具備分布式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的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(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種枸杞采摘裝置所屬的輔助配套機(jī)構(gòu)，尤其是涉及一種用于枸杞的具備分布式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的采摘裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]枸杞既是傳統(tǒng)名貴中藥材，又是一種營(yíng)養(yǎng)滋補(bǔ)品。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)，僅2012年的甘肅地區(qū)，枸杞產(chǎn)量高達(dá)3.5萬(wàn)噸。由于枸杞果實(shí)成熟時(shí)水分含量很高和果皮嬌嫩等特點(diǎn)，收集時(shí)很容易損傷；如果出現(xiàn)損傷，不僅會(huì)影響其外觀色澤，還會(huì)降低藥用價(jià)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(zhǎng)的復(fù)雜性和農(nóng)田環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)，目前生產(chǎn)中采用的簡(jiǎn)單的手持式枸杞采摘器、采摘頭和震動(dòng)式采摘機(jī)。
[0003]發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)201010272425公布了一種“手持式枸杞采摘機(jī)”，這種設(shè)備仍然需要采摘人員的參與，對(duì)于提高枸杞采摘的自動(dòng)化非常有限。同時(shí)，該設(shè)備是對(duì)一串枸杞枝條進(jìn)行采摘，極易容易將未成熟的枸杞一起采摘，對(duì)于提高枸杞的質(zhì)量和產(chǎn)量非常不利。發(fā)明專(zhuān)利201320182557.2公開(kāi)了一種“升降式果實(shí)采摘機(jī)”，該采摘機(jī)中的升降裝置包括設(shè)置于車(chē)架上的底板，設(shè)置于所述底板中央、并相嵌套的至少兩個(gè)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(tái)，設(shè)置于所述底板兩側(cè)的升降支架。該采摘機(jī)存在的問(wèn)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(gè)機(jī)具的方向來(lái)改變方向；
(2)采用液壓進(jìn)行升降，整體升降裝置過(guò)于龐大，使用不靈活，成本高。
[0004]發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)201310614202.0公布了一種“基于機(jī)器視覺(jué)的枸杞在線分選系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括ARM控制器、圖像采集處理模塊、電源模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、顯示模塊、上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、分選執(zhí)行單元、運(yùn)輸執(zhí)行單元、C⑶工業(yè)相機(jī)、背景處理模塊、待選樣本、LED光照射模塊。該系統(tǒng)存在的問(wèn)題:(1)僅適合于單層、無(wú)遮擋物的枸杞圖像處理，不能用于自然界中復(fù)雜狀況的枸杞采摘；(2)僅適合于靜止的枸杞圖像處理，即固定位置的工業(yè)相機(jī)對(duì)靜止的枸杞果實(shí)進(jìn)行分揀。
[0005]發(fā)明專(zhuān)利201310193713.X公開(kāi)了一種“用于農(nóng)產(chǎn)品采摘的移動(dòng)旋轉(zhuǎn)升降平臺(tái)”，該移動(dòng)旋轉(zhuǎn)升降平臺(tái)包括行走機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降平臺(tái)、控制系、旋轉(zhuǎn)機(jī)架、主軸、軸承組、軸承座板組、齒輪組及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該升降平臺(tái)存在的問(wèn)題:(1)將旋轉(zhuǎn)作為基地，升降作為上層工作區(qū)，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)基面與重物之間距離較大，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生離心力，導(dǎo)致平臺(tái)不穩(wěn)定；(2)旋轉(zhuǎn)采用齒輪傳動(dòng)，工作臺(tái)分度精度低；(3)升降機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌，載物重量較低。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，利用機(jī)器視覺(jué)和采摘機(jī)械手對(duì)枸杞果實(shí)采摘，需要將整套機(jī)器運(yùn)動(dòng)至枸杞枝條正前方；由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的可視范圍非常有限，這樣使得采摘機(jī)的橫向可采摘區(qū)域受限，采摘機(jī)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(dòng)至其他區(qū)域，對(duì)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(dòng)機(jī)器，這樣不僅不利于提高采摘效率；而且，較平均枸杞樹(shù)高度差別大的樹(shù)木，由于機(jī)器視覺(jué)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具備分布式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的枸杞采摘裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:具備分布式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的枸杞采摘裝置，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、高位視覺(jué)系統(tǒng)、低位視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)升降系統(tǒng)、枸杞采摘機(jī)械手和枝條定位機(jī)械手；所述高位視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)視覺(jué)升降系統(tǒng)與機(jī)架相連。所述的視覺(jué)升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)高位視覺(jué)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，從而采集中、高處的圖像。所述枸杞采摘裝置還包括設(shè)置在機(jī)架上的滑臺(tái)升降系統(tǒng)，所述低位視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)升降系統(tǒng)、枸杞采摘機(jī)械手以及枝條定位機(jī)械手均通過(guò)電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在滑臺(tái)升降系統(tǒng)上，進(jìn)而與機(jī)架相連。
[0009]滑臺(tái)升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)整個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)、高位視覺(jué)系統(tǒng)、低位視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)升降系統(tǒng)、枸杞采摘機(jī)械手以及枝條定位機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。所述控制系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與滑臺(tái)升降系統(tǒng)、視覺(jué)升降系統(tǒng)、電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)、枸杞采摘機(jī)機(jī)械手、枝條定位機(jī)械手分別相連。所述滑臺(tái)升降系統(tǒng)包括滑臺(tái)I和升降臺(tái)，所述升降臺(tái)通過(guò)滑臺(tái)I與機(jī)架連接；所述滑臺(tái)I包括滑臺(tái)主體、滑塊1、步進(jìn)電機(jī)、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒條；所述滑臺(tái)主體固定在機(jī)架上，所述滑臺(tái)主體的內(nèi)部?jī)蓚?cè)嵌有從動(dòng)齒條，所述滑臺(tái)主體上設(shè)有滑塊I，并通過(guò)滑塊I與升降臺(tái)連接。所述滑塊I上固定設(shè)置步進(jìn)電機(jī)和主動(dòng)齒輪，所述主動(dòng)齒輪固定在步進(jìn)電機(jī)的軸上，所述主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒條相錯(cuò)嚙合；增加了滑臺(tái)的橫向力應(yīng)變，既保證了滑臺(tái)升降系統(tǒng)不會(huì)因載重較大產(chǎn)生晃動(dòng)，又提供了穩(wěn)定的升降動(dòng)力。其中，所述滑臺(tái)主體的內(nèi)部?jī)蓚?cè)嵌有兩條從動(dòng)齒條；所述主動(dòng)齒輪的數(shù)量為3個(gè)；所述升降臺(tái)為方形臺(tái)面。
[0010]其中，所述電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)包括旋臺(tái)、盤(pán)體、軸承、聯(lián)軸器和伺服電機(jī)；所述盤(pán)體和伺服電機(jī)設(shè)置在方形臺(tái)面上，所述旋臺(tái)通過(guò)軸承和盤(pán)體連接，所述伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與盤(pán)體連接。
[0011]其中，所述視覺(jué)升降系統(tǒng)包括升降導(dǎo)軌、滑臺(tái)I1、滑塊I1、L型角碼、絲杠、聯(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)；所述滑臺(tái)II通過(guò)其內(nèi)部的螺母與絲杠螺紋連接并沿升降導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，所述L型角碼通過(guò)滑塊II與滑臺(tái)II固定連接；所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠相連。所述高位視覺(jué)系統(tǒng)包括相機(jī)I和滑輪雙軸光杠滑臺(tái)I ;所述滑輪雙軸光杠滑臺(tái)I包括滑臺(tái)本體1、雙軸光杠1、滑輪軸承I和滑臺(tái)滑塊I ;所述相機(jī)I的底座通過(guò)滑臺(tái)滑塊I和滑輪雙軸光杠滑臺(tái)I連接，所述滑臺(tái)本體I通過(guò)L型角碼I與視覺(jué)升降系統(tǒng)的滑塊II連接。所述滑臺(tái)本體I內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)置有雙軸光杠I，滑輪軸承I通過(guò)內(nèi)部軸承固定在滑臺(tái)滑塊I上，滑臺(tái)滑塊I安裝在滑臺(tái)本體I上。本發(fā)明通過(guò)將高位視覺(jué)系統(tǒng)和低位視覺(jué)系統(tǒng)采集到的圖像后續(xù)進(jìn)行智能辨識(shí)，可以避免采摘手對(duì)不成熟的枸杞果實(shí)進(jìn)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。
[0012]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(duì)稱(chēng)設(shè)置在旋臺(tái)的兩側(cè)。所述視覺(jué)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(tái)的邊緣；所述低位視覺(jué)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(tái)邊緣。所述低位視覺(jué)系統(tǒng)與視覺(jué)升降系統(tǒng)設(shè)置在旋臺(tái)的同一軸線上。所述低位視覺(jué)系統(tǒng)包含相機(jī)II和滑輪雙軸光杠滑臺(tái)II ;所述滑輪雙軸光杠滑臺(tái)II包括滑臺(tái)本體I1、雙軸光杠I1、滑輪軸承I1、滑臺(tái)滑塊II和L型角碼II組成；所述相機(jī)II的底座直接和滑臺(tái)本體II連接，所述滑臺(tái)本體II通過(guò)L型角碼II連接在前置定位桿上；所述滑臺(tái)本體II內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)置有雙軸光杠II，滑輪軸承II通過(guò)內(nèi)部軸承固定在滑臺(tái)滑塊II上，滑臺(tái)滑塊II安裝在滑臺(tái)本體II上。
[0013]優(yōu)選的是，所述滑臺(tái)滑塊I的一側(cè)設(shè)有緊定螺釘I，所述滑臺(tái)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(tái)滑塊I的移動(dòng)；所述緊定螺釘II用于固定和限制滑臺(tái)滑塊II的移動(dòng)。
[0014]優(yōu)選的是，所述枸杞采摘機(jī)械手和枝條定位機(jī)械手各包含一套六自由度機(jī)械手。所述旋臺(tái)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(jī)機(jī)械手和枝條定位機(jī)械手設(shè)置“一字型”固定板的兩端。
[0015]所述控制系統(tǒng)包括TMS320F28335控制器、繼電器系統(tǒng)、信號(hào)輸入調(diào)理電路和信號(hào)輸出調(diào)理電路；所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含滑臺(tái)升降系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器、視覺(jué)升降系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、枸杞采摘機(jī)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)器、枝條定位機(jī)械手驅(qū)動(dòng)器；所述電源系統(tǒng)包含磷酸鐵鋰電池和穩(wěn)壓電路。所述控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)均安裝在控制柜內(nèi)；所述控制柜固定在機(jī)架上。所述的TMS320F28335控制器和繼電器系統(tǒng)、信號(hào)輸入調(diào)理電路、信號(hào)輸出調(diào)理電路分別連接；繼電器系統(tǒng)和果實(shí)收集機(jī)構(gòu)連接，信號(hào)輸入調(diào)理電路和外部激光傳感矩陣連接；信號(hào)輸出調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路連接。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017](1)所述的滑臺(tái)升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)整個(gè)電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)、高位視覺(jué)系統(tǒng)、低位視覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)升降系統(tǒng)、枸杞采摘機(jī)械手、枝條定位機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，提高了視覺(jué)系統(tǒng)在縱向距離上的可視范圍和機(jī)械手的工作