一种大型农场用萝卜智能收割设备及使用方法与流程

1.本发明属于机械化农业及园艺机具制造领域，更具体地说，涉及一种大型农场用萝卜智能收割设备及使用方法。


背景技术：

2.萝卜，是十字花科萝卜属植物，直根肉质。萝卜被用于食用的部分，一般是指其肉质的根茎，根茎埋藏于土内，需要将萝卜拔出、去泥后方可食用。
3.人工收割萝卜需要通过人为将整个萝卜从土地内拔出，当萝卜根茎与土地连接过于紧密时，拔出的力量需要非常大，耗费人力，且若拔出的角度不适时，容易将萝卜拔断，造成食材的浪费。
4.在大型的萝卜种植田区内，一般采用机械收割，现有的机械收割，使用方法使：夹持萝卜茎叶处，向上拉起，将萝卜整根拔出。此方法减少了人工施力，但只是机械地对萝卜施加向上的力，未考虑到萝卜可能被拔断的问题，且萝卜未去泥，需要人为去泥，对种植者的操作减少的不多。
5.还有一种现有的机械收割，是将萝卜整根带泥挖出，这种方法避免了萝卜被拔断的风险，但萝卜带出的泥土较多，又增加了去泥的繁琐程度，同时一旦萝卜根茎长得过大，在挖掘过程中，极易被挖断，同样会造成萝卜被损坏的风险。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于提供一种大型农场用萝卜智能收割设备及使用方法，它可以实现萝卜自动挖掘，同时附带的泥土较少，可以快速去泥，并能够智能学习，使不同长势的萝卜均能在不损坏的情况下完整挖掘而出，且附带的泥土同样较少。
7.本发明的一种大型农场用萝卜智能收割设备，包括挖掘单元、夹持单元、摄影机、基座、履带、控制系统和吹扫口。挖掘单元包括挖锹，挖锹呈半圆的锹形，可深入土中将萝卜带泥挖出。夹持单元用于夹持萝卜的茎叶。吹扫口用于吹扫带泥的萝卜，将泥土吹净。摄影机用于拍摄未挖出的萝卜、带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片。控制系统用于操控挖掘单元和夹持单元动作和处理摄影机拍摄的照片信息。每下一序的萝卜挖掘时，挖锹下挖的角度和深度，均通过控制系统对前序所有萝卜挖掘的照片信息学习后来调整。挖掘单元、夹持单元、摄影机、控制系统和吹扫口均位于基座上。履带位于基座下侧，用于带动基座行驶。
8.作为本发明的进一步改进，控制系统的学习通过以下步骤：s101、调出未挖出的萝卜的照片，提取照片中茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸。
9.s102、调出s101步骤中的未挖出的萝卜在吹扫去泥后的照片，提取萝卜整个根茎的大小尺寸。
10.s103、记录s101步骤中的茎叶的大小尺寸与s102步骤中的萝卜整个根茎的大小尺
寸的数值比，记录s101步骤中的位于泥土之上的根茎部分大小尺寸与s102步骤中的萝卜整个根茎的大小尺寸的数值比。
11.s104、继续下一序挖掘作业，通过每一序的萝卜挖掘，记录每一序的s103步骤中的数值比，形成对比数据表。
12.作为本发明的进一步改进，茎叶的大小尺寸包括茎叶在二维照片上的高度与宽度。
13.作为本发明的进一步改进，萝卜整个根茎的大小尺寸包括萝卜在二维照片上的高度与宽度。
14.作为本发明的进一步改进，控制系统对挖锹下挖的角度和深度的调整，通过以下步骤：s201、在当前序的挖掘作业前，调出当前序的未挖出的萝卜的照片，提取照片中茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸。
15.s202、通过s201步骤中的茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸，参照对照表中的数值比，预估当前序待挖掘的萝卜的完整根茎大小尺寸。
16.s203、调整当前序中挖锹下挖的角度和深度，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在3-5mm。
17.作为本发明的进一步改进，控制系统通过调出带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中的带泥萝卜直径和去泥萝卜直径，并对比直径，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在3-5mm。
18.作为本发明的进一步改进，控制系统通过调出吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中萝卜整个根茎的外形信息，判断萝卜是否在挖掘时被设备损坏，通过判断萝卜的损坏状况，反馈调整挖锹下挖的角度和深度。
19.作为本发明的进一步改进，萝卜整个根茎的外形信息包括萝卜根茎有无尖端和根茎外缘在二维图像上的平整度。萝卜根茎有尖端，且根茎外缘在二维图像上无与挖锹尖端外形吻合的凹陷，则判断萝卜未损坏。
20.作为本发明的进一步改进，控制系统反馈调整挖锹下挖的角度和深度，通过以下步骤：s301、调出当前序的吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中萝卜整个根茎的外形信息，判断萝卜是否在挖掘时被设备损坏。
21.s302、若萝卜损坏，在将数据记录至对比数据表中时，进行标记。
22.s303、在后序挖掘作业时，设定挖锹下挖的角度和深度，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在原始基础上增加3mm。
23.本发明的另一目的在于提供一种大型农场用萝卜智能收割设备使用方法，须使用一种大型农场用萝卜智能收割设备，包括以下步骤：a1、履带运转行驶至萝卜种植田边缘，摄影机拍摄照片，控制系统寻找首个待挖掘萝卜的坐标位置及萝卜整株中心点，控制系统控制履带行驶至首个待挖掘萝卜前，此次萝卜挖掘设为首序，摄影机拍摄首序萝卜未挖出时的照片。
24.a2、控制系统控制挖掘单元将萝卜带泥挖出，摄影机拍摄带泥挖出后的萝卜的照片。
25.a3、控制系统控制夹持单元夹持萝卜的茎叶处，挖掘单元回位，吹扫口出风吹扫挖出的萝卜，直至萝卜表面的泥土吹净，摄影机拍摄萝卜吹扫去泥后的照片。
26.a4、控制系统调出首序的未挖出的萝卜、带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片，提取茎叶的大小尺寸、位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸、带泥萝卜直径尺寸、完整根茎大小尺寸和萝卜整个根茎的外形信息，将数据代入至对比数据表。
27.a5、控制系统控制履带前进至下一株萝卜前进行挖掘，控制系统根据对比数据表中的数据，预判当前序的待挖掘萝卜的整体根茎大小尺寸，控制当前序挖掘单元调整挖掘角度和挖掘深度。
28.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：1、本发明通过先将萝卜带泥挖出后，再将萝卜吹扫去泥的方式进行挖掘，可有效避免萝卜在收割过程中断裂的问题发生，同时也减少了人工去泥的繁琐工作，具有萝卜收割效率高，人力成本少的有益效果。
29.2、本发明通过控制系统的控制，对于不同大小的萝卜，挖掘时附带的泥土量均一致，使吹扫去泥的时间减少，加快了收割萝卜的效率。
30.3、本发明通过提取照片中的图像信息，可判断萝卜是否被设备挖断，反馈给控制系统，控制系统调节挖掘单元的挖掘角度和深度，有效避免被挖断的情况重复发生，具有学习反馈的作用，加强了智能性，减少问题重复发生。
附图说明
31.图1为本发明的具体实施例一的立体结构示意图；图2为本发明的具体实施例一的挖掘单元的立体结构示意图；图3为本发明的具体实施例一的夹持单元的平面结构示意图；图4为本发明的具体实施例一的挖锹深入土中准备挖掘时的平面结构示意图；图5为本发明的具体实施例一的挖锹将萝卜带泥挖上时的平面结构示意图；图6为本发明的具体实施例一的挖上的萝卜被夹持时的平面结构示意图；图7为本发明的具体实施例一的萝卜被吹扫去泥时的平面结构示意图；图8为本发明的具体实施例一的第一序未挖萝卜与无泥萝卜的尺寸对照对第二序挖掘的反馈流程图。
32.图9为本发明的具体实施例一的第一序带泥萝卜与无泥萝卜的尺寸对照对第二序挖掘的反馈流程图；图10为本发明的具体实施例一的第一序无泥萝卜与正常无泥萝卜的外形参数对照对第二序挖掘的反馈流程图。
33.图中标号说明：挖掘单元1、右挖掘组件101、左挖掘组件102、挖掘臂103、x轴油缸104、y轴油缸105、挖锹106、z轴油缸107、夹持单元2、第一叉臂201、第二叉臂202、第一夹持环203、第二夹持环204、摄影机3、基座4、履带5、控制系统6、吹扫口7。
具体实施方式
34.具体实施例一：请参阅图1-8的一种大型农场用萝卜智能收割设备，包括挖掘单元
1、夹持单元2、摄影机3、基座4、履带5、控制系统6和吹扫口7。挖掘单元1包括挖锹106，挖锹106呈半圆的锹形，可深入土中将萝卜带泥挖出。夹持单元2用于夹持萝卜的茎叶。吹扫口7用于吹扫带泥的萝卜，将泥土吹净。摄影机3用于拍摄未挖出的萝卜、带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片。控制系统6用于操控挖掘单元1和夹持单元2动作和处理摄影机3拍摄的照片信息。每下一序的萝卜挖掘时，挖锹106下挖的角度和深度，均通过控制系统6对前序所有萝卜挖掘的照片信息学习后来调整。挖掘单元1、夹持单元2、摄影机3、控制系统6和吹扫口7均位于基座4上。履带5位于基座4下侧，用于带动基座4行驶。
35.挖掘单元1包括右挖掘组件101和左挖掘组件102。右挖掘组件101与左挖掘组件102是对称结构。右挖掘组件101包括挖掘臂103、x轴油缸104、y轴油缸105、挖锹106和z轴油缸107。挖掘臂103活动设置在基座4前端右侧，x轴油缸104和y轴油缸105均连接在挖掘臂103与基座4之间，以使挖掘臂103可自由操控位置。z轴油缸107位于挖掘臂103远离基座4端。挖锹106与z轴油缸107的输出端固定连接。x轴油缸104、y轴油缸105和z轴油缸107均与控制系统6电性连接，控制系统6可通过x轴油缸104、y轴油缸105和z轴油缸107对挖掘臂103进行操控，对生长在土中的萝卜进行挖掘。当x轴油缸104和y轴油缸105控制挖掘臂103下探插入泥土中后，z轴油缸107使挖锹106转动，通过右挖掘组件101和左挖掘组件102中的两个挖锹106同时作业，将萝卜和周围的附带泥土与大地进行分离，x轴油缸104和y轴油缸105再控制挖掘臂103上抬，将萝卜和附带的泥土上移，准备下一步操作。
36.夹持单元2包括第一叉臂201、第二叉臂202、第一夹持环203和第二夹持环204。第一叉臂201和第二叉臂202以剪叉式设置在基座4的前端。第一夹持环203固设在第一叉臂201的内侧前端部。第二夹持环204固设在第二叉臂202的内侧前端部。第一夹持环203和第二夹持环204位置和形状相对应。当第一叉臂201和第二叉臂202向内移动进行剪力运动时，第一夹持环203和第二夹持环204收拢，可将挖出未去泥的萝卜的茎叶部分进行夹持，此时挖锹106松开回位，萝卜和附带的泥土被第一夹持环203和第二夹持环204夹持在半空。
37.摄影机3为通用的摄影部件，摄影机3固设于基座4前端。
38.吹扫口7开设于基座4前端，基座4内设有风机，风机输出端与吹扫口7连通。使吹扫口7可喷出气流，将萝卜附带的泥土吹落。
39.吹扫去土后的萝卜放置在履带5中间的地上，避免萝卜被压伤，也方便种植者捡拾收集。
40.基座4与履带5通过转动电机转动连接，转动电机与控制系统6电性连接，控制系统6可控制基座4转动，以此保证各个方向的萝卜都能被收割。
41.控制系统6的学习通过以下步骤：s101、调出未挖出的萝卜的照片，提取照片中茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸。茎叶的大小尺寸包括茎叶在二维照片上的高度与宽度。位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸包括根茎超出泥土的高度和可见的最大直径。
42.s102、调出s101步骤中的未挖出的萝卜在吹扫去泥后的照片，提取萝卜整个根茎的大小尺寸。萝卜整个根茎的大小尺寸包括萝卜在二维照片上的高度与宽度。
43.s103、记录s101步骤中的茎叶的大小尺寸与s102步骤中的萝卜整个根茎的大小尺寸的数值比，记录s101步骤中的位于泥土之上的根茎部分大小尺寸与s102步骤中的萝卜整个根茎的大小尺寸的数值比。
44.s104、继续下一序挖掘作业，通过每一序的萝卜挖掘，记录每一序的s103步骤中的数值比，形成对比数据表。
45.控制系统6对挖锹106下挖的角度和深度的调整，通过以下步骤：s201、在当前序的挖掘作业前，调出当前序的未挖出的萝卜的照片，提取照片中茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸。
46.s202、通过s201步骤中的茎叶的大小尺寸和位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸，参照对照表中的数值比，预估当前序待挖掘的萝卜的完整根茎大小尺寸。
47.s203、调整当前序中挖锹106下挖的角度和深度，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在3-5mm。控制系统6通过调出带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中的带泥萝卜直径和去泥萝卜直径，并对比直径，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在3-5mm。
48.控制系统6通过调出吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中萝卜整个根茎的外形信息，判断萝卜是否在挖掘时被设备损坏，通过判断萝卜的损坏状况，反馈调整挖锹106下挖的角度和深度。
49.萝卜整个根茎的外形信息包括萝卜根茎有无尖端和根茎外缘在二维图像上的平整度。萝卜根茎有尖端，且根茎外缘在二维图像上无与挖锹106尖端外形吻合的凹陷，则判断萝卜未损坏。
50.控制系统6反馈调整挖锹106下挖的角度和深度，通过以下步骤：s301、调出当前序的吹扫去泥后的萝卜的照片，提取照片中萝卜整个根茎的外形信息，判断萝卜是否在挖掘时被设备损坏。
51.s302、若萝卜损坏，在将数据记录至对比数据表中时，进行标记。
52.s303、在后序挖掘作业时，设定挖锹106下挖的角度和深度，使萝卜挖出后根茎上附带的泥土厚度在原始基础上增加3mm。
53.一种大型农场用萝卜智能收割设备使用方法，须使用一种大型农场用萝卜智能收割设备，包括以下步骤：a1、履带5运转行驶至萝卜种植田边缘，摄影机3拍摄照片，控制系统6寻找首个待挖掘萝卜的坐标位置及萝卜整株中心点，控制系统6控制履带行驶至首个待挖掘萝卜前，此次萝卜挖掘设为首序，摄影机3拍摄首序萝卜未挖出时的照片。
54.a2、控制系统6控制挖掘单元1将萝卜带泥挖出，摄影机3拍摄带泥挖出后的萝卜的照片。
55.a3、控制系统6控制夹持单元2夹持萝卜的茎叶处，挖掘单元1回位，吹扫口7出风吹扫挖出的萝卜，直至萝卜表面的泥土吹净，摄影机3拍摄萝卜吹扫去泥后的照片。
56.a4、控制系统6调出首序的未挖出的萝卜、带泥挖出后的萝卜和吹扫去泥后的萝卜的照片，提取茎叶的大小尺寸、位于泥土之上的根茎部分的大小尺寸、带泥萝卜直径尺寸、完整根茎大小尺寸和萝卜整个根茎的外形信息，将数据代入至对比数据表。
57.a5、控制系统6控制履带5前进至下一株萝卜前进行挖掘，控制系统6根据对比数据表中的数据，预判当前序的待挖掘萝卜的整体根茎大小尺寸，控制当前序挖掘单元1调整挖掘角度和挖掘深度。
58.具体实施例二：在具体实施例一的基础上，首序萝卜挖掘时，挖锹106下挖的深度
与角度，以首序萝卜为市场上常见萝卜大小为基准下挖。
59.具体实施例三：在具体实施例一的基础上，基座4尾侧的下端设有收集袋，收集袋常开，萝卜挖出并去泥后，被放置在履带中间的地面上，收集袋经过放置在地上的萝卜后，将萝卜卷入袋中，方便收集。