基于移振两用Delta并联机构的荔枝采收装置及方法

本发明涉及水果采收器械的，尤其是指一种基于移振两用delta并联机构的荔枝采收装置及方法。

背景技术：

1、荔枝作为一种季节性收获的水果，其上市时间主要集中在每年的4月至7月。鉴于荔枝的易腐特性以及其富含的水分和糖分，必须在短时间内完成采收并采取相应的保鲜措施。在荔枝的生产流程中，采收环节占据重要地位，且多数依赖于人工操作，劳动成本相对较高。因此，引入机械化采收技术以替代传统的人工采收方式，不仅能够显著降低劳动成本，还有助于提高整体效率。目前，机械振动式采收是效果较为显著的采收方法。其工作原理在于通过振动机构对树干施加振动，从而增大果实与枝梗间的离心力，使得果梗断裂，果实得以顺利脱落并掉入采收机构中。文献[杜小强，陈开展，张国凤，贺磊盈，武传宇，一种变频变幅激励式果品振动采收机构及其采收方法，公开专利号cn110036764a，2020年]中提及了一种新型的变频变幅激励式果品振动采收机构，该机构通过两个伺服电机的协同运动驱动五杆机构中的两个连杆，从而使输出杆进行变频变幅的非圆周运动轨迹。这种设计提高了采收的适应性，但不适用于簇拥生长的荔枝果类型。文献[李君，杨益彬，丘广俊，范思宇，李想，虞新新，一种交错梳排式荔枝采收车，公开专利号cn106717549a，2016年]中提到的一种交错梳排式荔枝采收车，由手推采收车靠近荔枝果实的位置，启动曲柄双摇杆对荔枝进行振动采收，将荔枝震落，该机构结构简单，灵活性高，但仍需要一定人工成本。文献[王慰祖，赵紫艳，蔡德轩，冼昊岚，李君，陈星，黄朝炜，黄立峰，李永臻，蔡明辉，宋家适，钟湛彬，一种荔枝对耙精准振动采收设备及其采收方法，公开专利号cn115643902a]中提及的一种荔枝对耙精准振动采收设备及其采收方法，工作原理是由双目视觉相机识别荔枝的重心三维坐标，再由三轴龙门滑台机构定位到最佳的荔枝果梗振动点，控制末端振动爪进行振动采收，该平台可以有效提高荔枝采收效率，但平台机构较大，三轴龙门滑台机构在树冠中不易运动，振动维度较低。对此，仍缺少一种能够高效采收，且结构易于在树冠中移动的智能化荔枝振动采收平台。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于移振两用delta并联机构的荔枝采收装置，可有效降低荔枝采摘成本和提高采收效率。

2、本发明的第二目的在于提供一种基于移振两用delta并联机构的荔枝采收方法。

3、本发明的第一目的通过下述技术方案实现：基于移振两用delta并联机构的荔枝采收装置，包括delta并联机构、滚珠丝杆滑台升降机构、振动梳、果实收集机构、阻挡网、双目视觉相机、支撑架、控制柜以及安装有平台的履带车；所述支撑架安装在履带车的平台上，所述双目视觉相机安装在支撑架最上方，所述滚珠丝杆滑台升降机构垂直安装在支撑架上，所述delta并联机构的静平台安装在滚珠丝杆滑台升降机构的滑台上，由该滚珠丝杆滑台升降机构控制delta并联机构的垂直位置，保证荔枝及荔枝簇的振动点在delta并联机构的动平台的运动行程中，所述振动梳安装在delta并联机构的动平台上，所述动平台与静平台之间通过球铰连接的主动臂和从动臂相连接，所述静平台与主动臂由转动副连接，所述动平台与从动臂由球铰连接，所述主动臂由安装在静平台上的delta电机驱动，所述控制柜安装在履带车的平台下方的车体中，并内置控制系统，工作时，所述双目视觉相机拍摄视野内的荔枝簇rgb图像传递至控制系统，所述控制系统通过控制delta电机使动平台运动至采摘点，并使动平台上的振动梳插入果梗，插入果梗后，所述控制系统驱动delta电机运动，使动平台和振动梳同步振动，将荔枝振落；所述果实收集机构安装在履带车的平台上，并位于delta并联机构的下方，用于收集振落的荔枝果实，所述阻挡网安装在履带车的平台两侧，并与果实收集机构相配合，用于阻挡离心力过大导致飞出的果实。

4、进一步，所述控制系统具备对采收全流程实施数据监控的能力，能够实时监测并记录采收过程中的关键数据，以确保采收过程的精确性和效率。

5、进一步，所述控制系统集成有工控机、单片机、供电电源和配电系统。

6、进一步，所述delta并联机构包括静平台、三个delta电机、动平台和三组驱动臂，每组驱动臂由球铰连接的主动臂和从动臂组成，且一组驱动臂连接一个delta电机，三个delta电机中心轴线相互构成120°角安装在静平台上，通过分别控制三个delta电机不同的转动参数来确定动平台的位置，以完成采收过程中的移动及振动两个动作，所述振动梳以螺栓连接的方式安装在动平台上，采收时，所述振动梳嵌入果梗随动平台一起进行高频振动，从而实现对果梗的有效振动，使得果实顺利脱落。

7、进一步，所述果实收集机构包括第一收集网、第二收集网、第三收集网和两个折叠机构，两个折叠机构安装在履带车的平台两侧，每个折叠机构由固定杆组件、活动杆组件和液压缸组成，所述固定杆组件水平安装在履带车的平台上，所述活动杆组件铰接于固定杆组件上，所述液压缸的缸体安装在固定杆组件上，其活塞杆斜向上连接于活动杆组件，在所述液压缸的驱动下实现将活动杆组件向固定杆组件折叠，所述第一收集网套在两个折叠机构的活动杆组件上，所述第二收集网套在两个折叠机构的固定杆组件上，所述第一收集网和第二收集网之间无缝衔接，填充了两个折叠机构之间的区域，所述第三收集网斜向上安装在支撑架与两个折叠机构之间的区域，其一端连接于两个折叠机构的固定杆组件的挂钩上，其另一端连接于支撑架底部的挂钩上，所述第三收集网与第二收集网之间无缝衔接，通过第一收集网、第二收集网、第三收集网和履带车平台两侧的阻挡网围成一个果实收集区域，能够收集由delta并联机构上的振动梳振动掉落的荔枝，防止荔枝下坠造成损伤，采收工作完成后，所述控制系统能够控制折叠机构折叠以带动收集网收拢。

8、进一步，所述第一收集网、第二收集网、第三收集网均为可拆卸式连接。

9、本发明的第二目的通过下述技术方案实现：基于移振两用delta并联机构的荔枝采收方法，利用上述的荔枝采收装置实现以下操作：

10、s1、确定好荔枝的采收区域后，履带车驱动平台至荔枝采收点；

11、s2、双目视觉相机拍摄视野内的荔枝簇rgb图像传递至控制系统，控制系统的工控机将荔枝簇rgb图像转换为更符合人眼的hsv图像，而后根据otsu算法获得最佳的图像分割阈值，对图像中的荔枝及荔枝簇与背景进行分割，利用bouguet算法对荔枝图像进行立体校正，为图像添加极线约束，然后利用训练好的yolov5s目标检测模型对分割和校正后的图像中的荔枝及荔枝簇进行识别，识别后再利用sgbm算法对荔枝三维坐标进行精准匹配，以准确获取荔枝及荔枝簇的外形特征以及重心三维坐标，从而确定荔枝或荔枝簇的果梗采摘点位置和对应荔枝及荔枝簇的最佳振动频率与幅度，根据荔枝及荔枝簇外形特征、重心三维坐标以及遮挡物情况，利用遗传算法计算避障运动路径，根据荔枝及荔枝果梗外形特征计算采收振动参数；

12、s3、控制系统的单片机根据工控机计算得到的避障运动路径，控制滚珠丝杆滑台升降机构运动使荔枝振动点处在delta并联机构的行程范围中，控制delta电机根据计算好的避障路径运动，到达果梗采摘点后，动平台上的振动梳插入荔枝或荔枝簇的果梗中，同时，单片机控制折叠机构展开果实收集机构的第一收集网，而后控制delta电机以工控机计算好的荔枝及荔枝簇的最佳振动频率和幅度对应的运动速度和运动角度运动，使动平台与振动梳一起高频振动，将荔枝振落至果实采收机构中，因离心力过大飞出的荔枝将由阻挡网阻挡，并回落至果实采收机构中；

13、s4、双目视觉相机实时拍摄荔枝的振动情况并回传至工控机，确保振动点荔枝完全脱落，并计算到下一个振动点的最佳避障运动路径，控制delta电机转动使动平台及振动梳运动到下一个振动点；

14、s5、当双目视觉相机视野内的荔枝全部采收后，控制系统控制delta并联机构及滚珠丝杆滑台升降机构回到初始位置。

15、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

16、1、本发明采用三自由度delta并联机构作为执行机构，采收时，并联机构同时完成移动与振动两个动作，并联机构具备高负载能力、运动速度快、控制易及精度高等优点，能够更快速更精确地完成采收的全部流程。

17、2、本发明在采用机器视觉的基础上，对荔枝形态进行分析，确定荔枝的最优采收振动频率与振幅，并根据荔枝位置以及枝叶阻挡情况，计算出采收机构的最佳运动路径，从而实现高效的精准采收，减少荔枝簇间碰撞导致的机械损伤。

18、3、本发明的果实收集机构配备阻挡网以阻止荔枝因剧烈振动而向外飞出，收集网覆盖范围大，有效提供荔枝在采收过程的下坠缓冲。