智能辨識枸杞采摘裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)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(shù)】
[0002]枸杞既是傳統(tǒng)名貴中藥材，又是一種營養(yǎng)滋補品。據(jù)官方統(tǒng)計，僅2012年的甘肅地區(qū)，枸杞產(chǎn)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(xiàn)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(fù)雜性和農(nóng)田環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化等特點，目前生產(chǎn)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(fā)明專利申請201010272425公布了一種“手持式枸杞采摘機”，這種設(shè)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(shè)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(zhì)量和產(chǎn)量非常不利。發(fā)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(shè)置于車架上的底板，設(shè)置于所述底板中央、并相嵌套的至少兩個套設(shè)在油缸套內(nèi)的伸縮油缸，用于操縱所述伸縮油缸的升降操縱臺，設(shè)置于所述底板兩側(cè)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(diào)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(xiàn)有技術(shù)中，還未出現(xiàn)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(xiàn)有的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)的可視范圍非常有限，這樣使得采摘機的橫向可采摘區(qū)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(tǒng)移動至其他區(qū)域，對于提高采摘效率非常不利。而且，即使同一區(qū)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(tǒng)的視角有限，極易發(fā)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(xiàn)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(fā)生被葉片阻塞的情形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種具備分布式機器視覺系統(tǒng)的枸杞采摘裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:智能辨識枸杞采摘裝置，包括機架以及設(shè)置在機架上的電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機器視覺系統(tǒng)、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(tǒng)通過驅(qū)動系統(tǒng)與機器視覺系統(tǒng)、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(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)均設(shè)置在控制柜中。所述電源系統(tǒng)磷酸鐵鋰電池、逆變器、穩(wěn)壓模塊；所述控制系統(tǒng)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(wěn)壓模塊，穩(wěn)壓模塊連接觸摸屏、信息融合模塊和驅(qū)動系統(tǒng)；逆變器連接信息融合模塊。
[0007]所述機器視覺系統(tǒng)為包括高位視覺系統(tǒng)、低位視覺系統(tǒng)和視覺升降系統(tǒng)；所述高位視覺系統(tǒng)通過視覺升降系統(tǒng)與機架相連。所述的視覺升降系統(tǒng)的運動可以帶動高位視覺系統(tǒng)的運動，從而采集高處的圖像。所述枸杞采摘裝置還包括設(shè)置在機架上的滑臺升降系統(tǒng)，所述低位視覺系統(tǒng)、視覺升降系統(tǒng)、枸杞采摘機械手以及枝條定位機械手均通過電動轉(zhuǎn)盤設(shè)置在滑臺升降系統(tǒng)上，進而與機架相連。所述機器視覺系統(tǒng)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(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)處理結(jié)果枝條定位機械手和采摘機械手的位置。
[0008]滑臺升降系統(tǒng)的運動可以帶動整個電動轉(zhuǎn)盤、高位視覺系統(tǒng)、低位視覺系統(tǒng)、視覺升降系統(tǒng)、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(tǒng)通過驅(qū)動系統(tǒng)與滑臺升降系統(tǒng)、視覺升降系統(tǒng)、電動轉(zhuǎn)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(tǒng)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(nèi)部兩側(cè)嵌有從動齒條，所述滑臺主體上設(shè)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(shè)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(yīng)變，既保證了滑臺升降系統(tǒng)不會因載重較大產(chǎn)生晃動，又提供了穩(wěn)定的升降動力。其中，所述滑臺主體的內(nèi)部兩側(cè)嵌有兩條從動齒條；所述主動齒輪的數(shù)量為3個；所述升降臺為方形臺面。
[0009]其中，所述電動轉(zhuǎn)盤包括旋臺、盤體、軸承、聯(lián)軸器和伺服電機；所述盤體和伺服電機設(shè)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(lián)軸器與盤體連接。電動轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)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(tǒng)、視覺升降系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)。
[0010]其中，所述視覺升降系統(tǒng)包括升降導(dǎo)軌、滑臺I1、滑塊I1、L型角碼、絲杠、聯(lián)軸器和步進電機；所述滑臺II通過其內(nèi)部的螺母與絲杠螺紋連接并沿升降導(dǎo)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(lián)軸器與絲杠相連。所述高位視覺系統(tǒng)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(tǒng)的滑塊II連接。所述滑臺本體I內(nèi)部兩側(cè)設(shè)置有雙軸光杠I，滑輪軸承I通過內(nèi)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(tǒng)的運動可以帶動高位視覺系統(tǒng)的運動，從而采集高處的圖像。本發(fā)明通過設(shè)置高位視覺系統(tǒng)和低位視覺系統(tǒng)分別采集高處和低處的圖像，進而進行后續(xù)分析處理；不但極大地擴大了視覺系統(tǒng)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(zhì)量，保證了枸杞的產(chǎn)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(shè)置在旋臺的兩側(cè)。所述視覺升降系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)與視覺升降系統(tǒng)設(shè)置在旋臺的同一軸線上。所述低位視覺系統(tǒng)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(nèi)部兩側(cè)設(shè)置有雙軸光杠II，滑輪軸承II通過內(nèi)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(yōu)選的是，所述滑臺滑塊I的一側(cè)設(shè)有緊定螺釘I，所述滑臺滑塊II的一側(cè)設(shè)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(yōu)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(shè)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(shè)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(tǒng)和低位視覺系統(tǒng)在同一軸線上，而且高位視覺系統(tǒng)和低位視覺系統(tǒng)、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(zhuǎn)盤電機的精度無關(guān)，確保采摘的準確度。
[0014]所述枸杞采摘頭為可調(diào)對輥間隙環(huán)繞式枸杞采摘頭，包括采摘頭殼體以及設(shè)置在采摘頭殼體內(nèi)部的主輥輪、傳動系統(tǒng)和副輥輪。所述主輥輪包括正轉(zhuǎn)主輥輪和反轉(zhuǎn)主輥輪，所述正轉(zhuǎn)主輥輪和反轉(zhuǎn)主輥輪相向轉(zhuǎn)動。采摘頭還包括傳動系統(tǒng)和副輥輪，所述副輥輪包括正轉(zhuǎn)副輥輪和反轉(zhuǎn)副輥輪，所述正轉(zhuǎn)副輥輪和反轉(zhuǎn)副輥輪相向轉(zhuǎn)動。所述正轉(zhuǎn)副輥輪設(shè)置在正轉(zhuǎn)主輥輪的上方，所述反轉(zhuǎn)副輥輪設(shè)置在反轉(zhuǎn)主輥輪的上方。所述主輥輪和副輥輪均由橡膠輥輪以及設(shè)置在橡膠輥輪上的橡膠撥齒組成。所述驅(qū)動系統(tǒng)通過傳動系統(tǒng)帶動主輥輪和副輥輪的轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)枸杞的采摘。
[0015]其中，所述傳動系統(tǒng)包括梅花彈性聯(lián)軸器、第一傳動軸、給正轉(zhuǎn)副輥輪和正轉(zhuǎn)主輥輪提供動力的正向傳動裝置、給反轉(zhuǎn)副輥輪和反轉(zhuǎn)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(xiàn)對枸杞枝條的果實內(nèi)斂工作，對枸杞枝條的包裹性能出色，實現(xiàn)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(tǒng)的連接方式為:所述梅花彈性聯(lián)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(shè)置在第一傳動軸上。所述正旋蝸桿的正上方設(shè)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(huán)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(zhuǎn)主輥輪安裝在第二傳動軸I上，所述正轉(zhuǎn)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(shè)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(huán)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(zhuǎn)主輥輪安裝在第二傳動軸II上，所述正轉(zhuǎn)副輥輪安裝在第三傳動軸II上。
[0018]所述傳動系統(tǒng)設(shè)置在位于采摘頭殼體前端的傳動箱內(nèi)，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(shè)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，