1.菠萝自动化采摘外挂装置,其特征在于:它安装在市场上已有的大型臂式菠萝收获机上,包括一个菠萝果体采摘机构(1)、一个剪叉式升降平台(2),一个二自由度十字导轨滑台机构(3)和二个拍摄方位可调的工业相机(4);
所述剪叉式升降平台(2)的顶板(22)与大型臂式菠萝收获机的悬臂式传送带(01)的底部连接,剪叉式升降平台(2)的底板(23)与二自由度十字导轨滑台机构(3)的x轴滑轨(312)的顶部连接,升降电机(21)可以通过丝杠螺母传动副(24)驱动底板(23)相对于顶板(22)作竖直方向的上下运动;顶板(22)与悬臂式传送带(01)底部的连接方位正好可以保证十字导轨滑台机构(3)的x轴滑台(311)可以在横移电机(313)的驱动下沿平行于悬臂式传送带(01)的传送方向在x轴滑轨(312)上作水平面内的往复运动,从而使得十字导轨滑台机构(3)的y轴滑台(321)可以在纵移电机(323)的驱动下正好沿垂直于悬臂式传送带(01)的传送方向在y轴滑轨(322)上作水平面内的往复运动;所述的二个工业相机(4)分别通过可锁定球铰安装在x轴滑轨(312)的首尾两端,保证其镜头均可调节至指向下方地面的方向且其视域中心可以对准地面上的同一点;
所述菠萝果体采摘机构(1)安装在y轴滑台(321)的下方,由一个减速电机(101)、一根前摆杆轴(102)、一根后摆杆轴(103)、二根果体推杆(104)、二根前摆杆(105)、二根连杆(106)、二根后摆杆(107)、一根果叶推杆(108)和一块果体托盘(109)组成;
减速电机(101)安装在y轴滑台(321)的下表面,前摆杆轴(102)垂直于y轴滑台(321)的运动方向水平地安装在y轴滑台(321)下方且可在减速电机(101)的驱动下绕其自身轴线转动,二根相互平行的果体推杆(104)的一端分别与前摆杆轴(102)的两端固连,当果体推杆(104)随前摆杆轴(102)一起转动时,其旋转平面与前摆杆轴(102)的轴线垂直,这二根果体推杆(104)的另一端安装有一根果茎推杆(1091),其与二根果体推杆(104)形成一个矩形框体的三条硬质边框,这个矩形框体内布置一块由弹性材料制成的矩形编织物(1092),矩形编织物(1092)的另一边不与任何硬质边框连接而保持自由状态,果茎推杆(1091)和矩形编织物(1092)组成果体托盘(109);
二根相互平行的前摆杆(105)的一端也分别与前摆杆轴(102)的两端固连,固连在前摆杆轴(102)同一端的一根前摆杆(105)和一根果体推杆(104)有相同的旋转平面且二者之间的夹角范围可在50°70°之间调整,二根前摆杆(105)的另一端分别与二根相互平行的连杆~
(106)的一端铰链连接;
二根连杆(106)的另一端分别与二根相互平行的后摆杆(107)的一端通过铰链连接且两个连接点之间安装一根果叶推杆(108),二根后摆杆(107)的另一端分别与一根后摆杆轴(103)的两端固连,后摆杆轴(103)垂直于y轴滑台(321)的运动方向水平地安装在y轴滑台(321)下方且可绕其自身轴线转动,当后摆杆(107)随后摆杆轴(103)一起转动时,其旋转平面与后摆杆轴(103)的轴线垂直,后摆杆(107)的旋转平面与前摆杆(105)的旋转平面相互平行且其法线方向均与x轴滑台(311)的运动方向平行。
2.一种适用于使用市场上已有大型臂式菠萝收获机对具有规范一致的植株间距的大型菠萝种植田的菠萝进行的自动化菠萝采摘方法,基于权利要求1所述的菠萝自动化采摘外挂装置实现,其特征在于,所述方法包括:大型臂式菠萝收获机的悬臂式传送带(01)与菠萝植株行或列基本平行地驶入菠萝田,从而使其悬臂式传送带(01)位于一行或一列已经成熟的菠萝植株的正上方;悬臂式传送带(01)下方安装有多个所述的菠萝自动化采摘外挂装置,调整其相互间距使其正好与悬臂下的菠萝植株间距基本一致,调整每一个菠萝自动化采摘外挂装置的所述二个工业相机(4)的拍摄方位使其能拍摄采摘对象菠萝的图像以便控制系统确定对象菠萝的三维坐标信息;
对于每一个菠萝自动化采摘外挂装置,在初始状态下,所述的剪叉式升降平台(2)处于完全收合状态,其底板(23)向上靠近顶板(22)并与之贴合,果体推杆(104)由减速电机(101)驱动旋转至与y轴滑台(321)的运动方向平行的位置;
随后,根据对象菠萝的三维坐标信息,由控制系统控制所述的升降电机(21)、横移电机(313)和纵移电机(323)共同调整所述果茎推杆(1091)和果叶推杆(108)相对于对象菠萝的位置;
然后,纵移电机(323)和减速电机(101)同时运转,使得果茎推杆(1091)按照直线+旋转的复合运动轨迹运动,这样,果茎推杆(1091)能够避开菠萝树叶而从果体上方的空隙处向下运动至菠萝果体下方的茎秆一侧,另一方面,果叶推杆(108)按多杆机构的运动规律运动至同一菠萝果体另一侧的菠萝果叶处,进而由果叶推杆(108)进一步向斜下方运动推挤菠萝果叶,由于果茎推杆(1091)对果茎在对侧形成阻挡,使得菠萝果体下方的茎秆从果茎与果体的交界处断裂,菠萝果体顺势倾倒并盛放在所述的矩形编织物(1092)上;
菠萝果体盛放到矩形编织物(1092)上后,升降电机(21)开始再次运转以使剪叉式升降平台(2)逐渐回到完全收合状态,并带动菠萝果体采摘机构(1)整体向上运动至最接近悬臂式传送带(01)的位置,与此同时,纵移电机(323)和减速电机(101)继续按原方向运转直到果体推杆(104)与竖直方向夹角达到至少30°,此时纵移电机(323)变为反向运转,同时减速电机(101)继续按原方向运转,从而使得盛放菠萝果体的果体托盘(109)脱离植株叶片范围并被送至略低于悬臂式传送带(01)的位置且果体基本水平为止;
接下来,纵移电机(323)继续运转以进一步调整果体托盘(109)的位置,减速电机(101)继续按原方向运转使得果体托盘(109)携带菠萝果体向上越过悬臂式传送带(01)的传送带上表面,随着果体托盘(109)倾斜角度加大,其上的菠萝果体从矩形编织物(1092)上顺势滑到悬臂式传送带(01)上或其改装延伸结构上,然后被传送带送回;
最后,减速电机(101)反向运转使得果体推杆(104)旋转至初始状态下的位置,一次采摘结束,本行或列的所有菠萝采摘均结束后,大型臂式菠萝收获机前进一个植株列宽或行距以准备下一次采摘。