本發(fā)明涉及水果采收機械的，尤其是指一種荔枝靶向振動采收裝置及其采收方法。

背景技術：

1、荔枝，作為夏季的時令佳果，其采摘窗口極為短暫，通常只有數(shù)日的最佳收獲期。目前，荔枝的收獲主要依賴于手工作業(yè)，這不僅效率有限，而且勞動強度大。因此，引入自動化機械設備來替代傳統(tǒng)的人工采摘，不僅可以顯著提升荔枝的采摘效率，還能有效減少人力成本和勞動強度。文獻[王慰祖，趙紫艷，蔡德軒，冼昊嵐，李君，陳星，黃朝煒，黃立峰，李永臻，蔡明輝，宋家適，鐘湛彬，一種荔枝對耙精準振動采收設備及其采收方法，公開專利號cn115643902a]中提及的一種荔枝對耙精準振動采收設備及其采收方法，提出了一種有效節(jié)約成本并能夠對荔枝精準振動的采收平臺，但是由于該平臺所采用絲桿滑臺的移動速度較低，導致依然存在著工作效率較低的問題。另外在振動采收時由于枝葉阻擋等因素的存在，荔枝果實在振動過程中容易和周圍其它的枝干等發(fā)生碰撞，且荔枝果實的掉落充滿著隨機性。因此，目前仍缺少一種能夠做到高效精準采收，且能減少對掉落的荔枝果實造成傷害的智能化荔枝振動采收平臺。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種高效低損的荔枝靶向振動采收裝置及其采收方法，可有效提高荔枝果實的采摘效率，同時降低在收集時對荔枝果實造成的傷害，具有采摘效率高、果實損傷小、控制簡單、采摘范圍大等優(yōu)點，能對荔枝果實進行高效精準的靶向采收。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：一種荔枝靶向振動采收裝置，包括三軸同步帶機構、振動采收機構、雙目視覺機構、果實收集機構、剪叉升降機構、控制柜和安裝有平臺的履帶車；所述三軸同步帶機構安裝在剪叉升降機構上，通過控制柜的控制系統(tǒng)根據(jù)雙目視覺機構所計算出的荔枝簇采摘點的三維空間坐標進行控制，使三軸同步帶機構能夠精確運動到采摘點所在位置；所述振動采收機構安裝在三軸同步帶機構的z軸滑塊上，通過三軸同步帶機構的x、y、z三軸移動能使得振動采收機構的振動爪精確插入到計算出的荔枝簇采摘點，所述振動采收機構在控制系統(tǒng)的控制下能根據(jù)不同形態(tài)的荔枝簇使用與其相匹配的振動參數(shù)進行振動采收；所述雙目視覺機構安裝在剪叉升降機構的邊緣一側，用于實時拍攝收集荔枝簇圖像并傳輸給控制柜；所述果實收集機構的收集網兜安裝在振動采收機構上，所述果實收集機構的果實收集框安裝在平臺上，并靠在剪叉升降機構的一側，在振動爪插入至荔枝簇采摘點后，所述收集網兜在控制系統(tǒng)的控制下從朝下的折疊狀態(tài)向上翻折90度將目標荔枝簇兜住，從而降低振動采收過程中對掉落荔枝果實的損傷，所述收集網兜所收集的荔枝果實會通過其底部的軟管運輸?shù)焦麑嵤占蛑?；所述剪叉升降機構安裝在平臺上，在振動采收前通過雙目視覺機構和控制系統(tǒng)根據(jù)不同荔枝簇所在的高度進行升降；所述控制柜安裝在履帶車的車體底板上，其包含控制系統(tǒng)，用于將雙目視覺機構拍攝的荔枝簇圖像進行識別并處理，根據(jù)拍攝到的不同的荔枝簇形態(tài)為其確定最優(yōu)的振動參數(shù)及其采摘點位置，并根據(jù)不同目標荔枝簇之間的枝葉分布情況對整體荔枝采收路徑進行最優(yōu)的路徑規(guī)劃，從而控制三軸同步帶機構帶動振動采收機構根據(jù)最優(yōu)采收路徑移動到各個荔枝簇所指定的采摘點，并控制收集網兜在每次振動采收之前從朝下的折疊狀態(tài)向上翻折90度將目標荔枝簇兜?。凰雎膸к嚢惭b在平臺的底部，用于帶動平臺及其上機構運動到所需采收的荔枝區(qū)域。

3、進一步，所述控制系統(tǒng)具備全面的采收流程監(jiān)控功能，能夠對采摘過程中的各個關鍵環(huán)節(jié)進行實時的數(shù)據(jù)跟蹤和記錄，捕捉到影響采收效率的關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，包括不同荔枝簇的最佳振動參數(shù)和果實采凈率，這些數(shù)據(jù)被實時分析，并用于調整和優(yōu)化采摘策略，從而確保整個采收過程的精確性和高效率。

4、進一步，所述控制系統(tǒng)集成有工控機、單片機、供電電源和配電系統(tǒng)。

5、進一步，所述振動采收機構包括直線同步帶模組和振動爪，所述振動爪安裝在直線同步帶模組的滑塊上，所述直線同步帶模組根據(jù)控制系統(tǒng)為不同荔枝簇計算得到的不同振動參數(shù)進行往復運動，從而帶動振動爪進行振動采收。

6、進一步，所述振動爪以螺栓連接的方式安裝在直線同步帶模組的滑塊上。

7、進一步，所述果實收集機構包括收集網兜、折疊裝置、軟管和果實收集框，所述收集網兜的網框鉸接在折疊裝置上，所述折疊裝置安裝在直線同步帶模組上，在振動爪到達目標荔枝簇的采摘點后，由控制系統(tǒng)控制折疊裝置動作將收集網兜從朝下的折疊狀態(tài)向上翻折90度將目標荔枝簇兜住，此時振動爪處于網框當中，在振動采收結束后，再由控制系統(tǒng)控制折疊裝置動作將收集網兜向下翻折90度成折疊狀態(tài)，所述軟管的一端連接在收集網兜的底部，其另一端伸入果實收集框中。

8、進一步，所述果實收集框的內部放有冰水袋，用于對收集到的荔枝果實起到緩沖和冷藏的作用。

9、本發(fā)明也提供了上述的荔枝靶向振動采收裝置的采收方法，包括以下步驟：

10、s1、確定好需要采收的荔枝區(qū)域后，通過履帶車將三軸同步帶機構和振動采收機構移動到合適的工作范圍內；

11、s2、根據(jù)采收荔枝的生長高度，通過剪叉升降機構調節(jié)雙目視覺機構的高度，使其能拍攝到整個所需采收的荔枝區(qū)域；

12、s3、雙目視覺機構開始拍攝所需采收的荔枝區(qū)域內的荔枝簇，并將圖像信息傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內的工控機對荔枝簇圖像進行一系列圖像處理，并通過訓練好的yolov5s目標檢測算法對處理后的圖像中的荔枝簇和荔枝簇果梗進行識別，以準確的獲取不同荔枝簇的形態(tài)和特征，再根據(jù)識別結果結合雙目視覺機構拍攝的圖像通過sgbm算法對不同荔枝簇采摘點的三維坐標進行精確匹配，從而獲得不同荔枝簇所需要的不同振動參數(shù)，包括振動頻率和振幅，最后利用遺傳算法計算避障路徑，確定最佳的采收路徑；

13、s4、控制系統(tǒng)的單片機根據(jù)工控機計算得到的最佳采收路徑，控制三軸同步帶機構運動并帶動振動采收機構的振動爪插入至采摘點；

14、s5、在振動爪插入至采摘點后，控制系統(tǒng)控制果實收集機構的折疊裝置動作將收集網兜從朝下的折疊狀態(tài)向上翻折90度將目標荔枝簇兜住，然后控制系統(tǒng)以與該荔枝簇相匹配的振動參數(shù)控制振動采收機構開始振動采收；

15、s6、雙目視覺機構在振動采收機構啟動時，實時拍攝荔枝簇的采收狀態(tài)并傳輸至工控機，在確保荔枝簇上的荔枝全部采收完成后，再由控制系統(tǒng)控制折疊裝置動作將收集網兜向下翻折90度成朝下的折疊狀態(tài)，并控制三軸同步帶機構帶動振動采收機構運動至下一個采摘點；

16、s7、當完成最佳采收路徑上所有采摘點的荔枝簇的振動采收后，控制系統(tǒng)控制三軸同步帶機構運動至初始位置，范圍采收完成。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

18、1、本發(fā)明采用直線同步帶模組及振動爪作為振動采收機構，使得振動采收機構可以通過調節(jié)直線同步帶模組不同的往復運動速度和路程來實現(xiàn)不同頻率和振幅的振動采收，具有操控簡單、適用性廣等優(yōu)點。

19、2、本發(fā)明采用可折疊的果實收集裝置，使得每一簇荔枝簇的振動采收都在收集網兜內進行，具有靶向采收的特點，同時也減少了荔枝果實在振動過程中由于不可控散落和碰撞而造成的損傷，收集網兜收集的果實通過其底部連接的軟管運輸?shù)焦麑嵤占蛱庍M行存儲，且在果實收集框內部放有冰水袋，對運輸?shù)焦麑嵤占虻墓麑嵠鸬骄彌_和冷藏的作用，從而實現(xiàn)高效低損的荔枝采收。

20、3、本發(fā)明依托于雙目視覺機構和控制柜的控制系統(tǒng)，對荔枝的形態(tài)特征進行細致分析，以確定最適合荔枝的振動頻率和振幅，實現(xiàn)高效采收?？刂葡到y(tǒng)通過分析荔枝的空間位置和周圍枝葉的遮擋情況，智能規(guī)劃出采收機械的最佳運動軌跡。這種精準的路徑規(guī)劃有效避免了在采收過程中荔枝之間的碰撞，大大降低了因機械操作導致的荔枝損傷。荔枝的采收效率和果實品質得到了顯著提升，同時也減輕了人工采收的勞動強度，實現(xiàn)了荔枝采收的自動化和智能化。

21、4、本發(fā)明對采收精度的要求較低，因此選用了三軸同步帶機構來替代傳統(tǒng)的工業(yè)機器人，且三軸同步帶的運行速度較快，可以達到高效采收的目的。這種設計使得整體結構更為簡潔且堅固，同時保持了良好的穩(wěn)定性。由于采用了成本效益更高的組件和簡化的設計，本發(fā)明在降低制造和維護成本方面具有明顯優(yōu)勢。此外，簡化的結構還有助于提高采收裝置的可靠性和耐用性，使其更適合在各種環(huán)境條件下長時間運行，而無需復雜的調整或頻繁的維護。