一種葉菜采收機器人系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業機器人領域，尤其涉及一種葉菜采收機器人系統及控制方法，用于新型溫室的葉菜采收及運送。
技術背景
[0002]我國大面積種植的蔬菜品種葉菜類蔬菜居多，葉菜類蔬菜不僅含有豐富的蛋白質、維生素和礦物質等營養物質，而且適應性強，適合一年四季種植。目前新型日光溫室具有很好的調控環境條件，日光溫室種植生產的綠葉菜以它鮮、嫩的品質，深受廣大消費者喜愛，市場需求量大，具有更好的經濟價值。在改善了生產設施條件(設施菜田建設)，制定了生產的標準化程度之后，由于其投入成本低，生產效率高，新型綠葉菜植物工廠成為綠葉菜生產的主要栽培模式。
[0003]以綠葉菜蔬菜生產實際情況來看，最耗工費力的生產環節是采收。據葉菜生產的調查統計情況來看，每個熟練工每工(7.5小時)可采收的綠葉菜數量分別是:雞毛菜86斤，芝麻菜28斤，色拉生菜(混播生菜，不帶根)102斤，小菠菜(帶根)97斤，采收數量較少；并且葉菜生產成本中僅勞動力成本就達到了生產總成本的50%以上。此外，人工采收還存在產品統一性和標準化程度不一致等缺點。
[0004]另一方面，人工采收速度慢也成為影響在特殊季節，尤其是在災害性天氣如梅雨天、臺風、暴雨期等季節綠葉菜市場供應的一大瓶頸問題，綠葉菜長勢良好，卻因缺乏足夠勞動力和較快速度采收手段而爛、損在田間。即使在天氣良好階段，有時因菜價低、采收勞動力成本高等原因影響，種植后放棄采收上市的情況也時有發生。
[0005]如何降低綠葉菜生產中的勞動力成本，提高綠葉菜采收效率，成為當前綠葉菜生產中迫切需要研宄和解決的問題。開展綠葉菜的自動化采收作業和采收后的自動化物流系統，實現葉菜采收機器人則是其中不可缺少的重要裝備和系統技術。目前，國內市場上尚無自動化的葉菜采收機器人，該發明可完成對蔬菜采收、搬運自動化工序，葉菜采收機器人對新型智能溫室水平提高有著重要的意義。

【發明內容】

[0006]本發明針對新型溫室葉菜類蔬菜采收的不足，提供一種葉菜采收機器人系統及控制方法，對新型溫室葉菜采收實現智能化具有重要意義。
[0007]本發明的一種葉菜采收機器人系統采用的技術方案一:葉菜采收機子系統和葉菜物流子系統。所述的葉菜采收機子系統用于葉菜采收過程控制以及與葉菜物流子系統的交互；所述的葉菜物流子系統用于更換收集籃和運送盛滿葉菜的收集籃。
[0008]所述的葉菜采收機子系統包括葉菜采收機械本體和采收機控制系統。所述的葉菜采收機械本體在平行軌道驅動行走，完成葉菜采收作業。所述的采收機控制系統包括磁感應模塊、菜量檢測模塊、無線通訊模塊、電機控制模塊、狀態顯示模塊、對接檢測模塊和換軌模塊。所述的磁感應模塊是葉菜采收機械本體上的磁性位置傳感器檢測安裝在平行軌道上的小磁鐵，小磁鐵固定在軌道的邊緣；葉菜采收機子系統與葉菜物流子系統通過無線通訊模塊進行通訊；所述的菜量檢測模塊是安裝在收集籃的紅外對射傳感器檢測葉菜采收機械本體上收集籃的盛菜量；所述的電機控制模塊是控制葉菜采收機子系統的各個電機適時工作；所述的狀態顯示模塊是變換指示燈顏色來顯示葉菜采收機子系統的工作狀況；所述的對接檢測模塊是檢測搬運小車是否與采收裝置對接；所述的換軌模塊是葉菜采收機械本體下水平軌道時，控制葉菜采收機械本體進行車輪轉向換軌。
[0009]所述的葉菜物流子系統系統包括搬運小車和搬運小車控制系統。所述搬運小車在平行軌道驅動行走，完成葉菜收集籃更換。所述的搬運小車控制系統包括限位模塊、電機驅動模塊、無線通訊模塊、狀態顯示模塊和換軌模塊；所述的限位模塊檢測到搬運小車與葉菜采收機械本體對接，搬運小車停止行進；所述的電機驅動模塊是驅動搬運小車平穩行進并適時停止；葉菜物流子系統與葉菜采收機子系統通過無線通訊模塊進行通訊；所述的狀態顯示模塊是變換指示燈顏色來顯示葉菜物流子系統的工作狀況；所述的換軌模塊是搬運小車下軌道時，控制搬運小車上進行車輪轉向換軌。
[0010]一種葉菜采收機器人系統的技術方案一的控制方法:在新型溫室中的葉菜類蔬菜到收獲期時，操作人員啟動葉菜采收機械本體，葉菜采收機械本體走上軌道對葉菜進行采收作業，隨后操作人員啟動搬運小車，搬運小車走上軌道并小車跟進葉菜采收機械本體；當采收機控制系統的菜籃檢測模塊檢測到收集籃的葉菜已滿，采收機控制系統的電機控制模塊關閉葉菜采收機子系統的各個工作電機，葉菜采收機械本體停止采收葉菜；采收機控制系統的無線通訊模塊給搬運小車發送指令，搬運小車控制系統接收到指令，搬運小車就會接近并與葉菜采收機械本體完成對接；搬運小車控制系統的限位模塊和采收機控制系統的對接檢測模塊同時獲取對接信號，搬運小車控制系統和采收機控制系統協作更換葉菜收集籃；搬運小車返回將收集籃送回預定地，采收機控制系統的電機驅動控制模塊控制葉菜采收機械本體繼續前進采收作業；葉菜采收機械本體走到水平軌道盡頭，采收機控制系統的磁感應模塊檢測安裝在軌道上的小磁鐵，葉菜采收機械本體準備走下軌道；葉菜采收機械本體走下軌道后，葉菜采收機械本體進行轉向換軌；完成轉向換軌后，葉菜采收機械本體在下一行水平軌道上進行采收作業；搬運小車將收集籃運回預定地點后，搬運小車走上原先軌道，再次跟進葉菜采收機械本體；若葉菜采收機械本體檢測到小磁鐵，葉菜采收機子系統通過無線通訊傳給物流子系統信號，搬運小車根據此信號，搬運小車迅速走完原先軌道，經過轉向換軌走上葉菜采收機械本體所在的軌道，再次跟進采收裝置。
[0011]本發明的一種葉菜采收機器人系統采用的技術方案二:葉菜采收機子系統和物流平臺。所述的葉菜采收子系統用于葉菜采收；所述的物流平臺用于采收裝置的換軌。
[0012]所述的葉菜采收機子系統包括葉菜采收機械本體和采收機控制系統。所述的葉菜采收機械本體在平行軌道驅動行走，完成葉菜采收作業。所述的采收機控制系統包括位移測量模塊、菜量檢測模塊、電機控制模塊、限位模塊和狀態顯示模塊。所述的位移測量模塊用于測量葉菜采收機械本體行進位移；所述的菜量檢測模塊檢測葉菜采收機械本體上收集籃的盛菜量；所述的電機控制模塊控制葉菜采收機子系統的各個電機適時工作；所述的限位模塊控制葉菜采收機械本體軌道盡頭停止行進；所述的狀態顯示模塊是變換指示燈顏色來顯示葉菜采收機子系統的工作狀況。
[0013]所述的物流平臺安裝在地頭上，可在葉菜種植區域的寬度方向上往返運動，物流平臺將葉菜采收機械本體運送到水平軌道上。
[0014]本發明的一種葉菜采收機器人系統采用的技術方案二的控制方法:啟動葉菜采收機械本體，葉菜采收機械本體在水平軌道上完成采收，位移檢測模塊記錄葉菜采收機械本體的位移量；當采收機控制系統的菜籃檢測模塊檢測到收集籃的葉菜已滿，采收機控制系統的電機控制模塊關閉各個工作電機，葉菜采收機械本體停止采收葉菜；隨后葉菜采收機械本體返回地頭，操作人員更換收集籃，葉菜采收機械本體根據位移測量模塊獲取的位移量回到工作點繼續采收作業；當采收機控制系統的限位模塊碰到水平軌道盡頭，葉菜采收機械本體返回地頭；葉菜采收機械本體走上物流平臺，物流平臺將其運送到下一行軌道進行米收。
[0015]本發明的優點:采收和物流路線簡單規范，性價比高，可用在新型溫室葉菜采收，能很好適應新型溫室葉菜自動搬運，同時葉菜采收機器人系統采用無線數傳，可以遠程操控，具有較好的動態性能，采收和運送實現自動化，節省人力，對溫室規模化生產有重要推動作用。
【附圖說明】
[0016]圖1為葉菜采收機器人系統的方案一的原理圖；
[0017]圖2為葉菜采收機器人系統的方案一的應用示意圖；
[0018]圖3為葉菜采收機器人系統的方案二的原理圖；
[0019]圖4為葉菜采收機器人系統的方案二的應用示意圖；
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖進一步描述本發明，如圖1所示，本發明的一種葉菜采收機器人系統采用的技術方案一:葉菜采收機子系統和葉菜物流子系統。采收機控制系統通過無線通訊的方式與搬運小車控制系統進行信息交互，同時采收機控制系統和搬運小車控制系統各自采集信信息并發出相應的指令對各自模塊進行控制。
[0021]如圖2所示，所述的葉菜采收機子系統包括葉菜采收機械本體和采收機控制系統。所述的采收機控制系統進行采收作業過程的控制，采收機控制系統的磁性位置傳感器通過RS232串口協議與控制器(TSM32)連接，磁性位置傳感器安裝在葉菜采收機械本體側面的底部，能夠檢測到軌道上固定的小磁鐵，采收機控制系統指引搬運小車；紅外對射傳感器通過RS232串口與控制器連接，能檢測到收集籃的盛菜量；無線網絡控制器通過RS485串口協議與控制器連接，各個驅動器通過DA模式與與控制器的I/O直接連接，操作按鈕與狀態顯示模塊通過I/O點與控制器連接，若葉菜采收機械本體工作正常，狀態指示燈為綠色，反之，指示燈為紅色；如果葉菜采收子系統的電量不足，TSM32自帶的低壓檢測電路就會檢測到，控制器立即發出警報聲，葉菜采收機械本體返回充電；所述的對接檢測模塊的行程開關通過I/O點與控制器連接，搬運小車與采收裝置對接成功，行程開關輸出一個電平信號給采收機控制系統。
[0022]如圖2所示，所述的搬運小車控制系統是更換收集籃和運送收