本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，特別涉及一種采摘茶葉用的自動化采摘系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中采摘茶葉用的自動化采摘機包括背負(fù)式單人采摘機和雙人采摘機。這些采摘機所使用的刀具都是相互交錯平移的整體式剪切刀具，這些采摘機在采摘茶葉時，將采摘機放到茶樹的蓬面上，對茶葉整體剪切。而對于名優(yōu)茶的采摘，名優(yōu)茶要求在采摘過程中要有選擇性，采摘的茶葉要求更加的嚴(yán)格。

現(xiàn)有采摘機的缺點如下：

1、由于茶葉的形態(tài)比較小，整體剪切存在將老梗、老葉一起采摘的問題，采用現(xiàn)有技術(shù)的采摘機采摘后的茶葉里雜質(zhì)所占比例高達10％～15％。

2、由于現(xiàn)有技術(shù)的茶葉采摘機在采摘的過程中受到自身重量的影響容易導(dǎo)致刀頭下沉，刀頭下沉更容易將茶葉的梗一起剪切。

3、現(xiàn)有采摘機都是人為提拿，并由人在作物壟間進行行走采摘，這樣勞動力成本較大，并且采摘效率低。

因此設(shè)計一種在茶葉采摘過程中減少對雜質(zhì)的采摘，且效率高的采摘機尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種自動化采摘系統(tǒng)，有選擇的采摘作物，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采摘的作物中的雜質(zhì)含量高的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的自動化采摘系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：包括行走裝置、采摘裝置、識別定位裝置、供電裝置；

該行走裝置包括車架，該車架下端設(shè)置有行走機構(gòu)；

該采摘裝置設(shè)置在該車架的前端，包括采摘機械手、驅(qū)動該采摘機械手移動的采摘驅(qū)動機構(gòu)、以及收集該采摘機械手采摘的作物的收集機構(gòu)；

該識別定位裝置用于獲取作物的圖像，識別并分析需要采摘的作物的圖像及位置，并將需要采摘的作物的位置信息傳輸給上述采摘驅(qū)動機構(gòu)，所述識別定位裝置包括圖像采集單元和圖像處理單元；

該供電裝置提供供電電源，與該行走機構(gòu)、該采摘驅(qū)動機構(gòu)、該收集機構(gòu)、該圖像采集單元和該圖像處理單元電連接并供電。

進一步優(yōu)選地，上述車架上設(shè)置有衛(wèi)星定位天線以及衛(wèi)星定位接收機。

進一步優(yōu)選地，上述采摘驅(qū)動機構(gòu)包括托架，該托架上裝配有驅(qū)動上述采摘機械手上下移動的上下驅(qū)動組件、左右移動的左右驅(qū)動組件以及前后移動的前后驅(qū)動組件。

進一步優(yōu)選地，上述上下驅(qū)動組件包括上下設(shè)置的第一絲杠以及驅(qū)動該第一絲杠轉(zhuǎn)動的第一電機，該第一絲杠上旋設(shè)有第一滾珠螺母，上述采摘機械手設(shè)置在該第一滾珠螺母上，該左右驅(qū)動組件包括左右設(shè)置的第二絲杠以及驅(qū)動該第二絲杠轉(zhuǎn)動的第二電機，該第二絲杠上旋設(shè)有第二滾珠螺母，該第一絲杠設(shè)置在該第二滾珠螺母上，該前后驅(qū)動組件包括前后設(shè)置在上述托架上的第三絲杠以及固設(shè)在該托架上的驅(qū)動該第三絲杠轉(zhuǎn)動的第三電機，該第三絲杠上旋設(shè)有第三滾珠螺母，該第二絲杠設(shè)置在該第三滾珠螺母上。

進一步優(yōu)選地，上述采摘機械手包括支架，該支架上鉸接設(shè)置有采摘手指，該采摘手指的手指端相對設(shè)置有切片，該支架上設(shè)置有驅(qū)動該采摘手指相對靠近切割采摘和相對遠離松開的機械手驅(qū)動組件。

進一步優(yōu)選地，上述采摘手指設(shè)置成相對布設(shè)的兩個，上述機械手驅(qū)動組件包括設(shè)置在位于該采摘手指的鉸接點另一側(cè)的采摘手指末端之間的凸輪，該支架上設(shè)置有驅(qū)動該凸輪轉(zhuǎn)動的電機，該采摘手指末端之間連接設(shè)置有彈簧，該采摘手指處于松開位置時，該彈簧處于自然狀態(tài)。

進一步優(yōu)選地，上述圖像采集單元包括相對設(shè)置在上述托架左右兩側(cè)的攝像頭。

進一步優(yōu)選地，上述圖像處理單元包括與上述攝像頭進行通信連接的圖像采集卡及與該圖像采集卡進行通信連接的控制器。

進一步優(yōu)選地，上述行走機構(gòu)包括驅(qū)動輪以及驅(qū)動該驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動的動力組件。

進一步優(yōu)選地，上述收集機構(gòu)包括作物收集器和連接軟管，該連接軟管的一端連接在上述采摘手指處，該連接軟管的另一端與該作物收集器連通，該作物收集器內(nèi)設(shè)置有負(fù)壓風(fēng)機。

通過上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的自動化采摘系統(tǒng)，通過行走裝置能夠使整個采摘系統(tǒng)在作物的壟間進行行走，不需要現(xiàn)有技術(shù)中的人為手持采摘裝置行走，保證了采摘系統(tǒng)采摘的穩(wěn)定性。本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)通過識別定位裝置首先獲得作物的圖像，然后識別定位裝置對獲得的作物的圖像進行顏色或形狀或大小等進行識別，識別出可以采摘的作物，并計算可以采摘作物的三維位置。由采摘驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動采摘機械手移動到可以采摘的作物的位置處進行采摘，再由收集機構(gòu)對采摘的作物進行收集。本發(fā)明的自動采摘系統(tǒng)能夠精確的識別可以采摘的作物的位置，只針對可以采摘的作物進行采摘，而對于不可以采摘的作物以及作物的其它部位進行過濾，因此本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)采摘的作物的質(zhì)量高，雜質(zhì)少。

進一步優(yōu)選地，設(shè)置的衛(wèi)星定位天線，能夠遠程的對本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)進行監(jiān)控，方便自動化采摘系統(tǒng)的集中化管理。

進一步優(yōu)選地，每個采摘機械手通過三組驅(qū)動組件對其上下、前后、左右運動方向分別進行控制，控制操作簡單且移動位置精確。

進一步優(yōu)選地，三組驅(qū)動組件均采用滾珠絲杠傳動方式，傳動效率高，定位精度高。

進一步優(yōu)選地，采摘手指通過其前端相對設(shè)置的切片對作物的葉莖進行剪切，避免對作物本體在夾持拉拽過程中造成破壞，進一步保證了采摘作物的質(zhì)量。

進一步優(yōu)選地，圖像采集單元采用兩個攝像頭進行圖像的采集，從不同角度拍攝同一區(qū)域，模擬人類雙眼獲取景物，能夠精確獲取作物的三維空間位置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的右視圖；

圖3是圖1的自動化采摘系統(tǒng)的實施例中的采摘裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的左視圖；

圖5是圖3的采摘裝置的采摘機械手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)的實施例的識別定位裝置流程圖；

圖7是本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)的實施例中的北斗定位天線的工作原理圖。

具體實施方式

在本發(fā)明的具體實施方式的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是指兩個或兩個以上。本說明書所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解。例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細(xì)的說明。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

如圖1～2所示，本發(fā)明提供的自動化采摘系統(tǒng)的實施例，包括行走裝置、采摘裝置、識別定位裝置、供電裝置。

行走裝置包括車架1，車架1下端設(shè)置有行走機構(gòu)3，為方便本實施例能夠在作物壟間進行行走，車架1通過一門型支架2裝配在行走機構(gòu)3上，行走機構(gòu)3包括并排設(shè)置的兩組驅(qū)動輪，且分別連接在門型支架2的兩側(cè)壁的下端。其中，每組為兩個驅(qū)動輪，每組的兩個驅(qū)動輪之間設(shè)置有動力組件4，為了增大驅(qū)動輪對地面的抓持力，防止本實施例在軟質(zhì)地質(zhì)行走時打滑，每組的兩個驅(qū)動輪上裝配有履帶5，履帶5能夠保證使本實施例很順利的在軟質(zhì)的作物壟間行走，防止了驅(qū)動輪打滑或趴窩。

進一步優(yōu)選地，為方便工作人員對本實施例進行人工駕駛操控，以及對本實施例的工作狀態(tài)進行監(jiān)控及維護，在車架1的上方設(shè)置有駕駛室9。

進一步優(yōu)選地，為了實現(xiàn)對本實施例的遠程監(jiān)控與調(diào)度，且方便對本實施例后期的維護，在駕駛室9的上方設(shè)置有衛(wèi)星定位天線10以及與衛(wèi)星定位天線10連接的衛(wèi)星定位接收機，在本實施例中衛(wèi)星定位天線10優(yōu)選使用北斗定位天線10，北斗定位天線10向遠程的總控室傳輸本實施例的實時位置，方便本實施例的集中化管理。

如圖7所示北斗定位天線10的工作原理，n臺本實施例均通過設(shè)置的北斗定位天線10以及衛(wèi)星定位接收機與北斗衛(wèi)星22進行連接，由衛(wèi)星定位接收機進行精確定位，定位的信息通過地面的移動通信系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，，其中n≥1，主監(jiān)控中心平臺23用于接收和存儲衛(wèi)星定位接收機傳輸?shù)谋緦嵤├奈恢眯畔⒓肮ぷ鳡顟B(tài)，主監(jiān)控工作站24負(fù)責(zé)對所有本實施例進行監(jiān)控及管理。首先，個人用戶21可以通過網(wǎng)絡(luò)向主監(jiān)控工作站24發(fā)送需求信息，其中，個人用戶是指需要使用本實施例的用戶，主監(jiān)控工作站24根據(jù)主監(jiān)控中心平臺23發(fā)送的本實施例的位置信息及工作狀態(tài)，控制需要接受任務(wù)的本實施例，然后將控制命令通過主監(jiān)控中心平臺23下發(fā)到對應(yīng)的本實施例。接收到主監(jiān)控工作站24下發(fā)的任務(wù)的本實施例供需求用戶使用。衛(wèi)星定位天線以及衛(wèi)星定位接收機實現(xiàn)了本實施例的集中化管理，用戶不再需要自備本實施例，需要時只需向主監(jiān)控工作站24發(fā)送需求命令即可，降低用戶自身的成本，同時能夠及時滿足用戶的需求。

進一步優(yōu)選地，為了使本實施例在天色較暗時也能正常進行工作，在駕駛室9的前端設(shè)置有補光燈11。

本實施例的采摘裝置設(shè)置在車架1的前端，包括采摘機械手6、驅(qū)動采摘機械手6移動的采摘驅(qū)動機構(gòu)7、收集采摘機械手6采摘的作物的收集機構(gòu)8。在本實施例中，收集機構(gòu)8包括作物收集器81和連接軟管82，連接軟管82的一端連接在采摘機械手6的位置處，連接軟管82的另一端與作物收集器81連通，作物收集器81內(nèi)設(shè)置有負(fù)壓風(fēng)機83。

如圖3和圖4所示，本實施例的采摘驅(qū)動機構(gòu)7包括托架71，托架71上裝配有驅(qū)動采摘機械手6上下移動的上下驅(qū)動組件、左右移動的左右驅(qū)動組件以及前后移動的前后驅(qū)動組件。

上下驅(qū)動組件包括上下設(shè)置的第一絲杠72以及驅(qū)動第一絲杠72轉(zhuǎn)動的第一電機73，第一絲杠72上旋設(shè)有第一滾珠螺母(圖中未示出)，采摘機械手6設(shè)置在該第一滾珠螺母上，第一電機73帶動第一絲杠72轉(zhuǎn)動，驅(qū)動第一滾珠螺母帶動采摘機械手6上、下移動。左右驅(qū)動組件包括左右設(shè)置的第二絲杠74以及驅(qū)動第二絲杠74轉(zhuǎn)動的第二電機75，第二絲杠74上旋設(shè)有第二滾珠螺母76，第一絲杠72設(shè)置在第二滾珠螺母76上，第二電機75帶動第二絲杠74轉(zhuǎn)動，第二絲杠74驅(qū)動第二滾珠螺母76左、右移動，第二滾珠螺母76帶動整套的上下驅(qū)動組件移動，進而帶動采摘機械手6左、右移動。前后驅(qū)動組件包括前后設(shè)置在托架71上的第三絲杠77以及固設(shè)在托架71上的驅(qū)動第三絲杠77轉(zhuǎn)動的第三電機78，第三絲杠77上旋設(shè)有第三滾珠螺母79，第二絲杠74設(shè)置在第三滾珠螺母79上，第三電機78驅(qū)動第三絲杠77轉(zhuǎn)動，第三絲杠77驅(qū)動第三滾珠螺母79轉(zhuǎn)動，第三滾珠螺母79帶動整套左右驅(qū)動組件和整套上下驅(qū)動組件一起前、后移動，進而帶動采摘機械手6前、后移動。

上下驅(qū)動組件、左右驅(qū)動組件和前后驅(qū)動組件分別采用滾珠絲杠傳動方式，因為滾珠絲杠的傳動方式定位精確，傳動平穩(wěn)，且傳遞效率高，能夠滿足自動化采摘系統(tǒng)的位置移動的精度要求。

如圖5所示，進一步優(yōu)選地，采摘機械手6包括支架61，支架61上鉸接設(shè)置有兩個采摘手指62，采摘手指62的手指端相對設(shè)置有切片63，支架61上設(shè)置有驅(qū)動采摘手指62相對靠近切割采摘和相對遠離松開的機械手驅(qū)動組件。機械手驅(qū)動組件包括設(shè)置在位于該采摘手指的鉸接點另一側(cè)的采摘手指的末端之間的凸輪64，支架61上設(shè)置有驅(qū)動凸輪64轉(zhuǎn)動的電機(圖中未示出)。凸輪64為橢圓形凸輪，凸輪64的中心點位于兩個采摘手指連線的中心線上，橢圓形的凸輪64能夠保證兩個采摘手指轉(zhuǎn)動的角度相同，對葉莖的剪切力相同，兩個采摘手指同時運動剪切，剪切省力且剪切效率高。采摘手指62的末端之間連接設(shè)置有彈簧65，采摘手指62處于松開狀態(tài)時，彈簧65處于自然狀態(tài)，采摘手指62處于剪切狀態(tài)時，彈簧65處于拉伸狀態(tài)。采摘手指62通過其前端設(shè)置的切片63對作物的葉莖進行剪切，避免對作物本體在夾持拉拽過程中造成破壞，進一步保證了采摘作物的質(zhì)量。驅(qū)動采摘機械手6的電機水平設(shè)置在支架61的后部，這樣在采摘手指62剪切作物的葉莖時整個采摘機械手6占據(jù)空間位置較小。

如圖1、圖2和圖6所示，本實施例的識別定位裝置用于獲取作物的圖像，識別并分析需要采摘的作物的圖像及三維位置，并將需要采摘的作物的位置信息傳輸給采摘驅(qū)動機構(gòu)7。識別定位裝置包括圖像采集單元和圖像處理單元。圖像采集單元包括相對設(shè)置在托架71左右兩側(cè)的攝像頭12。圖像處理單元包括與攝像頭12進行通信連接的圖像采集卡32，以及與圖像采集卡32進行通信連接的控制器，該控制器包括控制計算機33和單片機34。

本實施例的識別定位裝置的原理，如圖6所示，攝像頭12在光源提供照明的條件下拍攝采摘對象31，并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，并傳輸給圖像采集卡32，由圖像采集卡32收集圖像信號并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后傳輸給控制計算機33進行圖像分析處理，圖像分析處理包括對作物的顏色、大小、完整度及三維位置進行分析，控制計算機33將處理后的一系列的采摘點的三維位置信息傳輸給單片機34，單片機34控制采摘驅(qū)動機構(gòu)7運動進行采摘。

采用雙攝像頭進行圖像采集的原理是雙目標(biāo)定技術(shù)，雙目標(biāo)定技術(shù)是計算機視覺技術(shù)的一個重要分支，能夠模擬人類雙眼獲取景物。該技術(shù)是通過兩個攝像頭從不同角度拍攝同一區(qū)域，確定圖像像素坐標(biāo)和圖像位置坐標(biāo)，獲取點的在三維空間的位置信息。

如圖1所示，本實施例的供電裝置包括電箱13，電箱13存儲電能，對行走機構(gòu)3的動力組件4、采摘驅(qū)動機構(gòu)7的第一電機73、第二電機75、第三電機78、收集機構(gòu)8的負(fù)壓風(fēng)機83、圖像采集單元以及圖像處理單元供電。

進一步優(yōu)選地，車架9上設(shè)置有太陽能電池板14，該太陽能電池板14與電箱13電連接，太陽能電池板14將太陽能轉(zhuǎn)換成電能存儲到電箱13內(nèi)，用于供電。采用太陽能電池板14進行蓄電，節(jié)能環(huán)保。

本實施例的采摘過程為：通過工作人員在駕駛室9內(nèi)操控動力組件4驅(qū)動驅(qū)動輪帶動履帶5進行行走，實現(xiàn)本實施例在作物壟間進行行走?？刂票緦嵤├竭_需要采摘作物的位置，同時北斗定位天線10對本實施例進行實時的監(jiān)控，監(jiān)控本實施例所在的地理位置，以及地理位置實時的變化情況。本實施例到達采摘位置時，由本實施例的攝像頭12獲取探視范圍內(nèi)的采摘目標(biāo)的圖像信息，并通過數(shù)據(jù)線把獲取的圖像傳入到圖像采集卡，在這里圖像傳輸是通過數(shù)據(jù)線實現(xiàn)的，當(dāng)然還可以采用無線通訊的方式進行圖像傳輸，由圖像采集卡采集攝像頭12傳輸?shù)乃袌D像，并將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，然后再傳輸給控制計算機，控制計算機經(jīng)過計算分析，并對作物的顏色、大小、完整度進行識別，獲得一組需要采摘的作物的坐標(biāo)信息，然后由控制計算機計算得到需要采摘作物的采摘序列，然后控制計算機將排序后的一系列采摘作物的坐標(biāo)信息傳輸給單片機，單片機根據(jù)各個采摘作物的采摘序列控制采摘驅(qū)動機構(gòu)7進行運動。當(dāng)采摘驅(qū)動機構(gòu)7驅(qū)動采摘機械手6到達指定的采摘點時，啟動收集機構(gòu)8的負(fù)壓風(fēng)機83，使收集器81和連接軟管82的內(nèi)腔均形成負(fù)壓狀態(tài)，由電機控制凸輪64轉(zhuǎn)動，使凸輪由其小直徑兩端位于采摘手指62之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)動成其大直徑兩端分別抵觸在兩個采摘手指62之間的狀態(tài)，即使采摘機械手6的采摘手指62由張開狀態(tài)變成閉合狀態(tài)對采摘目標(biāo)的葉莖進行裁切，裁切掉的作物被收集機構(gòu)8收集到作物收集器81內(nèi)，采摘機械手6完成對該點作物的采摘。采摘驅(qū)動機構(gòu)7繼續(xù)驅(qū)動采摘機械手6到達下一個指定的采摘點，使采摘機械手6重復(fù)上述的采摘過程，直至該攝像頭探視范圍內(nèi)的作物完全采摘完畢，動力組件4繼續(xù)驅(qū)動本實施例進行前進，繼續(xù)下一個攝像頭探測范圍內(nèi)的作物的采摘，直至全部區(qū)域的采摘完畢為止。

本實施例通過行走裝置能夠在作物的壟間進行行走，不需要現(xiàn)有技術(shù)中人為手持采摘裝置行走，保證了采摘系統(tǒng)采摘的穩(wěn)定性，本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)通過識別定位裝置首先獲得作物的圖像，然后對獲得的作物的圖像、顏色、完整度進行識別和分析，識別出可以采摘的作物，計算可以采摘作物的三維位置，由采摘驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動采摘機械手移動到可以采摘的作物的位置處進行采摘，再由收集機構(gòu)對采摘的作物進行收集。本發(fā)明的自動采摘系統(tǒng)能夠精確的識別可以采摘的作物的位置，只針對可以采摘的作物進行采摘，而對于不可以采摘的作物以及作物的其它部位進行過濾，因此本發(fā)明的自動化采摘系統(tǒng)實現(xiàn)了對作物有選擇性的采摘，采摘的作物的質(zhì)量高，雜質(zhì)少。因此本發(fā)明更適用于對采摘的作物的質(zhì)量要求較高的場所，比如名優(yōu)茶的采摘等。

上述的實施例只是描述了包含一組采摘機械手的結(jié)構(gòu)，在其它的實施例中，在車架1的前端還可以設(shè)置成多組采摘機械手，每組采摘機械手可以跟隨一組識別定位裝置，每組采摘機械手負(fù)責(zé)采摘自己負(fù)責(zé)的采摘區(qū)域內(nèi)的作物，這樣多組采摘機械手采摘的效率更高。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。