智能辨识枸杞采摘装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业机械领域，具体涉及颗粒状果实或作物的采摘装置，尤其是涉及一种用于枸杞的智能采摘装置以及使用该采摘装置的智能采摘方法。
【背景技术】
[0002]枸杞既是传统名贵中药材，又是一种营养滋补品。据官方统计，仅2012年的甘肃地区，枸杞产量高达3.5万吨。由于枸杞果实成熟时水分含量很高和果皮娇嫩等特点，收集时很容易损伤；如果出现损伤，不仅会影响其外观色泽，还会降低药用价值。因此，需要采用柔性收集的方式，将枸杞果连同果把一起摘下。由于枸杞生长的复杂性和农田环境的非结构化等特点，目前生产中采用的简单的手持式枸杞采摘器、采摘头和震动式采摘机。
[0003]发明专利申请201010272425公布了一种“手持式枸杞采摘机”，这种设备仍然需要采摘人员的参与，对于提高枸杞采摘的自动化非常有限。同时，该设备是对一串枸杞枝条进行采摘，极易容易将未成熟的枸杞一起采摘，对于提高枸杞的质量和产量非常不利。发明专利201320182557.2公开了一种“升降式果实采摘机”，该采摘机中的升降装置包括设置于车架上的底板，设置于所述底板中央、并相嵌套的至少两个套设在油缸套内的伸缩油缸，用于操纵所述伸缩油缸的升降操纵台，设置于所述底板两侧的升降支架。该采摘机存在的问题是:(1)该升降装置柔性较差，只能升降，需要依靠调整整个机具的方向来改变方向；
(2)采用液压进行升降，整体升降装置过于庞大，使用不灵活，成本高。
[0004]综上所述，现有技术中，还未出现成熟的基于机器视觉的枸杞采摘装置；即使当前处于实验阶段并未申请专利的机器视觉采摘装置，依照现有的调研发现，利用机器视觉和采摘机械手对枸杞果实采摘，需要将整套机器运动至枸杞枝条正前方；由于机器视觉系统的可视范围非常有限，这样使得采摘机的横向可采摘区域非常受限，采摘机械手将正前方的枸杞采摘完毕后，需要工作人员将系统移动至其他区域，对于提高采摘效率非常不利。而且，即使同一区域的不同高度上的枸杞采摘，也需要频繁的移动机器，这样不仅不利于提高采摘效率；而且，较平均枸杞树高度差别大的树木，由于机器视觉系统的视角有限，极易发生最低处和最高处图像采集不到而漏采的情况。此外，若参照其他作物或果实的现有采摘方法，可以使用吸气的方式采集作物或果实，但是由于工作气流大，采集装置极易发生被叶片阻塞的情形。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种具备分布式机器视觉系统的枸杞采摘装置。
[0006]本发明的技术方案是:智能辨识枸杞采摘装置，包括机架以及设置在机架上的电源系统、控制系统、驱动系统、机器视觉系统、枸杞采摘机械手、枝条定位机械手、枸杞采摘头以及果实收集装置；所述控制系统通过驱动系统与机器视觉系统、枸杞采摘机械手、枝条定位机械手、枸杞采摘头以及果实收集装置分别相连。所述电源系统、控制系统、驱动系统均设置在控制柜中。所述电源系统磷酸铁锂电池、逆变器、稳压模块；所述控制系统为工控机；所述控制柜中还包括触摸屏和信息融合模块。其中，磷酸铁锂电池连接逆变器和稳压模块，稳压模块连接触摸屏、信息融合模块和驱动系统；逆变器连接信息融合模块。
[0007]所述机器视觉系统为包括高位视觉系统、低位视觉系统和视觉升降系统；所述高位视觉系统通过视觉升降系统与机架相连。所述的视觉升降系统的运动可以带动高位视觉系统的运动，从而采集高处的图像。所述枸杞采摘装置还包括设置在机架上的滑台升降系统，所述低位视觉系统、视觉升降系统、枸杞采摘机械手以及枝条定位机械手均通过电动转盘设置在滑台升降系统上，进而与机架相连。所述机器视觉系统还包括激光传感器组成的激光传感矩阵；所述激光传感矩阵用于测量其所在的位置距离枸杞果实的Z向距离，并信号传递给控制系统；控制系统根据处理结果枝条定位机械手和采摘机械手的位置。
[0008]滑台升降系统的运动可以带动整个电动转盘、高位视觉系统、低位视觉系统、视觉升降系统、枸杞采摘机械手以及枝条定位机械手的运动。所述控制系统通过驱动系统与滑台升降系统、视觉升降系统、电动转盘、枸杞采摘机机械手、枝条定位机械手分别相连。所述滑台升降系统包括滑台I和升降台，所述升降台通过滑台I与机架连接；所述滑台I包括滑台主体、滑块1、步进电机、主动齿轮和从动齿条；所述滑台主体固定在机架上，所述滑台主体的内部两侧嵌有从动齿条，所述滑台主体上设有滑块I，并通过滑块I与升降台连接。所述滑块I上固定设置步进电机和主动齿轮，所述主动齿轮固定在步进电机的轴上，所述主动齿轮与从动齿条相错啮合；增加了滑台的横向力应变，既保证了滑台升降系统不会因载重较大产生晃动，又提供了稳定的升降动力。其中，所述滑台主体的内部两侧嵌有两条从动齿条；所述主动齿轮的数量为3个；所述升降台为方形台面。
[0009]其中，所述电动转盘包括旋台、盘体、轴承、联轴器和伺服电机；所述盘体和伺服电机设置在方形台面上，所述旋台通过轴承和盘体连接，所述伺服电机通过联轴器与盘体连接。电动转盘的旋转可以带动枸杞采摘机械手、枝条定位机械手、高、低位视觉系统、视觉升降系统的旋转。
[0010]其中，所述视觉升降系统包括升降导轨、滑台I1、滑块I1、L型角码、丝杠、联轴器和步进电机；所述滑台II通过其内部的螺母与丝杠螺纹连接并沿升降导轨运动，所述L型角码通过滑块II与滑台II固定连接；所述步进电机通过联轴器与丝杠相连。所述高位视觉系统包括相机I和滑轮双轴光杠滑台I ;所述滑轮双轴光杠滑台I包括滑台本体1、双轴光杠1、滑轮轴承I和滑台滑块I ;所述相机I的底座通过滑台滑块I和滑轮双轴光杠滑台I连接，所述滑台本体I通过L型角码I与视觉升降系统的滑块II连接。所述滑台本体I内部两侧设置有双轴光杠I，滑轮轴承I通过内部轴承固定在滑台滑块I上，滑台滑块I安装在滑台本体I上。所述的视觉升降系统的运动可以带动高位视觉系统的运动，从而采集高处的图像。本发明通过设置高位视觉系统和低位视觉系统分别采集高处和低处的图像，进而进行后续分析处理；不但极大地扩大了视觉系统的视野范围，大大减轻了杞采摘机在狭窄田间中的机器视觉和机械手采摘工作范围受限的问题；而且避免了采摘手对不成熟的枸杞果实进行采摘，从而提高了枸杞采摘的质量，保证了枸杞的产量。
[0011]其中，所述枸杞采摘装置还包括“一字型”定位杆，所述定位杆包括前置定位杆和后置定位杆；所述前置定位杆和后置定位杆对称设置在旋台的两侧。所述视觉升降系统固定在后置定位杆的末端，所述后置定位杆的首端固定在旋台的边缘；所述低位视觉系统固定在前置定位杆的末端，所述前置定位杆的首端固定在旋台边缘。所述低位视觉系统与视觉升降系统设置在旋台的同一轴线上。所述低位视觉系统包含相机II和滑轮双轴光杠滑台II ;所述滑轮双轴光杠滑台II包括滑台本体I1、双轴光杠I1、滑轮轴承I1、滑台滑块II和L型角码II组成；所述相机II的底座直接和滑台本体II连接，所述滑台本体II通过L型角码II连接在前置定位杆上；所述滑台本体II内部两侧设置有双轴光杠II，滑轮轴承II通过内部轴承固定在滑台滑块II上，滑台滑块II安装在滑台本体II上。
[0012]优选的是，所述滑台滑块I的一侧设有紧定螺钉I，所述滑台滑块II的一侧设有紧定螺钉II;所述紧定螺钉I用于固定和限制滑台滑块I的移动；所述紧定螺钉II用于固定和限制滑台滑块II的移动。
[0013]优选的是，所述枸杞采摘机械手和枝条定位机械手各包含一套六自由度机械手。所述旋台上设有“一字型”固定板，所述“一字型”固定板与“一字型”定位杆垂直。所述枸杞采摘机机械手和枝条定位机械手设置“一字型”固定板的两端。由于枸杞采摘机械手和枝条定位机械手的中心点、高位视觉系统和低位视觉系统在同一轴线上，而且高位视觉系统和低位视觉系统、枸杞采摘机械手和枝条定位机械手始终同步；从而使得四者在图像处理中的坐标位置是相对固定的，因此枸杞采摘的精度与电动转盘电机的精度无关，确保采摘的准确度。
[0014]所述枸杞采摘头为可调对辊间隙环绕式枸杞采摘头，包括采摘头壳体以及设置在采摘头壳体内部的主辊轮、传动系统和副辊轮。所述主辊轮包括正转主辊轮和反转主辊轮，所述正转主辊轮和反转主辊轮相向转动。采摘头还包括传动系统和副辊轮，所述副辊轮包括正转副辊轮和反转副辊轮，所述正转副辊轮和反转副辊轮相向转动。所述正转副辊轮设置在正转主辊轮的上方，所述反转副辊轮设置在反转主辊轮的上方。所述主辊轮和副辊轮均由橡胶辊轮以及设置在橡胶辊轮上的橡胶拨齿组成。所述驱动系统通过传动系统带动主辊轮和副辊轮的转动以实现枸杞的采摘。
[0015]其中，所述传动系统包括梅花弹性联轴器、第一传动轴、给正转副辊轮和正转主辊轮提供动力的正向传动装置、给反转副辊轮和反转主辊轮提供动力的反向传动装置。所述正向传动装置包括正旋蜗杆、第二传动轴1、正旋涡轮、第一级传动皮带轮1、传动过渡轴1、第二级传动皮带轮I和第三传动轴I。所述反向传动装置包括反旋蜗杆、第二传动轴I1、反旋涡轮、第一级传动皮带轮I1、传动过渡轴I1、第二级传动皮带轮II和第三传动轴II。通过采用了正旋涡轮蜗杆、反旋涡轮蜗杆、主辊轮和副辊轮实现对枸杞枝条的果实内敛工作，对枸杞枝条的包裹性能出色，实现了对枸杞枝条的全方位采摘，提高了枸杞采摘的净果率。
[0016]所述传动系统的连接方式为:所述梅花弹性联轴器的一端与外接电机输出轴相连接，另一端与第一传动轴相连接；所述正旋蜗杆和反旋蜗杆固定设置在第一传动轴上。所述正旋蜗杆的正上方设置与其啮合的正旋涡轮，所述正旋涡轮通过键I安装在第二传动轴I上，并通过卡环固定其在轴上位置。所述第一级传动皮带轮I的主动皮带轮la安装在第二传动轴I上，并通过紧定螺钉la固定轴向和周向位置；从动皮带轮la安装在传动过渡轴I上，并通过紧定螺钉固定轴向和周向位置。第二级传动皮带轮I的主动皮带轮lb安装在传动过渡轴I上，与第一级传动皮带轮I的从动皮带轮la连接在一起，从动皮带轮lb安装第三传动轴I上，通过紧定螺钉lb固定其轴向和周向位置。所述正转主辊轮安装在第二传动轴I上，所述正转副辊轮安装在第三传动轴I上。
[0017]所述反旋蜗杆的正上方设置与其啮合的反旋涡轮，所述反旋涡轮通过键II安装在第二传动轴II上，并通过卡环固定其在轴上位置。所述第一级传动皮带轮II的主动皮带轮Ila安装在第二传动轴II上，并通过紧定螺钉Ila固定轴向和周向位置；从动皮带轮Ila安装在传动过渡轴II上，通过紧定螺钉固定轴向和周向位置。第二传动皮带轮II的主动皮带轮lib安装在传动过渡轴II上，与第一级传动皮带轮II的从动皮带轮Ila连接在一起；从动皮带轮lib安装在第三传动轴II，通过紧定螺钉lib固定其轴向和周向位置。所述反转主辊轮安装在第二传动轴II上，所述正转副辊轮安装在第三传动轴II上。
[0018]所述传动系统设置在位于采摘头壳体前端的传动箱内，所述传动箱包括传动箱壳体、传动过渡轴轴承。所述的第一传动轴安装在传动箱壳体上的轴承上。
[0019]其中，采摘头还包括开合口，所述开合口包括开合口主体、副辊轮轴承、舵机和凸销，所述舵机设置在采摘头壳体的后端；所述开合口主体的一端通过凸销安装在采摘头壳体的阶梯孔上，进而与舵机的舵盘相连；所述开合口主体的另一端与副辊轮轴承相连。所述副辊轮轴承为第三传动轴I和第三传动轴II的轴承。
[0020]其中，