韦民生 王奕帆 林坚 池佳颖 罗滔

摘要：本文介绍了一种实用型半自动金银花采摘机，其包括车体、采摘机构、筛分机构、动力装置和保护壳等部分，采摘机构与车体转动连接，另一端与采摘头组件活动连接，通过采摘机构实现吸入式柔性无伤采摘，输入到筛分机构把花和叶筛分，使金银花落入收集箱中，最后人工取出即可。采摘机上还设置有转动摄像机和侧方操作显示屏，实现了采集现场图像信息，将信息发送至设备的管理模块等待处理，现场操作监控使用的功能。该操作显示屏能作为现场控制界面使用，也能借助编程对所述转动摄像机采集的图像信息收集处理，设置采摘机实现循迹行进，实现了半自动化行进、采摘、筛分、收集的采摘功能，解决现有技术中的金银花人工采摘效率低下的技术问题，提高金银花采摘效率，节省了人力物力。

关键词：金银花采摘机;吸入式;柔性无伤采摘;筛分;半自动化

1、背景和意义

近年来，金银花需求量不断增大，种植面积也不断扩大，但仍采用传统的人力采摘方式，效率低下，影响了采摘最佳时期，造成资源浪费和经济损失。采用自动化技术机器作业是目前金银花采摘研究领域的重点方向。发明设计一款新型实用金银花采摘机，实现半自动化行进、采摘、筛分、收集的采摘功能，解决现有技术中的金银花人工采摘效率低下的技术问题，提高了金银花采摘效率，也节省了人力物力。

2、金银花采摘现状与发展

现阶段的金银花采摘，大部分地区仍采用人力采摘的方法，具体采摘过程为：对成熟金银花进行识别——摘花——将花放入盛装的器皿——取出金银花。人力采摘金银花优缺点并存，优点是人力采摘可以保证产品的质量，缺点则是人力采摘费时费力，不仅采摘效率相对低下，而且增加金银花的种植成本。需重视性能更加优越和齐全的机械设备，来提高金银花的采摘效率，节省人力物力。

下面着重介绍基于一种实用新型的金银花采摘机采摘金银花的方法。工作原理：采摘机主要由行进单元、采摘单元、筛分单元、收集单元，再配以照明系统、动力系统组成。采摘机循迹行进，以风机带动前头的吸取装置，摘取金银花，经传送管道送到机体内的筛分单元，进行直线圆筒筛，把花和叶筛分，叶子随传送带从后面排出，并配有风机辅助清理，金银花则落入收集装置，最后由人工取出即可。工作流程：在行列规则种植的金银花田里，采摘机以循迹的行进方式进行吸入式采摘，或者人为调整行径（杂乱种植的），将采摘的金银花在采摘机内筛分，最后是导入收集装置，完成采摘，行进到指定地点，由一个人工卸下收集好的金银花即可

3、金银花检测识别总体方案设计

3.1 OPENMV的选择

由于考虑到车辆行驶地形，天气干扰，颜色差别等情况，决定选用openmv进行识别金银花并进行图像采集处理，对成熟的金银花准确采摘。OpenMV是一款在STM32控制器上集成了摄像头支持Python的机器视觉模块，借助Python的图像识别算法库函数，可以进行颜色识别从而实现循迹、避障等功能，通过 I/O端口对机器系统进行控制，可以将采集到的信号通过串口 送给其他控制器。将OpenMV安装在采摘机上，相当于给采摘机安装了一双眼睛。

3.2金银花采摘机的总体设计

一种金银花采摘机，其特征在于，包括车体、采摘机构、筛分机构、动力装置和保护壳，所述采摘机构与所述车体转动连接，并位于所述车体上方，所述筛分机构与所述采摘机构固定连接，且位于所述采摘机构的后方，所述动力装置设置在所述车体上，所述动力装置位于所述采摘机构的侧方，所述保护壳与所述车体固定连接，所述保护壳覆盖所述筛分机构和所述动力装置;所述采摘机构包括机械臂、采摘头组件、输送管和风机，所述机械臂的一端与所述车体转动连接，所述机械臂的另一端与所述采摘头组件活动连接，所述输送管的两端分别与所述采摘头组件和所述风机固定连接，所述风机位于所述车体上。

3.3采摘机控制系统总体方案设计

以AT89C51单片机作为系统核心控制单元，并使用C语言编写程序。为了便于随时显示采摘机各项性能数据，需要设计显示电路。显示部分采用RT12864M汉字图形点阵液晶显示芯片，可显示汉字及图形。并配备了24C256存储器芯片和RS232串行接口芯片以备存储数据和与上位机的通信需要。

4、结束语

金银花的适应性很强，对土壤和气候的选择并不严格，以土层较厚的沙质壤土为最佳。考虑到现种植金银花以山坡、梯田、地堰、堤坝、瘠薄的丘陵为主，采摘机采用履带式行走，可实现360°原地转向，需要地方小，转向速度快，不易倾斜，能平稳行进，山地通过性能好，爬坡能力强，搭两块跳板就可以上运输车等，实现能克服这些地形、地理位置条件，也可在陡坡或者路面坑洼地段行驶，不存在交通问题。采摘机采用二次可充电续航電池，并配有照明系统，也可以夜间进行采摘工作，并且我们的采摘机可根据实际需求移动转换、采摘和筛分效果好，能打包收集，具有一定的运载能力等多功能。结构简单，操作简单，毛病少，好维修，切换时无需使用过多工具，切换便捷，成本实惠。况且如今世界对金银花的需求量以及其种植量都是很可观的，若这款设备向各个地方推广，不仅能大大提高采摘效率，保证上乘金银花质量，更节省了农民的人力物力财力。

参考文献：

[1]张涛，张晓芳，于国英. 可调速金银花采摘机的设计与创新研究[J]. 河北机电职业技术学院，河北 邢台054100

[2] 王泽川，曾维鹏，基于OpenMV图像识别智能小车的设计与制作[J]，DOI：10.19353/j.cnki.dzsj.2019.24.075

基金项目：广西大学生创业训练金银花采摘机202010595348项目成果

（桂林电子科技大学机电工程学院 广西 桂林 541004）