本发明涉及香蕉果穗无损采收的技术领域，尤其是指一种香蕉智能采收系统。
背景技术：
目前，国内外针对香蕉采收环节，大部分依靠人工依次完成砍蕉、挑蕉的工作，其中砍蕉最常见的作业方式是由两名工人配合，一人肩抗柔性护垫位于果穗下方，另一人手持刀具将果穗轴从香蕉树上砍断。砍下来的果穗再由另一名工人肩挑至蕉园香蕉收集点，最后再由田间运输的索道统一分批运走。香蕉果穗的采收不同于其他果蔬的采收，首先果穗整体重量很大，以广东省主栽品种——巴西蕉为例，适收期的蕉穗每个大约30～40kg左右，再加上香蕉果实容易受到机械损伤，从而影响香蕉的产品质量和货架期，进而影响经济效益，因此机械损伤是香蕉果穗采收过程中很难避免的一个难题。同时人工砍蕉、挑蕉不仅作业效率低下，劳动强度和劳动成本都很高，且不利于衔接香蕉产后机械化处理的各个环节，不利于香蕉产业机械化的快速发展，因此，对香蕉果穗的机械化无损采收的相关技术的研究和实用装备的研制迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种香蕉智能采收系统，能够有效解决采收效率低、劳动强度高、人工成本高、且采收过程中容易对香蕉果穗造成机械损伤的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种香蕉智能采收系统，包括履带车、立体视觉识别控制系统、六自由度机械臂及果穗仿形托接装置；所述立体视觉识别控制系统装于履带车上，用于对蕉园的环境及香蕉植株、香蕉果穗的信息进行收集和分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径，控制履带车运动至待采收香蕉植株的位置处，并估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置；所述六自由度机械臂装于履带车上，通过立体视觉识别控制系统根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂运动至计算出的合适采摘点；所述果穗仿形托接装置装于六自由度机械臂的前端，该果穗仿形托接装置在六自由度机械臂的带动下运动至合适采摘点，并由立体视觉识别控制系统控制果穗仿形托接装置的无损仿形护板的垂直升降高度和平面内展开或收拢，使无损仿形护板对果穗整体进行自适应包络，果穗轴在外力作用下从香蕉植株上被砍断，果穗整体掉落至果穗仿形托接装置的承接底座内。
进一步，所述立体视觉识别控制系统集成有相机模块、处理模块和控制模块，所述相机模块用于采集蕉园环境、香蕉植株及香蕉果穗的图像信息，所述处理模块根据相机所采集的图像信息进行分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径及估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置，所述控制模块用于根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂运动至合适采摘点，并控制果穗仿形托接装置的无损仿形托护板的垂直升降高度及其展开或收拢。
进一步，所述果穗仿形托接装置包括带有滑槽导轨的机架、空心滑块、设于空心滑块内的主动齿轮、带有不完全齿轮的无损仿形托护板、承接底座、缓冲弹簧、第一动力源和第二动力源组成，所述空心滑块设于带有滑槽导轨的机架上，并由第一动力源在立体视觉识别控制系统的控制下驱动其沿滑槽导轨上下移动至设定高度，所述无损仿形托护板有两个且均为半环形结构，两个无损仿形托护板分别通过轴孔配合的方式转动连接在空心滑块的两侧，其中，每个无损仿形托护板的边缘处均设有不完全齿轮，该不完全齿轮与空心滑块内部的主动齿轮相啮合，由立体视觉识别控制系统控制第二动力源驱动主动齿轮转动，进而控制两个无损仿形托护板的展开或收拢，即自适应待采收果穗的外径并对待采收的果穗整体进行包络，所述承接底座设于机架的底板上，并位于两个无损仿形托护板的正下方，且该承接底座与机架的底板之间设有多个缓冲弹簧，被砍断的果穗在掉落过程中始终由无损仿形托护板包络防止其倾倒，进而掉落在承接底座内，并通过缓冲弹簧减小其与承接底座的刚性冲击。
进一步，所述无损仿形托护板的内壁上覆有磁流变液袋，所述磁流变液袋的内部装有磁流变液，且其配套连接有电路模块，其表面呈矩阵式安装有多个活塞，并组成活塞阵列，其中，每个活塞的一端均伸入至磁流变液袋的内部，其另一端均伸出磁流变液袋的外部，并装有柔性活塞头套；当包络果穗时，活塞阵列在果穗压力的作用下适应果穗的形状发生变形，同时通过电磁激励调节使磁流变液瞬间变成类固态，并将适应果穗形状发生变形的活塞阵列固定。
进一步，所述承接底座的内部周面上覆有柔性珍珠棉护垫，其内部底面上覆有磁流变液袋，所述磁流变液袋的内部装有磁流变液，且其配套连接有电路模块，其表面呈矩阵式安装有多个活塞，并组成活塞阵列，其中，每个活塞的一端伸入至磁流变液袋的内部，其另一端伸出磁流变液袋的外部，并装有柔性活塞头套；当果穗被砍断掉落至承接底座内时，活塞阵列在果穗重力的作用下适应果穗的形状发生变形，同时通过电磁激励调节使磁流变液瞬间变成类固态，并将适应果穗形状发生变形的活塞阵列固定。
进一步，所述六自由度机械臂的末端配装有配重块，保证整个托接过程的平衡。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明通过采用立体视觉识别控制系统对蕉园的环境及香蕉植株、香蕉果穗的信息进行收集和分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径，控制履带车运动至待采收香蕉植株的位置处，并估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置，对香蕉采收进行定位和为香蕉采收做准备，不需要人工另外的去调整果穗位姿，实现果穗采收机械化。
2、本发明的无损仿形托护板可以整体竖直升降，也可以平面内展开和收拢，这样可以根据不同品种、不同长势和不同形态的果穗进行自适应采收与托接，方便实用，适用性广。
3、本发明的无损仿形托护板和承接底座上均覆有磁流变液袋，通过磁流变液袋上的活塞和磁流变液袋的空间中充满磁流变液，在电磁激励的作用下组成了一个具有可控刚度的柔顺表面，该柔顺表面能够有效增大与果穗的接触面积，降低接触应力，增加摩擦力，从而可以防止对香蕉果实造成机械损伤，并且提高包络的稳固度，提高香蕉果品质量。
4、本发明的承接底座下方布置有缓冲弹簧，可以避免果穗刚被砍下时，下落到承接底座内部时由于重力的作用造成对果穗下部果实的刚性冲击，大大降低了果穗的机械损伤。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的果穗仿形托接装置呈收拢状态的结构示意图。
图3为本发明的果穗仿形托接装置呈收拢状态的俯视图。
图4为本发明的果穗仿形托接装置呈展开状态的结构示意图。
图5为本发明的果穗仿形托接装置呈展开状态的俯视图。
图6为本发明的果穗仿形托接装置呈展开状态的a局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例所述的香蕉智能采收系统，包括履带车1、立体视觉识别控制系统2、六自由度机械臂3及果穗仿形托接装置4；所述立体视觉识别控制系统2装于履带车1上，用于对蕉园的环境及香蕉植株、香蕉果穗的信息进行收集和分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径，控制履带车1运动至待采收香蕉植株的位置处，并估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置；所述六自由度机械臂3装于履带车1上，通过立体视觉识别控制系统2根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂3运动至计算出的合适采摘点；所述果穗仿形托接装置4装于六自由度机械臂3的前端，所述六自由度机械臂3的末端配装有配重块301，能够保证整个托接过程的平衡，所述果穗仿形托接装置4在六自由度机械臂3的带动下运动至合适采摘点，并由立体视觉识别控制系统2控制果穗仿形托接装置4的无损仿形护板的垂直升降高度和平面内展开或收拢，使无损仿形护板对果穗整体进行自适应包络，果穗轴在外力作用下从香蕉植株上被砍断，果穗整体掉落至果穗仿形托接装置4的承接底座406内。
其中，所述立体视觉识别控制系统2集成有相机模块、处理模块和控制模块，所述相机模块用于采集蕉园环境、香蕉植株及香蕉果穗的图像信息，所述处理模块根据相机所采集的图像信息进行分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径及估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置，所述控制模块用于根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂3运动至合适采摘点，并控制果穗仿形托接装置4的无损仿形托护板404的垂直升降高度及其展开或收拢。
如图2至图6所示，所述果穗仿形托接装置4包括带有滑槽导轨的机架401、空心滑块402、设于空心滑块402内的主动齿轮403、带有不完全齿轮405的无损仿形托护板404、承接底座406、缓冲弹簧407、第一动力源(图中未示出)和第二动力源(图中未示出)组成，所述空心滑块402设于带有滑槽导轨的机架401上，并由第一动力源在立体视觉识别控制系统2的控制下驱动其沿滑槽导轨上下移动至设定高度，所述无损仿形托护板404有两个且均为半环形结构，两个无损仿形托护板404分别通过轴孔配合的方式转动连接在空心滑块402的两侧，其中，每个无损仿形托护板404的边缘处设有不完全齿轮405，该不完全齿轮405与空心滑块402内部的主动齿轮403相啮合，由立体视觉识别控制系统2控制第二动力源驱动主动齿轮403转动，进而控制两个无损仿形托护板404的展开或收拢，即自适应待采收果穗的外径并对待采收的果穗整体进行包络，所述承接底座406设于机架401的底板上，并位于两个无损仿形托护板404的正下方，且该承接底座406与机架401的底板之间设有多个缓冲弹簧407，被砍断的果穗在掉落过程中始终由无损仿形托护板404包络防止其倾倒，进而掉落在承接底座406内，并通过缓冲弹簧407减小其与承接底座406的刚性冲击，同时在无损仿形托护板404的内壁上以及承接底座406的内部底面上分别覆有一个磁流变液袋409，所述磁流变液袋409的内部装有磁流变液，并配套连接有一个电路模块(图中未画出)，其表面呈矩阵式安装有多个活塞410，并组成活塞阵列，其中，每个活塞410的一端均伸入至磁流变液袋409的内部，其另一端均伸出磁流变液袋409的外部，并装有柔性活塞头套411，能够防止活塞411与果穗的刚性接触，减少机械损伤；当包络果穗时(或果穗被砍断掉落至承接底座406内)时，活塞阵列在果穗压力的作用下(或在果穗重力的作用下)适应果穗的形状发生变形，同时通过电磁激励调节使磁流变液瞬间变成类固态，并将适应果穗形状发生变形的活塞阵列固定；另外在承接底座406的内部周面上还覆有柔性珍珠棉护垫408，也能够避免果穗与承接底座406发生刚性接触，进而造成香蕉果实的机械损伤，降低香蕉果品质量。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
1.一种香蕉智能采收系统，其特征在于：包括履带车、立体视觉识别控制系统、六自由度机械臂及果穗仿形托接装置；所述立体视觉识别控制系统装于履带车上，用于对蕉园的环境及香蕉植株、香蕉果穗的信息进行收集和分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径，控制履带车运动至待采收香蕉植株的位置处，并估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置；所述六自由度机械臂装于履带车上，通过立体视觉识别控制系统根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂运动至计算出的合适采摘点；所述果穗仿形托接装置装于六自由度机械臂的前端，该果穗仿形托接装置在六自由度机械臂的带动下运动至合适采摘点，并由立体视觉识别控制系统控制果穗仿形托接装置的无损仿形护板的垂直升降高度和平面内展开或收拢，使无损仿形护板对果穗整体进行自适应包络，果穗轴在外力作用下从香蕉植株上被砍断，果穗整体掉落至果穗仿形托接装置的承接底座内。
2.根据权利要求1所述的一种香蕉智能采收系统，其特征在于：所述立体视觉识别控制系统集成有相机模块、处理模块和控制模块，所述相机模块用于采集蕉园环境、香蕉植株及香蕉果穗的图像信息，所述处理模块根据相机所采集的图像信息进行分析，并对香蕉果穗图像进行分割及提取香蕉果穗的几何外形参数和重心坐标，进而规划采收路径及估算果穗重量，计算出合适采摘点的坐标位置，所述控制模块用于根据香蕉果穗的几何外形参数、重心坐标和果穗重量控制六自由度机械臂运动至合适采摘点，并控制果穗仿形托接装置的无损仿形托护板的垂直升降高度及其展开或收拢。
3.根据权利要求1所述的一种香蕉智能采收系统，其特征在于：所述果穗仿形托接装置包括带有滑槽导轨的机架、空心滑块、设于空心滑块内的主动齿轮、带有不完全齿轮的无损仿形托护板、承接底座、缓冲弹簧、第一动力源和第二动力源组成，所述空心滑块设于带有滑槽导轨的机架上，并由第一动力源在立体视觉识别控制系统的控制下驱动其沿滑槽导轨上下移动至设定高度，所述无损仿形托护板有两个且均为半环形结构，两个无损仿形托护板分别通过轴孔配合的方式转动连接在空心滑块的两侧，其中，每个无损仿形托护板的边缘处均设有不完全齿轮，该不完全齿轮与空心滑块内部的主动齿轮相啮合，由立体视觉识别控制系统控制第二动力源驱动主动齿轮转动，进而控制两个无损仿形托护板的展开或收拢，即自适应待采收果穗的外径并对待采收的果穗整体进行包络，所述承接底座设于机架的底板上，并位于两个无损仿形托护板的正下方，且该承接底座与机架的底板之间设有多个缓冲弹簧，被砍断的果穗在掉落过程中始终由无损仿形托护板包络防止其倾倒，进而掉落在承接底座内，并通过缓冲弹簧减小其与承接底座的刚性冲击。
4.根据权利要求3所述的一种香蕉智能采收系统，其特征在于：所述无损仿形托护板的内壁上覆有磁流变液袋，所述磁流变液袋的内部装有磁流变液，且其配套连接有电路模块，其表面呈矩阵式安装有多个活塞，并组成活塞阵列，其中，每个活塞的一端均伸入至磁流变液袋的内部，其另一端均伸出磁流变液袋的外部，并装有柔性活塞头套；当包络果穗时，活塞阵列在果穗压力的作用下适应果穗的形状发生变形，同时通过电磁激励调节使磁流变液瞬间变成类固态，并将适应果穗形状发生变形的活塞阵列固定。
5.根据权利要求3所述的一种香蕉智能采收系统，其特征在于：所述承接底座的内部周面上覆有柔性珍珠棉护垫，其内部底面上覆有磁流变液袋，所述磁流变液袋的内部装有磁流变液，且其配套连接有电路模块，其表面呈矩阵式安装有多个活塞，并组成活塞阵列，其中，每个活塞的一端伸入至磁流变液袋的内部，其另一端伸出磁流变液袋的外部，并装有柔性活塞头套；当果穗被砍断掉落至承接底座内时，活塞阵列在果穗重力的作用下适应果穗的形状发生变形，同时通过电磁激励调节使磁流变液瞬间变成类固态，并将适应果穗形状发生变形的活塞阵列固定。
6.根据权利要求1所述的一种香蕉智能采收系统，其特征在于：所述六自由度机械臂的末端配装有配重块，保证整个托接过程的平衡。
技术总结