本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)自動化及機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對山茱萸、辣椒和枸杞等結(jié)在枝條上并且呈現(xiàn)枝條狀分布的果實進行高效采摘的自動化裝置。

背景技術(shù)：
枸杞又叫枸杞子，為茄科植物枸杞的成熟果實。具有多種保健功效，是衛(wèi)生部批準(zhǔn)的藥食兩用食物，適量食用有益健康。枸杞子含有豐富的胡蘿卜素、多種維生素和鈣、鐵等健康眼睛的必需營養(yǎng)物質(zhì)，故有明目之功，俗稱“明眼子”。歷代醫(yī)家治療肝血不足、腎陰虧虛引起的視物昏化和夜盲癥，常常使用枸杞子。枸杞是對人體健康有著重要的意義，可以對身體進行保健，是人們所喜愛的果實，寧夏枸杞的品質(zhì)領(lǐng)先于全國各地，成為枸杞的代表，被譽為枸杞之鄉(xiāng)。寧夏枸杞在中國栽培面積最大。枸杞的枝干遍布堅硬的木刺，增加了采摘的難度，采用特制的彎嘴長剪刀，在密布的木刺中小心翼翼的剪斷枝干，保留果柄，將完好的、沒有破損的枸杞快速收集，并在24小時內(nèi)利用科學(xué)工藝制干儲存。但是這種采摘效率及其低下，由于熟透的枸杞?jīng)]有被即使采收，造成部分枸杞果實腐爛變質(zhì)，影響枸杞品質(zhì)，降低了枸杞的產(chǎn)量；并且由于枸杞的木刺的分布，極易對采摘人員造成傷害，大大增加了采摘難度。由于這些果實生長的復(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采摘器、采摘頭和震動式采摘機等。發(fā)明專利CN201210052814.0公布了便攜式枸杞采摘機，包括手持部、采摘頭、動力輸出模塊、電源。采摘頭包括振動盤及采摘膠頭等。采摘頭中采摘膠頭是由柔軟的橡膠制成，因此，當(dāng)振動盤帶動采摘膠頭做震動及梳濾動作將成熟的枸杞從樹上摘下，以完成枸杞采摘。由于接觸果樹的采摘頭部分是采摘膠頭，它是由柔軟耐用的橡膠制成，不會對果樹造成傷害，同時也不會對未成熟的青果帶來損傷，另外，上述便攜式枸杞采摘機體積小、重量輕，因此方便攜帶。但是這種設(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CN201510275168.8公開了梳耙式枸杞采摘聯(lián)合采收機，自走式收儲車通過發(fā)動機驅(qū)動車輪行走，在收儲車上設(shè)置著收儲倉，收儲車通過車架連接著采收架，在采收架內(nèi)設(shè)置著梳耙果器支架,在梳耙果器支架內(nèi)設(shè)置著收果圓筒，在梳耙果器支架的三棱面上依次分別均布固接著梳耙果器，梳耙果器的出料端與收果圓筒的收果孔連通，動力主軸分別傳動均布的三根立式傳動軸，傳動軸分別通過均布設(shè)置的圓錐齒輪傳動相對應(yīng)的梳耙果器軸,梳耙果器軸位于上口敞開的收果倉內(nèi)，在梳耙果器軸上徑向均布著耙刷果齒排，在收果圓筒的底部設(shè)置著與存儲倉相通的收果輸送帶。該發(fā)明可以用機械化代替人工采摘，實現(xiàn)采摘、裝筐、輸送一體化，采摘效率高，質(zhì)量好，果實破損率低，降低勞動強度。但是該發(fā)明存在的一個致命問題是就是，所有的采摘需要人工進行干預(yù)操作，這樣雖然能提高采摘質(zhì)量，但是對于降低成本非常不利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種由四輪智能平臺、控制系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、采摘臂和采摘盤組成的一種基于采摘盤的果實采摘機器人，用于高效的梳理式采摘盤對果實采摘，從而提高果實采摘效率和降低人工成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于采摘盤的果實采摘機器人，包括四輪智能平臺1、控制系統(tǒng)2、圖像識別系統(tǒng)3、采摘臂4和采摘盤5。由于所述的四輪智能平臺1、控制系統(tǒng)2、圖像識別系統(tǒng)3、采摘臂4都為現(xiàn)有的成熟技術(shù)，在這里只是簡單介紹，不作詳細考量。所述四輪智能平臺1主要為四輪移動車，作為控制系統(tǒng)2、圖像識別系統(tǒng)3、采摘臂4和采摘盤5的移動載體，帶動上述機構(gòu)移動。所述控制系統(tǒng)2作為采摘機器人的核心，主要實現(xiàn)采摘機器人系統(tǒng)的電氣控制等。所述圖像識別系統(tǒng)3作為采摘機器人的信息輸入，主要利用雙目攝像機對外界果實、枝條等圖像視頻的采集，進而分析、處理和判斷，并將最終的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制系統(tǒng)2。所述采摘臂4主要為4-6自由度的機械手，機械手的自由度越高，可采摘的區(qū)域越靈活，采摘臂4的功能為帶動采摘盤5運動至待采摘區(qū)域，進而實現(xiàn)對果實等的采摘。所述采摘盤5作為采摘機構(gòu)的核心部件，主要利用梳理式的采摘方式實現(xiàn)對枝條狀分布果實的采摘，包括：底盤51、支架52、頂主體盤53、頂主體盤升降機構(gòu)54和底盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)55。所述底盤51分為四個部分，包括：左半底盤511、右半底盤512、錐形軸承513和外緣殼514。所述底盤51的外側(cè)有外緣殼514保護，防止底盤51上的果實沿圓盤外側(cè)滑落。其中，左半底盤511和右半底盤512都為開口為180°的扇形結(jié)構(gòu)，即為半圓狀結(jié)構(gòu)，左半底盤511的半圓狀結(jié)構(gòu)的圓心處和錐形軸承513的外圈固定連接，支架52的下端和錐形軸承513的內(nèi)圈固定連接，并且右半底盤512的半圓狀結(jié)構(gòu)的圓心處和支架52固定連接。所述支架52的末端還與采摘臂4的頂端連接并固定。左半底盤511為單層結(jié)構(gòu)，右半底盤512則為雙層結(jié)構(gòu)，中間夾層為空心結(jié)構(gòu)，空心距離稍大于左半底盤511的厚度，使得左半底盤511可以嵌入至右半底盤512的夾層中間并可以在夾層中間圍繞支架52并通過錐形軸承513轉(zhuǎn)動。所述的左半底盤511的上表面和右半底盤512的上表面設(shè)置有多個高度不一的橡膠帽5319，用于在進行對果實梳理時增大摩擦力，提高果實采摘的效率。上述步驟實現(xiàn)的效果為：支架52和右半底盤512固定并和采摘機械手臂4連接固定，但左半底盤511可以通過錐形軸承513轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)左半底盤511可以嵌入至右半底盤512的夾層中間并可以在夾層中間轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)左半底盤511和右半底盤512之間夾角的改變。上述結(jié)構(gòu)優(yōu)選的是：左半底盤511和右半底盤512之間在邊緣處有缺口，即使左半底盤511和右半底盤512組成一個封閉圓形平面時，左半底盤511和右半底盤512之間有一個空隙，使得植株的主枝干順利進入該空隙中，從而進行后續(xù)的采摘。底盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)55作為實現(xiàn)左半底盤511旋轉(zhuǎn)功能的結(jié)構(gòu)，包括：旋轉(zhuǎn)直流減速電機551、旋轉(zhuǎn)直流減速電機支架552、主齒553和半圓副齒554。旋轉(zhuǎn)直流減速電機551通過旋轉(zhuǎn)直流減速電機支架552固定在支架52上，主齒553和旋轉(zhuǎn)直流減速電機551的軸連接，從而帶動主齒553的轉(zhuǎn)動，半圓副齒554實質(zhì)為普通齒輪，形狀比較特殊，呈現(xiàn)半圓狀分布，通過螺栓固定在左半底盤511靠近圓心并處于圓心的外側(cè)。主齒553和半圓副齒554進行機械嚙合。上述結(jié)構(gòu)的效果為：旋轉(zhuǎn)直流減速電機551的主軸轉(zhuǎn)動帶動主齒553的轉(zhuǎn)動，由于主齒553和半圓副齒554嚙合，但旋轉(zhuǎn)直流減速電機551通過旋轉(zhuǎn)直流減速電機支架552和支架52連接，因此半圓副齒554會轉(zhuǎn)動，并且此時的半圓副齒554嚙合和左半底盤511是通過螺栓固定連接的，因此帶動左半底盤511的旋轉(zhuǎn)。然而，左半底盤511可以嵌入至右半底盤512的夾層中間并可以在夾層中間轉(zhuǎn)動，因此最終實現(xiàn)了左半底盤511和右半底盤512之間夾角的可控性改變。所述頂主體盤53為枝條狀果實梳理采摘結(jié)構(gòu)，主要包括：皮帶傳送輪531，頂主體盤盤體532，皮帶輪驅(qū)動組533。所述皮帶傳送輪531為多組，呈現(xiàn)放射狀從頂盤的中心向外側(cè)分布，皮帶傳送輪531包括：皮帶5311、主皮帶驅(qū)動輪5312、副皮帶從動輪5313、主皮帶驅(qū)動輪支架5314和副皮帶從動輪支架5315。其中主皮帶驅(qū)動輪支架5314通過軸承結(jié)構(gòu)和主皮帶驅(qū)動輪5312連接，主皮帶驅(qū)動輪支架5314安裝在靠近支架52的頂主體盤盤體532上；副皮帶從動輪支架5315同樣通過軸承結(jié)構(gòu)和副皮帶從動輪5313連接，副皮帶從動輪支架5315安裝在遠離支架52的頂盤外邊緣上。非常重要的是：不同的主皮帶驅(qū)動輪5312由于分別圍繞支架52排布，顯然，不同的主皮帶驅(qū)動輪5312的軸并不在同一條直線上，因此使用聯(lián)軸器5318將其連接，這樣的作用是：當(dāng)其中一個主皮帶驅(qū)動輪5312轉(zhuǎn)動時，可通過聯(lián)軸器5318的帶動作用，將所有的主皮帶驅(qū)動輪5312進行驅(qū)動。主皮帶驅(qū)動輪5312和副皮帶從動輪5313外側(cè)有放射狀的導(dǎo)向殼5316，傾角為45°，防止皮帶跑偏。另外，主皮帶驅(qū)動輪5312的寬度較窄，副皮帶從動輪5313的寬度較寬。同時，在主皮帶驅(qū)動輪5312和副皮帶從動輪5313中間通過皮帶5311連接。所述皮帶5311外表面設(shè)置有多個高度不一的橡膠帽5319，用于在進行對果實梳理時增大摩擦力，提高果實采摘的效率。所述皮帶5311的寬度較寬，寬度和副皮帶從動輪5313的寬度基本持平，但是皮帶5311平行結(jié)構(gòu)部分中間由彈性橡膠條5317連接，即由相同寬度的皮帶并排組成，并且各個皮帶之間由軟性尼龍連接，當(dāng)皮帶5311轉(zhuǎn)動到副皮帶從動輪5313處時，由于皮帶的總寬度和副皮帶從動輪5313的寬度基本持平，因此可以完全舒展開；但是當(dāng)皮帶處于主皮帶驅(qū)動輪5312處時，由于主皮帶驅(qū)動輪5312的寬度遠遠小于皮帶的總寬度，此時皮帶之間的彈性橡膠條5317和主皮帶驅(qū)動輪5312外側(cè)放射狀的導(dǎo)向殼5316發(fā)揮作用，當(dāng)皮帶處于主皮帶驅(qū)動輪5312處時，在導(dǎo)向殼5316的45°傾角的趨勢的影響下，多余的皮帶，即：比主皮帶驅(qū)動輪5312寬度多出的皮帶向外翻轉(zhuǎn)，等通過主皮帶驅(qū)動輪5312后，由于皮帶向著副皮帶從動輪5313運動，且副皮帶從動輪5313的寬度較寬，此時皮帶又會舒展開。上述結(jié)構(gòu)的意義在于：由于皮帶傳送輪531為多組，如果主皮帶驅(qū)動輪5312和副皮帶從動輪5313的寬度一致，由于皮帶傳送輪531呈現(xiàn)放射狀從頂盤的中心向外側(cè)分布，那么需要保證主皮帶驅(qū)動輪5312和副皮帶從動輪5313的寬度極小，但是對于一個圓形的頂主體盤盤體532，內(nèi)圓的半徑小，外圓的半徑大，這樣不能對頂主體盤盤體532進行很好的覆蓋，使得采摘時有大面積的未梳理區(qū)域，采摘效率低。反之，如果不采用彈性橡膠條5317和主皮帶驅(qū)動輪5312外側(cè)放射狀的導(dǎo)向殼5316，由于皮帶的總寬度和副皮帶從動輪5313的寬度基本持平，因此可以完全舒展開，但是當(dāng)皮帶處于主皮帶驅(qū)動輪5312處時，由于主皮帶驅(qū)動輪5312的寬度遠遠小于皮帶的總寬度，皮帶此時會發(fā)生堆積現(xiàn)象，極大的影響采摘效率。所述頂主體盤盤體532整體為一個大面積鏤空的圓盤，鏤空部分用于安裝和固定皮帶傳送輪531和皮帶輪驅(qū)動組533等。頂主體盤盤體532的圓盤重心為空心結(jié)構(gòu)，和頂主體盤升降機構(gòu)54的兩個滑塊本體5412固定連接，從而使得當(dāng)滑塊本體5412運動時，帶動整套的頂主體盤盤體532運動，進行帶動相關(guān)機構(gòu)運動。皮帶輪驅(qū)動組533為驅(qū)動皮帶傳送輪531中的主皮帶驅(qū)動輪5312進行轉(zhuǎn)動的機構(gòu)。主要包括：直流電機5331，蝸桿齒輪5332，渦輪齒輪5333，直流電機支架5334等。蝸桿齒輪5332和渦輪齒輪5333通過齒輪進行機械嚙合。直流電機5331的主軸和蝸桿齒輪5332連接，渦輪齒輪5333和皮帶傳送輪531中的一個主皮帶驅(qū)動輪5312的軸連接，由上述知：不同的主皮帶驅(qū)動輪5312由于分別圍繞支架52排布，因此使用聯(lián)軸器5318將其連接，這樣的作用是：當(dāng)其中一個主皮帶驅(qū)動輪5312轉(zhuǎn)動時，可通過聯(lián)軸器5318的帶動作用，將所有的主皮帶驅(qū)動輪5312進行驅(qū)動。同樣，直流電機支架5334和直流電機5331固定連接，而后，直流電機支架5334固定在頂主體盤盤體532的合適位置上。這樣整體的效果是：當(dāng)伺服電機轉(zhuǎn)動時帶動蝸桿齒輪5332轉(zhuǎn)動，此時通過齒輪嚙合，渦輪齒輪5333也相應(yīng)轉(zhuǎn)動，然而渦輪齒輪渦輪齒輪5333和皮帶傳送輪531中的一個主皮帶驅(qū)動輪5312的軸連接，從而帶動某個主皮帶驅(qū)動輪5312的軸轉(zhuǎn)動。進而，由于本發(fā)明使用了聯(lián)軸器5318將所有的主皮帶驅(qū)動輪5312的軸進行了連接，因此所有的主皮帶驅(qū)動輪5312開始轉(zhuǎn)動，從而帶動皮帶5311和副皮帶從動輪5313轉(zhuǎn)動。頂主體盤升降機構(gòu)54為兩個單獨的升降滑臺541，豎直放置。所述升降滑臺541包括：升降滑臺本體支架5411，滑塊本體5412等。升降滑臺本體支架5411與支架52平行固定，且兩個單獨的升降滑臺541分別固定在支架52的對側(cè)放置，即：兩滑塊本體5412沿徑向朝向外側(cè)放置。另外，所述頂主體盤升降機構(gòu)54的兩個單獨的升降滑臺541整體放置在底盤51的上側(cè)。本發(fā)明不僅提出了一種基于采摘盤的果實采摘機器人，還提出了一種相應(yīng)的梳理式枝條狀果實采摘方法。具體步驟如下：一種基于采摘盤的果實采摘機器人，包括四輪智能平臺1、控制系統(tǒng)2、圖像識別系統(tǒng)3、采摘臂4和采摘盤5。S1：首先采摘移動平臺1移動至帶采摘植株前后，通過圖像識別系統(tǒng)3采集果實枝條的相關(guān)信息并發(fā)送至控制系統(tǒng)2，控制系統(tǒng)2控制采摘臂4并帶動采摘盤5進行果實的采摘。S2：主控模塊22首先通過控制旋轉(zhuǎn)直流減速電機551轉(zhuǎn)動，由于主齒553和旋轉(zhuǎn)直流減速電機551的軸連接，從而帶動主齒553的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)的效果為：旋轉(zhuǎn)直流減速電機551的主軸轉(zhuǎn)動帶動主齒553的轉(zhuǎn)動，由于主齒553和半圓副齒554嚙合，但旋轉(zhuǎn)直流減速電機551通過旋轉(zhuǎn)直流減速電機支架552和支架52連接，因此半圓副齒554會轉(zhuǎn)動，并且此時的半圓副齒554嚙合和左半底盤511是通過螺栓固定連接的，因此帶動左半底盤511的旋轉(zhuǎn)。然而，左半底盤511可以嵌入至右半底盤512的夾層中間并可以在夾層中間轉(zhuǎn)動，因此最終實現(xiàn)了左半底盤511和右半底盤512之間夾角的可控性改變。由于上述結(jié)構(gòu)優(yōu)選的是：左半底盤511和右半底盤512之間在邊緣處有缺口，即使左半底盤511和右半底盤512組成一個封閉圓形平面時，左半底盤511和右半底盤512之間有一個空隙，使得植株的主枝干順利進入該空隙中，從而進行后續(xù)的采摘。并且，該步驟中，右半底盤512的半圓狀結(jié)構(gòu)的圓心處和支架52固定連接。所述支架52的末端還與采摘臂4的頂端連接并固定。另外，左半底盤511為單層餅狀結(jié)構(gòu)，右半底盤512則為雙層餅狀結(jié)構(gòu)，中間夾層為空心結(jié)構(gòu)，空心距離稍大于左半底盤511的厚度，使得左半底盤511可以嵌入至右半底盤512的夾層中間并可以在夾層中間圍繞支架52并通過錐形軸承513轉(zhuǎn)動。S3：經(jīng)過上述的步驟后，由于植株的主枝干等已經(jīng)進入采摘盤5中的底盤51內(nèi)，主控模塊22通過控制頂主體盤升降機構(gòu)54中的兩個單獨的升降滑臺541中的滑塊本體5412運動，此時兩個升降滑臺541中的滑塊本體5412同時向下移動。然后，頂主體盤盤體532的圓盤重心為空心結(jié)構(gòu)，和頂主體盤升降機構(gòu)54的兩個滑塊本體5412固定連接，從而使得當(dāng)滑塊本體5412運動時，帶動整套的頂主體盤盤體532運動，進行帶動相關(guān)機構(gòu)運動。本步驟的效果為：通過主控模塊22控制頂主體盤升降機構(gòu)54運動，進而帶動整套的頂主體盤盤體532向下運動，此時的枝條被逐漸下壓，分布于由左半底盤511和右半底盤512組成的一個封閉圓形平面上。S4：主控模塊22通過控制皮帶輪驅(qū)動組533中的直流電機5331轉(zhuǎn)動，從而將所有的主皮帶驅(qū)動輪5312進行驅(qū)動。所述頂主體盤盤體532整體為一個大面積鏤空的圓盤，鏤空部分用于安裝和固定皮帶傳送輪531和皮帶輪驅(qū)動組533等。由于頂主體盤盤體532的圓盤重心為空心結(jié)構(gòu)，和頂主體盤升降機構(gòu)54的兩個滑塊本體5412固定連接，從而使得當(dāng)滑塊本體5412...