一種實(shí)用型半自動(dòng)金銀花采摘機(jī)

韋民生 王奕帆 林堅(jiān) 池佳穎 羅滔

摘要：本文介紹了一種實(shí)用型半自動(dòng)金銀花采摘機(jī)，其包括車體、采摘機(jī)構(gòu)、篩分機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置和保護(hù)殼等部分，采摘機(jī)構(gòu)與車體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端與采摘頭組件活動(dòng)連接，通過采摘機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸入式柔性無傷采摘，輸入到篩分機(jī)構(gòu)把花和葉篩分，使金銀花落入收集箱中，最后人工取出即可。采摘機(jī)上還設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)和側(cè)方操作顯示屏，實(shí)現(xiàn)了采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，將信息發(fā)送至設(shè)備的管理模塊等待處理，現(xiàn)場(chǎng)操作監(jiān)控使用的功能。該操作顯示屏能作為現(xiàn)場(chǎng)控制界面使用，也能借助編程對(duì)所述轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)采集的圖像信息收集處理，設(shè)置采摘機(jī)實(shí)現(xiàn)循跡行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化行進(jìn)、采摘、篩分、收集的采摘功能，解決現(xiàn)有技術(shù)中的金銀花人工采摘效率低下的技術(shù)問題，提高金銀花采摘效率，節(jié)省了人力物力。

關(guān)鍵詞：金銀花采摘機(jī);吸入式;柔性無傷采摘;篩分;半自動(dòng)化

1、背景和意義

近年來，金銀花需求量不斷增大，種植面積也不斷擴(kuò)大，但仍采用傳統(tǒng)的人力采摘方式，效率低下，影響了采摘最佳時(shí)期，造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。采用自動(dòng)化技術(shù)機(jī)器作業(yè)是目前金銀花采摘研究領(lǐng)域的重點(diǎn)方向。發(fā)明設(shè)計(jì)一款新型實(shí)用金銀花采摘機(jī)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化行進(jìn)、采摘、篩分、收集的采摘功能，解決現(xiàn)有技術(shù)中的金銀花人工采摘效率低下的技術(shù)問題，提高了金銀花采摘效率，也節(jié)省了人力物力。

2、金銀花采摘現(xiàn)狀與發(fā)展

現(xiàn)階段的金銀花采摘，大部分地區(qū)仍采用人力采摘的方法，具體采摘過程為：對(duì)成熟金銀花進(jìn)行識(shí)別——摘花——將花放入盛裝的器皿——取出金銀花。人力采摘金銀花優(yōu)缺點(diǎn)并存，優(yōu)點(diǎn)是人力采摘可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，缺點(diǎn)則是人力采摘費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不僅采摘效率相對(duì)低下，而且增加金銀花的種植成本。需重視性能更加優(yōu)越和齊全的機(jī)械設(shè)備，來提高金銀花的采摘效率，節(jié)省人力物力。

下面著重介紹基于一種實(shí)用新型的金銀花采摘機(jī)采摘金銀花的方法。工作原理：采摘機(jī)主要由行進(jìn)單元、采摘單元、篩分單元、收集單元，再配以照明系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)組成。采摘機(jī)循跡行進(jìn)，以風(fēng)機(jī)帶動(dòng)前頭的吸取裝置，摘取金銀花，經(jīng)傳送管道送到機(jī)體內(nèi)的篩分單元，進(jìn)行直線圓筒篩，把花和葉篩分，葉子隨傳送帶從后面排出，并配有風(fēng)機(jī)輔助清理，金銀花則落入收集裝置，最后由人工取出即可。工作流程：在行列規(guī)則種植的金銀花田里，采摘機(jī)以循跡的行進(jìn)方式進(jìn)行吸入式采摘，或者人為調(diào)整行徑（雜亂種植的），將采摘的金銀花在采摘機(jī)內(nèi)篩分，最后是導(dǎo)入收集裝置，完成采摘，行進(jìn)到指定地點(diǎn)，由一個(gè)人工卸下收集好的金銀花即可

3、金銀花檢測(cè)識(shí)別總體方案設(shè)計(jì)

3.1 OPENMV的選擇

由于考慮到車輛行駛地形，天氣干擾，顏色差別等情況，決定選用openmv進(jìn)行識(shí)別金銀花并進(jìn)行圖像采集處理，對(duì)成熟的金銀花準(zhǔn)確采摘。OpenMV是一款在STM32控制器上集成了攝像頭支持Python的機(jī)器視覺模塊，借助Python的圖像識(shí)別算法庫函數(shù)，可以進(jìn)行顏色識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)循跡、避障等功能，通過 I/O端口對(duì)機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以將采集到的信號(hào)通過串口 送給其他控制器。將OpenMV安裝在采摘機(jī)上，相當(dāng)于給采摘機(jī)安裝了一雙眼睛。

3.2金銀花采摘機(jī)的總體設(shè)計(jì)

一種金銀花采摘機(jī)，其特征在于，包括車體、采摘機(jī)構(gòu)、篩分機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置和保護(hù)殼，所述采摘機(jī)構(gòu)與所述車體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并位于所述車體上方，所述篩分機(jī)構(gòu)與所述采摘機(jī)構(gòu)固定連接，且位于所述采摘機(jī)構(gòu)的后方，所述動(dòng)力裝置設(shè)置在所述車體上，所述動(dòng)力裝置位于所述采摘機(jī)構(gòu)的側(cè)方，所述保護(hù)殼與所述車體固定連接，所述保護(hù)殼覆蓋所述篩分機(jī)構(gòu)和所述動(dòng)力裝置;所述采摘機(jī)構(gòu)包括機(jī)械臂、采摘頭組件、輸送管和風(fēng)機(jī)，所述機(jī)械臂的一端與所述車體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述機(jī)械臂的另一端與所述采摘頭組件活動(dòng)連接，所述輸送管的兩端分別與所述采摘頭組件和所述風(fēng)機(jī)固定連接，所述風(fēng)機(jī)位于所述車體上。

3.3采摘機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

以AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)核心控制單元，并使用C語言編寫程序。為了便于隨時(shí)顯示采摘機(jī)各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)，需要設(shè)計(jì)顯示電路。顯示部分采用RT12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示芯片，可顯示漢字及圖形。并配備了24C256存儲(chǔ)器芯片和RS232串行接口芯片以備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和與上位機(jī)的通信需要。

4、結(jié)束語

金銀花的適應(yīng)性很強(qiáng)，對(duì)土壤和氣候的選擇并不嚴(yán)格，以土層較厚的沙質(zhì)壤土為最佳。考慮到現(xiàn)種植金銀花以山坡、梯田、地堰、堤壩、瘠薄的丘陵為主，采摘機(jī)采用履帶式行走，可實(shí)現(xiàn)360°原地轉(zhuǎn)向，需要地方小，轉(zhuǎn)向速度快，不易傾斜，能平穩(wěn)行進(jìn)，山地通過性能好，爬坡能力強(qiáng)，搭兩塊跳板就可以上運(yùn)輸車等，實(shí)現(xiàn)能克服這些地形、地理位置條件，也可在陡坡或者路面坑洼地段行駛，不存在交通問題。采摘機(jī)采用二次可充電續(xù)航電池，并配有照明系統(tǒng)，也可以夜間進(jìn)行采摘工作，并且我們的采摘機(jī)可根據(jù)實(shí)際需求移動(dòng)轉(zhuǎn)換、采摘和篩分效果好，能打包收集，具有一定的運(yùn)載能力等多功能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，毛病少，好維修，切換時(shí)無需使用過多工具，切換便捷，成本實(shí)惠。況且如今世界對(duì)金銀花的需求量以及其種植量都是很可觀的，若這款設(shè)備向各個(gè)地方推廣，不僅能大大提高采摘效率，保證上乘金銀花質(zhì)量，更節(jié)省了農(nóng)民的人力物力財(cái)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張濤，張曉芳，于國英. 可調(diào)速金銀花采摘機(jī)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新研究[J]. 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái)054100

[2] 王澤川，曾維鵬，基于OpenMV圖像識(shí)別智能小車的設(shè)計(jì)與制作[J]，DOI：10.19353/j.cnki.dzsj.2019.24.075

基金項(xiàng)目：廣西大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練金銀花采摘機(jī)202010595348項(xiàng)目成果

（桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 廣西 桂林 541004）