1.本发明涉及一种黑皮冬瓜采摘机及移栽方法，属于农产品收获机械领域。
背景技术：2.中国冬瓜、节瓜种植面积约600万亩，市值可达1000亿元，广东地区约100万亩，且大部分地区种植黑皮冬瓜。黑皮冬瓜瓜长70厘米左右，横径约25厘米，单瓜均重约20公斤。黑皮冬瓜的种植方式主要有爬地栽培、平棚架栽培和“人”字形棚架栽培，而“人”字形棚架栽培因既能够避免爬地栽培容易被水浸泡损坏瓜体，又成本低于平棚架栽培，方便搭建，因此，“人”字形棚架栽培成为主要的黑皮冬瓜种植方式。
3.目前黑皮冬瓜收获主要靠人工采摘和装运，劳动强度大，收获成本高，专利申请文献(申请号：202010378390.1)公开了一种黑皮冬瓜收获装置，该专利申请仅作为一种收获辅助装置，无动力装置，靠人工推动，效率低且依赖人作业的特点，不符合农业现代化发展的要求。
技术实现要素：4.本发明的第一个目的是为了克服现有技术中收获黑皮冬瓜需要较多的劳动力，劳动强度大的不足之处，提供了一种黑皮冬瓜采摘机，该黑皮冬瓜采摘机可以有效降低劳动强度，节省劳动力，提高收获效率。
5.本发明的第二个目的在于提供一种黑皮冬瓜采摘方法，该方法基于上述的黑皮冬瓜采摘机实现。
6.本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
7.一种黑皮冬瓜采摘机，包括履带轮、机架和收获装置，所述机架设置在履带轮上，所述收获装置设置在机架的内部，收获装置包括剪叉式伸缩机构、液压缸、夹持机构和四自由度剪切机构，所述液压缸与剪叉式伸缩机构连接，所述剪叉式伸缩机构的一端分别与夹持机构、四自由度剪切机构连接，剪叉式伸缩机构的另一端与机架连接。
8.进一步的，所述夹持机构包括机械手、移动块和伸缩油缸，所述伸缩油缸与剪叉式伸缩机构的一端连接，并通过移动块与机械手连接。
9.进一步的，所述伸缩油缸包括伸缩缸体和伸缩杆，所述伸缩缸体与剪叉式伸缩机构的一端连接，所述伸缩杆与伸缩缸体活动连接，并通过移动块与机械手连接。
10.进一步的，所述机械手的末端设置有软体可变形材料。
11.进一步的，所述剪叉式伸缩机构包括框体、长条形钢板、方形固定块、连接钢板和钢管；
12.所述长条形钢板分为两边对称设置，每一边的长条形钢板有2n个，2n个长条形钢板通过平行四边形形式连接，且两边的长条形钢板之间通过钢管、方形固定块固定在一起，形成剪叉式伸缩部分；其中，n为大于或等于2的自然数；
13.所述钢管为两根，两根钢管之间通过连接钢板与液压缸连接，所述框体通过铰链、
滚动支座与剪叉式伸缩部分一端的长条形钢板连接，使得框体作为剪叉式伸缩机构的一端，所述剪叉式伸缩部分的另一端作为剪叉式伸缩机构的另一端，且剪叉式伸缩部分另一端的长条形钢板通过铰链、滚动支座与机架连接；
14.所述夹持机构与框体的中部连接，所述四自由度剪切机构与框体的上部连接。
15.进一步的，所述四自由度剪切机构的四个自由度分别是一个z轴旋转自由度、两个x轴旋转自由度以及一个剪切自由度。
16.进一步的，还包括视觉装置，所述视觉装置包括视觉相机和相机固定杆，所述视觉相机通过相机固定杆与剪叉式伸缩机构连接，用于识别和定位黑皮冬瓜以及黑皮冬瓜瓜梗的位置。
17.进一步的，还包括装载移动装置，所述装载移动装置设置在机架的内部，包括支撑管、液压旋转马达、支重轮、传输带和冬瓜基座，所述支撑管的一端与液压旋转马达、支重轮固定连接，支撑管的另一端与机架连接，所述液压旋转马达与传输带连接，液压旋转马达的轴心与支重轮的轴心平行，所述支重轮均匀分布，所述传输带与冬瓜基座贴合连接。
18.进一步的，所述履带轮为两个，两个履带轮两边对称设置，每个履带轮设置有两个液压行走马达和三个承重轮，所述液压行走马达的定子和承重轮均通过方钢固定在相对应位置，并与机架固定连接，液压行走马达与履带连接。
19.本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
20.一种黑皮冬瓜采摘方法，基于上述的黑皮冬瓜采摘机实现，所述方法包括：
21.控制黑皮冬瓜采摘机行走，当识别装置识别到黑皮冬瓜，使黑皮冬瓜采摘机停止行走，控制剪叉式伸缩机构伸出；
22.当识别装置识别到夹持机构的机械手到达黑皮冬瓜前面一定距离，剪叉式伸缩机构停止伸出；
23.控制夹持机构的机械手合拢夹持住黑皮冬瓜；
24.识别装置定位黑皮冬瓜瓜梗位置，使四自由度剪切机构移动到瓜梗前方一定位置，剪切瓜梗；
25.当黑皮冬瓜瓜梗被切断，控制剪叉式伸缩机构继续伸出，使夹持机构的机械手将夹持住的黑皮冬瓜移到装载移动装置的冬瓜基座正上方；
26.控制夹持机构的机械手松开，黑皮冬瓜放置在冬瓜基座上，并使冬瓜被固定在冬瓜基座上，装载移动装置移动一个冬瓜基座的位置，等待下一个黑皮冬瓜的装载。
27.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
28.1、本发明的黑皮冬瓜采摘机采用跨垄作业和液压驱动履带行走，可以较好的适应“人”字形棚架栽培冬瓜田复杂环境，实现在较为复杂环境下收获黑皮冬瓜，采用易于实现自动控制的液压驱动方式，降低了劳动强度，节省了作业成本，其中收获装置采用液压驱动，能够输出较大推力，可挟持住重达30千克的黑皮冬瓜，可以实现收获较重的黑皮冬瓜。
29.2、本发明黑皮冬瓜采摘机还可以设置识别装置，识别装置结合算法能够识别冬瓜以及定位冬瓜的位置，可以实现黑皮冬瓜精准采摘；还可以装载移动装置，装载移动装置能够通过“移位”的方式实现黑皮冬瓜的智能装载，一边可装载多个黑皮冬瓜。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例的黑皮冬瓜采摘机的整机结构图。
32.图2为本发明实施例的黑皮冬瓜采摘机中收获装置的结构图。
33.图3为本发明实施例的黑皮冬瓜采摘机中装载移动装置的结构图。
34.其中，1-履带轮，11-液压行走马达，12-承重轮，2-机架，3-收获装置，31-剪叉式伸缩机构，311-框体，312-长条形钢板，313-方形固定块，314-连接钢板，315-钢管，32-液压缸，33-机械手，34-移动块，35-伸缩油缸，351-伸缩缸体，352-伸缩杆，36-铰链，37-滚动支座，38-四自由度剪切机构，4-识别装置，41-视觉相机，42-相机固定杆，5-装载移动装置，51-支撑管，52-液压旋转马达，53-支重轮，54-传输带，55-冬瓜基座，551-凹坑。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例：
37.如图1所示，本实施例提供了一种黑皮冬瓜采摘机，该黑皮冬瓜采摘机可以用于收获“人”字形棚架栽培，其包括履带轮1、机架2和收获装置3，机架2设置在履带轮1上，收获装置3设置在机架2的内部。
38.如图1和图2所示，收获装置3包括剪叉式伸缩机构31、液压缸32、夹持机构和四自由度剪切机构38，液压缸32与剪叉式伸缩机构31连接，剪叉式伸缩机构31的一端分别与夹持机构、四自由度剪切机构38连接，剪叉式伸缩机构31的另一端与机架2连接；其中，液压缸32为双作用液压缸。
39.进一步地，剪叉式伸缩机构31包括框体311、长条形钢板312、方形固定块313、连接钢板314和钢管315。
40.长条形钢板312分为左右两边对称设置，每一边的长条形钢板312有四个长条形钢板312，共有八个长条形钢板312，每一边的长条形钢板312通过平行四边形形式连接，且左右两边的长条形钢板之间通过钢管、方形固定块固定在一起，形成剪叉式伸缩部分。
41.钢管315为两根，两根钢管315之间通过连接钢板314与液压缸32连接，框体311由方钢焊接而成，框体311通过铰链36、滚动支座37与剪叉式伸缩部分一端的长条形钢板312连接，使得框体311作为剪叉式伸缩机构31的一端，剪叉式伸缩部分的另一端作为剪叉式伸缩机构31的另一端，且剪叉式伸缩部分另一端的长条形钢板312通过铰链36、滚动支座37与机架2连接，铰链36端可转动，滚动支座37端可沿机架2垂直上下移动。
42.进一步地，夹持机构为两个，通过两个夹持机构可以更好地夹紧黑皮冬瓜，每个夹持机构与剪叉式伸缩机构31的一端连接，每个夹持机构包括机械手33、移动块34和伸缩油
缸35，伸缩油缸35与剪叉式伸缩机构31的一端连接，具体与框体311的中部连接，并通过移动块34与机械手33连接，通过伸缩油缸35可以驱动机械手33的张开和合拢，合拢时可实现夹持功能。
43.具体地，伸缩油缸35包括伸缩缸体351和伸缩杆352，伸缩缸体与框体311的中部连接，伸缩杆352与伸缩缸体351活动连接，并通过移动块34与机械手33连接，通过伸缩杆352的前移和后退，可以驱动机械手33的张开和合拢，合拢时可实现夹持功能。
44.本实施例中，机械手33的末端设置有软体可变形材料，软体可变形材料固定在机械手33的末端，避免机械手33与黑皮冬瓜硬接触，损伤黑皮冬瓜。
45.进一步地，四自由度剪切机构38与剪叉式伸缩机构31的一端连接，具体与框体311的上部连接，四自由度剪切机构38的四个自由度分别是一个z轴旋转自由度、两个x轴旋转自由度以及一个剪切自由度，当用于剪切黑皮冬瓜瓜梗，使得黑皮冬瓜与藤蔓脱离开。
46.如图1和图2所示，本实施例的黑皮冬瓜采摘机还包括视觉装置4，视觉装置4包括视觉相机41和相机固定杆42，视觉相机41通过相机固定杆42与剪叉式伸缩机构31连接，具体与框体311连接，用于识别和定位黑皮冬瓜以及黑皮冬瓜瓜梗的位置，便于收获黑皮冬瓜；本实施例的视觉装置4位于四自由度剪切机构38的下方，视觉相机41和相机固定杆42均有两个，两个视觉相机41和两个相机固定杆42一一对应，其中一个视觉相机41和对应的相机固定杆42位于其中一个夹持机构的上方，另一个视觉相机41和对应的相机固定杆42位于另一个夹持机构的上方。
47.如图1和图3所示，本实施例的黑皮冬瓜采摘机还包括装载移动装置5，装载移动装置5设置在机架2的内部，其包括支撑管51、液压旋转马达52、支重轮53、传输带54和冬瓜基座55，支撑管51的一端与液压旋转马达52、支重轮53固定连接，支撑管51的另一端与机架2连接，液压旋转马达52与传输带54连接，液压旋转马达52的轴心与支重轮53的轴心平行，支重轮53均匀分布，传输带54与冬瓜基座55贴合连接。
48.本实施例中，支撑管51为十个，液压旋转马达52为两个，支重轮53为八个，冬瓜基座为八个，两个液压旋转马达52位于前后两端，八个支重轮53均匀分布在两个液压旋转马达52之间，十个支撑管51等距排列在履带轮1的上方，固定支撑两个液压旋转马达52和八个支重轮53，支重轮53与传输带54相接触，可以承载八大个黑皮冬瓜的重量；液压旋转马达52带动传输带54移动，从而带动与传输带54贴合的冬瓜基座55移动；冬瓜基座55采用软体可变形材料构成，冬瓜基座55上部设有凹坑551，用于固定和承载黑皮冬瓜。
49.本实施例的黑皮冬瓜收获机安装了两个收获装置3、两个识别装置4和两个装载移动装置5，两个收获装置3、两个识别装置4和两个装载移动装置5均为一一对应的关系，每个收获装置3与对应的识别装置4、对应的装载移动装置5构成一套装置，两套装置能够同时进行识别、夹持、剪切和放置黑皮冬瓜，因此可同时进行两个黑皮冬瓜的收获，提高了收获效率，本实施例的黑皮冬瓜收获机最多可运载16个黑皮冬瓜。
50.进一步地，履带轮1为两个，两个履带轮1左右两边对称设置，每个履带轮1设置有两个液压行走马达11和三个承重轮12，液压行走马达11的定子和承重轮12均通过方钢固定在相对应位置，并与机架2固定连接，液压行走马达11与履带连接，液压旋转马达11通过旋转运动带动履带前后运动，从而驱动冬瓜收获机的前后运动。
51.进一步地，机架2由多根长短不等的方钢21焊接在一起，左右两边对称设计，起到
固定和连接履带轮1、收获装置3和支撑装载移动装置5的作用。
52.本实施例的黑皮冬瓜收获机工作过程如下：
53.黑皮冬瓜收获机通过遥控或自主行走到“人”字形棚架栽培田中，进行跨垄收获作业；液压驱动系统通过驱动液压行走马达11带动履带，控制黑皮冬瓜收获机的前进后退和启动停止；液压系统驱动液压缸32，控制剪叉式伸缩机构31收缩，避免在黑皮冬瓜收获机行走过程中碰到冬瓜棚架；
54.当识别装置4识别到黑皮冬瓜，黑皮冬瓜收获机停止前进，液压系统驱动液压缸32，控制剪叉式伸缩机构31伸出；当识别装置4的视觉相机41识别到机械手33到达黑皮冬瓜前面一定距离，剪叉式伸缩机构31停止伸出；液压系统驱动伸缩油缸35的伸缩杆352后退，进而控制机械手33合拢夹持住黑皮冬瓜；识别装置4定位黑皮冬瓜瓜梗位置，控制四自由度剪切机构38移动到瓜梗前方一定位置，剪切瓜梗；
55.当瓜梗被切断，液压系统驱动液压缸32，控制剪叉式伸缩机构31继续伸出，当机械手33将夹持住的黑皮冬瓜移到冬瓜基座55正上方，伸缩杆352推进，机械手33松开，将黑皮冬瓜放置在冬瓜基座55上，黑皮冬瓜的底部与冬瓜基座55的凹坑551贴合，使黑皮冬瓜被固定在冬瓜基座55上，液压旋转马达52旋转带动传输带54移动一个冬瓜基座55的位置，等待下一个黑皮冬瓜的装载，直到装满八个黑皮冬瓜；收获装置3将黑皮冬瓜置于冬瓜基座55后，剪叉式伸缩机构31收缩，等待识别装置4再次识别到黑皮冬瓜。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和约定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
57.综上所述，本发明的黑皮冬瓜采摘机采用跨垄作业和液压驱动履带行走，可以较好的适应“人”字形棚架栽培冬瓜田复杂环境，实现在较为复杂环境下收获黑皮冬瓜，采用易于实现自动控制的液压驱动方式，降低了劳动强度，节省了作业成本，其中收获装置采用液压驱动，能够输出较大推力，可挟持住重达30千克的黑皮冬瓜，可以实现收获较重的黑皮冬瓜。
58.以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
技术特征：1.一种黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，包括履带轮、机架和收获装置，所述机架设置在履带轮上，所述收获装置设置在机架的内部，收获装置包括剪叉式伸缩机构、液压缸、夹持机构和四自由度剪切机构，所述液压缸与剪叉式伸缩机构连接，所述剪叉式伸缩机构的一端分别与夹持机构、四自由度剪切机构连接，剪叉式伸缩机构的另一端与机架连接。2.根据权利要求1所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述夹持机构包括机械手、移动块和伸缩油缸，所述伸缩油缸与剪叉式伸缩机构的一端连接，并通过移动块与机械手连接。3.根据权利要求2所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述伸缩油缸包括伸缩缸体和伸缩杆，所述伸缩缸体与剪叉式伸缩机构的一端连接，所述伸缩杆与伸缩缸体活动连接，并通过移动块与机械手连接。4.根据权利要求2所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述机械手的末端设置有软体可变形材料。5.根据权利要求1所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述剪叉式伸缩机构包括框体、长条形钢板、方形固定块、连接钢板和钢管；所述长条形钢板分为两边对称设置，每一边的长条形钢板有2n个，2n个长条形钢板通过平行四边形形式连接，且两边的长条形钢板之间通过钢管、方形固定块固定在一起，形成剪叉式伸缩部分；其中，n为大于或等于2的自然数；所述钢管为两根，两根钢管之间通过连接钢板与液压缸连接，所述框体通过铰链、滚动支座与剪叉式伸缩部分一端的长条形钢板连接，使得框体作为剪叉式伸缩机构的一端，所述剪叉式伸缩部分的另一端作为剪叉式伸缩机构的另一端，且剪叉式伸缩部分另一端的长条形钢板通过铰链、滚动支座与机架连接；所述夹持机构与框体的中部连接，所述四自由度剪切机构与框体的上部连接。6.根据权利要求1所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述四自由度剪切机构的四个自由度分别是一个z轴旋转自由度、两个x轴旋转自由度以及一个剪切自由度。7.根据权利要求1-6任一项所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，还包括视觉装置，所述视觉装置包括视觉相机和相机固定杆，所述视觉相机通过相机固定杆与剪叉式伸缩机构连接，用于识别和定位黑皮冬瓜以及黑皮冬瓜瓜梗的位置。8.根据权利要求1-6任一项所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，还包括装载移动装置，所述装载移动装置设置在机架的内部，包括支撑管、液压旋转马达、支重轮、传输带和冬瓜基座，所述支撑管的一端与液压旋转马达、支重轮固定连接，支撑管的另一端与机架连接，所述液压旋转马达与传输带连接，液压旋转马达的轴心与支重轮的轴心平行，所述支重轮均匀分布，所述传输带与冬瓜基座贴合连接。9.根据权利要求1-6任一项所述的黑皮冬瓜采摘机，其特征在于，所述履带轮为两个，两个履带轮两边对称设置，每个履带轮设置有两个液压行走马达和三个承重轮，所述液压行走马达的定子和承重轮均通过方钢固定在相对应位置，并与机架固定连接，液压行走马达与履带连接。10.一种黑皮冬瓜采摘方法，基于权利要求1-9任一项所述的黑皮冬瓜采摘机实现，其特征在于，所述方法包括：控制黑皮冬瓜采摘机行走，当识别装置识别到黑皮冬瓜，使黑皮冬瓜采摘机停止行走，
控制剪叉式伸缩机构伸出；当识别装置识别到夹持机构的机械手到达黑皮冬瓜前面一定距离，剪叉式伸缩机构停止伸出；控制夹持机构的机械手合拢夹持住黑皮冬瓜；识别装置定位黑皮冬瓜瓜梗位置，使四自由度剪切机构移动到瓜梗前方一定位置，剪切瓜梗；当黑皮冬瓜瓜梗被切断，控制剪叉式伸缩机构继续伸出，使夹持机构的机械手将夹持住的黑皮冬瓜移到装载移动装置的冬瓜基座正上方；控制夹持机构的机械手松开，黑皮冬瓜放置在冬瓜基座上，并使冬瓜被固定在冬瓜基座上，装载移动装置移动一个冬瓜基座的位置，等待下一个黑皮冬瓜的装载。
技术总结本发明公开了一种黑皮冬瓜采摘机及采摘方法，所述黑皮冬瓜采摘机包括履带轮、机架和收获装置，所述机架设置在履带轮上，所述收获装置设置在机架的内部，收获装置包括剪叉式伸缩机构、液压缸、夹持机构和四自由度剪切机构，所述液压缸与剪叉式伸缩机构连接，所述剪叉式伸缩机构的一端分别与夹持机构、四自由度剪切机构连接，剪叉式伸缩机构的另一端与机架连接。本发明能够克服现有技术中收获黑皮冬瓜需要较多的劳动力，劳动强度大的不足之处，可以有效降低劳动强度，节省劳动力，提高收获效率。提高收获效率。提高收获效率。
技术研发人员：吴双龙 陈钊国 齐龙 傅灯斌 韦国运 麦振鹏 严翔宇 江俊
受保护的技术使用者：岭南现代农业科学与技术广东省实验室
技术研发日：2022.04.18
技术公布日：2022/7/4
