动作；所述控制单元电连接多个所述转动单元，通过多个所述转动单元控制柑橘自所述主轨道进入对应的分级轨道。
在一种可能的实现方式中，所述指爪的内侧设有压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制单元，所述控制单元通过接收所述压力传感器的压力信号，以控制所述驱动单元驱动多个所述指爪动作。
在一种可能的实现方式中，所述采摘机构还包括安装在机械臂的动作端上的连接法兰和固定连接在所述连接法兰上的直线驱动部件，所述直线驱动部件电连接所述控制单元，所述驱动单元连接在所述直线驱动部件的输出端，多个所述指爪安装在所述驱动单元上。
在一种可能的实现方式中，所述控制单元电连接有双目视觉***，所述双目视觉***用于识别定位柑橘，并将视觉信号传输至所述控制单元。
在一种可能的实现方式中，所述分级轨道上设有用于检测柑橘是否通过的位置传感器，所述位置传感器电连接所述控制单元，所述控制单元通过接收所述位置传感器的位置信号以控制对应的所述转动单元动作。
在一种可能的实现方式中，所述转动单元为全向传动单元，所述主轨道和所述分级轨道均由多个所述全向传动单元依次排布构成。
在一种可能的实现方式中，所述指爪的数量为2N个，且N≥2，2N个所述指爪两两相对设置。
在一种可能的实现方式中，所述指爪的数量为4个，且周向均匀分布以构成两两对称设置的两组，两组所述指爪分别测量柑橘的直径数据；
通过比对预设柑橘的异形阈值，判定柑橘为规则果实或不规则果实；
通过比对规则果实的预设柑橘的分级阈值，判定柑橘为对应的级别。
在一种可能的实现方式中，所述主轨道的末端设有第一料斗，所述分级轨道的末端设有第二料斗。
在一种可能的实现方式中，所述主轨道的前端设有缓冲通道，所述缓冲通道用于承接采摘的柑橘至所述主轨道上。
本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置的有益效果在于：与现有技术相比，控制单元通过控制驱动单元驱动多个指爪处于相互远离的状态，即打开状态。控制单元控制机械臂带动采摘机构移动至待采摘柑橘的区域，柑橘位于多个指爪内部，多个指爪相互靠近，即合拢状态，抓取柑橘将其采摘下。控制单元移动机械臂将其转送到主轨道上，柑橘沿主轨道传送，至对应的分级轨道处，通过转动单元的转动将柑橘从主轨道分选至对应的分级轨道，从而完成柑橘的采摘和分拣。使用本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，能够完全取代人工作业，降低了成本和劳动强度，提高了采摘和分拣效率，并能够确保分拣的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的采摘机构的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的全向传动单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的采摘机构采摘柑橘的状态图。
附图标记说明：
100、采摘机构；110、指爪；120、压力传感器；130、驱动单元；140、直线驱动部件；150、连接法兰；
200、分拣机构；210、主轨道；211、第一料斗；220、分级轨道；221、第二料斗；230、全向传动单元；231、万向轮；
300、控制单元；
400、缓冲通道。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
其中，本发明并不仅仅限定于柑橘的采摘和分拣，诸如苹果、李子、西红柿等球形或类球形瓜果，同样适用于本发明。
请参阅图1及图2，现对本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置进行说明。基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，包括采摘机构100、分拣机构200和控制单元300。
采摘机构100安装在机械臂的动作端，采摘机构100包括多个呈周向分布的指爪110和用于驱动多个指爪110同步靠近或远离的驱动单元130；分拣机构200包括主轨道210和多个分级轨道220，主轨道210上间隔设置有多个转动单元，多个分级轨道220一一对应的连接在转动单元上；控制单元300电连接驱动单元130，通过驱动单元130控制多个指爪110动作；控制单元300电连接多个转动单元，通过多个转动单元控制柑橘自主轨道210进入对应的分级轨道220。
本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，与现有技术相比，控制单元300通过控制驱动单元130驱动多个指爪110处于相互远离的状态，即打开状态。控制单元300控制机械臂带动采摘机构100移动至待采摘柑橘的区域，柑橘位于多个指爪110内部，多个指爪110相互靠近，即合拢状态，抓取柑橘将其采摘下。控制单元300移动机械臂将其转送到主轨道210上，柑橘沿主轨道210传送，至对应的分级轨道220处，通过转动单元的转动将柑橘从主轨道210分选至对应的分级轨道220，从而完成柑橘的采摘和分拣。使用本发明提供的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，能够完全取代人工作业，降低了成本和劳动强度，提高了采摘和分拣效率，并能够确保分拣的精度。
控制单元300为工控机，即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作***、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
在一些实施例中，请参阅图2，指爪110的内侧设有压力传感器120，压力传感器120电连接控制单元300，控制单元300通过接收压力传感器120的压力信号，以控制驱动单元130驱动多个指爪110动作。
具体的，控制单元300内设定压力阈值，指爪110在合拢夹持柑橘的过程中，压力传感器120的压力信号值不断增大，直至该压力信号值达到压力阈值时，控制单元300向驱动单元130发送控制信号，驱动单元130控制多个指爪110停止继续向内合拢。此时，多个指爪110已抓牢柑橘，且不会对柑橘造成损坏。
在一些实施例中，请参阅图2，采摘机构100还包括安装在机械臂的动作端上的连接法兰150和固定连接在连接法兰150上的直线驱动部件140，直线驱动部件140电连接控制单元300，驱动单元130连接在直线驱动部件140的输出端，多个指爪110安装在驱动单元130上。
具体的，连接法兰150通过螺栓连接在机械臂的动作端，直线驱动部件140为电动推杆，电动推杆焊接或螺栓连接在连接法兰150上，驱动单元130连接在电动推杆的输出端。驱动单元130为内置电机和齿轮的动力机构，多个指爪110安装在该动力机构的一侧端面上，多个指爪110沿该端面径向呈放射状布设，并具备沿该端面径向移动的自由度，指爪110移动的驱动力来自该动力机构中的电机和相关齿轮的传动，其机械原理与多爪卡盘的结构相同。
在一些实施例中，控制单元300电连接有双目视觉***，双目视觉***用于识别定位柑橘，并将视觉信号传输至控制单元300。
具体的，双目视觉***是建立在计算机视觉理论上的三维测量方法，双目视觉***直接模拟人类双眼处理景物的方式。
双目视觉***内置于控制单元300中或单独设置在控制单元300外部，双目视觉***动态采集柑橘的分布，并反馈到控制单元300，控制单元300针对柑橘位置进行定位，从而控制机械臂带动采摘机构100移动至柑橘待采摘区域，直至柑橘进入到多个指爪110之间构成的抓取空间内。
在一些实施例中，分级轨道220上设有用于检测柑橘是否通过的位置传感器，位置传感器电连接控制单元300，控制单元300通过接收位置传感器的位置信号以控制对应的转动单元动作。
具体的，位置传感器采用超声波传感器，是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器，超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，从而达到检测距离值，以判断该位置是否有柑橘传送，当超声波传感器的测量值小于阈值时，判定该位置有柑橘。
在一些实施例中，请参阅图1和图3，转动单元为全向传动单元230，主轨道210和分级轨道220均由多个全向传动单元230依次排布构成。
具体的，全向传动单元230根据德国研制的Celluveyor万向细胞传送带设计，将其六边形结构适应性的设计为四边形结构，其上端面周向设置有三个万向轮231，柑橘可稳定的置于三个万向轮231之间。便于机械连接和分离。每个全向传动单元230均能够实现柑橘在平面内的360°传送。
其中，主轨道210和分级轨道220均利用多个全向传动单元230依次排布构成，依次完成柑橘的传送，主轨道210和分级轨道220结合处的全向传动单元230通过转动将柑橘自主轨道210分选到分级轨道220，从而实现不同级别柑橘进入到不同的分级轨道220内。
其中，指爪110的数量为2N个，且N≥2，2N个指爪110两两相对设置。指爪110的数量可为4个、6个、8个……等大于2的偶数个，确保具备多组两两相对设置的指爪110，使夹持的柑橘保持平稳。
在一些实施例中，请参阅图2和图4，指爪110的数量为4个，且周向均匀分布以构成两两对称设置的两组，两组指爪110分别测量柑橘的直径数据；
通过比对预设柑橘的异形阈值，判定柑橘为规则果实或不规则果实；
通过比对规则果实的预设柑橘的分级阈值，判定柑橘为对应的级别。
其中，两组指爪110分别测量柑橘的直径数据为D1和D2，测量柑橘直径时，即为指爪110上的压力传感器120的压力信号值与压力阈值相等时，控制单元300向驱动单元130发送信号，驱动单元130驱动指爪110停止继续收拢的状态。其中，异形阈值为D，若|D1-D2|＞D，判定柑橘为不规则果实，若|D1-D2|≤D，判定柑橘为规则果实。对规则果实进行分选时，分级阈值为D0，D0为范围值且具备多个级别，如D01、D02、D03……D0n。当D0＝(D1+D2)/2，即规则果实的直径满足其中一个分级阈值时，可确定该规则果实的分级结果。依次类推，可将规则果实分配成不同的级别。
优选的，请参阅图1，主轨道210的末端设有第一料斗211，分级轨道220的末端设有第二料斗221。第一料斗211位于主轨道210的末端，对于不规则的柑橘未能匹配到对应的分级轨道220，则直接从主轨道210传送至第一料斗211，后期可进行人工再次分级；第二料斗221位于分级轨道220的末端，对于规则的柑橘将进入对应的分级轨道220，最终由对应的分级轨道220传送至对应的第二料斗221内，完成对分级柑橘的分选和收集。
优选的，第一料斗211和第二料斗221采用箱体结构，通过支架设于主轨道210或分级轨道220传动方向的末端，以统一收集柑橘。
优选的，请参阅图1，主轨道210的前端设有缓冲通道400，缓冲通道400用于承接采摘的柑橘至主轨道210上。缓冲通道400由索道构成，采摘的柑橘通过索道落入到主轨道210，进行定向传送，减少机械臂的移动距离，同时缓冲柑橘进入主轨道210的冲击，减少柑橘的损坏状况。
本发明实施例设置了本发明实施例设置了三级柑橘分级轨道220和不规则柑橘分拣轨道，不规则柑橘分拣轨道即为主轨道210。其中，I级柑橘分级轨道220与主轨道210的第一全向传动单元230连接，II级柑橘分级轨道220与主轨道210的第二全向传动单元230连接，III级柑橘分级轨道220与主轨道210的第三全向传动单元230连接；在实际应用时，应当根据具体的分级标准确定分级轨道220的数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，包括：
采摘机构，安装在机械臂的动作端，所述采摘机构包括多个呈周向分布的指爪和用于驱动多个所述指爪同步靠近或远离的驱动单元；
分拣机构，所述分拣机构包括主轨道和多个分级轨道，所述主轨道上间隔设置有多个转动单元，多个所述分级轨道一一对应的连接在所述转动单元上；
控制单元，所述控制单元电连接所述驱动单元，通过所述驱动单元控制多个所述指爪动作；所述控制单元电连接多个所述转动单元，通过多个所述转动单元控制柑橘自所述主轨道进入对应的分级轨道。
2.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述指爪的内侧设有压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制单元，所述控制单元通过接收所述压力传感器的压力信号，以控制所述驱动单元驱动多个所述指爪动作。
3.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述采摘机构还包括安装在机械臂的动作端上的连接法兰和固定连接在所述连接法兰上的直线驱动部件，所述直线驱动部件电连接所述控制单元，所述驱动单元连接在所述直线驱动部件的输出端，多个所述指爪安装在所述驱动单元上。
4.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述控制单元电连接有双目视觉***，所述双目视觉***用于识别定位柑橘，并将视觉信号传输至所述控制单元。
5.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述分级轨道上设有用于检测柑橘是否通过的位置传感器，所述位置传感器电连接所述控制单元，所述控制单元通过接收所述位置传感器的位置信号以控制对应的所述转动单元动作。
6.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述转动单元为全向传动单元，所述主轨道和所述分级轨道均由多个所述全向传动单元依次排布构成。
7.如权利要求1所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述指爪的数量为2N个，且N≥2，2N个所述指爪两两相对设置。
8.如权利要求7所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述指爪的数量为4个，且周向均匀分布以构成两两对称设置的两组，两组所述指爪分别测量柑橘的直径数据；
通过比对预设柑橘的异形阈值，判定柑橘为规则果实或不规则果实；
通过比对规则果实的预设柑橘的分级阈值，判定柑橘为对应的级别。
9.如权利要求8所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述主轨道的末端设有第一料斗，所述分级轨道的末端设有第二料斗。
10.如权利要求1-9任意一项所述的基于对称多指夹持器的柑橘采摘分拣一体化装置，其特征在于，所述主轨道的前端设有缓冲通道，所述缓冲通道用于承接采摘的柑橘至所述主轨道上。
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