一种基于菠萝自然长势的采集装置及其采摘方法

1.本发明涉及一种采集装置，尤其是一种基于菠萝自然长势的采集装置及其采摘方法。


背景技术：

2.随着当前我国智能化农机装备普及应用的持续推进，如何对规模化种植的菠萝设施机械化、智能化采摘，受到了国内科研院所、农类院校和种植企业的高度重视。针对菠萝特有的生长特性，其断梗方式大多采用拧断、扳断、割断等，通过采用高地隙轮式农用采集车，来解决大范围内菠萝的收集问题。但经调研分析发现，现役菠萝采摘装备普遍存在一个共性问题：受菠萝非结构化长势和机械化采摘设备功能的制约，至今未能很好实现对大范围内菠萝设施的采摘和收集，导致采摘设备对规模化种植的菠萝地收获作业效率较为低下，对菠萝的采摘依然采取人工采摘。因此，有必要融合菠萝的外形特征和自然长势、菠萝与菠萝杆的连接特性、菠萝的种植模式等要素，合理开发一种基于菠萝自然长势的采集装置及其采摘方法。


技术实现要素：

3.发明目的：提供一种基于菠萝自然长势的采集装置及其采摘方法，能够针对菠萝自然生长时果实重量导致菠萝杆微倾的生长现象，结合菠萝的外形特征、菠萝与菠萝杆的连接特性、菠萝的种植模式等要素，能够解决自然生长环境下菠萝大范围内的采摘和收集问题，大大降低果农的劳动强度和种植成本。
4.技术方案：本发明提供的基于菠萝自然长势的采集装置，包括果实运输机构、姿位调节机构、采摘机构以及控制器；果实运输机构用于运输采摘好的菠萝；姿位调节机构可调安装在果实运输机构上；采摘机构安装在姿位调节机构上，由姿位调节机构带动采摘机构行至便于采摘的位姿，由采摘机构自适应地夹持采摘菠萝；果实运输机构、姿位调节机构以及采摘机构均由控制器驱动控制。
5.进一步的，果实运输机构包括悬架、横向输送单元以及垂直输送台；横向输送单元沿长度方向安装在悬架上，用于横向运输菠萝；垂直输送台可移动式安装在悬架上，用于接取采摘机构采摘的菠萝并运送至横向输送单元；横向输送单元以及垂直输送台均由控制器驱动控制。
6.进一步的，垂直输送台包括u形支架、两个垂直升降台、两个升降伸缩杆以及位置调节单元；
7.u形支架横向滑动式安装在悬架上，位置调节单元驱动u形支架沿悬架横向移动；两个垂直升降台分别竖向滑动式安装在u形支架的两个竖向支架上，用于将u形支架上的菠萝运输至横向输送单元上；两个升降伸缩杆分别用于驱动两个垂直升降台竖向移动，且两个升降伸缩杆均与控制器电连接；位置调节单元由控制器驱动控制。
8.进一步的，姿位调节机构包括五杆调姿平台、双目视觉模块以及滑移驱动单元；在
悬架上沿长度方向安装有导轨组；五杆调姿平台滑动安装在导轨组上，滑移驱动单元用于驱动五杆调姿平台沿导轨组移动；采摘机构安装在五杆调姿平台的下端上，由五杆调姿平台调节采摘机构的位姿；滑移驱动单元由控制器驱动控制；双目视觉模块安装在u形支架的下侧面上，且与控制器电连接。
9.进一步的，五杆调姿平台包括动平台以及五个定长连杆；导轨组包括第一导轨、第二导轨以及第三导轨；在第一导轨上滑动安装有两个第一支座；在第二导轨上滑动安装有两个第二支座；在第三导轨上滑动安装有一个第二支座；两个定长连杆的下端均通过虎克铰安装在动平台上，上端分别通过两个虎克铰安装在两个第一支座上；另外三个定长连杆的下端均通过球铰安装在动平台上，上端分别通过三个球铰安装在三个第二支座上；在动平台的下侧面中心处连通式设置有空心轴；采摘机构安装在空心轴上。
10.进一步的，滑移驱动单元包括五个滑移驱动电机；五个滑移驱动电机通过五组齿轮齿条副分别驱动两个第一支座以及三个第二支座横向移动，且均与控制器电连接。
11.进一步的，采摘机构包括旋转单元以及夹紧单元；旋转单元包括l形旋转支架以及旋转驱动电机；夹紧单元包括u形拨禾支架以及两组夹持分支；
12.l形旋转支架贯穿式旋转安装在空心轴上；旋转驱动电机通过锥齿轮副驱动l形旋转支架旋转，且与控制器电连接；u形拨禾支架固定在l形旋转支架上；两个夹持分支分别安装在u形拨禾支架的上下两侧。
13.进一步的，夹持分支包括夹持驱动电机、两个驱动丝杆、四个柔性指以及四个支撑结构；
14.两个驱动丝杆分别旋转式安装在u形拨禾支架的前后两个相对侧面上，且驱动丝杆两端的螺纹螺距相同，旋向相反；四个柔性指两两分别安装在u形拨禾支架的前后两个相对侧面上，且同一侧面上的两个柔性指的近端分别螺纹旋合在对应侧驱动丝杆的两端上；夹持驱动电机通过同步带传动同步驱动两个驱动丝杆旋转，且与控制器电连接；在u形拨禾支架上安装有与控制器电连接的测距传感器，用于检测同一个驱动丝杆上的两个柔性指相近端部之间的间距；四个支撑结构分别用于支撑四个柔性指的相远端。
15.进一步的，支撑结构包括摆动滑套以及支撑杆；支撑杆水平摆动式铰接在柔性指的相远端上；摆动滑套水平摆动式铰接安装在u形拨禾支架上，支撑杆贯穿式插装在摆动滑套上。
16.进一步的，本发明还提供了一种基于菠萝自然长势的采集装置的采摘方法，包括如下步骤：
17.步骤一，采摘前，将采集装置安装在农用收集车上；农用收集车带动采集装置运行在待采摘的菠萝地的上方；
18.步骤二，控制器控制姿位调节机构和垂直输送台，使垂直输送台在实时的待采摘方向上位于姿位调节机构的前侧，具体实施步骤如下：
19.a、控制器控制滑移驱动单元，将姿位调节机构的动平台调节至采摘高度，方便垂直输送台驶过且到达待采摘方向的前侧；
20.b、控制器控制双目视觉模块，将两个摄像头的拍摄视角调至待采摘的方向；
21.c、控制器控制滑移驱动单元，使动平台降至便于设施采摘的高度；
22.步骤三，控制器控制垂直输送台移动，由双目视觉模块获取待采摘菠萝的便于实
施作业的采摘位姿，具体实施步骤如下：
23.d、控制器控制垂直输送台沿着待采摘方向前行，带动双目视觉模块捕捉待采摘的菠萝，未采摘时姿位调节机构随同垂直输送台一起前行；当捕捉到待采摘的菠萝时，利用双目视觉模块获取倾斜菠萝的图像信息，送至控制器；
24.e、控制器根据待采摘菠萝的图像信息，求解出待采摘菠萝微倾的空间位姿信息，规划出便于实施作业的采摘位姿信息，采摘位姿信息包括采摘机构的初始位姿a、夹持的瞬时位姿b以及菠萝被夹持位置的直径；
25.f、控制器控制姿位调节机构，将采摘机构送至的初始位姿a，动平台的中心轴线与菠萝的中心轴线相平行，且距离为进给距离l1；
26.步骤四，控制器控制采摘机构和果实输送线，完成待采摘菠萝大范围内的采摘和收集，具体实施步骤如下：
27.g、姿位调节机构调节采摘机构的位置，使采摘机构到达的瞬时位姿b，且初始位姿a与瞬时位姿b之间的距离为进给距离l1；
28.h、根据待采摘菠萝将被夹持位置的直径，控制器利用位置传感器感知信息驱动两个夹持驱动电机将同一个驱动丝杆上的两个柔性指相近端之间的距离调至便于夹持菠萝的夹持距离ld，使其对待采摘的菠萝的位置e以及位置f分别实施差异性的可靠夹持；
29.i、控制器控制旋转单元旋转，带动夹紧单元拧断待采摘菠萝的果梗；
30.j、控制器控制姿位调节机构，将采摘好的菠萝送至垂直输送台，通过控制器实时控制垂直输送台上的纵向传输带运转，再通过与其相应的垂直升降台轮流将采摘后的菠萝送至横向输送单元上，直至送至农用收集车的储藏箱。
31.本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用姿位调节机构在控制器的控制下，针对菠萝自然生长时果实重量导致菠萝杆微倾的生长现象，结合菠萝的外形特征、菠萝与菠萝杆的连接特性以及菠萝的种植模式等要素，带动采摘机构进行移动，并调节采摘机构的姿态，使采摘机构能够稳定的夹持菠萝并进行采摘，果实运输机构承接采摘好的果实并将果实运输至农用收集车内，完成菠萝采摘，解决了菠萝大范围内的采摘和收集问题，大大降低果农的劳动强度和种植成本。
附图说明
32.图1为本发明的采摘方向为ⅰ时的工作状态图；
33.图2为本发明的采摘方向为ⅱ时的工作状态图；
34.图3为本发明果实运输机构的立体图；
35.图4为本发明姿位调节机构的倒置立体图；
36.图5为本发明姿位调节机构的安装示意图；
37.图6为本发明采摘机构的立体图；
38.图7为本发明夹紧单元的立体图；
39.图8为本发明的采摘作业过程示意图；
40.图9为本发明的电路结构示意图；
41.图中：1、果实运输机构；11、横向输送单元；111、悬架；112、横向传输带；114、挡板；12、垂直输送台；121、u形支架；122、纵向传输带；123、垂直升降台；131、调节齿条；132、滑
轨；2、姿位调节机构；21、导轨组；211、第一导轨；212、第二导轨；213、第三导轨；22、五杆调姿平台；221、定长连杆；222、第一转动副；226、动平台；2261、空心轴；23、双目视觉模块；3、采摘机构；3100、旋转单元；3101、l形旋转支架；3102、旋转驱动电机；3103、从动锥齿轮；3104、主动锥齿轮；3200、夹紧单元；3201、u形拨禾支架；3202、夹持驱动电机；3203、同步带传动；3204、驱动丝杆；3205、柔性指；3209、支撑杆；3210、摆动滑套；3211、导向条。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.实施例1：
46.如图1-9所示，本发明提供的一种基于菠萝自然长势的采集装置包括：果实运输机构1、姿位调节机构2、采摘机构3以及控制器；果实运输机构1用于安装在农用收集车上，用于运输采摘好的菠萝；姿位调节机构2可调安装在果实运输机构1上；采摘机构3安装在姿位调节机构2上，由姿位调节机构2带动采摘机构3行至便于采摘的位姿，由采摘机构3自适应地夹持采摘菠萝；果实运输机构1、姿位调节机构2以及采摘机构3均由控制器驱动控制。
47.利用姿位调节机构2在控制器的控制下，针对菠萝自然生长时果实重量导致菠萝杆微倾的生长现象，结合菠萝的外形特征、菠萝与菠萝杆的连接特性以及菠萝的种植模式等要素，带动采摘机构3进行移动，并调节采摘机构3的姿态，使采摘机构3能够稳定的夹持菠萝并进行采摘，果实运输机构1承接采摘好的果实并将果实运输至农用收集车内，完成菠萝采摘，解决了菠萝大范围内的采摘和收集问题，大大降低果农的劳动强度和种植成本。
48.进一步的，果实运输机构1包括悬架111、横向输送单元11以及垂直输送台12；横向输送单元11包括横向传输电机、横向传输带112以及两个横向传输滚轴；
49.在悬架111上沿长度方向设置有转运槽口；悬架111的一端用于安装在农用收集车的一侧上，且与其行驶方向垂直，在悬架111的另一端上设置有用于遮挡转运槽口一端的挡板114；垂直输送台12横向可移动式安装在悬架111上；
50.两个横向传输滚轴分别旋转式安装在转运槽的两端上；横向传输带112传动安装在两个横向传输滚轴上；横向传输电机用于驱动其中一个横向传输滚轴旋转，且通过横向传输驱动电路与控制器电连接。
51.利用横向传输电机在控制器的控制下驱动其中一个横向传输滚轴旋转，使横向传输带112运转，将垂直输送台12传输至横向传输带112上的菠萝运输至农用收集车内，实现
菠萝采摘后的运输；利用挡板114防止菠萝滚落。
52.进一步的，垂直输送台12包括u形支架121、两个垂直升降台123、两个升降伸缩杆以及位置调节单元；位置调节单元包括调节齿条131、调节齿轮以及调节驱动电机；
53.在悬架111的两个竖向侧面上沿长度方向安装有滑轨132；在u形支架121上设置有沿滑轨132行走的滑轮；调节齿条131沿长度方向安装在悬架111上；调节齿轮旋转式安装在u形支架121上，且与调节齿条131相啮合；调节驱动电机用于驱动调节齿轮旋转，且通过调节驱动电路与控制器电连接；
54.在u形支架121的两个竖向支架的上下两端上均设置有输果口；两个纵向传输滚轴安装在u形支架121的水平支架上；纵向传输带122传动连接在两个纵向传输滚轴上；纵向传输电机用于驱动其中一个纵向传输滚轮旋转，且通过纵向传输驱动电路与控制器电连接；两个垂直升降台123分别竖向滑动式安装在u形支架121的两个竖向支架上；两个升降伸缩杆分别用于驱动两个垂直升降台123竖向移动，且两个升降伸缩杆均与控制器电连接；垂直升降台123水平板的上侧面设置为斜坡面，使垂直升降台123上的菠萝能够滚落至横向传输带112上，或者在垂直升降台123的下侧面设置有承载菠萝的小型输送带，从而将菠萝转运至横向传输带112上。
55.利用纵向传输电机在控制器的控制下带动其中一个纵向传输滚轮旋转，带动纵向传输带122将菠萝运送至下端的输果口，菠萝通过下端的输果口到达垂直输送台12上，升降伸缩杆在控制器的控制下带动垂直输送台12上移到达上端的输果口，菠萝通过上端的输果口到达横向传输带112上，实现菠萝的传输；利用调节驱动电机在控制器的控制下驱动调节齿轮旋转，带动u形支架121沿调节齿条131移动，与姿位调节机构2相配合，使u形支架121在采摘方向上始终位于采摘机构3的前方，便于采摘机构3与姿位调节机构2将采摘好的菠萝放置在纵向传输带122上。
56.进一步的，姿位调节机构2包括五杆调姿平台22、双目视觉模块23以及滑移驱动单元；双目视觉模块23包括两个摄像头；在悬架111的下侧面上沿长度方向安装有导轨组21；五杆调姿平台22滑动安装在导轨组21上，滑移驱动单元用于驱动五杆调姿平台22沿导轨组21移动；采摘机构3安装在五杆调姿平台22的下端上，由五杆调姿平台22调节采摘机构3的位姿；滑移驱动单元由控制器驱动控制；两个摄像头均安装在u形支架121的下侧面上。
57.两个摄像头采用现有的智能摄像头，在控制器的控制下捕捉待采摘菠萝的生长图像，由控制器控制滑移驱动单元调节五杆调姿平台22的姿位，使采摘机构3能够稳定的夹持菠萝。
58.进一步的，五杆调姿平台22包括动平台226以及五个定长连杆221；导轨组21包括第一导轨211、第二导轨212以及第三导轨213；第一导轨211、第二导轨212以及第三导轨213从前到后依次横向安装在悬架111的下侧面上；在第一导轨211上滑动安装有两个第一支座；在第二导轨212上滑动安装有两个第二支座；在第三导轨213上滑动安装有一个第二支座；两个定长连杆221的下端均通过虎克铰安装在动平台226上，上端分别通过两个虎克铰安装在两个第一支座上；上侧的两个虎克铰的第一转动副222轴线共线，下侧的两个虎克铰第一转动副222轴线共线；另外三个定长连杆221的下端均通过球铰安装在动平台226上，上端分别通过三个球铰安装在三个第二支座上；在动平台226的下侧面中心处连通式设置有空心轴2261；采摘机构3安装在空心轴2261上。
59.利用五个定长连杆221的安装方式，使五个定长连杆221能够在滑移驱动单元的控制下自由的进行移动，从而调节的动平台226的高度、倾斜方向以及倾斜角度，进而调节采摘机构3的高度、倾斜方向以及倾斜角度，便于稳定的夹持菠萝；利用虎克铰与球铰配合使用的方式，使五杆调姿平台22在具有较高自由度的同时拥有一定的承载能力，且结构紧凑，传动精度高；利用空心轴2261避让菠萝的叶冠部分，使叶冠的顶端伸入空心轴2261，确保采摘机构3能够稳定的夹持菠萝。
60.进一步的，滑移驱动单元包括三个滑移驱动齿条、五个滑移驱动电机以及五个滑移驱动齿轮；在三个滑移驱动齿条分别沿长度方向安装在第一导轨211、第二导轨212以及第三导轨213上；五个滑移驱动齿轮分别旋转式安装在两个第一支座以及三个第二支座上，且五个滑移驱动齿轮分别与对应的滑移驱动齿条相啮合；五个滑移驱动电机分别用于驱动五个滑移驱动齿轮，且均通过滑移驱动电路与控制器电连接。利用滑移驱动电机在控制器的控制下带动滑移驱动齿轮旋转，使两个第一支座以及三个第二支座分别沿对应的滑移驱动齿条各自运动，使五个定长连杆221通过牵引的方式改变动平台226的高度、倾斜方向以及倾斜角度。
61.进一步的，采摘机构3包括旋转单元3100以及夹紧单元3200；旋转单元3100包括l形旋转支架3101、旋转驱动电机3102、从动锥齿轮3103以及主动锥齿轮3104；夹紧单元3200包括u形拨禾支架3201和两组夹持分支；
62.l形旋转支架3101的水平支架贯穿式旋转安装在空心轴2261上；从动锥齿轮3103固定在空心轴2261的下端上；旋转驱动电机3102安装在l形旋转支架3101的竖直支架上，且通过旋转驱动电路与控制器电连接；主动锥齿轮3104安装在旋转驱动电机3102的输出轴上，且与从动锥齿轮3103相啮合；u形拨禾支架3201的连接支架固定在l形旋转支架3101的竖直支架上；两个夹持分支分别安装在u形拨禾支架3201的上下两侧。
63.利用旋转驱动电机3102在控制器的控制下驱动主动锥齿轮3104旋转，带动l形旋转支架3101环绕空心轴2261旋转，使u形拨禾支架3201的朝向待采摘的菠萝，便于两个夹持分支夹持菠萝，l形旋转支架3101在夹持好后进行快速旋转，拧断果柄，实现采摘。
64.进一步的，夹持分支包括夹持驱动电机3202、两个驱动丝杆3204、四个柔性指3205以及四个支撑结构；
65.在u形拨禾支架3201的两个平行支架上均横向设置有两个相互平行的矩形孔；两个驱动丝杆3204分别旋转式安装在u形拨禾支架3201两个平行支架的相对侧面上，且驱动丝杆3204两端的螺纹螺距相同，旋向相反；四个柔性指3205两两分别安装在u形拨禾支架3201的前后两个相对侧面上，且同一侧面上的两个柔性指3205的近端分别螺纹旋合在对应侧驱动丝杆3204的两端上；在矩形孔的孔壁上设置有导向条3211；在柔性指3205上设置有沿对应导向条3211滑动的导向块；夹持驱动电机3202安装在u形拨禾支架3201的连接支架上，且通过同步带传动3203同步驱动两个驱动丝杆3204旋转，夹持驱动电机3202通过夹持驱动电路与控制器电连接；在u形拨禾支架3201上安装有与控制器电连接的测距传感器，用于检测同一个驱动丝杆3204上的两个柔性指3205相近端部之间的间距；四个支撑结构分别用于支撑四个柔性指3205的相远端。
66.利用夹持驱动电机3202在控制器的控制下通过同步带传动3203同步驱动两个驱动丝杆3204旋转，驱动丝杆3204的两端的螺纹螺距相同旋向相反，从而使同一个驱动丝杆
3204上的两个柔性指3205相对运动，两组夹持分支分别位于u形拨禾支架3201的上下两侧，上侧的夹持分支夹持在菠萝的位置e处，下侧的夹持分支夹持在菠萝的位置f处，对菠萝进行多点夹持，提高夹持的稳定性；利用测距传感器检测便于控制器根据菠萝的大小控制柔性指3205的距离，使柔性指3205能够较好的握持菠萝。
67.进一步的，支撑结构包括摆动滑套3210以及支撑杆3209；支撑杆3209的一端水平摆动式铰接在柔性指3205的相远端上，摆动滑套3210水平摆动式安装在柔性指3205对应的矩形孔上，支撑杆3209贯穿式插装在摆动滑套3210上。
68.利用摆动滑套3210以及支撑杆3209对柔性指3205起到支撑作用，在柔性指3205充气弯曲后摆动滑套3210以及支撑杆3209跟随摆动，在不影响柔性指3205弯曲的同时，能够防止柔性指3205在菠萝的重力影响下晃动，确保柔性指3205能够回到原位。
69.进一步的，本发明还提供了一种基于菠萝自然长势的采集装置的采摘方法，包括如下步骤：
70.步骤一，采摘前，将的采集装置安装在农用收集车上；农用收集车带动采集装置运行在待采摘的菠萝地的上方；
71.步骤二，控制器控制姿位调节机构2和垂直输送台12，使垂直输送台12在实时的待采摘方向上位于姿位调节机构2的前侧，具体实施步骤如下：
72.a、控制器控制滑移驱动单元，将姿位调节机构2的动平台226调节至采摘高度，方便垂直输送台12驶过且到达待采摘方向的前侧；
73.b、控制器控制双目视觉模块23，将两个摄像头的拍摄视角调至待采摘的方向；
74.c、控制器控制滑移驱动单元，使动平台226降至便于设施采摘的高度。
75.步骤三，控制器控制垂直输送台12移动，由双目视觉模块23获取待采摘菠萝的便于实施作业的采摘位姿，具体实施步骤如下：
76.d、控制器控制垂直输送台12沿着待采摘方向前行，带动双目视觉模块23捕捉待采摘的菠萝，未采摘时姿位调节机构2随同垂直输送台12一起前行；当捕捉到待采摘的菠萝时，利用双目视觉模块23获取倾斜菠萝的图像信息，送至控制器；
77.e、控制器根据待采摘菠萝的图像信息，求解出待采摘菠萝微倾的空间位姿信息，规划出便于实施作业的采摘位姿，包括采摘机构3的初始位姿a、夹持的瞬时位姿b以及菠萝被夹持位置的直径；
78.f、控制器控制姿位调节机构2，将采摘机构3送至的初始位姿a，此时动平台226的端面与菠萝的中心轴线垂直，即动平台226的中心轴线与菠萝的中心轴线相平行，且距离为进给距离l1；
79.步骤四，控制器控制采摘机构和果实输送线，完成待采摘菠萝大范围内的采摘和收集，具体实施步骤如下：
80.g、姿位调节机构2调节采摘机构3的位置，使采摘机构3到达的瞬时位姿b，且初始位姿a与瞬时位姿b之间的距离为进给距离l1；
81.h、根据待采摘菠萝将被夹持位置的直径，控制器利用位置传感器感知信息驱动两个夹持驱动电机3202将同一个驱动丝杆3204上的两个柔性指3205相近端之间的距离调至便于夹持菠萝的夹持距离ld，使其对待采摘的菠萝的位置e以及位置f分别实施差异性的可靠夹持；
82.i、控制器控制旋转单元3100旋转，带动夹紧单元3200拧断待采摘菠萝的果梗；
83.j、控制器控制姿位调节机构2，将采摘好的菠萝送至垂直输送台12，通过控制器实时控制垂直输送台12上的纵向传输带122的运转，再通过与其相应的垂直升降台123轮流将采摘后的菠萝送至横向输送单元11上，直至送至农用收集车的储藏箱。
84.本发明提供的基于菠萝自然长势的采集装置中，控制器采用现有的arm控制模块，用于实现协调控制；横向传输电机、调节驱动电机、纵向传输电机、滑移驱动电机、旋转驱动电机3102以及夹持驱动电机3202均采用现有的步进电机；横向传输驱动电路、调节驱动电路、纵向传输驱动电路、滑移驱动电路、旋转驱动电路以及夹持驱动电路分别采用对应的步进电机驱动电路；升降伸缩杆采用现有的电动伸缩杆；摄像头采用现有的智能摄像头。
85.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

技术特征：
1.一种基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：包括果实运输机构(1)、姿位调节机构(2)、采摘机构(3)以及控制器；果实运输机构(1)用于运输采摘好的菠萝；姿位调节机构(2)可调安装在果实运输机构(1)上；采摘机构(3)安装在姿位调节机构(2)上，由姿位调节机构(2)带动采摘机构(3)行至便于采摘的位姿，由采摘机构(3)自适应地夹持采摘菠萝；果实运输机构(1)、姿位调节机构(2)以及采摘机构(3)均由控制器驱动控制。2.根据权利要求1所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：果实运输机构(1)包括悬架(111)、横向输送单元(11)以及垂直输送台(12)；横向输送单元(11)沿长度方向安装在悬架(111)上，用于横向运输菠萝；垂直输送台(12)可移动式安装在悬架(111)上，用于接取采摘机构(3)采摘的菠萝并运送至横向输送单元(11)；横向输送单元(11)以及垂直输送台(12)均由控制器驱动控制。3.根据权利要求2所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：垂直输送台(12)包括u形支架(121)、两个垂直升降台(123)、两个升降伸缩杆以及位置调节单元；u形支架(121)横向滑动式安装在悬架(111)上，位置调节单元驱动u形支架(121)沿悬架(111)横向移动；两个垂直升降台(123)分别竖向滑动式安装在u形支架(121)的两个竖向支架上，用于将u形支架(121)上的菠萝运输至横向输送单元(11)上；两个升降伸缩杆分别用于驱动两个垂直升降台(123)竖向移动，且两个升降伸缩杆均与控制器电连接；位置调节单元由控制器驱动控制。4.根据权利要求3所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：姿位调节机构(2)包括五杆调姿平台(22)、双目视觉模块(23)以及滑移驱动单元；在悬架(111)上沿长度方向安装有导轨组(21)；五杆调姿平台(22)滑动安装在导轨组(21)上，滑移驱动单元用于驱动五杆调姿平台(22)沿导轨组(21)移动；采摘机构(3)安装在五杆调姿平台(22)的下端上，由五杆调姿平台(22)调节采摘机构(3)的位姿；滑移驱动单元由控制器驱动控制；双目视觉模块(23)安装在u形支架(121)的下侧面上，且与控制器电连接。5.根据权利要求4所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：五杆调姿平台(22)包括动平台(226)以及五个定长连杆(221)；导轨组(21)包括第一导轨(211)、第二导轨(212)以及第三导轨(213)；在第一导轨(211)上滑动安装有两个第一支座；在第二导轨(212)上滑动安装有两个第二支座；在第三导轨(213)上滑动安装有一个第二支座；两个定长连杆(221)的下端均通过虎克铰安装在动平台(226)上，上端分别通过两个虎克铰安装在两个第一支座上；另外三个定长连杆(221)的下端均通过球铰安装在动平台(226)上，上端分别通过三个球铰安装在三个第二支座上；在动平台(226)的下侧面中心处连通式设置有空心轴(2261)；采摘机构(3)安装在空心轴(2261)上。6.根据权利要求5所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：滑移驱动单元包括五个滑移驱动电机；五个滑移驱动电机通过五组齿轮齿条副分别驱动两个第一支座以及三个第二支座横向移动，且均与控制器电连接。7.根据权利要求5所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：采摘机构(3)包括旋转单元(3100)以及夹紧单元(3200)；旋转单元(3100)包括l形旋转支架(3101)以及旋转驱动电机(3102)；夹紧单元(3200)包括u形拨禾支架(3201)以及两组夹持分支；l形旋转支架(3101)贯穿式旋转安装在空心轴(2261)上；旋转驱动电机(3102)通过锥齿轮副驱动l形旋转支架(3101)旋转，且与控制器电连接；u形拨禾支架(3201)固定在l形旋
转支架(3101)上；两个夹持分支分别安装在u形拨禾支架(3201)的上下两侧。8.根据权利要求7所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：夹持分支包括夹持驱动电机(3202)、两个驱动丝杆(3204)、四个柔性指(3205)以及四个支撑结构；两个驱动丝杆(3204)分别旋转式安装在u形拨禾支架(3201)的前后两个相对侧面上，且驱动丝杆(3204)两端的螺纹螺距相同，旋向相反；四个柔性指(3205)两两分别安装在u形拨禾支架(3201)的前后两个相对侧面上，且同一侧面上的两个柔性指(3205)的近端分别螺纹旋合在对应侧驱动丝杆(3204)的两端上；夹持驱动电机(3202)通过同步带传动(3203)同步驱动两个驱动丝杆(3204)旋转，且与控制器电连接；在u形拨禾支架(3201)上安装有与控制器电连接的测距传感器，用于检测同一个驱动丝杆(3204)上的两个柔性指(3205)相近端部之间的间距；四个支撑结构分别用于支撑四个柔性指(3205)的相远端。9.根据权利要求8所述的基于菠萝自然长势的采集装置，其特征在于：支撑结构包括摆动滑套(3210)以及支撑杆(3209)；支撑杆(3209)水平摆动式铰接在柔性指(3205)的相远端上；摆动滑套(3210)水平摆动式铰接安装在u形拨禾支架(3201)上，支撑杆(3209)贯穿式插装在摆动滑套(3210)上。10.根据权利要求9所述的基于菠萝自然长势的采集装置的采摘方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，采摘前，将采集装置安装在农用收集车上；农用收集车带动采集装置运行在待采摘的菠萝地的上方；步骤二，控制器控制姿位调节机构(2)和垂直输送台(12)，使垂直输送台(12)在实时的待采摘方向上位于姿位调节机构(2)的前侧，具体实施步骤如下：a、控制器控制滑移驱动单元，将姿位调节机构(2)的动平台(226)调节至采摘高度，方便垂直输送台(12)驶过且到达待采摘方向的前侧；b、控制器控制双目视觉模块(23)，将两个摄像头的拍摄视角调至待采摘的方向；c、控制器控制滑移驱动单元，使动平台(226)降至便于设施采摘的高度；步骤三，控制器控制垂直输送台(12)移动，由双目视觉模块(23)获取待采摘菠萝的便于实施作业的采摘位姿，具体实施步骤如下：d、控制器控制垂直输送台(12)沿着待采摘方向前行，带动双目视觉模块(23)捕捉待采摘的菠萝，未采摘时姿位调节机构(2)随同垂直输送台(12)一起前行；当捕捉到待采摘的菠萝时，利用双目视觉模块(23)获取倾斜菠萝的图像信息，送至控制器；e、控制器根据待采摘菠萝的图像信息，求解出待采摘菠萝微倾的空间位姿信息，规划出便于实施作业的采摘位姿信息，采摘位姿信息包括采摘机构(3)的初始位姿a、夹持的瞬时位姿b以及菠萝被夹持位置的直径；f、控制器控制姿位调节机构(2)，将采摘机构(3)送至的初始位姿a，动平台(226)的中心轴线与菠萝的中心轴线相平行，且距离为进给距离l1；步骤四，控制器控制采摘机构和果实输送线，完成待采摘菠萝大范围内的采摘和收集，具体实施步骤如下：g、姿位调节机构(2)调节采摘机构(3)的位置，使采摘机构(3)到达的瞬时位姿b，且初始位姿a与瞬时位姿b之间的距离为进给距离l1；h、根据待采摘菠萝将被夹持位置的直径，控制器利用位置传感器感知信息驱动两个夹
持驱动电机(3202)将同一个驱动丝杆(3204)上的两个柔性指(3205)相近端之间的距离调至便于夹持菠萝的夹持距离l
d
，使其对待采摘的菠萝的位置e以及位置f分别实施差异性的可靠夹持；i、控制器控制旋转单元(3100)旋转，带动夹紧单元(3200)拧断待采摘菠萝的果梗；j、控制器控制姿位调节机构(2)，将采摘好的菠萝送至垂直输送台(12)，通过控制器实时控制垂直输送台(12)上的纵向传输带(122)运转，再通过与其相应的垂直升降台(123)轮流将采摘后的菠萝送至横向输送单元(11)上，直至送至农用收集车的储藏箱。

技术总结
本发明公开了一种基于菠萝自然长势的采集装置及其采摘方法，基于菠萝自然长势的采集装置包括果实运输机构、姿位调节机构、采摘机构以及控制器。该基于菠萝自然长势的采集装置利用姿位调节机构在控制器的控制下，针对菠萝自然生长时果实重量导致菠萝杆微倾的生长现象，结合菠萝的外形特征、菠萝与菠萝杆的连接特性以及菠萝的种植模式等要素，带动采摘机构进行移动，并调节采摘机构的姿态，使采摘机构能够稳定的夹持菠萝并进行采摘，果实运输机构承接采摘好的果实并将果实运输至农用收集车内，完成菠萝采摘，解决了菠萝大范围内的采摘和收集问题，大大降低果农的劳动强度和种植成本。本。本。


技术研发人员：单以才 易杰 王文卫 王金鹏 肖茂华 赵余祥 章永年
受保护的技术使用者：南京晓庄学院
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/13