CN104956850A - 一种金银花采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金银花采摘机器人，它包括与采摘箱连接的采摘器，所述采摘器安装在机械手臂上，所述机械手臂上还安装有视觉识别定位装置，所述机械手臂通过转盘机构与车体连接，所述车体上安装有控制装置和电源装置以及所述采摘箱，所述车体还设有升降机构，所述升降机构与车轮机构连接，所述车轮机构、升降机构、转盘机构、机械手臂、采摘器、视觉定位识别装置还分别与控制装置连接，所述控制装置与电源装置连接。本发明利用升降装置，利用控制装置中可以在面对田间地块中，实现找平面的作用，采用板状的隔离筛，具备一定的厚度，加上小通孔的设计，提高采集金银花的品质，增加经济效益。

Description

一种金银花采摘机器人

技术领域

本发明涉及一种金银花采摘机器人。

背景技术

随着人们生活保健意识的提高，在我国有悠久栽培历史的金银花得到越来越多的应用。然而在收获金银花过程中，混入开放的花和叶等杂质则使采摘的金银花质量降低。要想获得质量上乘的金银花，不仅需要采摘花蕾，还需要对采收时间有较高的要求，金银花的最佳采收时间是清晨和上午，此时采收花蕾不易开放，养分足、气味浓、颜色好，每茬花期在一周左右，目前多为人工采摘，碍于种植区花期集中，在采摘季，不仅人工成本高，且不易找，若金银花行情波动，甚至会入不敷出，申请号201120118930.9金银花采摘机，是一种手持式金银花采摘机，因金银花植株较低，手持吸物头，需要弯腰工作，导致人们工作不久就会腰酸背痛，不利于持续采摘，此外，其滤网简陋无法有效阻挡叶片，无法真正保障采摘质量，同时也不利于金银花进入吸物头内。

此外，若采用国内外现有的采摘机器人采摘，不仅执行机构无法满足技术要求，而且在面对生长年数不同的金银花缠绕及匍匐茎时，由于金银花植株高矮不一，加上田间地块不平整，现有的机器人采摘系统往往不能适应较为复杂的田间实况，存在实用性不强的缺点。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有金银花采摘机，无法有效避免叶片等杂质，易卡壳，进而影响金银花采摘质量的技术问题，提供一种简单高效的金银花采摘设备。

为实现上述目的，本发明提出一种金银花采摘机器人，它包括与采摘箱连接的采摘器，所述采摘器安装在机械手臂上，所述机械手臂上还安装有视觉识别定位装置，所述机械手臂通过转盘机构与车体连接，所述车体上安装有控制装置和电源装置以及所述采摘箱，所述车体还设有升降机构，所述升降机构与车轮机构连接，所述车轮机构、升降机构、转盘机构、机械手臂、采摘器、视觉定位识别装置还分别与控制装置连接，所述控制装置与电源装置连接。

这样，通过采用专用的金银花采摘器，有效避免叶片等杂质混入，实现干净采摘，提高了采摘质量；采用机器人结构，可以减轻人员的劳动强度，也减轻用工荒以及行情波动带来的压力；对采摘机器人安装升降机构，在满足采摘目标视觉识别定位的基础上，有利于提高采摘机器人在田间地头的实用性。

另外，根据本发明实施例可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述车体包括底盘，所述车轮机构包括位于所述底盘对称中轴线上的一个前轮和分置在底盘中轴线两侧的两个后轮，所述前轮包括轮毂电机，所述轮毂电机与万向轮架连接，所述万向轮架上设有方向机，所述方向机通过电机I与控制装置连接，所述轮毂电机与控制装置连接，所述万向轮架的上端、所述后轮还分别通过所述升降机构与所述底盘连接，所述底盘上设有水平传感器，所述水平传感器与控制装置连接。

这样，所述方向机通过电机I与控制装置连接，实现对采摘机器人行驶方向的控制，底盘下设有升降机构，配合后续所述的水平传感器，实现对采摘机器人升降，使三轮结构的车体的底盘很容易保持水平，这样可以实现机器人在应对田间地头高低不等的路况下，通过分别对位于前轮和后轮的升降机构进行升降操作实现保持底盘水平的理想状态，有利于提高机械手臂采摘精度以及降低采摘姿态控制的难度。

根据本发明的一个实施例，所述升降机构包括与所述万向轮架连接的千斤顶I、分别与两个后轮连接的千斤顶II、千斤顶III，所述千斤顶I、千斤顶II、千斤顶III分别通过电机II、电机III、电机IV与控制装置连接。

这样，对升降机构进一步进行限定，采用千斤顶结构，成本低，满足工作环境的需要，千斤顶采用丝杠型，控制装置通过控制丝杠轴端上设有的电机,实现底盘保持水平的状态。

根据本发明的一个实施例，所述采摘器包括壳体，所述壳体包括进花口和出花口，在进花口和出花口之间的所述壳体的采摘器腔体中安装有静梳齿，动梳齿，所述动梳齿设置在转轴上，所述转轴的轴线垂直于所述进花口的进口方向的轴线和所述出花口的出口方向的轴线所组成的平面，所述转轴两端分别与壳体连接，其中的一端还与壳体上的动力装置连接，所述动梳齿与静梳齿齿与齿交错配合。

通过动梳齿将要采摘的金银花蕾由进花口采入采摘器腔体内，同时，与动梳齿连接的转轴与进花口和出花口成正交，动、静梳齿齿与齿交错配合，静梳齿可以将夹持在动梳齿中的金银花蕾挑出，经出花口的采花管送入采摘箱内完成采摘动作，这样可以摆脱辊式采摘器采摘过程中，辊面易粘附植物津液，导致易卡壳的故障。

根据本发明的一个实施例，所述壳体的上端设有采摘器固定杆，所述采摘器固定杆与所述机械手臂的末端执行器安装架连接，所述视觉识别定位装置包括双目高清摄像头，所述双目高清摄像头与所述采摘器固定杆顶端连接，所述采摘器腔体包括位于所述转轴一侧的回旋流道，所述静梳齿设置在所述回旋流道的对面侧并且位于进花口和出花口之间，所述静梳齿为斜劈状，在朝向转轴的劈尖部设有齿，所述静梳齿的斜劈面与出花口相邻接且平行于所述出花口的出口方向的轴线，所述出花口的出口方向的轴线位于从进花口到出花口顺势方向且在所述回旋流道的出花口位置处的回旋线切线方向上，所述进花口的进口方向的轴线位于从进花口到出花口顺势方向且在所述回旋流道的进花口位置处的回旋线切线方向上；

所述动梳齿包括在转轴上沿径向伸出且沿轴向排布的挠齿，所述挠齿远离转轴的一端设有从进花口到出花口顺势方向上与所述挠齿位于同一径向截面内的弯曲部，所述动梳齿的挠齿之间，静梳齿的齿之间呈V形槽。

这样，通过静梳齿劈尖部设有的齿，将夹持在动梳齿中的金银花蕾挑出后，顺斜劈面滑入出花口，同时，静梳齿与壳体上的出花口相邻接，这样方便其维护和更换，同时也使静梳齿成为壳体的一部分为其他的附加配件与壳体的连接提供依托。齿与齿之间呈V形槽，方便对小柱状的金银花蕾夹持，同时利用转轴的旋转离心力，将金银花蕾与植株进行分离，结合进花口和出花口的朝向，从进花口到出花口顺势方向上沿回旋流道经出花口甩入采摘管，进而进入采摘箱中，整个动作连贯。动梳齿的弯曲部的设置，有利于对各个金银花蕾夹持之前，提前进行梳理，使夹持的金银花蕾一一被夹持，方便后续静梳齿从V形槽中的挑出。

根据本发明的一个实施例，所述壳体上设有气泵，所述气泵与输气管连接，所述输气管通过输气支管与壳体内部的回旋流道联通，所述回旋流道内，在进花口至出花口顺势方向上沿转轴切线方向设有输气支管的输出嘴，所述输出嘴按所述转轴轴向依次排布且与动梳齿的所述V形槽所在位置相对应。

这样，通过设置气泵，利用各个输气支管对着动梳齿的所述V形槽所在位置进行吹风，可以在动梳齿夹起金银花蕾随转轴旋转的上升阶段对被夹在V形槽中的金银花蕾施加一定的风压，使被夹的金银花蕾不易散落，而当动梳齿携带被夹持的金银花蕾的转轴旋转越过最高点，此时，位于转轴旋转切线方向设置的输出嘴对夹持在V形槽中的金银花蕾吹拂，使部分金银花蕾由V形槽中吹出通过出花口送入采摘箱，剩余未被吹出的金银花蕾由位于出花口且与出花口相连接的静梳齿挑出后经出花口进入采摘箱中，输气支管输出嘴与静梳齿两者相互辅助，配合动梳齿为金银花采摘的完成提供保障。

根据本发明的一个实施例，所述壳体的下端设有隔离筛，所述隔离筛为板状，在板上、下面之间设有通孔I，板的一端设有凸台I，另一端连接有凸杆，在靠近板两端的前、后两个侧立面上分别设有水平方向的轨道，所述轨道、凸台I、凸杆分别与滑动装置连接，所述滑动装置分别与所述回旋流道的下端以及所述静梳齿的下端连接。

这样，由于隔离板具备一定的厚度，且采用通孔设计，使金银花蕾在通过隔离筛时，在驱动装置驱动下，形成一定的水平剪切的效果，有利于采摘金银花蕾与植株的分离，避免掺入叶片，使采摘的金银花蕾更干净，提高采摘品质。

根据本发明的一个实施例，所述滑动装置包括左端挡片，右端挡片，与所述轨道活动连接的轨道滑块，所述左端挡片包括上水平部I、下水平部I以及与上、下水平部连接的垂直部I，所述上水平部I上表面设有燕尾槽I，所述垂直部I上设有通孔II，位于左端挡片左侧的隔离筛电机的轴端通过所述通孔II与位于右侧的斜截面轮远离斜截面的一端轴向连接，所述斜截面轮的斜截面与所述板上的所述凸杆靠接，所述右端挡片包括上水平部II、下水平部II以及与上、下水平部II连接的垂直部II，所述上水平部II上表面设有燕尾槽II，所述垂直部II的左侧面上设有凸台II，所述凸台II与所述板的凸台I之间安装有弹簧，所述壳体内远离静梳齿一侧的回旋流道的下端设有燕尾凹槽I, 所述静梳齿的劈底部设有燕尾凹槽II，所述燕尾槽I与所述燕尾凹槽I连接；所述燕尾槽II与所述燕尾凹槽II连接，所述轨道滑块包括水平部以及与水平部连接的垂直部，所述水平部与所述轨道配合连接，所述左端挡片的下水平部I,右端挡片的下水平部II的前、后两侧立面分别与所述轨道滑块的所述垂直部连接为一体。

这样，通过轨道滑块与轨道的配合，将隔离筛与采摘器的壳体进行相对固定，使其仅能在隔离筛电机的作用下，沿轨道方向进行水平方向一维运动，对生长方向不一的金银花蕾进行梳理，方便小柱状的金银花蕾犹如穿针般的进入隔离筛的通孔I，水平运动产生一定作用的剪切力，有利于花与植株的初步脱离，筛送至动梳齿沿轴向排布的挠齿位置，经挠齿的弯曲部梳理，随着转轴的旋转完成夹持采摘。轨道滑块包括水平部以及与水平部连接的垂直部，以及壳体底部设有燕尾凹槽I，静梳齿的劈底部设有燕尾凹槽II分别与上水平部I上表面设有的燕尾槽I，上水平部II上表面设有的燕尾槽II配合的方案，有利于在需要更换隔离筛或者维修时，方便拆卸，满足日常维护的需要。

根据本发明的一个实施例，所述壳体还包括端盖I、端盖II，所述端盖I、II与位于它们之间的采摘器腔体以及所述静梳齿的横截端面连接，所述转轴两端分别与端盖I、端盖II连接，所述动力装置包括位于端盖I上的动梳齿电机，所述动梳齿电机轴与端盖I上露出的转轴端连接；

所述采摘箱设有盖，所述盖上设有通孔III，所述通孔III与采摘管一端连接，所述采摘管的另一端与出花口连接，所述盖上还设有锁扣，所述盖与采摘箱本体之间铰连接，所述采摘箱安装在转盘机构上，所述控制装置和电源装置安装在所述底盘上。

这样，整个采摘器壳体采取端盖I、端盖II与采摘器腔体构成，方便拆装和对内部部件的维护。作为动力装置的动梳齿电机与所述转轴采用轴与轴的直接连接，相比现有的采摘机，省去复杂的齿轮组等机构，结构简单，性能可靠。利用机器人承载较为沉重的电源部分以及采摘的金银花蕾，改变现有的手提或肩背的模式，减轻劳动负担，方便人们在较大区域内开展采摘。

根据本发明的一个实施例，一种金银花采摘机器人的采摘方法，它包括以下步骤：

1）车体在田间行距之间的空隙中穿行，控制装置实时接收水平传感器信号，对车体升降机构进行闭环控制以保障底盘始终为水平状态；利用双目高清摄像头对金银花蕾和金银花植株的图像信息进行搜寻和采集，将所采集图像在控制装置中进行均值滤波；对滤波处理后的图像灰度化进而获得直方图，根据直方图利用阈值法对灰度化的图像进行分割处理，分割阈值为40～80，对图像进一步做腐蚀、膨胀处理获得金银花蕾二值化图像；

2)控制装置利用双目立体视觉法，运用三角测距原理得到金银花蕾所在位置的三维位置信息，控制装置按照三维位置信息对机械手臂进行逆运动学计算将空间数据转化为各个关节的运动指令参数，驱动机械手臂各个关节的伺服电机，将连接在机械手臂末端执行器安装架上的采摘器送抵金银花蕾所处位置，经与采摘器出花口连接的采摘管将金银花蕾采入采摘箱中。

将金银花采摘机器人放置在金银花田内，机器人在田间行距之间的空隙中穿行，双目立体视觉系统搜寻和采集金银花树及金银花蕾的图像信息，进行图像识别，控制装置解算出要采摘的金银花蕾相对机械手臂基坐标的空间位置坐标，本系统中采用四自由度的机械手臂，控制装置根据解算出的各个关节的运动指令参数，驱动腰部、肩部、肘部、腕部关节的伺服电机，使末端的执行机构——采摘器到达要采摘的金银花蕾上方，采摘器对金银花蕾实施采摘，将金银花蕾经采摘管采入采摘箱中。车体运行穿梭在田间，继续对田内识别定位出的金银花蕾进行采摘，直到采摘范围里的金银花蕾全部采摘完毕。

本发明通过采用具备升降机构的三轮结构，利用控制装置对各个轮部的升降机构中的千斤顶控制，使各个千斤顶协同配合，可以在面对高低不平的田间地块时，使底盘有效实现找平的作用，本发明技术方案不仅仅局限于三轮方式，也可以使用四轮等方式，但会增加机械系统、控制系统的复杂程度，不如三轮机构找平效果快捷，此外三轮结构使车体轻巧，方便在田埂或行距之间中穿行，升降结构的另一个作用是，植株较高时，可以提高车身底盘的高度，可以有效避开车辆行进中对花的破坏，提高收获质量。此外，隔离筛为板状，具备一定的厚度，加上在上下表面之间小通孔的设计，使符合尺寸的小柱状的金银花蕾才可以通过，而有一定宽度的叶片无法进入采摘器中，通过往复运动，使向上生长的小柱状的金银花蕾首先进入采摘器，而开放的花和叶等杂质在往复运动中，由于较金银花蕾短小，经一定厚度的隔离筛隔离，不容易由通孔进入采摘器中，因此不易被动梳齿卷入罩中，有效避免了采集中叶片等杂质的出现，提高采集金银花的品质，增加经济效益，  

采摘机器人为减轻劳动强度提供另一好的实施效果，使人员摆脱手拎 背负沉重的电源和采集的金银花之苦，更加有利于在大面积区域内开展采摘活动。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

图1是金银花采摘机器人结构主视示意图；

图2是金银花采摘机器人结构侧视示意图；

图3是采摘器主视示意图；

图4是图3的A-A向剖视示意图；

图5是隔离筛及滑动装置立体放大示意图；

图6是动梳齿V形槽示意图；

图7是图6的 B-B向剖视示意图；

图8是图5结构示意图；

图9是图8的C-C向剖视示意图；

图10是静梳齿立体放大示意图；

其中: 1.双目高清摄像头，2.末端执行器安装架，3.腕关节，4.小臂，5.肘关节，6.大臂，7.肩关节，8.基座，9.转盘伺服电机，10.控制装置，11.电源装置，12后轮，13.转盘机构，14.电机II，15.方向机，16.前轮，17.万向轮架，18.底盘，19.采摘箱，20.采摘管，21.出气孔，22.采摘器，23.气泵；

301.输气管；302.端盖II，303隔离筛电机，304.轨道滑块，305.动梳齿电机，306.端盖I，307.输气支管，308.采摘器固定杆；

401.静梳齿，402.出花口，403.采摘器腔体，404.螺栓孔I，405.挠齿，406.转轴，407.轨道；

501.左端挡片，502.通孔I，503.弹簧，504.右端挡片，505燕尾槽II，506.隔离筛；601.V形槽；

701.弯曲部；

801.斜截面轮，802.凸杆，803.上水平部I，804.燕尾槽I,805.上水平部II，806.凸台I；

901.劈尖部，902.劈底部，903.斜劈面，904.螺栓孔II。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附图进一步说明；

金银花在我国分布广泛，人们很早之前就了解它药用价值。

图1至图10中，提供一种金银花采摘机器人的具体实施方式，它包括与采摘箱19连接的采摘器22，所述采摘器22安装在机械手臂上，所述机械手臂上还安装有视觉识别定位装置，所述机械手臂通过转盘机构13与车体连接，所述车体上安装有控制装置10和电源装置11以及所述采摘箱19，所述车体还设有升降机构，所述升降机构与车轮机构连接，所述车轮机构、升降机构、转盘机构13、机械手臂、采摘器22、视觉定位识别装置还分别与控制装置连接，所述控制装置10与电源装置11连接。

车体包括底盘18，所述车轮机构包括位于所述底盘18对称中轴线上的一个前轮16和分置在底盘中轴线两侧的两个后轮12，所述前轮16包括轮毂电机，所述轮毂电机与万向轮架17连接，所述万向轮架17上设有方向机15，所述方向机15通过电机I与控制装置10连接，方向机为蜗轮蜗杆结构，使控制可靠。所述轮毂电机与控制装置10连接，所述万向轮架17的上端、所述后轮12还分别通过所述升降机构与所述底盘18连接，所述底盘18上设有水平传感器，所述水平传感器与控制装置10连接。

升降机构包括与所述万向轮架17连接的千斤顶I、分别与两个后轮连接的千斤顶II、千斤顶III，所述千斤顶I、千斤顶II、千斤顶III分别通过电机II 14、电机III、电机IV与控制装置10连接。千斤顶采用丝杠型，控制装置10通过控制丝杠轴端上设有的电机实现升降效果。

所述机械手臂包括依次连接的肩关节7、大臂6、肘关节5、小臂4 、腕关节3、末端执行器安装架2以及对应各个关节处设有的伺服电机，所述大臂6下端通过基座8与转盘机构13连接，转盘机构13可以采用包括齿圈与转盘伺服电机9的轴端设有的行星齿轮啮合实现，也可以采用常用的蜗轮蜗杆结构；末端执行器安装架2通过采摘器22外壳上设有的固定杆与其连接。每个关节处设有减速机、编码器，伺服电机通过控制装置10中的电机驱动器与微控制器连接，

采摘器22包括壳体，所述壳体包括进花口和出花口402，在进花口和出花口402之间的所述壳体的采摘器腔体403中安装有静梳齿401，动梳齿，所述动梳齿设置在转轴406上，所述转轴406的轴线垂直于所述进花口的进口方向的轴线和所述出花口402的出口方向的轴线所组成的平面，所述转轴406两端分别与壳体连接，其中的一端还与壳体上的动力装置连接，所述动梳齿与静梳齿401齿与齿交错配合。

壳体的上端设有采摘器固定杆308，所述采摘器固定杆308与所述机械手臂的末端执行器安装架2连接，所述视觉识别定位装置包括双目高清摄像头1，所述双目高清摄像头1与所述采摘器固定杆308顶端连接，这样在采摘器工作时，保持视野广阔且最为接近前方。所述采摘器腔体403包括位于所述转轴406一侧的回旋流道，所述静梳齿401设置在所述回旋流道的对面侧并且位于进花口和出花口402之间，所述静梳齿401为斜劈状，在朝向转轴的劈尖部901设有齿，所述静梳齿401的斜劈面903与出花口402相邻接且平行于所述出花口402的出口方向的轴线，所述出花口402的出口方向的轴线位于从进花口到出花口402顺势方向且在所述回旋流道的出花口402位置处的回旋线切线方向上，所述进花口的进口方向的轴线位于从进花口到出花口402顺势方向且在所述回旋流道的进花口位置处的回旋线切线方向上；

所述动梳齿包括在转轴上沿径向伸出且沿轴向排布的挠齿405，所述挠齿405远离转轴的一端设有从进花口到出花口402顺势方向上与所述挠齿405位于同一径向截面内的弯曲部701，所述动梳齿的挠齿405之间，静梳齿的齿之间呈V形槽601，这种上宽下窄的结构有利于对头部略有突起的柱状金银花蕾的采摘。

壳体上设有气泵23，所述气泵23与输气管301连接，所述输气管301通过输气支管307与壳体的回旋流道联通，所述回旋流道内，在进花口至出花口402顺势方向上沿转轴切线方向设有输气支管307的输出嘴，所述输出嘴按所述转轴轴向依次排布且与动梳齿的所述V形槽601所在位置相对应。

壳体的下端设有隔离筛506，所述隔离筛506为板状，在板上、下面之间设有通孔I 502，板的一端设有凸台I 806，另一端连接有凸杆802，在靠近板两端的前、后两个侧立面上分别设有水平方向的轨道407，所述轨道407、凸台I 806、凸杆802分别与滑动装置连接，所述滑动装置分别与所述回旋流道的下端以及所述静梳齿401的下端连接。

滑动装置包括左端挡片501，右端挡片504，与所述轨道活动连接的轨道滑块304，所述左端挡片501包括上水平部I 803、下水平部I以及与上、下水平部连接的垂直部I，所述上水平部I803上表面设有燕尾槽I 804，所述垂直部I上设有通孔II，位于左端挡片左侧的隔离筛电机303的轴端通过所述通孔II与位于右侧的斜截面轮801远离斜截面的一端轴向连接，所述斜截面轮801的斜截面与所述板上的所述凸杆802靠接，所述右端挡片504包括上水平部II 805、下水平部II以及与上、下水平部II连接的垂直部II，所述上水平部II 805上表面设有燕尾槽II 505，所述垂直部II的左侧面上设有凸台II，所述凸台II与所述板的凸台I 806之间安装有弹簧503，所述壳体内远离静梳齿401一侧的回旋流道的下端设有燕尾凹槽I, 所述静梳齿的劈底部902设有燕尾凹槽II，所述燕尾槽I 804与所述燕尾凹槽I连接；所述燕尾槽II 505与所述燕尾凹槽II连接，所述轨道滑块304包括水平部以及与水平部连接的垂直部，所述水平部与所述轨道407配合连接，所述左端挡片的下水平部I,右端挡片的下水平部II的前、后两侧立面分别与所述轨道滑块304的所述垂直部连接为一体。

壳体还包括端盖I 306、端盖II 302 ，所述端盖I 306、II与位于它们之间的采摘器腔体403以及所述静梳齿401的横截端面即斜劈面两端的竖立面连接，所述转轴两端分别与端盖I306、端盖II连接，所述动力装置包括位于端盖I 306上的动梳齿电机305，所述动梳齿电机轴与端盖I 306上露出的转轴端连接；图4中，位于采摘器腔体403的回旋流道旁的壳体上设有多个螺栓孔I 404，静梳齿401的横截端面上也设有螺栓孔I 404，这样所述端盖I 306、端盖II 302可以通过螺栓孔I 404分别与回旋流道旁的壳体以及静梳齿401连接为一起从而构成整个采摘器的壳体。静梳齿401同时还利用螺栓孔II 904与出花口402连接，使静梳齿401与壳体的其他部分连接牢靠。

所述采摘箱19设有盖，所述盖上设有通孔III，所述通孔III与采摘管20一端连接，所述采摘管20的另一端与出花口402连接，所述盖上还设有锁扣，所述盖与采摘箱本体之间铰连接，所述采摘箱19安装在转盘机构13上，所述控制装置10和电源装置11安装在所述底盘18上。采摘管20上设有出气孔21，用于排出输气管301吹入的空气，仅让采摘的金银花蕾顺利进入采摘箱19内。

一种金银花采摘机器人的采摘方法，它包括以下步骤：

1）车体在田间行距之间的空隙中穿行，控制装置实时接收水平传感器信号，对车体升降机构进行闭环控制以保障底盘18始终为水平状态；利用双目高清摄像头1对金银花蕾和金银花植株的图像信息进行搜寻和采集，将所采集图像在控制装置中进行均值滤波；对滤波处理后的图像灰度化进而获得直方图，根据直方图利用阈值法对灰度化的图像进行分割处理，分割阈值为40～80，对图像进一步做腐蚀、膨胀处理获得金银花蕾二值化图像；

2)控制装置利用双目立体视觉法，运用三角测距原理得到金银花蕾所在位置的三维位置信息，控制装置按照三维位置信息对机械手臂进行逆运动学计算将空间数据转化为各个关节的运动指令参数，驱动机械手臂各个关节的伺服电机，将连接在机械手臂末端执行器安装架2上的采摘器22送抵金银花蕾所处位置，经与采摘器22出花口连接的采摘管20将金银花蕾采入采摘箱19中。

车体通过转盘机构旋转结合控制装置内置程序运用双目立体视觉法在世界坐标系中完成车体对金银花蕾的搜寻和定位识别，使通过解算出机械手臂各个关节的相对运动角度，实现对金银花蕾的采摘，控制装置实时接收水平传感器信号，对车体升降机构进行闭环控制以保障底盘始终为水平状态；为采摘的正常进行提供平台保障，使机械手臂仿佛工作在固定位置，有利于机械手臂各个关节的运行姿态精度的实现。同时，在面对高矮不同的金银花植株时，可以通过对车体升降机构的升、降，一方面避免直接碰撞金银花植株，另一方面可以更好的实现机械手臂的采摘动作。

所述的均值滤波方法采用平均值滤波或是采用3X3方形窗口的中值滤波。必要时控制装置中内置程序可以直接对获得的金银花蕾彩色图片由RGB模型转换得到金银花蕾的HSV颜色模型，并在模型中提取与亮度无关的H和S分量，建立色彩空间参照表，将每个分割区域内的目标像素点数目与金银花蕾颜色空间参照表比较，同样可以确定出要采摘的金银花蕾目标。

控制装置在对采摘目标的识别和定位的同时还需要对底盘水平传感器的数据进行处理，所述水平传感器包括水银开关或陀螺仪。由它对底盘的水平程度进行实时监测并传感至控制装置中的微处理器进行处理。所述控制装置中还包括与双目高清摄像头连接的图像采集卡，面对田间地面的高低不平，控制装置中的微处理器根据水平传感器的数据，进行分析判断，根据需要驱动位于千斤顶I、II、III上连接的电机II 、电机III、电机IV对底盘进行水平度调整，为机械手臂的顺利完成采摘提供有力的平台保障，改变目前许多采摘机器人因田间地头地面不平导致工作不正常或者直接无法工作的的通病，控制装置对底盘水平度的控制采用闭环控制方式，使超调量较小，提高控制精度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种金银花采摘机器人，它包括与采摘箱连接的采摘器，所述采摘器安装在机械手臂上，所述机械手臂上还安装有视觉识别定位装置，其特征在于，所述机械手臂通过转盘机构与车体连接，所述车体上安装有控制装置和电源装置以及所述采摘箱，所述车体还设有升降机构，所述升降机构与车轮机构连接，所述车轮机构、升降机构、转盘机构、机械手臂、采摘器、视觉定位识别装置还分别与控制装置连接，所述控制装置与电源装置连接。

2.如权利要求1所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述车体包括底盘，所述车轮机构包括位于所述底盘对称中轴线上的一个前轮和分置在底盘中轴线两侧的两个后轮，所述前轮包括轮毂电机，所述轮毂电机与万向轮架连接，所述万向轮架上设有方向机，所述方向机通过电机I与控制装置连接，所述轮毂电机与控制装置连接，所述万向轮架的上端、所述后轮还分别通过所述升降机构与所述底盘连接，所述底盘上设有水平传感器，所述水平传感器与控制装置连接。

3.如权利要求2所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述升降机构包括与所述万向轮架连接的千斤顶I、分别与两个后轮连接的千斤顶II、千斤顶III，所述千斤顶I、千斤顶II、千斤顶III分别通过电机II、电机III、电机IV与控制装置连接。

4.如权利要求2所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述采摘器包括壳体，所述壳体包括进花口和出花口，在进花口和出花口之间的所述壳体的采摘器腔体中安装有静梳齿，动梳齿，所述动梳齿设置在转轴上，所述转轴的轴线垂直于所述进花口的进口方向的轴线和所述出花口的出口方向的轴线所组成的平面，所述转轴两端分别与壳体连接，其中的一端还与壳体上的动力装置连接，所述动梳齿与静梳齿齿与齿交错配合。

5.如权利要求4所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述壳体的上端设有采摘器固定杆，所述采摘器固定杆与所述机械手臂的末端执行器安装架连接，所述视觉识别定位装置包括双目高清摄像头，所述双目高清摄像头与所述采摘器固定杆顶端连接，所述采摘器腔体包括位于所述转轴一侧的回旋流道，所述静梳齿设置在所述回旋流道的对面侧并且位于进花口和出花口之间，所述静梳齿为斜劈状，在朝向转轴的劈尖部设有齿，所述静梳齿的斜劈面与出花口相邻接且平行于所述出花口的出口方向的轴线，所述出花口的出口方向的轴线位于从进花口到出花口顺势方向且在所述回旋流道的出花口位置处的回旋线切线方向上，所述进花口的进口方向的轴线位于从进花口到出花口顺势方向且在所述回旋流道的进花口位置处的回旋线切线方向上； 

所述动梳齿包括在转轴上沿径向伸出且沿轴向排布的挠齿，所述挠齿远离转轴的一端设有从进花口到出花口顺势方向上与所述挠齿位于同一径向截面内的弯曲部，所述动梳齿的挠齿之间，静梳齿的齿之间呈V形槽。

6.如权利要求5所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述壳体上设有气泵，所述气泵与输气管连接，所述输气管通过输气支管与壳体的回旋流道联通，所述回旋流道内，在进花口至出花口顺势方向上沿转轴切线方向设有输气支管的输出嘴，所述输出嘴按所述转轴轴向依次排布且与动梳齿的所述V形槽所在位置相对应。

7.如权利要求6所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述壳体的下端设有隔离筛，所述隔离筛为板状，在板上、下面之间设有通孔I，板的一端设有凸台I，另一端连接有凸杆，在靠近板两端的前、后两个侧立面上分别设有水平方向的轨道，所述轨道、凸台I、凸杆分别与滑动装置连接，所述滑动装置分别与所述回旋流道的下端以及所述静梳齿的下端连接。

8.如权利要求7所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述滑动装置包括左端挡片，右端挡片，与所述轨道活动连接的轨道滑块，所述左端挡片包括上水平部I、下水平部I以及与上、下水平部连接的垂直部I，所述上水平部I上表面设有燕尾槽I，所述垂直部I上设有通孔II，位于左端挡片左侧的隔离筛电机的轴端通过所述通孔II与位于右侧的斜截面轮远离斜截面的一端轴向连接，所述斜截面轮的斜截面与所述板上的所述凸杆靠接，所述右端挡片包括上水平部II、下水平部II以及与上、下水平部II连接的垂直部II，所述上水平部II上表面设有燕尾槽II，所述垂直部II的左侧面上设有凸台II，所述凸台II与所述板的凸台I之间安装有弹簧，所述壳体内远离静梳齿一侧的回旋流道的下端设有燕尾凹槽I, 所述静梳齿的劈底部设有燕尾凹槽II，所述燕尾槽I与所述燕尾凹槽I连接；所述燕尾槽II与所述燕尾凹槽II连接，所述轨道滑块包括水平部以及与水平部连接的垂直部，所述水平部与所述轨道配合连接，所述左端挡片的下水平部I,右端挡片的下水平部II的前、后两侧立面分别与所述轨道滑块的所述垂直部连接为一体。

9.如权利要求8所述的一种金银花采摘机器人，其特征在于，所述壳体还包括端盖I、端盖II，所述端盖I、II与位于它们之间的采摘器腔体以及所述静梳齿的横截端面连接，所述转轴两端分别与端盖I、端盖II连接，所述动力装置包括位于端盖I上的动梳齿电机，所述动梳齿电机轴与端盖I上露出的转轴端连接；

所述采摘箱设有盖，所述盖上设有通孔III，所述通孔III与采摘管一端连接，所述采摘管的另一端与出花口连接，所述盖上还设有锁扣，所述盖与采摘箱本体之间铰连接，所述采摘箱安装在转盘机构上，所述控制装置和电源装置安装在所述底盘上。

10.如权利要求5所述的一种金银花采摘机器人的采摘方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）车体在田间行距之间的空隙中穿行，控制装置实时接收水平传感器信号，对车体升降机构进行闭环控制以保障底盘始终为水平状态；利用双目高清摄像头对金银花蕾和金银花植株的图像信息进行搜寻和采集，将所采集图像在控制装置中进行均值滤波；对滤波处理后的图像灰度化进而获得直方图，根据直方图利用阈值法对灰度化的图像进行分割处理，分割阈值为40～80，对图像进一步做腐蚀、膨胀处理获得金银花蕾二值化图像；

2)控制装置利用双目立体视觉法，运用三角测距原理得到金银花蕾所在位置的三维位置信息，控制装置按照三维位置信息对机械手臂进行逆运动学计算将空间数据转化为各个关节的运动指令参数，驱动机械手臂各个关节的伺服电机，将连接在机械手臂末端执行器安装架上的采摘器送抵金银花蕾所处位置，经与采摘器出花口连接的采摘管将金银花蕾采入采摘箱中。