智能辨識枸杞采摘裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業機械領域，具體涉及顆粒狀果實或作物的采摘裝置，尤其是涉及一種用于枸杞的智能采摘裝置以及使用該采摘裝置的智能采摘方法。
【背景技術】
[0002]枸杞既是傳統名貴中藥材，又是一種營養滋補品。據官方統計，僅2012年的甘肅地區，枸杞產量高達3.5萬噸。由于枸杞果實成熟時水分含量很高和果皮嬌嫩等特點，收集時很容易損傷；如果出現損傷，不僅會影響其外觀色澤，還會降低藥用價值。因此，需要采用柔性收集的方式，將枸杞果連同果把一起摘下。由于枸杞生長的復雜性和農田環境的非結構化等特點，目前生產中采用的簡單的手持式枸杞采摘器、采摘頭和震動式采摘機。
[0003]發明專利申請201010272425公布了一種“手持式枸杞采摘機”，這種設備仍然需要采摘人員的參與，對于提高枸杞采摘的自動化非常有限。同時，該設備是對一串枸杞枝條進行采摘，極易容易將未成熟的枸杞一起采摘，對于提高枸杞的質量和產量非常不利。發明專利201320182557.2公開了一種“升降式果實采摘機”，該采摘機中的升降裝置包括設置于車架上的底板，設置于所述底板中央、并相嵌套的至少兩個套設在油缸套內的伸縮油缸，用于操縱所述伸縮油缸的升降操縱臺，設置于所述底板兩側的升降支架。該采摘機存在的問題是:(1)該升降裝置柔性較差，只能升降，需要依靠調整整個機具的方向來改變方向；
(2)采用液壓進行升降，整體升降裝置過于龐大，使用不靈活，成本高。
[0004]綜上所述，現有技術中，還未出現成熟的基于機器視覺的枸杞采摘裝置；即使當前處于實驗階段并未申請專利的機器視覺采摘裝置，依照現有的調研發現，利用機器視覺和采摘機械手對枸杞果實采摘，需要將整套機器運動至枸杞枝條正前方；由于機器視覺系統的可視范圍非常有限，這樣使得采摘機的橫向可采摘區域非常受限，采摘機械手將正前方的枸杞采摘完畢后，需要工作人員將系統移動至其他區域，對于提高采摘效率非常不利。而且，即使同一區域的不同高度上的枸杞采摘，也需要頻繁的移動機器，這樣不僅不利于提高采摘效率；而且，較平均枸杞樹高度差別大的樹木，由于機器視覺系統的視角有限，極易發生最低處和最高處圖像采集不到而漏采的情況。此外，若參照其他作物或果實的現有采摘方法，可以使用吸氣的方式采集作物或果實，但是由于工作氣流大，采集裝置極易發生被葉片阻塞的情形。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種具備分布式機器視覺系統的枸杞采摘裝置。
[0006]本發明的技術方案是:智能辨識枸杞采摘裝置，包括機架以及設置在機架上的電源系統、控制系統、驅動系統、機器視覺系統、枸杞采摘機械手、枝條定位機械手、枸杞采摘頭以及果實收集裝置；所述控制系統通過驅動系統與機器視覺系統、枸杞采摘機械手、枝條定位機械手、枸杞采摘頭以及果實收集裝置分別相連。所述電源系統、控制系統、驅動系統均設置在控制柜中。所述電源系統磷酸鐵鋰電池、逆變器、穩壓模塊；所述控制系統為工控機；所述控制柜中還包括觸摸屏和信息融合模塊。其中，磷酸鐵鋰電池連接逆變器和穩壓模塊，穩壓模塊連接觸摸屏、信息融合模塊和驅動系統；逆變器連接信息融合模塊。
[0007]所述機器視覺系統為包括高位視覺系統、低位視覺系統和視覺升降系統；所述高位視覺系統通過視覺升降系統與機架相連。所述的視覺升降系統的運動可以帶動高位視覺系統的運動，從而采集高處的圖像。所述枸杞采摘裝置還包括設置在機架上的滑臺升降系統，所述低位視覺系統、視覺升降系統、枸杞采摘機械手以及枝條定位機械手均通過電動轉盤設置在滑臺升降系統上，進而與機架相連。所述機器視覺系統還包括激光傳感器組成的激光傳感矩陣；所述激光傳感矩陣用于測量其所在的位置距離枸杞果實的Z向距離，并信號傳遞給控制系統；控制系統根據處理結果枝條定位機械手和采摘機械手的位置。
[0008]滑臺升降系統的運動可以帶動整個電動轉盤、高位視覺系統、低位視覺系統、視覺升降系統、枸杞采摘機械手以及枝條定位機械手的運動。所述控制系統通過驅動系統與滑臺升降系統、視覺升降系統、電動轉盤、枸杞采摘機機械手、枝條定位機械手分別相連。所述滑臺升降系統包括滑臺I和升降臺，所述升降臺通過滑臺I與機架連接；所述滑臺I包括滑臺主體、滑塊1、步進電機、主動齒輪和從動齒條；所述滑臺主體固定在機架上，所述滑臺主體的內部兩側嵌有從動齒條，所述滑臺主體上設有滑塊I，并通過滑塊I與升降臺連接。所述滑塊I上固定設置步進電機和主動齒輪，所述主動齒輪固定在步進電機的軸上，所述主動齒輪與從動齒條相錯嚙合；增加了滑臺的橫向力應變，既保證了滑臺升降系統不會因載重較大產生晃動，又提供了穩定的升降動力。其中，所述滑臺主體的內部兩側嵌有兩條從動齒條；所述主動齒輪的數量為3個；所述升降臺為方形臺面。
[0009]其中，所述電動轉盤包括旋臺、盤體、軸承、聯軸器和伺服電機；所述盤體和伺服電機設置在方形臺面上，所述旋臺通過軸承和盤體連接，所述伺服電機通過聯軸器與盤體連接。電動轉盤的旋轉可以帶動枸杞采摘機械手、枝條定位機械手、高、低位視覺系統、視覺升降系統的旋轉。
[0010]其中，所述視覺升降系統包括升降導軌、滑臺I1、滑塊I1、L型角碼、絲杠、聯軸器和步進電機；所述滑臺II通過其內部的螺母與絲杠螺紋連接并沿升降導軌運動，所述L型角碼通過滑塊II與滑臺II固定連接；所述步進電機通過聯軸器與絲杠相連。所述高位視覺系統包括相機I和滑輪雙軸光杠滑臺I ;所述滑輪雙軸光杠滑臺I包括滑臺本體1、雙軸光杠1、滑輪軸承I和滑臺滑塊I ;所述相機I的底座通過滑臺滑塊I和滑輪雙軸光杠滑臺I連接，所述滑臺本體I通過L型角碼I與視覺升降系統的滑塊II連接。所述滑臺本體I內部兩側設置有雙軸光杠I，滑輪軸承I通過內部軸承固定在滑臺滑塊I上，滑臺滑塊I安裝在滑臺本體I上。所述的視覺升降系統的運動可以帶動高位視覺系統的運動，從而采集高處的圖像。本發明通過設置高位視覺系統和低位視覺系統分別采集高處和低處的圖像，進而進行后續分析處理；不但極大地擴大了視覺系統的視野范圍，大大減輕了杞采摘機在狹窄田間中的機器視覺和機械手采摘工作范圍受限的問題；而且避免了采摘手對不成熟的枸杞果實進行采摘，從而提高了枸杞采摘的質量，保證了枸杞的產量。
[0011]其中，所述枸杞采摘裝置還包括“一字型”定位桿，所述定位桿包括前置定位桿和后置定位桿；所述前置定位桿和后置定位桿對稱設置在旋臺的兩側。所述視覺升降系統固定在后置定位桿的末端，所述后置定位桿的首端固定在旋臺的邊緣；所述低位視覺系統固定在前置定位桿的末端，所述前置定位桿的首端固定在旋臺邊緣。所述低位視覺系統與視覺升降系統設置在旋臺的同一軸線上。所述低位視覺系統包含相機II和滑輪雙軸光杠滑臺II ;所述滑輪雙軸光杠滑臺II包括滑臺本體I1、雙軸光杠I1、滑輪軸承I1、滑臺滑塊II和L型角碼II組成；所述相機II的底座直接和滑臺本體II連接，所述滑臺本體II通過L型角碼II連接在前置定位桿上；所述滑臺本體II內部兩側設置有雙軸光杠II，滑輪軸承II通過內部軸承固定在滑臺滑塊II上，滑臺滑塊II安裝在滑臺本體II上。
[0012]優選的是，所述滑臺滑塊I的一側設有緊定螺釘I，所述滑臺滑塊II的一側設有緊定螺釘II;所述緊定螺釘I用于固定和限制滑臺滑塊I的移動；所述緊定螺釘II用于固定和限制滑臺滑塊II的移動。
[0013]優選的是，所述枸杞采摘機械手和枝條定位機械手各包含一套六自由度機械手。所述旋臺上設有“一字型”固定板，所述“一字型”固定板與“一字型”定位桿垂直。所述枸杞采摘機機械手和枝條定位機械手設置“一字型”固定板的兩端。由于枸杞采摘機械手和枝條定位機械手的中心點、高位視覺系統和低位視覺系統在同一軸線上，而且高位視覺系統和低位視覺系統、枸杞采摘機械手和枝條定位機械手始終同步；從而使得四者在圖像處理中的坐標位置是相對固定的，因此枸杞采摘的精度與電動轉盤電機的精度無關，確保采摘的準確度。
[0014]所述枸杞采摘頭為可調對輥間隙環繞式枸杞采摘頭，包括采摘頭殼體以及設置在采摘頭殼體內部的主輥輪、傳動系統和副輥輪。所述主輥輪包括正轉主輥輪和反轉主輥輪，所述正轉主輥輪和反轉主輥輪相向轉動。采摘頭還包括傳動系統和副輥輪，所述副輥輪包括正轉副輥輪和反轉副輥輪，所述正轉副輥輪和反轉副輥輪相向轉動。所述正轉副輥輪設置在正轉主輥輪的上方，所述反轉副輥輪設置在反轉主輥輪的上方。所述主輥輪和副輥輪均由橡膠輥輪以及設置在橡膠輥輪上的橡膠撥齒組成。所述驅動系統通過傳動系統帶動主輥輪和副輥輪的轉動以實現枸杞的采摘。
[0015]其中，所述傳動系統包括梅花彈性聯軸器、第一傳動軸、給正轉副輥輪和正轉主輥輪提供動力的正向傳動裝置、給反轉副輥輪和反轉主輥輪提供動力的反向傳動裝置。所述正向傳動裝置包括正旋蝸桿、第二傳動軸1、正旋渦輪、第一級傳動皮帶輪1、傳動過渡軸1、第二級傳動皮帶輪I和第三傳動軸I。所述反向傳動裝置包括反旋蝸桿、第二傳動軸I1、反旋渦輪、第一級傳動皮帶輪I1、傳動過渡軸I1、第二級傳動皮帶輪II和第三傳動軸II。通過采用了正旋渦輪蝸桿、反旋渦輪蝸桿、主輥輪和副輥輪實現對枸杞枝條的果實內斂工作，對枸杞枝條的包裹性能出色，實現了對枸杞枝條的全方位采摘，提高了枸杞采摘的凈果率。
[0016]所述傳動系統的連接方式為:所述梅花彈性聯軸器的一端與外接電機輸出軸相連接，另一端與第一傳動軸相連接；所述正旋蝸桿和反旋蝸桿固定設置在第一傳動軸上。所述正旋蝸桿的正上方設置與其嚙合的正旋渦輪，所述正旋渦輪通過鍵I安裝在第二傳動軸I上，并通過卡環固定其在軸上位置。所述第一級傳動皮帶輪I的主動皮帶輪la安裝在第二傳動軸I上，并通過緊定螺釘la固定軸向和周向位置；從動皮帶輪la安裝在傳動過渡軸I上，并通過緊定螺釘固定軸向和周向位置。第二級傳動皮帶輪I的主動皮帶輪lb安裝在傳動過渡軸I上，與第一級傳動皮帶輪I的從動皮帶輪la連接在一起，從動皮帶輪lb安裝第三傳動軸I上，通過緊定螺釘lb固定其軸向和周向位置。所述正轉主輥輪安裝在第二傳動軸I上，所述正轉副輥輪安裝在第三傳動軸I上。
[0017]所述反旋蝸桿的正上方設置與其嚙合的反旋渦輪，所述反旋渦輪通過鍵II安裝在第二傳動軸II上，并通過卡環固定其在軸上位置。所述第一級傳動皮帶輪II的主動皮帶輪Ila安裝在第二傳動軸II上，并通過緊定螺釘Ila固定軸向和周向位置；從動皮帶輪Ila安裝在傳動過渡軸II上，通過緊定螺釘固定軸向和周向位置。第二傳動皮帶輪II的主動皮帶輪lib安裝在傳動過渡軸II上，與第一級傳動皮帶輪II的從動皮帶輪Ila連接在一起；從動皮帶輪lib安裝在第三傳動軸II，通過緊定螺釘lib固定其軸向和周向位置。所述反轉主輥輪安裝在第二傳動軸II上，所述正轉副輥輪安裝在第三傳動軸II上。
[0018]所述傳動系統設置在位于采摘頭殼體前端的傳動箱內，所述傳動箱包括傳動箱殼體、傳動過渡軸軸承。所述的第一傳動軸安裝在傳動箱殼體上的軸承上。
[0019]其中，采摘頭還包括開合口，所述開合口包括開合口主體、副輥輪軸承、舵機和凸銷，所述舵機設置在采摘頭殼體的后端；所述開合口主體的一端通過凸銷安裝在采摘頭殼體的階梯孔上，進而與舵機的舵盤相連；所述開合口主體的另一端與副輥輪軸承相連。所述副輥輪軸承為第三傳動軸I和第三傳動軸II的軸承。
[0020]其中，