CN103348819A - 一种油茶果采摘方法及其油茶果采摘机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油茶果采摘机器人，包括底盘，驱动底盘移动的底盘行驶***和控制***，底盘上装有采摘臂和视觉识别***，采摘臂末端装有振动采摘头，所述底盘上装有为底盘行驶***提供动力的三相异步电动机，控制采摘臂和视觉识别***的电气控制柜，以及为油茶果采摘机提供电力的发电机；所述控制***包括控制电脑，控制电脑通过所述视觉识别***所采集到的油茶果树的位置、大小等信息控制所述采摘臂进行采摘作业，自动完成油茶果的采摘过程；本发明采用控制电脑智能控制视觉识别***和采摘臂组自动完成油茶果采摘作业，集成度高，自动化程度高，采摘环境适应性好，机构间协调性良好，能保证采摘动作的连续性，采摘效率高，维护方便，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种林业经济作物的采摘机械，具体涉及一种油茶果采摘方法及其能够自动完成油茶果采摘的油茶果采摘机器人，属于林业收获机械技术领域。
背景技术
油茶是我国特有的木本油料作物，也是与油棕、橄榄、椰子齐名的世界四大木本食用油料之一。油茶油被称为“东方橄榄油”。我国有丰富的油茶资源。从油茶籽中提出的油脂称为油茶籽油，油茶籽油营养丰富，富含油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸。此外，油茶油中的茶多酚和山茶甙对降低胆固醇和抗癌有明显的功效，抗氧化，耐贮存。油茶籽油还含有丰富的维生素A、E、D、K、β-胡萝卜素、茶多酚、山茶甙、角鲨烯等生理活性物质。
经过检索发现，申请号为2012101407393，名称为《一种自走式油茶果采摘机》的发明专利公开了一种油茶果采摘机，包括机架，驱动该机架运动的底盘行驶***，所述机架上装有采摘臂和底盘支腿，采摘臂末端装有振动采摘头。所述采摘臂为空间开链连杆机构，具有六个自由度，其结构包括通过采摘臂座装在所述机架上的旋转臂，旋转臂的上端铰接有主臂，主臂内套有从动滑块，从动滑块的伸出端铰接有水平摆动座，水平摆动座的另一端铰接有振动摆动座，振动摆动座的另一端交接用于安置采摘头的振动头挂架，振动采摘头悬吊在挂架下面。
油茶种植面积的迅速扩大，促使油茶果采摘向机械化、自动化方向发展。长期以来，油茶果采摘机械化、智能化程度不高，基本上由人工来完成，劳动强度大，效率低。在我国油茶果采摘机械的研究还处于起步阶段，大多集中在人工辅助的半机械化和手动式采摘机械研究等领域。至今，市场上还没有技术成熟的自动化程度高的油茶采摘机械。
发明内容
针对目前油茶果采摘智能化程度不高，人工采摘劳动强度大，效率低的现状，本发明旨在提供一种可以智能化的油茶果采摘方法，并提供一种能够实现采摘范围合理，采摘效率高，操作方便，智能化程度高，机构间适应性和协调性良好，实用性强的油茶果采摘机器人。该油茶果采摘机器人能自动、准确、快速找到不同位置距离和不同高低的油茶果树的树干的合适位置，能用采摘头对其夹持并振动以致成熟的油茶果脱落，采摘效率高，操作方便，并减少对未成熟油茶果和花蕊造成伤害。
为解决上述技术问题，本发明提供一种油茶果采摘方法，包括以下关键步骤：
步骤一：通过视觉识别***采集油茶果树的位置、大小以及挂果等信息，并将采集到的信息送回控制电脑；
步骤二：控制***将视觉识别***反馈回来的信息进行综合处理，分析判断油茶果采摘机器人相对油茶果树的停留位置，采摘臂在油茶果树上的夹持部位以及振动采摘头振动频率的大小及振动时间等作业信息；
步骤三：控制***根据分析得出的结果控制油茶果采摘机器人停靠在油茶果树边上，油茶果采摘机器人的采摘臂在控制***的引导控制下将振动采摘头调整运动到油茶果树的夹持部位并夹紧，完成采摘前的准备工作；
步骤四：振动采摘头在控制***的引导控制先对油茶果树施以合适的频率和振幅的振动，并保持一定的时间，通过振动产生的惯性力使油茶果与树枝分离，实现油茶果的采摘；
步骤五：视觉识别***再次对油茶果树进行信息采集，判断是否达到采摘完成标准；若达到采摘标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业；若未达到采摘标准，控制***根据视觉识别***所采集的二次信息，调整振动频率和振幅对油茶果树进行二次振动，直至达到采摘完成标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业。
在本发明中，所述控制***采用PLC控制，抗干扰能力强，可靠性高，对工作环境要求低。
在本发明中，所述采摘臂采用电机伺服***驱动，运动的准确性要求高，传动比精确，反应迅速，并且振动小，没有相关的配套设备，便于实现机构的小型化和轻量化。
在本发明中，所述视觉识别***为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法，双目立体视觉测量方法直接模拟了人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活地测量景物的立体信息，具有效率高、精度合适、***结构简单、成本低等优点，非常适合于在线、非接触产品检测和控制，由于图像获取是在瞬间完成的，因此双目立体视觉测量方法是一种非常有效的测量方法。
本发明还提供一种实现上述油茶果采摘方法的油茶果采摘机器人，本发明采取的技术方案是：一种油茶果采摘机器人，包括底盘，驱动底盘移动的底盘行驶***和控制***，底盘上装有采摘臂和视觉识别***，采摘臂末端装有振动采摘头，所述底盘上装有为底盘行驶***提供动力的三相异步电动机、电气控制柜以及为油茶果采摘机提供电力的发电机；所述控制***包括设置在电气控制柜内的PLC，所述控制***通过所述视觉识别***采集到的油茶果树的位置、大小等信息控制油茶果采摘机器人各机构相互配合进行采摘作业，自动完成油茶果的采摘过程，实现智能化采摘作业，无需人工干预，采摘效率高。
在本发明中，所述采摘臂的结构为，包括通过臂架支座安装在所述底盘上的旋转臂，所述臂架支座设置在底盘上；呈“┗”形连接固定的水平滑台和竖直滑台，所述水平滑台固定连接在所述旋转臂上，所述水平滑台和竖直滑台上分别设置有水平滑台伺服电机和竖直滑台伺服电机；铰接安装在所述水平滑台上的第二轴主臂；设置在所述水平滑台上的主拉杆底板；铰接安装在所述主拉杆底板上的主拉杆；设置在所述竖直滑台上的第三轴主臂底座，所述第三轴主臂底座可以在所述竖直滑台上滑动；铰接安装在所述第三轴主臂底座上的第三轴主臂；
分别与所述第二轴主臂和第三轴主臂铰接连接的第四轴副臂；与所述第四轴副臂平行设置的副拉杆；分别与所述主拉杆、第二轴主臂和副拉杆相连接的拉杆三角块；分别与所述副拉杆和第四轴副臂相铰接连接的第四轴支座；
所述第四轴支座上设置有水平摆动座和水平摆动伺服电机，所述水平摆动伺服电机驱动所述水平摆动座实现左右摆动；安装在所述水平摆动座上的振动采摘头，所述振动采摘头用于夹紧目标树干并振动以致成熟油茶果脱落，完成油茶果采摘作业。
在本发明中，所述旋转臂一侧设有驱动旋转臂旋转的动力装置，包括安装在所述底盘上的旋转臂伺服电机，第一轴减速器和联轴器；所述旋转臂伺服电机经第一轴减速器通过联轴器来驱动所述旋转臂转动，当达到旋转臂需要转动的角度即可自行锁死。
在本发明中，所述振动采摘头安装有用于夹持目标树干的夹头，用于驱动夹头夹持目标树干的夹持伺服电机，用于将所述夹持伺服电机的动力传递给所述夹头的传动锥齿轮，用于驱动振动采摘头作一定角度上下转动的上下伺服电机，用于驱动振动采摘头绕其中轴线转动的转动伺服电机，用于驱动振动采摘头以一定频率和振幅振动的振动伺服电机以及力矩保护装置，当所述夹头夹紧目标树干后，所述力矩保护装置发出指令使所述夹持伺服电机不再向所述传动齿轮输出动力，从而实现所述夹头的夹紧过载保护，防止所述传动锥齿轮因过载而出现跳齿现象。
在本发明中，采摘臂通过臂架支座整体固定在底盘上，旋转臂由旋转臂伺服电机连接转动联轴器驱动，经第一轴减速器通过联轴器来实现旋转臂的转动，当达到旋转臂需要转动的角度时角度限位装置即可自行锁死。第二轴主臂及主拉杆由滑台伺服电机驱动，第三轴主臂通过第二轴第三轴连接块由第二轴主臂带动运动，进而通过第四轴副臂和副拉杆带动第四轴支座的移动，从而来达到执行机构伸缩的目的。由滑台伺服电机驱动第三轴主臂转动，进而通过第四轴副臂带动副拉杆、主拉杆、第二轴主臂移动，从而来实现执行机构的上下运动。水平摆动座，由水平摆动伺服电机驱动实现自身的左右摆动，振动采摘头安装在水平摆动座上，在上下伺服电机驱动下作上下转动，最后通过转动伺服电机的驱动，振动采摘头绕转动伺服电机轴线方向转动。因此，整个执行机构共有6个自由度，采摘时通过各运动部件对振动采摘头的位姿进行调整，使振动采摘头夹紧目标树干并振动以致成熟油茶果脱落，完成油茶果采摘作业。
本发明中，所述视觉识别***为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法，双目立体视觉测量方法直接模拟了人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活地测量景物的立体信息，具有效率高、精度合适、***结构简单、成本低等优点，非常适合于在线、非接触产品检测和控制，由于图像获取是在瞬间完成的，因此双目立体视觉测量方法是一种非常有效的测量方法。
在本发明中，所述视觉识别***包括两台摄像机和伸缩机构，所述伸缩机构包括机架，电动机，传动装置，安装在机架上的机架横梁；安装在机架横梁上并能相对移动的Ⅰ节臂；安装在Ⅰ节臂上并能相对移动的Ⅱ 节臂；分别设置在所述机架横梁、Ⅰ节臂和Ⅱ节臂两侧的伸缩导向装置；所述电动机通过所述传动装置和伸缩导向装置驱动所述Ⅰ节臂和Ⅱ节臂作伸缩移动，实现照相机对树体目标的视觉收集。
在本发明中，所述机架横梁两侧设置有内空滑道，所述Ⅰ节臂两侧连接固定有外置滑轮，所述外置滑轮与内空滑道相配套，将所述机架横梁和Ⅰ节臂连接起来，并且可以相对移动；所述Ⅰ节臂设置有内空滑道，所述Ⅱ节臂上部连接固定有内置滑轮，所述内置滑轮内套在所述Ⅰ节臂的内空滑道上，实现Ⅰ节臂和Ⅱ节臂的活动连接。
在本发明中，所述伸缩导向装置包括设置在所述机架横梁、Ⅰ节臂和Ⅱ节臂一侧的伸出导向装置，设置在所述机架横梁、Ⅰ节臂和Ⅱ节臂另一侧的收回导向装置。
在本发明中，所述伸出导向装置包括设置在机架上的导绳轮，设置在所述机架横梁外端的滑轮一，设置在所述Ⅰ节臂外端的滑轮二，垂直固定在所述Ⅰ节臂外端的联板一，设置在所述联板一上端的滑轮三，设置在所述联板一下端的固定销一，设置在所述Ⅱ节臂外端的滑轮四和缠绕在所述导绳轮、滑轮一、滑轮二、滑轮三与滑轮四之间的伸出钢丝绳，所述伸出钢丝绳一端连接在所述传动装置上，所述伸出钢丝绳的另一端固定在所述固定销一上。
在本发明中，所述收回导向装置包括垂直设置在机架上的联板二，所述联板二上设置有滑轮五和固定销二，所述设置在所述Ⅰ节臂外端的滑轮六，设置在所述Ⅰ节臂外端的滑轮七，设置在所述Ⅱ节臂外端的滑轮八和缠绕在所述滑轮五、滑轮六、滑轮七与滑轮八之间的收回钢丝绳，所述收回钢丝绳一端连接在所述传动装置上，所述收回钢丝绳的另一端固定在所述固定销二上。
本发明的采摘臂为空间开链连杆结构，具有六个自由度，工作空间合理，与要求的采摘空间相符，采摘过程各部件之间协调性良好，速度匹配合理，采用机电一体化控制，集成度高，自动化程度高，安装操作方便，采摘环境适应性好，机构间协调性良好，能保证采摘动作的连续性，采摘效率高，维护方便，实用性强。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图；
图3为本发明的采摘臂主视结构示意图；
图4为本发明的采摘臂俯视结构示意图；
图5为图3的A处的局部结构示意图；
图6为本发明的伸缩机构主视结构示意图；
图7为本发明的伸缩机构后视结构视示意图；
图8为本发明的俯视结构示意图。
图中：1.电气控制柜，2.发电机，3.采摘臂，4.视觉识别***，5.底盘，6.底盘行驶***，7.三相异步电动机；
3-1. 旋转臂伺服电机，3-2.第一轴减速器，3-3. 臂架支座，3-4.联轴器，3-5.旋转臂，3-6.水平滑台，3-7.主拉杆底板，3-8.竖直滑台，3-9.竖直滑台伺服电机，3-10.第三轴主臂底座，3-11.主拉杆，3-12.第三轴主臂，3-13.第二轴主臂，3-14. 拉杆三角块，3-15.副拉杆，3-16.第四轴副臂，3-17.第四轴支座，3-18. 水平摆动伺服电机，3-19. 振动伺服电机，3-20. 振动采摘头，3-21.夹头，3-22.夹持伺服电机，3-23.上下伺服电机，3-24.水平滑台伺服电机，3-25.转动伺服电机，3-26.水平摆动座；3-27. 传动锥齿轮；
4-1.机架，4-2.导绳轮，4-3.伸出钢丝绳，4-4.外置滑轮，4-5.Ⅰ节臂，4-6.机架横梁，4-7.滑轮一，4-8.Ⅱ节臂，4-9.联板一，4-10.固定销一，4-11.滑轮三，4-12.内置滑轮，4-13.滑轮二，4-14.滑轮四，4-15.收回钢丝绳，4-16.滑轮六，4-17.滑轮五，4-18.固定销二，4-19.联板二，4-20.滑轮八，4-21.滑轮七，4-22.电动机，4-23.双向离合器，4-24.伸出滚轮，4-25.收回滚轮。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明提供一种油茶果采摘方法，包括以下关键步骤：
步骤一：通过视觉识别***采集油茶果树的位置、大小以及挂果等信息，并将采集到的信息送回控制电脑；
步骤二：控制***将视觉识别***反馈回来的信息进行综合处理，分析判断油茶果采摘机器人相对油茶果树的停留位置，采摘臂在油茶果树上的夹持部位以及振动采摘头振动频率的大小及振动时间等作业信息；
步骤三：控制***根据分析得出的结果控制油茶果采摘机器人停靠在油茶果树边上，油茶果采摘机器人的采摘臂在控制***的引导控制下将振动采摘头调整运动到油茶果树的夹持部位并夹紧，完成采摘前的准备工作；
步骤四：振动采摘头在控制***的引导控制先对油茶果树施以合适的频率和振幅的振动，并保持一定的时间，通过振动产生的惯性力使油茶果与树枝分离，实现油茶果的采摘；
步骤五：视觉识别***再次对油茶果树进行信息采集，判断是否达到采摘完成标准；若达到采摘标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业；若未达到采摘标准，控制***根据视觉识别***所采集的二次信息，调整振动频率和振幅对油茶果树进行二次振动，直至达到采摘完成标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业。
在本发明中，所述控制***采用PLC控制，抗干扰能力强，可靠性高，对工作环境要求低。
在本发明中，所述采摘臂采用电机伺服***驱动，运动的准确性要求高，传动比精确，反应迅速，并且振动小，没有相关的配套设备，便于实现机构的小型化和轻量化。
在本发明中，所述视觉识别***为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法，双目立体视觉测量方法直接模拟了人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活地测量景物的立体信息，具有效率高、精度合适、***结构简单、成本低等优点，非常适合于在线、非接触产品检测和控制，由于图像获取是在瞬间完成的，因此双目立体视觉测量方法是一种非常有效的测量方法。
如附图所示，一种油茶果采摘机器人，包括底盘5，驱动该底盘5移动的底盘行驶***6和控制***，底盘5上装有采摘臂3和视觉识别***4，采摘臂3末端装有采摘头，底盘5上装有为底盘行驶***6提供动力的三相异步电动机7，控制油茶果采摘机器人各机构相互配合运动的电气控制柜1，以及为油茶果采摘机提供电力的发电机2，控制***包括设置在电气控制柜1内的PLC，控制***通过视觉识别***4采集到的油茶果树的位置、大小等信息控制油茶果采摘机器人各机构相互配合进行采摘作业，自动完成油茶果的采摘过程，实现智能化采摘作业，无需人工干预，采摘效率高。
采摘臂3包括用于支撑执行机构的臂架支座3-3，臂架支座3-3设置在底盘5车架上；可以围绕自身中轴线旋转的旋转臂3-5，旋转臂3-5安装在臂架支座3-3上，旋转臂3-5设置有角度限位装置，当旋转臂3-5达到需要转动的角度即可自行锁死；设置在旋转臂3-5一侧用于驱动旋转臂3-5旋转的动力装置，包括用于驱动旋转臂3-5旋转的旋转臂伺服电机3-1，旋转臂伺服电机3-1设置在底盘5车架上；旋转臂伺服电机3-1与第一轴减速器3-2相联，第一轴减速器3-2与联轴器3-4相联。用于将动力传输给旋转臂3-5的联轴器3-4，联轴器3-4联接在第一轴减速器3-2和旋转臂3-5之间；呈“┗”形连接固定的水平滑台3-6和竖直滑台3-8，水平滑台3-6固定连接在旋转臂3-5上，水平滑台3-6和竖直滑台3-8上分别设置有水平滑台伺服电机3-24和竖直滑台伺服电机3-9，第二轴主臂3-13及主拉杆3-11由水平滑台3-6驱动，竖直滑台伺服电机3-9用于驱动第三轴主臂3-12转动；铰接安装在水平滑台3-6上的第二轴主臂3-13；设置在水平滑台3-6上的主拉杆底板3-7；铰接安装在主拉杆底板3-7上的主拉杆3-11；设置在竖直滑台3-8上的第三轴主臂底座3-10，第三轴主臂底座3-10可以在竖直滑台3-8上滑动；铰接安装在第三轴主臂底座3-10上的第三轴主臂3-12；分别与第二轴主臂3-13和第三轴主臂3-12铰接连接的第四轴副臂3-16；与第四轴副臂3-16平行设置的副拉杆3-15；分别与主拉杆3-11、第二轴主臂3-13和副拉杆3-15相连接的拉杆三角块3-14；分别与副拉杆3-15和第四轴副臂3-16相铰接连接的第四轴支座3-17；第四轴支座3-17上设置有水平摆动座3-26和水平摆动伺服电机3-18，水平摆动伺服电机3-18驱动水平摆动座3-26实现左右摆动；安装在水平摆动座3-26上的振动采摘头3-20，振动采摘头3-20安装有用于夹持目标树干的夹头3-21，用于驱动夹头3-21夹持目标树干的夹持伺服电机22，用于传递夹持伺服电机3-22动力的传动锥齿轮3-27，用于驱动振动采摘头3-20作一定角度上下转动的上下伺服电机3-23，用于驱动振动采摘头3-20绕其中轴线转动的转动伺服电机3-25，用于驱动振动采摘头3-20以一定频率和振幅振动的振动伺服电机3-19和力矩保护装置，振动采摘头3-20的夹头3-21夹紧目标树干，当夹头3-21夹紧后，力矩保护装置发出指令使夹持伺服电机3-22不再向传动锥齿轮3-27输出动力，从而实现夹头3-21的夹紧过载保护，防止传动锥齿轮3-27因过载而出现跳齿现象，振动伺服电机3-19驱动振动采摘头3-20以一定频率和振幅振动以致成熟油茶果脱落，完成油茶果采摘作业。
视觉识别***4为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法，双目立体视觉测量方法直接模拟了人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活地测量景物的立体信息，具有效率高、精度合适、***结构简单、成本低等优点，非常适合于在线、非接触产品检测和控制，由于图像获取是在瞬间完成的，因此双目立体视觉测量方法是一种非常有效的测量方法。
视觉识别***4包括两台摄像机和伸缩机构，伸缩机构包括机架4-1，电动机4-22，传动装置，安装在机架4-1上的机架横梁4-6，机架横梁4-6两侧设置有内空滑道；安装在机架横梁4-6上并能相对移动的Ⅰ节臂4-5，Ⅰ节臂4-5两侧连接固定有与内空滑道相配套的外置滑轮4-4，将机架横梁4-6和Ⅰ节臂4-5连接起来，Ⅰ节臂4-5通过外置滑轮4-4在机架横梁4-6的内空滑道内滑动，实现机架横梁4-6和Ⅰ节臂4-5之间的相对滑动；安装在Ⅰ节臂4-5上并能相对移动的Ⅱ节臂4-8，Ⅰ节臂4-5设置有内空滑道，Ⅱ节臂4-8上部连接固定有可以内套在Ⅰ节臂4-5的内空滑道上的内置滑轮4-12，实现Ⅰ节臂4-5和Ⅱ节臂4-8的活动连接；分别设置在机架横梁4-6、Ⅰ节臂4-5和Ⅱ节臂4-8两侧的伸缩导向装置，伸缩导向装置包括设置在机架横梁4-6、Ⅰ节臂4-5和Ⅱ节臂4-8一侧的伸出导向装置，设置在机架横梁4-6、Ⅰ节臂4-5和Ⅱ节臂4-8另一侧的收回导向装置。
伸出导向装置用于实现伸缩机构的伸出能力，包括设置在机架4-1上的导绳轮4-2，设置在机架横梁4-6外端的滑轮一4-7，设置在Ⅰ节臂4-5外端的滑轮二4-13，垂直固定在所述Ⅰ节臂4-5外端的联板一4-9，设置在所述联板一4-9上端的滑轮三4-11，设置在联板一4-9下端的固定销一4-10，设置在Ⅱ节臂4-8外端的滑轮四4-14和缠绕在导绳轮4-2、滑轮一4-7、滑轮二4-13、滑轮三4-11与滑轮四4-14之间的伸出钢丝绳4-3，伸出钢丝绳4-3一端连接在传动装置上，伸出钢丝绳4-3的另一端固定在固定销一4-10上，伸出钢丝绳4-3的缠绕次序如附图1所示。
收回导向装置用于实现伸缩机构的收回能力，包括垂直设置在机架4-1上的联板二4-19，联板二4-19上设置有滑轮五4-17和固定销二4-18，滑轮五4-17的安装位置略高于Ⅰ节臂4-5，设置在Ⅰ节臂4-5外端的滑轮六4-16，设置在Ⅰ节臂4-5外端的滑轮七4-21，设置在Ⅱ节臂4-8外端的滑轮八4-20和缠绕在滑轮五4-17、滑轮六4-16、滑轮七4-21与滑轮八4-20之间的收回钢丝绳4-15，收回钢丝绳4-15一端连接在传动装置上，收回钢丝绳4-15的另一端固定在固定销二4-18上，收回钢丝绳4-15的缠绕次序如附图3所示。
电动机4-22通过传动装置和伸缩导向装置驱动Ⅰ节臂4-5和Ⅱ节臂4-8作伸缩移动，传动装置包括与电动机4-22相联的伸出滚轮4-24、收回滚轮4-25和双向离合器4-23；伸出滚轮4-24与伸出钢丝绳4-3相联，收回滚轮4-25与收回钢丝绳4-15相联，通过电动机4-22的旋转以伸出钢丝绳4-3和收回钢丝绳4-15为动力输出而实现伸缩机构的运动，进而实现照相机对树体目标的视觉收集。
作业时，油茶果采摘机器人先根据地形停在合适的位置，启动控制电脑，通过控制***引导双目立体视觉识别***对树体目标进行识别定位；在对树体目标完成识别定位并确定适合夹取点后，双目立体视觉识别***将信号传回反馈给控制电脑，控制电脑经过分析后，通过控制***控制采摘臂3调整到合适的位置和合适的姿态后，振动采摘头夹住树体目标的夹取点，并对树体目标施以合适的频率和振幅的振动，通过振动产生的惯性力使油茶果与树枝分离，而后视觉识别***再次对树体目标再次进行扫描分析，判断是否达到采摘完成目标，如果未达到就再次控制采摘头，调整振动频率和振幅对树体目标进行二次振动，直至达到采摘完成目标，自动松开采摘头，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业。整个采摘过程由控制电脑通过控制伺服***和视觉识别***完成，实现高度自动化，智能化作业 。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种油茶果采摘方法，其特征在于：包括以下关键步骤：
步骤一：通过视觉识别***采集油茶果树的位置、大小以及挂果等信息，并将采集到的信息送回控制电脑；
步骤二：控制***将视觉识别***反馈回来的信息进行综合处理，分析判断油茶果采摘机器人相对油茶果树的停留位置，采摘臂在油茶果树上的夹持部位以及振动采摘头振动频率的大小及振动时间等作业信息；
步骤三：控制***根据分析得出的结果控制油茶果采摘机器人停靠在油茶果树边上，油茶果采摘机器人的采摘臂在控制***的引导控制下将振动采摘头调整运动到油茶果树的夹持部位并夹紧，完成采摘前的准备工作；
步骤四：振动采摘头在控制***的引导控制先对油茶果树施以合适的频率和振幅的振动，并保持一定的时间，通过振动产生的惯性力使油茶果与树枝分离，实现油茶果的采摘；
步骤五：视觉识别***再次对油茶果树进行信息采集，判断是否达到采摘完成标准；若达到采摘标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业；若未达到采摘标准，控制***根据视觉识别***所采集的二次信息，调整振动频率和振幅对油茶果树进行二次振动，直至达到采摘完成标准，振动采摘头松开，收回采摘臂，完成油茶果的采摘作业。
2.如权利要求1所述的一种油茶果采摘方法，其特征在于：所述控制***采用PLC控制，抗干扰能力强，可靠性高，对工作环境要求低。
3.如权利要求1所述的一种油茶果采摘方法，其特征在于：所述采摘臂采用电机伺服***驱动，运动的准确性要求高，传动比精确，反应迅速，并且振动小，没有相关的配套设备，便于实现机构的小型化和轻量化。
4.如权利要求1所述的一种油茶果采摘方法，其特征在于：所述视觉识别***为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。
5.一种油茶果采摘机器人，包括底盘，驱动底盘移动的底盘行驶***和控制***，其特征在于：底盘上装有采摘臂和视觉识别***，采摘臂末端装有振动采摘头，所述底盘上装有为底盘行驶***提供动力的三相异步电动机、电气控制柜以及为油茶果采摘机提供电力的发电机；所述控制***包括设置在电气控制柜内的PLC，所述控制***通过所述视觉识别***采集到的油茶果树的位置、大小等信息控制油茶果采摘机器人各机构相互配合进行采摘作业，自动完成油茶果的采摘过程，实现智能化采摘作业，无需人工干预，采摘效率高。
6.如权利要求5所述的一种油茶果采摘机器人，其特征在于：所述采摘臂的结构为，包括通过臂架支座安装在所述底盘上的旋转臂，所述臂架支座设置在底盘上；呈“┗”形连接固定的水平滑台和竖直滑台，所述水平滑台固定连接在所述旋转臂上，所述水平滑台和竖直滑台上分别设置有水平滑台伺服电机和竖直滑台伺服电机；铰接安装在所述水平滑台上的第二轴主臂；设置在所述水平滑台上的主拉杆底板；铰接安装在所述主拉杆底板上的主拉杆；设置在所述竖直滑台上的第三轴主臂底座，所述第三轴主臂底座可以在所述竖直滑台上滑动；铰接安装在所述第三轴主臂底座上的第三轴主臂；
分别与所述第二轴主臂和第三轴主臂铰接连接的第四轴副臂；与所述第四轴副臂平行设置的副拉杆；分别与所述主拉杆、第二轴主臂和副拉杆相连接的拉杆三角块；分别与所述副拉杆和第四轴副臂相铰接连接的第四轴支座；
所述第四轴支座上设置有水平摆动座和水平摆动伺服电机，所述水平摆动伺服电机驱动所述水平摆动座实现左右摆动；安装在所述水平摆动座上的振动采摘头，所述振动采摘头用于夹紧目标树干并振动以致成熟油茶果脱落，完成油茶果采摘作业。
7.如权利要求6所述的一种油茶果采摘机器人，其特征在于：所述旋转臂一侧设有驱动旋转臂旋转的动力装置，包括安装在所述底盘上的旋转臂伺服电机，第一轴减速器和联轴器；所述旋转臂伺服电机经第一轴减速器通过联轴器来驱动所述旋转臂转动，当达到旋转臂需要转动的角度即可自行锁死。
8.如权利要求5所述的一种油茶果采摘机器人，其特征在于：所述视觉识别***为双目立体视觉识别***，双目立体视觉识别***采用双目立体视觉测量方法来获取目标的空间位置；双目立体视觉测量方法是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。
9.如权利要求5所述的一种油茶果采摘机器人，其特征在于：所述视觉识别***包括两台摄像机和伸缩机构，所述伸缩机构包括机架，电动机，传动装置，安装在机架上的机架横梁；安装在机架横梁上并能相对移动的Ⅰ节臂；安装在Ⅰ节臂上并能相对移动的Ⅱ 节臂；分别设置在所述机架横梁、Ⅰ节臂和Ⅱ节臂两侧的伸缩导向装置；所述电动机通过所述传动装置和伸缩导向装置驱动所述Ⅰ节臂和Ⅱ节臂作伸缩移动，实现照相机对树体目标的视觉收集。
10.如权利要求9所述的一种油茶果采摘机器人，其特征在于：所述机架横梁两侧设置有内空滑道，所述Ⅰ节臂两侧连接固定有外置滑轮，所述外置滑轮与内空滑道相配套，将所述机架横梁和Ⅰ节臂连接起来，并且可以相对移动；所述Ⅰ节臂设置有内空滑道，所述Ⅱ节臂上部连接固定有内置滑轮，所述内置滑轮内套在所述Ⅰ节臂的内空滑道上，实现Ⅰ节臂和Ⅱ节臂的活动连接。
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