[实用新型]一种菠萝自动化采摘外挂装置

说明书

一种菠萝自动化采摘外挂装置及采摘方法，涉及菠萝采摘领域，它安装在市场上已有的大型臂式菠萝收获机的悬臂式传送带上，包括一个安装在悬臂式传送带底部的剪叉式升降平台、一个安装在剪叉式升降平台底部的二自由度十字导轨滑台机构、一个安装在十字导轨滑台机构上的菠萝果体采摘机构和二个拍摄方位可调的工业相机；采摘作业时，在工业相机定位菠萝果体后，由菠萝果体采摘机构中的果叶推杆和果体托盘共同完成别断菠萝果茎的操作并将运至悬臂式传送带上传回菠萝收获机车厢。使用本实用新型可以实现大田菠萝采摘作业过程的完全自动化且不降低采收效率，具有比基于机械臂的单体菠萝自动化采摘机更加低廉的制造维护成本和更高的实用性。

技术领域

本发明涉及一种菠萝自动化采摘外挂装置，尤其是适用于使用市场上已有大型臂式菠萝收获机对植株间距规范的大型菠萝种植田的菠萝进行自动化采摘的采摘机及采摘方法，属于菠萝采摘领域。

背景技术

人工采摘菠萝的作业要点是：一手向斜下方推握菠萝果叶下部，同时另一只手轻轻拍档菠萝果茎与果体交接点（即果柄处）从而将果体从果柄处整齐地折断，即可轻松完成一个菠萝的采摘。根据业内最新的菠萝收获作业技术指导可以看出，目前全球范围内菠萝主产区的菠萝采收仍以大型臂式菠萝收获机辅助大量劳动力进行人工采摘为主，因此以降低人工成本为目的，使用自动化菠萝采摘装置代替人工作业值得尝试。一些研究正在为此做出努力，其中华南农业大学的王红军等研制的“基于机器视觉的菠萝采摘机及采摘方法”（发明专利申请号202010702982.4）是其中的典型代表之一，其主要工作原理是以四轮驱动的小型车辆为动力平台，在平台上安装有机器视觉机构和采摘机械臂（V形手爪）。采摘时，动力平台首先要行驶至靠近待采摘菠萝植株的附近，接下来由机器视觉机构采集菠萝图形用以生成菠萝三维坐标信息，然后根据所生成的菠萝位置信息控制采摘机械臂抓取单个菠萝果体，最后将采摘下来的菠萝果体放置到运输传送带上完成一次菠萝采摘，之后循环往复。显然，目前与此类似的自动化菠萝采摘机并未考虑全球范围内菠萝主产区的种植规模，如果使用这种基于小型动力平台的菠萝采摘机对数公顷甚至更大的菠萝大田进行采收作业，要么需要大量的采摘机同时作业从而大幅增加采收设备及其维护成本，要么严重降低菠萝采收作业效率至不可接受的程度；另一方面，由于大田菠萝按照1-2米的植株间距进行规范化种植，加之菠萝树叶向各方向散开生长，使得总尺寸较大的这种菠萝采摘机根本无法进入植株行间进行采摘，而总尺寸足够小的类似菠萝采摘机会因无法容纳足够多的菠萝而经常需要对采摘下来的果实进行转运，在实际的大田菠萝采收作业中，这些都是无法接受的缺陷，相信这也是目前全球范围内菠萝主产区依然采用人工作业的重要原因。为了提高自动化菠萝采摘作业的效率和降低设备成本，可以考虑利用目前已经成熟使用的大型臂式菠萝收获机作为基本动力和作业平台，在其悬臂式传送带上设置与人工采摘工位相同数量的多个菠萝自动化采摘外挂装置，使其能够对菠萝田中的整行（或整列）菠萝同时进行自动化采摘，采摘之后的运输和装箱仍然沿用现有做法，这样就可以使得一次大田菠萝采摘作业的工人数量大幅度降低且保证了采摘效率；另外，为了降低这种菠萝自动化采摘外挂装置的机构复杂程度和成本，应该摒弃使用机械臂或类似机械臂的采摘执行机构，而采用更加简单可靠的运动机构来完成采摘与放置动作，这样就可以使菠萝的自动采摘技术具有更优的实用性，从而早日应用于菠萝种植业。

发明内容

为了减少大田菠萝采收对大量人力资源的依赖，并克服现有自动化菠萝采摘机因效率低、设备成本高、设备尺寸无法适应标准大田菠萝植株间距等问题而导致其无法实际应用于大规模采收作业的缺陷，本发明提供了一种菠萝自动化采摘外挂装置及采摘方法，在同一大型臂式菠萝收获机的悬臂式传送带下方按照正常人工工位数量安装多个菠萝自动化采摘外挂装置并使其按照本发明提供的采摘方法运转后，可以大幅减少完成一次大田菠萝采收作业的人员数量，且不影响菠萝采收作业的效率；这种菠萝自动化采摘外挂装置的采摘执行机构没有使用机械臂或其变体形式，而是参照澳大利亚昆士兰州农业与渔业部于2019年底发布的菠萝人工采收作业的技术指导设计了比机械臂更加简单、可靠和鲁棒的机械结构，从而使得这种菠萝自动化采摘外挂装置具有更加低廉的制造与维护成本，且对机器视觉装置和执行机构的控制定位精度要求也显著降低。