Машина для автоматизированного сбора плодов

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к средствам автоматизированного сбора плодов . Цель изобретения - повышение производительности труда, надежности и увеличения технологических возможностей. Машина для автоматизированного сбора плодов, установленная на самоходном шасси, содержит стойку 1 с антропоморфными манипуляторами 7, передающе-распределительный механизм 10, магазин-накопитель 12 с шаговым транспортером 13, телевизионные камеры и мини-ЭВМ. При работе машины включается энергоисточник 4, с помощью телевизионных камер и мини-ЭВМ распознается изображение плодов. После расчета цикла работы антропоморфные манипуляторы 19 производят сбор плодов, их укладку, включение в работу подающе-распределительного механизма 10 шаговых транспортеров 13, установленных в магазине-накопителе 12 и обеспечение разгрузки ящиков с плодами. 3 з.п. ф-лы, 17 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 А 01 D 46!24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769630/15 (22) 16.11.89 (46) 30.12.91. Бюл. N 48 (71) Центральное опытное проектно-конструкторское и технологическое бюро ГОСНИТИ по организации и технологии ремонта и технического обслуживания автомобилей (72) А.Д. Горячев (53) 636.011ф88.8) (56) "Роботы и управляющие механизмы в сельском хозяйстве в США". Материалы конференции, Флорида, 1983. (54) MALUMHA ДЛЯ АВтоМАтИЗ IPOBAHНОГО СБОРА ПЛОДОВ (57) Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к средствам автоматизированного сбора плодов, Цель изобретения — повышение произ„„5U „„1701 160 А1 водительности труда, надежности и увеличения технологических возможностей, Машина для автоматизированного сбора плодов, уста но ален на я на самоходном шасси, содержит стойку 1 с антропоморфными манипуляторами 7, передающе-распределительныи механизм 10, магазин-накопитель 12. с шаговым транспортером 13, телевизионные камеры и мини-ЭВМ. При работе машины включается знергоисточник 4, с помощью телевизионных камер и мини-ЭВМ распознается иэображение плодов. После расчета цикла работы антропоморфные манипуляторы 19 производят сбор плодов, их укладку, включение в работу подающе-распределительного механизма 10 шаговых транспортеров 13, установленных в магазине-накопителе 12 и обеспечение разгрузки ящиков с плодами. 3 з.п, ф-лы, 17 ил.

1701160

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, B частности к средствам автоматизированного сбора плодов.

Цель изобретения - повышение производительности труда и увеличение технологических возможностей.

На фиг.1 показана машина, вид спереди; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг,3— принципиальная схема работы машины; на фиг,4 — кисть манипулятора, вид спереди и сверху; на фиг.5 — принципиальная схема манипулятора; на фиг.6 — гидравлическая схема машины; на фиг.7 — пневматическая схема машины; на фиг.8 — очесывающее устройство; на фиг,9 — схема изображения плодового дерева в рабочем квадранте; на фиг,10 — матрица памяти в

ЭВМ; на фиг.11 — схема датчика-ближней локации; на фиг.12 — блок-схема машинной реализации алгоритма; на фиг.13— схема блока связи и управления антропоморфным гианипулятором; на фиг.14 — схема связи датчиков с ЭВМ через компаратор; на фиг.15 — схема привязки координат плода; на фиг.16 — схема соп ряжсния Э В M с испол нительными органами; на фиг,17 — блок схема оптимизации движения манипулятора. На самоходном шасси 1. приводимом от двигателя

2 внутреннего сгорания и снабженном электрическим генератором 3, гидронасосом 4 и компрессором 5, установлена стойка 6 с тремя антропоморфными манипуляторами 7 и приводами 8 к ним, Кроме того, на специальной каркасной раме 9 установлен трехъярусный передающераспределительный механизм 10 с полками, К задней части передающе-распределительного механизма 10 примыкают трехъярусный четырехсекционный магазин-накопитель 12, снаб>кенный в каждой секции шаговым транспортером 13, с помощью гидравлического цилиндра 14 перемещающим пустые и заполнейные тарные ящики 16. В каждом ярусе расположено по четыре секции: одна — для пустых ящиков, три — для заполненных ящиков. Шаговые транспортеры 13 в секциях для пустых ящиков предназначены для перемещения их вперед по ходу машины к передающе-распределительному механизму 10, в секциях для заполненных ящиков— для подачи их назад с возможностью заполения магазина — накопителя 12.

На раме машины 1 установлены концевые выключатели 16 и герконовые датчики

17, обеспечивающие контроль загрузки каждой секции для заполненных ящиков и выдачу сигнала при их срабатывании передающе-распределительному механизму 10.

Стойка 6 представляет собой каркасный прямоугольный шкаф со стенками из листовой стали, На лицевой панели стойки 6 на определенную глубину выполнены три квадратные полости, в которые встроены одна или три в зависимости от высоты обрабатываемых деревьев телевизионные камеры 18 типа

КТ-2, предназначенные для экспозиции фруктового дерева в вертикальной плоскости на трех уровнях: нижнего, среднего и верхнего, Под каждой полостью соответственно каждому уровню смонтированы антропоморфные манипуляторы 7, которые обеспечивают подвод к плодам и манипулирование paGoчей кистью 19.

Внутри стойки 6 смонтированы блоки 20 управления антропоморфными манипуляторами 7, обеспечивающие по сигналам о координатах плодов в последовательном порядке подвод к ним рабочей кисти, схватывание, поворот их на некоторый угол, отрыв от ветви и укладку в тарный ящик, Блок 21 предназначен для управления передвижением и остановкой машины 1, а также для включения и отключения энергоузлов (электроаппаратуры, гидравлического насоса, пневмокомпрессора). В нем смонтирована силовая часть электрооборудования машины. Блок 21 прямой и обратной связями соединен с блоком 20 управления антропоморфными манипуляторами 7 и блоком 22 (мини-ЭВМ), через которые осуществляется автоматическое включение и отключение плодоуборочной машины, передвижение на новую рабочую позицию и ее останов, Блок 22 (мини-ЭВМ) предназначен для реализации программы распознования плодов и логического управления процессом их сбора, а также для формирования управляющих сигналов на начало рабочего цикла машины.

Блок 23 предназначен для согласования по времени режимов считывания иэображения плодов с их обработкой в ЭВМ, Блок 24 предназначен для управления процессом считывания изображения и преобразования его в цифровой код.

Блок 25 предназначен для выставления телевизионных камер на одну ось по условию обеспечения согласованных изображений и представляет собой регулируемую с помощью винтов площадку для крепления телевизионных камер 18.

На лицевой стороне стойки 6 смонтированы фары 27 для освещения плодовых деревьев в ночное время. Для фиксирования координат расположения плодов в горизонтальной плоскости на специальном кронш1701160 тейне 26 смонтирована еще одна телевизионная камера такого же типа для экспонирования обрабатываемого плодового дерева сверху в плане.

Блок 28.(БП) предназначен для электропитания всех блоков машины для сбора плодов.

При обработке высоких деревьев с. большой кроной с целью более детальной просматриваемости число камер может. 10 быть увеличено и при, необходимости они монтируются для экспозиции дерева передней и задней стороны по ходу движения машины.

Рабочая кисть 19 манипулятора 7 представляет собой полую ладонеобразную эластичную конструкцию с пятью пальцами из полимерного (резинового) материала. При этом рабочая поверхность кисти — гладкая, а наружная имеет гофрированную сильфонообразную поверхность. При подаче давления воздуха во внутреннюю полость пальцы сгибаются, схватывания плоды. На ладонной части кисти под упругим колпачком вмонтирован контактный тактилъный датчик, который контролирует процесс схватывания плода.

На блоке крепления рабочей кисти манипулятора установлен датчик 29 ближней локации, состоящий из корпуса, оптического объектива и помещенной внутри корпуса микросхемы типа 1200 ЦМ2, Привод манипулятора — комбинированный (пневмогидравлический).

Общий технологический процесс работы машины для автоматизированного сбора плодов осуществляется следующим образом.

Въезжая между рядами фруктовых деревьев, машина останавливается у плодоносящего дерева таким образом, чтобы антропоморфные манипуляторы 7 стали в средней части кроны, В работу включаются энергоисточники. электрический генератор

3, гидравлический насос 4 и компрессор 5.

Затем включаются в работу телевизионные камеры и ЭВМ. Производится экспозиция дерева, формируется последовательная программа рабочих циклов антропоморфных манипуляторов, по которой затем осуществляются рабочие циклы вплоть до полного завершения обработки плодового дерева.

Машина для автоматизированного сбора плодов работает в автоматическом режиме по алгоритму, схема которого представлена на фиг.12 и включает в себя

1 — начало; 2 — формирование координат плодов в вертикальной плоскости; 3— формирование координат плодов в гори15

55 зонтальной плоскости; 4 — расчет пространственных координат плодов и оптимальной последовательности их сбора; 5 — включение датчика ближней локации; 6 — анализ

I-го квадрата; 7 — есть плод в кадре; 8— выдача управляющих воздействий на манипулятор и координат плода в компаратор; 9 — выход компаратора = 0; 10 — включение пневморасп ределителей кисти; 11 — опускание плода в ящик; 12 — все квадраты проанализированы; 13 — включение движителя машины; 14 — анализ изображения пространства; 15 — есть изображение кроны в кадре; 16 — останов машины; 17 — ящик полон; 18 — включение очередного ящика; 19— все ли ящики; 20 — подача звукового сигнала; 21 — выгрузка ящиков; 22 — конец, Работа программного обеспечения по . распознаванию изображения плодов на общем фоне экспозиции дерева осуществляется по следующей принципиальной схеме.

Вся картина иэображения дерева разбита на прямоугольные квадраты в вертикальной и горизонтальной плоскости, стороны которых соразмерны с наибольшим размером плода 80 — 100 мм. В каждый квадрант может попасть целое округлое изображение плода или его часть. Программой работы ЭВМ 22 предусмотрена локация такого плода, изображение которо о в квадранте занимает более половины его фигуры, Изображение менее половины не обрабатывается и пропускается в следующий квадрант распознования. При контрастном черно-белом изображении общий фон в цифровом коде обозначается через "1", а светлая фигура плода — через "0".

Совокупная интеграция цифровых знаков в округлой фигуре формирует в памяти

ЭВМ 22 значение трех координат расположения плода в пространстве.

В такой последовательности обрабатывается каждый квадрант изображения и в памяти ЭВМ 22 формируется ранжированный по расстоянию от края изображения цифровой ряд фигур плодов, подлежащих снятию. Этот ряд является основой последовательности совершения рабочих циклов антропоморфного манипулятора 7 по сбору плодов и укладке их в тарный ящик.

По окончании формирования ряда выполняется расчет оптимальной последовательности совершения рабочих циклов по суммарному минимуму расстояний перемещения. Алгоритм включает 1 — начало; 2— ввод XYZ Koo H T; 3 — вычисление расстояний;4 — формирование матрицы расстояний; 5 — поиск минимального расстояния по строке I; 6 — найден минимум; 7 — l =! +

1; 8 — поиск минимума по столбцу и строке;

1701160

9 — найден минимум; 10 — все объекты; 11— суммирование манимальных расстояний;

12 — вывод координат объектов распало>кенных по наикратчайшему пути; 13 — конец..

Настройка на масштабное соответствие осуществляется в наладочном режиме путем контрольного движения манипулятора

Перед работой машины исходя из высо. ты плодовых деревьев регулируется высота закрепления верхней телевизионной камеры 18.

Для выставления телевизионных камер

18 на одну ось по условию обеспечения согласованных изображений предусмотрено согласу!ощее устройство 25, представляющее собой регулируемую с помощью винтов площадку для крепления камер 18. Обнаружение плодов, скрытых листвой,. дополнительно осуществляется датчиком 29 ближней локации, установленным на блоке крепления рабочей кисти 19 манипулятора

7. Фокусное расстояние и другие характеристики обьектива выбраны таким образом, что резкое изображение попадаст на матрицу в окружа!ощем пространстве располо>кения кисти 19. При этом координаты попавших изображений плодов в объектив сравниваются ЭВМ с координатами ранжированного ряда координат и, если их нет в ряду, он пополняется значением координат вновь обнаруженного плода, После вывода рабочей кисти 19 в зону располо>кения плода и его захвата, тактильный датчик передает сигнал управления, по которому осуществляется возврат манипулятора 7 с помощью силовых гидроцилиндров, работающих по гидравлической схеме и дальнейший подвод рабочей кисти 19 с плодом в зону тарного ящика с последующим раэжимам кисти 19.

Процесс схватывания плода кисть!о 19 производится за счет подачи сжатого воздуха от компрессора во внутреннюю ее полость.

При этом по команде тактильного датчика контролируется захват, производится поворот кисти 19, отрыв плода и поворот манипулятора к тарному ящику с помощью

Гидроцилиндров.

Изменение пространственного положения звеньев манипулятора при выводе рабочей кисти в зону располо>кения плода осуществляется гидравлическими цилиндрами через ЭВМ 22 при обеспечении контроля обратной связью с помощью угловых датчиков, например, типа.ПП3-40. Значе ния сигналов обратной связи от датчиков поступают на компаратор, На второй аналоговь|й вход компаратора поступа!ат сиг5

55 налы координат плода через.цифроаналоговь!й преобразователь.

Превматическую кисть манипулятора можно сменить очесывающим устройством.

Общий порядок заполнения всех секций определяется программным обеспечением и управляется бортовой ЭВМ 22.

После заполнения всех секций полностью загружается передающе-распределительный механизм 10 емкостью в двенадцать ящиков.

Контроль заполнения тарных ящиков на всех трех ярусах и замена заполненных пустыми осуществляется установкой в наладочном режиме числа рабочих циклов манипулятора 7 в зависимости от величины плодов через бортовую ЭВМ 22.

Процесс контроля заполнения ящиков также может быть решен с помощью контакTHbIx датчиков уровня, смонтированных на узлах крепления кисти 19 или с помощь!о весовых датчиков, смонтированных на опорной поверхности рабочей ячейки передающе-распределительного механизма 10.

Одновременно в автоматическом режиме может обеспечиваться взвешенный контроль и учет собираемого урожая плодов. По завершении заполнения тарного ящика подается сигнал на срабатывание подающераспределительного механизма 10 и шагового транспортера 13.

При этом одновремено автоматически с помощью гидроцилиндров происходит подача свободного ящика на рабочую позици!о.

При полном заполнении тарными ящиками всей емкости магазина-накопителя включается звуковой сигнал для привлечения оператора к разгрузке машины.

Машина разгружается механизированНо вкл!очением шаговых транспортеров накопительных секций с отвоэом на специальную площадку или в специальное транспортное средство.

Формула изобретения

1. Машина для автоматизированного сбора плодов, содер>кащая транспортное средство и манипулятор, систему управления, снаб>кенну!о первой телевизионной камерой, связанной через блок преобразования с ЭВМ, выходные шины которой посредством саответству!ощих блоков подключены к исполнительным механизмам манипулятора с рабочей кистью,отлича ющая ся тем,что, в целях повышения производительности труда и увеличения технологических воэможностей, она снабжена второй телевизионной камерой, переда!още-распределительным механизмом, многоярусным автоматическим магазином-накопителем для наполненных и

1701160

10 пустых тарных ящиков, аппаратурой контроля заполнения ящиков и выдачи звукового сигнала, согласующим устройством, датчиками ближней локации и тактильным датчиком, совмещенным с рабочей кистью 5 механизма манипулятора, который выполнен многозвенным, при этом вторая телевизионная камера связана с ЭВМ через ее порты ввода, а ЭВМ через порты вывода связана с сигнальными входами компарато- 10 ров и с группой гидрораспределителей звеньев манипулятора, выходы которых через угловые датчики положения соединены с пороговыми входами компараторов, а их выходы — с портами ввода, при этом другие 15 выходы портов вывода соединены с группой пневмораспределителей кисти манипулятора, которые через тактильный датчик соединены с портами ввода, кроме того, ряд других портов вывода соответственно сое- 20 динены с группами гидрораспределителей магазина-накопителя и органов перемещения и останова машины, с аппаратурой контроля заполнения ящика и выдачи звукового сигнала, а также с датчиком 25 ближней локации, выполненного в виде оптического объекта с ПЗС-матрицей, подключенной параллельно в схему одной телевизионной камеры через автоматический выключатель, 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что передающе-распределительный механизм и магазин-накопитель снабжены шаговыми транспортерами, взаимосвязанными с гидравлическими цилиндрами управления с помощью электромагнитных золотников, подключенных к портам вывода

ЭВМ.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что антропоморфный кистевой механизм выполнен в виде полой эластичной полимерной кисти с пальцами, наружная стенка которой имеет гофрированную форму, а на ладонной части ее установлен тактильный датчик, закрытый упругим полимерным колпаком, причем кисть установлена с возможностью поворота вокруг оси последнего звена манипулятора.

4, Машина по п.1, отличающаяся тем, что рабочая кисть выполнена сменной в виде очесывающего устройства, в виде овальной рамки, на передней стороне которой имеются очесывающие зубья, расположенные под углом к рабочей плоскости, а по периметру закреплена емкость для накопления плодов.

1701160

1701160 юг. Х

1701160

1701160

Фиг. У х к

Ра5вчий к%драит

na umu ЗЮу

Фиг. 1д хл Ул кую

4 Уз ю Уз кангчная разность

1-га парядка т cnnst яанвдная фуикцци

С

«винная ризнаслв

4 У1 " У2 У Z-zo аарядкаi cwst уг =ь ps=ü уг яара5вла

8 У» = ул= ул-t

Накрашена ать М1303ЦИ2

1701160 fg

УАЮ

УАЮ п4

Х1Ю

128

А 18

А20

1701160

1701160

Составитель А. Горячев

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентэл Корректор С.Шевкун

Заказ 4483 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов Машина для автоматизированного сбора плодов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для уборки винограда и ягод

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для сбора с деревьев яблок, груш и других плодов

Изобретение относится к ручным инструментам для съема плодов

Изобретение относится к плодоводству и может быть использовано в совхозах, колхозах, в приусадебных хозяйствах при уборке фруктов

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для сбора плодов с дерева и кустарников

Изобретение относится к сельскохозяйственным ручным инструментам, в частности, для сбора плодов с деревьев

Изобретение относится к ручным инструментам для уборки плодов

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, предназначено для улавливания плодов при их механизированной уборке и является усовершенствованием устройства по авт

Изобретение относится к области лесного хозяйства, а именно к устройствам для сбора семян хвойных деревьев для выращивания саженцев

Изобретение относится к садово-огородному ручному инструменту, в частности к устройствам для ручного сбора высокорастущих плодов, преимущественно яблок, путем отрыва
Изобретение относится к сбору плодов на вершинах высоких деревьев, например кедровых шишек

Изобретение относится к сельскохозяйственным машинам, преимущественно для сбора сухих лесных плодов (семян) с деревьев
Изобретение относится к способу сбора плодов с вершин высоких деревьев, например кедровых шишек

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано для ручного дистанционного сбора плодов с деревьев

Изобретение относится к сельскохозяйственным машинам, в частности к установкам по погрузке плодов на переработку

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройствам для ручной сборки плодов
Наверх