(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210282294.6 (22)申请日 2022.03.22 (71)申请人 河南科技大 学 地址 471000 河南省洛阳市涧西区西苑路 48号 (72)发明人 李昭　张耀艺　耿宇航　潘笑　 孙建明　刘辉　 (74)专利代理 机构 洛阳公信知识产权事务所 (普通合伙) 41120 专利代理师 吴佳 (51)Int.Cl. A01D 46/30(2006.01) G06V 10/30(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/44(2022.01)G06V 10/56(2022.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/33(2017.01) (54)发明名称 基于图像识别技术的草莓采摘机及其采摘 方法 (57)摘要 本发明公开一种基于图像识别技术的草莓 采摘机及其采摘方法， 包括固定机架， 固定机架 由两个相对设置的侧支架连接组成， 在两个侧支 架之间设置有升降架； 在升降架内设置有水平移 动架； 水平移动架的两端设置有用于和第二滑轨 连接的滑 块Ⅱ， 在升降架上设置有水平丝杠组件 Ⅰ， 水平丝杠组件 Ⅰ用于带动水平移动架沿第一水 平方向移动， 在水平移动架的下方设置有水平丝 杠组件Ⅱ， 水平丝杠组件 Ⅱ用于带动采摘臂沿与 第二水平方向移动， 第二水平方向与第一水平方 向相垂直； 本装置主要涉及成熟草莓识别技术与 末端执行器设计两方面， 采用基于摄像机的视觉 图像识别技术通过相应的算法实现颜色识别； 末 端执行器完成草莓的夹持及草莓梗的切断。 权利要求书2页 说明书11页 附图13页 CN 114600641 A 2022.06.10 CN 114600641 A 1.基于图像识别技 术的草莓采摘机， 其特 征在于： 包括 固定机架， 固定机架由两个相对设置的侧支架连接组成， 在两个侧支架 的立柱上竖直 设置有第一滑轨， 在两个侧支 架之间滑动设置有升降架； 所述升降架上设置有用于和第一滑轨连接的滑块 Ⅰ， 在其中一侧的侧支架上设置有用 于带动升降架上下移动升降丝杠组件； 所述升降架上水平设置有第二滑轨， 在升降架内设 置有水平 移动架； 所述水平移动架的两端设置有用于和第 二滑轨连接的滑块 Ⅱ， 在升降架上设置有水平 丝杠组件 Ⅰ， 所述水平丝杠组件 Ⅰ用于带动水平移动架沿第一水平方向移动， 在水平移动架 的下方设置有 水平丝杠组件 Ⅱ， 所述水平丝杠组件 Ⅱ用于带动采摘臂沿与第二水平方向移 动， 第二水平方向与第一水平方向相垂直； 所述采摘 机械臂包括机械手电机和竖直丝杠， 机械手电机的输出轴与 竖直丝杠固定连 接， 在竖直丝杠的外部螺纹连接有套筒， 所述套筒 下端部两侧转动式设置有机械夹臂， 两个 机械夹臂能够相对开合， 机械夹臂的中段通过连杆与套筒连接， 连杆 的两端均为铰接式连 接， 机械夹臂的开 合端固定设置有采摘手。 2.如权利要求1所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述采摘 手包括 分别固定 设置在两个机械夹臂上的夹持切断部 Ⅰ和夹持切断部 Ⅱ， 夹持切断部 Ⅰ和夹持切断 部Ⅱ包括夹爪外壳， 在两个夹爪外壳内相对设置有夹块， 所述夹持切断部 Ⅰ的其中一侧壁外 设置有刀头， 所述夹持切断部 Ⅱ的侧壁外设置有与所述刀头配合的刀槽， 或所述夹持切断 部Ⅱ的其中一侧 壁外设置有刀头， 所述夹持切断部 Ⅰ的其中一侧 壁外设置有与所述刀头配 合的刀槽 。 3.如权利要求2所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述水平丝杠组 件Ⅱ包括水平移动电机 Ⅱ、 水平丝杠 Ⅱ和移动螺纹座 Ⅱ， 所述水平丝杠 Ⅱ横向设置， 其两端 与水平移动架的底部设置的转动支撑座连接， 移动螺纹座 Ⅱ安装在水平丝杠 Ⅱ上并与其螺 纹配合， 在移动螺纹座 Ⅱ的下方固定设置有所述采摘机 械臂。 4.如权利要求3所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述侧支架的两 个立柱上均设置有摄 像装置， 所述摄 像装置的摄 像头斜向下设置 。 5.如权利要求3所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述夹块内设置 有去蒂机构， 所述去蒂机构包括自动切刀组件和夹块刀槽， 自动切刀组件和夹块刀槽分别 相对设置在两个夹块的内部空腔 内， 在夹块的对接端面上形成有槽口 Ⅰ， 所述槽口 Ⅰ设置在 远离刀头的一侧并靠近边缘设置， 槽口 Ⅰ为倾斜设置或竖直设置， 自动切刀组件用于 当采摘 机械臂移动至草莓放置区后， 自动切刀组件由夹块的槽口 Ⅰ处弹出， 用于切除草莓梗。 6.如权利要求5所述的基于图像识别技术的草莓采摘机， 其特征在于： 还包括卷辊机 构， 所述卷辊机构包括第一卷辊组件和第二卷辊组件， 第一卷辊组件和第二卷辊组件分别 设置在两个夹块的内部空腔中， 第一卷辊组件和 第二卷辊组件可由夹块的槽口 Ⅱ处伸出或 缩回， 第一卷辊组件和第二卷辊组件收缩时， 第一卷辊组件和第二卷辊组件完全进入槽口 Ⅱ内， 当第一卷辊组件和第二卷辊组件由槽口 Ⅱ伸出并抵靠时， 用于实现卷辊机构对草莓 梗的夹持， 并实现两 夹块的相对分离 。 7.如权利要求6所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述夹爪外 壳与 机械夹臂连接的一端面的两侧形成有挡边， 两个所述挡边之间形成有滑动空间， 所述机械权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114600641 A 2夹臂的端部固定设置有安装板， 安装板位于两个挡边之 间并可沿滑动空间靠近或远离夹爪 外壳。 8.如权利要求7所述的基于图像识别技术的草莓采摘 机， 其特征在于： 所述安装板端面 设置有若干贯通的导向孔， 在夹爪外壳的外壁上形成有与导向孔对应的导向柱， 所述导向 柱的一端对应插装在导向孔中， 在导向柱的外端部形成有限位头， 可以防止导向柱与安装 板脱离， 在导向柱上穿设有第二 弹簧， 第二 弹簧位于安装板和夹爪外壳之 间， 当第一卷辊组 件和第二卷辊组件相对抵靠后并进一步伸出， 两个夹块会向后压缩第二弹簧， 使得两夹块 实现分离 。 9.如权利要求5所述的基于 图像识别技术的草莓采摘机， 其特征在于： 所述槽口 Ⅰ的外 缘斜边处形成有倒角斜 面， 两个夹块接触时， 两侧的倒角斜 面形成间隙。 10.根据权利要求1 ‑9任一项基于图像识别技术的草莓采摘 机的草莓采摘方法， 其特征 在于： 具体步骤如下： 步骤一、 草莓采摘机 到达采摘位后， 首 先由双摄 像头对待采摘草莓进行图像采集， 步骤二、 通过MATLAB将摄像头采集到 的RGB图像转换为Lab图像， 转换之后对各通道进 行提取， 得到的灰度图； 步骤三、 通过高斯滤波方法对图像进行处 理以去除图像中的噪声； 步骤四、 基于阈值的分割方法对处理后的图像进行分割处理， 提取草莓的轮廓图像， 以 实现对草莓的识别； 步骤五、 通过图像识别对草莓的成熟度进行判定， 确定草莓采摘点坐标和草莓空间坐 标； 确定草莓采摘点坐标步骤包括： 首先通过MATLAB中的边缘检测算法提取草莓图像的边 缘轮廓， 然后利用转动惯量法对对称轴进 行提取， 草莓轮廓与对称轴相交于底部、 顶部两个 端点； 采摘点的位置确定在对称轴上， 并距离草莓顶部端点20 ‑50mm； 确定草莓空间坐标步骤包括： 草莓采摘机使用 双目视觉进行草莓空间坐标定位， 在完 成草莓识别后需获取成熟草莓的三维空间位置信息方能由采摘手进行采摘， 具体步骤如 下： 首先需要对摄像头进 行标定， 获取左右摄像头的内外参数； 通过相应算法对两台摄像头 的成像平面重新投影进行立体矫正； 然后进行立体匹配， 在两个摄像头拍摄到的两个不同 视角图像中寻找对应点， 确定草莓采摘点的三维坐标信息， 并将确定的采摘点三维坐标发 送至控制系统； 步骤六、 采摘手依据获取的采摘点位置信息进入待采摘位置， 进而夹持草莓梗并切断 草莓梗， 最后夹持草莓梗将草莓放入收集篮中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114600641 A 3