CN115136793B - 一种红花采收末端执行器、机器人及其采收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红花采收末端执行器、机器人及其采收方法。末端执行器包括外壳及对花模块、刀具精准驱动模块、花丝剪切模块、花丝拢集模块、果球喂入检测模块；刀具精准驱动模块包括剪切驱动电机、传动空间凸轮；花丝剪切模块包括刀架、切刀及导向块；末端执行器与自走式采收机架、RGBD相机共同完成花丝的识别、定位与收获。本发明利用多组电容传感器配合，一方面，检测果球与末端执行器的相对位置，实现果球精准喂入，另一方面，可根据喂入花丝的高度差异判断其生长期；基于判断结果对花丝采用差异化精准采收方式，减少花丝损失，提高了花丝收获量与采收效率；优化传动空间凸轮轮槽，实现上下侧切刀精准剪切，避免花丝二次损伤，降低花丝破碎率。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，具体涉及一种红花采收末端执行器、机器人及其采收方法。
背景技术
红花是我国特色的经济作物，具有重要的药用价值和经济价值，需求量不断增大。随着人力成本的逐年上升，花丝采收问题已成为制约红花产业化的发展瓶颈。采收机器人能够有效提高农业收获的工作效率，但由于花丝采收后会再次长出，需连续采收3-5次，因此区别于其他花类作物的全花收获，红花采收需保留果球而只采收花丝，机器人采收难度较大；现有的采收机器人末端执行器缺少感知装置，在对花过程中无法识别果球与末端执行器的相对位置；而由于红花成熟时间不一致，花丝最佳采收方式也不相同，目前的红花采收机器人末端执行器多针对盛花期花丝设计，而未对不同生长期的果球进行区分并采用不同的分离方式，导致谢花期花丝难以被采收，花丝漏采损失提高。
目前有一种直角坐标红花采摘机器人(专利号ZL201920297250.4)与一种自走式全覆盖多目标红花花丝采摘机器人(专利号ZL202010898444.7)，采用图像识别后的机械臂采摘，但均缺少执行器的末端检测，存在对花失败、花丝破损的问题；另有一种矮式红花仿形采收机(专利号ZL202111147750.8)，其末端执行器采用接近开关式电容检测果球是否进入，但单次检测难以检测花丝生长期，缺少对采收效果的反馈，导致谢花期花丝难以采收，花丝漏采损失较大；另有一种红花采摘头(专利号ZL202020325015.6)，利用凸轮推动刀片剪切花丝，但退刀过程中易对已剪切的花丝造成二次切割；且目前的剪切式末端执行器刀具持续转动，花丝在到达最佳采收位置前已被多次切割，产生割前损伤；刀具剪切花丝后持续运动，已分离花丝在被气流收集前与刀具多次碰撞，产生割后损伤，造成花丝破碎，且缺少采收反馈，导致采净率较低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种红花采收末端执行器、机器人及其采收方法；通过电容检测果球与末端执行器相对位置，实现精准对花及在最佳剪切位置分离花丝；根据花丝生长形态结合平行板电容传感器判定花丝生长期，对不同生长期的花丝采用不同的采收方式，提高花丝采收效率，降低花丝漏采损失；优化末端执行器结构，实现刀具的“花丝进入后启动精准进刀，花丝气吸时静止，花丝气吸后快速退刀”，降低花丝破碎率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器1，所述红花包括果球8、花丝9和茎秆10，花丝9根据其生长期不一致分为盛花期花丝9-1和谢花期花丝9-2，其特征在于，所述间歇剪切式末端执行器1包括外壳及对花模块1-1、刀具精准驱动模块1-2、花丝剪切模块1-3、花丝拢集模块1-4和果球喂入检测模块1-5。
所述外壳及对花模块1-1，包括凸轮保护罩1-1-1、花丝剪切模块外壳1-1-2、对花罩1-1-3和机械臂安装组件1-1-4；所述凸轮保护罩1-1-1安装于花丝剪切模块外壳1-1-2后侧，对花罩1-1-3与花丝剪切模块外壳1-1-2下端面螺纹连接，辅助果球喂入并固定果球；机械臂安装组件1-1-4安装于凸轮保护罩1-1-1后端上侧。
所述刀具精准驱动模块1-2包括剪切驱动电机1-2-1、传动空间凸轮1-2-2；所述剪切驱动电机1-2-1的动力输出轴与传动空间凸轮1-2-2键连接，剪切驱动电机1-2-1输出扭矩带动传动空间凸轮1-2-2转动。
所述传动空间凸轮1-2-2的圆柱面左右两侧对称地设有推杆传动槽1-2-2-1。
所述花丝剪切模块1-3包括一对左右对称安装的刀架1-3-1、下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3和切刀导向块1-3-4。
所述刀架1-3-1包括切刀安装块1-3-1-1和动力推杆1-3-1-2和推杆轴承1-3-1-3；所述下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3分别通过螺钉安装于切刀安装块1-3-1-1的下端面，动力推杆1-3-1-2通过推杆轴承1-3-1-3安装于推杆传动槽1-2-2-1内，传动空间凸轮1-2-2转动推动刀架1-3-1，从而使下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3移动；切刀导向块1-3-4通过螺钉安装于花丝剪切模块外壳1-1-2内侧底板上，引导下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3移动。
所述花丝拢集模块1-4包括花丝拢集管1-4-1和压强平衡筛网1-4-2；所述花丝拢集管1-4-1包括管体1-4-1-1和下部左右两侧设有切刀运动槽1-4-1-2，下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3可通过在切刀运动槽1-4-1-2内运动切割花丝；所述管体1-4-1-1安装于花丝剪切模块外壳1-1-2内部，压强平衡筛网1-4-2螺纹安装于管体1-4-1-1后部。
所述果球喂入检测模块1-5包括果球位姿检测装置1-5-1、花丝状态检测装置1-5-2；所述果球位姿检测装置1-5-1包括位姿电容极板1-5-1-1、位姿极板保护罩1-5-1-2、下屏蔽盒1-5-1-3和位姿检测单片机1-5-1-4。
所述位姿极板保护罩1-5-1-2固接于对花罩1-1-3下端并与其共轴，位姿电容极板1-5-1-1为两片对称安装的弧形铜质板，固接于位姿极板保护罩1-5-1-2内部，并通过I2C连接线与安装于下屏蔽盒1-5-1-3内的位姿检测单片机1-5-1-4连接，下屏蔽盒1-5-1-3固接于花丝剪切模块外壳1-1-2下端面。
所述位姿电容极板1-5-1-1检测到介质进入果球位姿检测装置1-5-1后的电容并传输于位姿检测单片机1-5-1-4。
所述花丝状态检测装置1-5-2包括花丝检测极板1-5-2-1、上屏蔽盒1-5-2-2和状态检测单片机1-5-2-3。
所述花丝检测极板1-5-2-1为两片对称安装的弧形铜质板，固接于花丝拢集管1-4-1内壁切刀运动槽1-4-1-2上侧，并通过I2C连接线与安装于上屏蔽盒1-5-2-2内的状态检测单片机1-5-2-3连接，上屏蔽盒1-5-2-2固接于凸轮保护罩1-1-1上端面。
所述花丝检测极板1-5-2-1检测到介质进入花丝状态检测装置1-5-2后的电容并传输于状态检测单片机1-5-2-3。
所述推杆传动槽1-2-2-1的轮廓中心曲线为空间闭环曲线a-b-c-d-e-f-a，推杆传动槽1-2-2-1与曲线对应关系为：曲线a-b段为凸轮加速段1-2-2-1-1，对应转角为ω1；曲线b-c段为切刀加速段1-2-2-1-2，对应转角为ω2，对应推程为L1；曲线c-d为匀速剪切段1-2-2-1-3，对应转角为ω3，对应推程为L2；曲线d-e段为切刀减速段1-2-2-1-4对应转角为ω4对应推程为L3；曲线e-f段为间歇停止段1-2-2-1-5，对应转角为ω5；曲线f-a段为切刀回退段1-2-2-1-6，对应转角为ω6。
所述推杆传动槽1-2-2-1的推程L为切刀加速段凸轮推程L1、匀速剪切段凸轮推程L2与切刀减速段凸轮推程L3之和。
推杆传动槽1-2-2-1与花丝剪切模块1-3的对应关系为：传动空间凸轮1-2-2位于初始位置时，左右两侧推杆传动槽1-2-2-1的凸轮加速段1-2-2-1-1与动力推杆1-3-1-2接触；随着传动空间凸轮1-2-2转动，切刀加速段1-2-2-1-2、匀速剪切段1-2-2-1-3与切刀减速段1-2-2-1-4依次与动力推杆1-3-1-2接触，使下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3向对花罩1-1-3中心运动剪切花丝；间歇停止段1-2-2-1-5与动力推杆1-3-1-2接触时，下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3停止运动；切刀回退段1-2-2-1-6与动力推杆1-3-1-2接触时，下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3远离对花罩1-1-3中心方向运动。
所述推杆传动槽1-2-2-1的轮廓方程为s(ω)：
所述下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3刃口曲线的斜角为切刀倾斜角α，切刀倾斜角α的范围为70°～78°。
所述剪切驱动电机1-2-1在切割花丝时的输出转速n为凸轮工作转速n1，使传动空间凸轮1-2-2的转速也达到n1，其范围为17～50r/min；下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3在进刀剪切时的运动速度v为剪切速度v1，其范围为20～40mm/s；下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3在退刀时的速度为退刀速度v2，其范围为30～50mm/s。
所述位姿电容极板1-5-1-1的内侧直径为d1，为果球8直径D的1.5～2.0倍，其范围为45～50mm；位姿电容极板1-5-1-1的高度为位姿电容极板高度h1，为果球8高度H的1.3～1.5倍，其范围为30～35mm。
所述花丝检测极板1-5-2-1竖直方向高度为花丝检测极板高度h2，其下端与对花罩1-1-3上端面的距离为花期判定高度h3，h2与h3之和为花丝9盛花期时长度X1的1.0～1.5倍，可检测花丝是否进入；花期判定高度h3为谢花期花丝高度X2的1.3倍，其范围为7～9mm；花丝检测极板高度h2的范围为25～35mm。
所述对花罩1-1-3的高度为对花罩高度h4，为果球8高度H的1.0～1.2倍，其范围为24～28mm。
所述位姿电容极板1-5-1-1能够实时向位姿检测单片机1-5-1-4传输其检测的电容值，当果球8进入位姿电容极板1-5-1-1之间时，位姿检测单片机1-5-1-4接收到位姿电容极板1-5-1-1检测的C1电容。
所述花丝检测极板1-5-2-1能够实时向状态检测单片机1-5-2-3传输其检测的电容值，当盛花期花丝9-1进入花丝检测极板1-5-2-1之间时，状态检测单片机1-5-2-3接收到花丝检测极板1-5-2-1检测的C2电容。
一种红花采收机器人，包括所述的间歇剪切式末端执行器1。
所述红花采收机器人还包括三坐标机械臂2、自走式采收机架3、RGBD相机4、控制系统5、花丝负压收集系统6和整机电源7。
所述自走式采收机架3骑跨于红花植株上部，沿红花种植行移动；所述RGBD相机4通过支架安装于自走式采收机架3前端；所述三坐标机械臂2安装于自走式采收机架3上端面，其末端连接间歇剪切式末端执行器1；所述控制系统5安装于自走式采收机架3上部，所述花丝负压收集系统6和整机电源7安装于自走式采收机架3下部左右两侧。
所述花丝负压收集系统6包括花丝收集箱体6-1、风机6-2和收集软管6-3，收集软管6-3前端与花丝收集箱体6-1连接，末端与管体1-4-1-1连接。
所述风机6-2可调节收集软管6-3末端风速Q1范围为3.50～6.00m/s。
所述控制系统5与位姿检测单片机1-5-1-4、状态检测单片机1-5-2-3、RGBD相机4连接并接收其发出的信号；控制系统5还与剪切驱动电机1-2-1、三坐标机械臂2、自走式采收机架3与风机6-2连接，控制其工作参数。
所述整机电源7与剪切驱动电机1-2-1、位姿检测单片机1-5-1-4、状态检测单片机1-5-2-3、三坐标机械臂2、自走式采收机架3、RGBD相机4、控制系统5、风机6-2连接向其提供能源及动力。
一种利用所述红花采收机器人的红花全生命周期采收方法，包括如下步骤：
S1、识别移动；系统初始化，红花采收机器人的自走式采收机架3骑跨于红花植株上部，沿红花植株行移动；控制系统5以RGBD相机4中心为原点O，以机器人前进方向为Y轴，平行于机器人前进方向为X轴，竖直方向为Z轴建立采收坐标系；RGBD相机4识别自走式采收机架3下方范围内红花植株的果球8，将信息传递到控制系统5，控制系统5定位果球8位置，在当前采收坐标系内给定其三维坐标，规划三坐标机械臂2的移动路径。
S2、对花位姿检测；三坐标机械臂2带动间歇剪切式末端执行器1移动到目标果球8给定的三维坐标上方后，随三坐标机械臂2竖直方向机械臂向下移动，存在以下2种情况：情况1.1：在到达预定坐标下方50～70mm之前，若果球8进入果球位姿检测装置1-5-1，处于位姿电容极板1-5-1-1之间，位姿检测单片机1-5-1-4接收到位姿电容极板1-5-1-1检测到的C1电容，则控制系统5认定为对花成功；间歇剪切式末端执行器1继续向下方运动h1+h4的高度，确保果球8缩颈处于对花罩1-1-3顶端圆孔内；执行步骤S3；
情况1.2：在到达预定坐标下方50～70mm之时，若果球8未进入果球位姿检测装置1-5-1，即位姿检测单片机1-5-1-4未接收到位姿电容极板1-5-1-1检测到的C1电容，则控制系统5认定为对花未成功，间歇剪切式末端执行器1向下一个目标果球8坐标移动，重新执行步骤S2。
S3、花丝状态检测与不同方式采摘；红花采收机器人执行步骤S2并达成情况1.1后，存在以下2种情况：
情况2.1:状态检测单片机1-5-2-3检测到花丝检测极板1-5-2-1的C2电容，则认定为花丝9为盛花期花丝9-1；控制系统5向剪切驱动电机1-2-1发送信号，剪切驱动电机1-2-1启动转动一周，并向传动空间凸轮1-2-2传递转矩，推杆传动槽1-2-2-1推动下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3相向运动剪切盛花期花丝9-1，剪切后的花丝9经花丝拢集管1-4-1进入收集软管6-3后进入花丝收集箱体6-1；花丝9剪切完后，包括以下两种情况：
情况2.1.1：当花丝检测极板1-5-2-1检测的电容大于C2/3时，控制系统5认定为花丝未采净，剪切驱动电机1-2-1再次转动一周，进入步骤S4；
情况2.1.2：当花丝检测极板1-5-2-1检测的电容小于C2/3时，控制系统5认定为花丝已采净，进入步骤S4；
情况2.2：状态检测单片机1-5-2-3未检测到花丝检测极板1-5-2-1的C2电容，则认定为花丝9为谢花期花丝9-2；风机6-2转速增加，调节收集软管6-3末端风速至5.00m/s～6.00m/s，使谢花期花丝9-2在气流作用下脱离果球8，花丝9经花丝拢集管1-4-1进入收集软管6-3后进入花丝收集箱体6-1，完成花丝采收。
S4、复位采摘；红花采收机器人执行完毕步骤S3后，间歇剪切式末端执行器1在三坐标机械臂2的带动下向下一个果球8的坐标移动，再次进入步骤S2；当前采摘区域采摘完成后，控制系统5执行复位操作，三坐标机械臂2回复初始位置，自走式采收机架3沿红花种植行移动到下一片采收区域，进入步骤S1。
本发明与现有技术相比有益效果在于：
1.利用电容传感器，检测果球8相对末端执行器1到达最佳剪切位置后再剪切，保证花丝完整。果球位姿检测装置1-5-1通过检测两极板之间的电容值变化，对进入物体进行判定；由于果球8与叶片等杂物体积差别较大，果球位姿检测装置1-5-1在果球8进入后，检测到的电容C1远大于其他物体进入时检测到的电容。末端执行器1继续向下运动位姿电容极板高度h1与对花罩高度h4，即可确保果球上端进入对花罩1-1-3顶端圆孔并到达最佳剪切位置，此时剪切驱动电机1-2-1启动带动传动空间凸轮1-2-1，凸轮槽1-2-2-1匀速剪切段1-2-2-1-3推动下侧切刀1-3-2于上侧切刀1-3-3启动并对切花丝，避免果球到达最佳剪切位置前刀具破坏花丝。将果球8近似于直径D为20～35mm，高度H为18～25mm的椭球，位姿电容极板1-5-1-1的高度h1为果球8高度H的1.3～1.5倍，可对所有大小的果球进行检测。
2.优化凸轮线槽设计与刀具结构，实现切刀间歇运动，减小凸轮对刀具冲击，避免花丝割后损伤及刀具对花丝的冲击破损。果球8到达最佳剪切位置并由切刀剪切花丝9，剪切完成后凸轮槽1-2-2-1进入间歇停止段1-2-2-1-5，传动空间凸轮1-2-1继续转动而切刀保持静止，此时已分离的花丝在气力作用下收集，避免切割后的花丝9与运动刀具多次碰撞造成二次损伤，并在花丝收集完成后快速退刀。同时，凸轮传动过程中，从动件速度变化时会凸轮会对从动件产生冲击，导致切刀撞击花丝造成破损及刀具磨损；本发明传动空间凸轮1-2-1在有速度变化的切刀加速段1-2-2-1-2与切刀减速段1-2-2-1-4采用正弦曲线，切刀回退段1-2-2-1-6采用余弦曲线，减少刀具在速度变化时所受凸轮冲击。同时，采用双动刀斜切的花丝分离方式，可有效防止单刀切入时造成花丝根部支撑力不足的造成的切割不彻底的情况，降低花丝破碎概率，减小果球损伤。
3.根据不同花期花丝的表现状态不同，对花丝进行全花期检测，实现不同花期花丝的不同方式分离，降低花丝漏采损失。在检测到果球8后，花丝装置检测装置1-5-2开始检测花丝；由于盛花期花丝9-1直立生长，其花丝长度X1为25～30mm，设计花丝检测极板1-5-2-1高度h1的范围为25～35mm，可检测多数盛花期花丝9-1进入极板间；谢花期花丝9-2贴于果球上侧，花丝高度X2为3～6mm，设置花丝检测极板1-5-2-1下端与对花罩1-1-3上端的距离花期判定高度h3为谢花期花丝高度X2的1.3倍，谢花期花丝9-2不会进入花丝检测极板1-5-2-1间；花丝检测极板1-5-2-1检测到花丝电容时判定为花丝9处于盛花期，末端执行器剪切分离花丝；花丝检测极板1-5-2-未检测到花丝电容时判定花丝9处于谢花期，风机6-2加大风速，收集软管6-3末端风速Q1达到5.0～6.0m/s，使谢花期花丝9-2在气流作用下脱离果球。
4.对花丝剪切效果进行检测并反馈于花丝剪切模块1-3，对未采净花丝进行再次剪切，提高花丝采净率。盛花期花丝9-1剪切完成后，花丝检测极板1-5-2-1检测到的电容值仍大于C2/3时，则剪切驱动电机1-2-1再启动一次，对果球8上未分离的花丝9进行第二次剪切采摘，确保果球8上的多数花丝9被摘下，提高花丝采净率。
5.末端执行器与机器人多次感知，连续检测，提高花丝采收效率，降低含杂率。由于茎秆10为柔性体，机器人视觉识别果球并标记位置后，末端执行器移动并执行器一次采收作业；然后自然环境下易因植株扰动产生的果球偏离标记位置，导致采收作业无效，或切割叶片茎秆导致收集到的花丝含杂率较高。本发明采用机器人视觉识别、末端对花识别、花期检测及采收效果识别的多次感知，可精准判定末端执行器是否对花成功、已对花果球8的花期以及花丝的采收效果，避免无效采收作业，提高花丝采收效率，降低采收花丝含杂率。
附图说明：
图1是本发明的间歇剪切式末端执行器1的结构示意图；
图2是本发明的间歇剪切式末端执行器1及刀具精准驱动模块的内部结构示意图；
图3是本发明的外壳及对花模块1-1的结构示意图；
图4是本发明的传动空间凸轮1-2-2的结构示意图；
图5是本发明的花丝剪切模块1-3的结构示意图；
图6是本发明的下侧切刀1-3-2及上侧切刀1-3-3的结构示意图；
图7是本发明的花丝拢集模块1-4的结构示意图；
图8是本发明的果球喂入检测模块1-5的结构示意图；
图9是本发明的位姿检测电容极板1-5-1-1与位姿极板保护罩1-5-1-2的安装示意图；
图10是本发明的花期判定高度及尺寸示意图；
图11是果球8、盛花期花丝9-1及茎秆10的结构示意图；
图12是果球8、谢花期花丝9-2及茎秆10的结构示意图；
图13是本发明的红花采收机器人的结构示意图；
图14是本发明的红花采收机器人工作状态示意图；
图15是本发明的红花采收机器人自走式采收机架3与RGBD相机4结构示意图；
图16是目标果球8位于本发明的间歇剪切式末端执行器1下部的果球位姿检测装置1-5-1内的状态示意图；
图17是目标果球8与盛花期花丝9-1位于最佳剪切位置时，本发明的间歇剪切式末端执行器1的花丝剪切模块1-3的工作状态示意图；
图18是盛花期花丝9-1在与果球8分离后，本发明的间歇剪切式末端执行器1工作状态示意图；
图19是目标果球8剪切完成后本发明的间歇剪切式末端执行器1工作状态示意图；
图20是本发明间歇剪切式末端执行器1采收谢花期花丝9-2的工作状态示意图；
图21是本发明的红花采收方法流程图。
其中的附图标记为：
1间歇剪切式末端执行器 1-1外壳及对花模块
1-1-1凸轮保护罩 1-1-2花丝剪切模块外壳
1-1-3对花罩 1-1-4机械臂安装组件
1-2刀具精准驱动模块 1-2-1剪切驱动电机
1-2-2传动空间凸轮 1-2-2-1推杆传动槽
1-2-2-1-1凸轮加速段 1-2-2-1-2切刀加速段
1-2-2-1-3匀速剪切段 1-2-2-1-4切刀减速段
1-2-2-1-5间歇停止段 1-2-2-1-6切刀回退段
1-3花丝剪切模块 1-3-1刀架
1-3-1-1切刀安装块 1-3-1-2动力推杆
1-3-1-3推杆轴承 1-3-2下侧切刀
1-3-3上侧切刀 1-3-4切刀导向块
1-4花丝拢集模块 1-4-1花丝拢集管
1-4-1-1管体 1-4-1-2切刀运动槽
1-4-2压强平衡筛网 1-5果球喂入检测模块
1-5-1果球位姿检测装置 1-5-1-1位姿电容极板
1-5-1-2位姿极板保护罩 1-5-1-3下屏蔽盒
1-5-1-4位姿检测单片机 1-5-2花丝状态检测装置
1-5-2-1花丝检测极板 1-5-2-2上屏蔽盒
1-5-2-3状态检测单片机 2三坐标机械臂
3自走式采收机架 4RGBD相机
5控制系统 6花丝负压收集系统
6-1花丝收集箱体 6-2风机
6-3收集软管 7整机电源
8果球 9花丝
9-1盛花期花丝 9-2谢花期花丝
10茎秆 ω1凸轮加速段凸轮转角
ω2切刀加速段凸轮转角 L1切刀加速段凸轮推程
ω3匀速剪切段凸轮转角 L2匀速剪切段凸轮推程
ω4切刀减速段凸轮转角 L3切刀减速段凸轮推程
ω4切刀减速段凸轮转角 ω5间歇停止段凸轮转角
ω6切刀回退段凸轮转角 L推杆传动槽推程
n电机输出转速 n1凸轮工作转速
v切刀运动速度 v1剪切速度
v2退刀速度 d1位姿电容板内侧直径
D果球直径 H果球高度
h1电容极板高度 h2花丝检测极板高度
h3花期判定高度 h4对花罩高度
α切刀倾斜角 Q1软管末端风速
X1盛花期花丝长度 X2谢花期花丝高度
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本发明提供一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器1，所述红花包括果球8、花丝9和茎秆10，花丝9根据其生长期不一致分为盛花期花丝9-1和谢花期花丝9-2。
如图1-图2所示，一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器1，包括外壳及对花模块1-1、刀具精准驱动模块1-2、花丝剪切模块1-3、花丝拢集模块1-4和果球喂入检测模块1-5。
如图3所示，所述外壳及对花模块1-1，包括凸轮保护罩1-1-1、花丝剪切模块外壳1-1-2、对花罩1-1-3和机械臂安装组件1-1-4；所述凸轮保护罩1-1-1安装于花丝剪切模块外壳1-1-2后侧，对花罩1-1-3与花丝剪切模块外壳1-1-2下端面螺纹连接，辅助果球喂入并固定果球；机械臂安装组件1-1-4安装于凸轮保护罩1-1-1后端上侧。
如图2、图4所示，所述刀具精准驱动模块1-2包括剪切驱动电机1-2-1、传动空间凸轮1-2-2；所述剪切驱动电机1-2-1的动力输出轴与传动空间凸轮1-2-2键连接，剪切驱动电机1-2-1输出扭矩带动传动空间凸轮1-2-2转动；所述传动空间凸轮1-2-2的圆柱面左右两侧对称地设有推杆传动槽1-2-2-1。
所述推杆传动槽1-2-2-1的轮廓中心曲线为空间闭环曲线a-b-c-d-e-f-a，推杆传动槽1-2-2-1与曲线对应关系为：曲线a-b段为凸轮加速段1-2-2-1-1，对应转角为ω1；曲线b-c段为切刀加速段1-2-2-1-2，对应转角为ω2，对应推程为L1；曲线c-d为匀速剪切段1-2-2-1-3，对应转角为ω3，对应推程为L2；曲线d-e段为切刀减速段1-2-2-1-4对应转角为ω4对应推程为L3；曲线e-f段为间歇停止段1-2-2-1-5，对应转角为ω5；曲线f-a段为切刀回退段1-2-2-1-6，对应转角为ω6。
所述推杆传动槽1-2-2-1的推程L为切刀加速段凸轮推程L1、匀速剪切段凸轮推程L2与切刀减速段凸轮推程L3之和。
推杆传动槽1-2-2-1与花丝剪切模块1-3的对应关系为：传动空间凸轮1-2-2位于初始位置时，左右两侧推杆传动槽1-2-2-1的凸轮加速段1-2-2-1-1与动力推杆1-3-1-2接触；随着传动空间凸轮1-2-2转动，切刀加速段1-2-2-1-2、匀速剪切段1-2-2-1-3与切刀减速段1-2-2-1-4依次与动力推杆1-3-1-2接触，使下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3向对花罩1-1-3中心运动剪切花丝；间歇停止段1-2-2-1-5与动力推杆1-3-1-2接触时，下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3停止运动；切刀回退段1-2-2-1-6与动力推杆1-3-1-2接触时，下侧切刀1-3-2与上侧切刀1-3-3远离对花罩1-1-3中心方向运动。
所述推杆传动槽1-2-2-1的轮廓方程为s(ω)：
如图5所示，所述花丝剪切模块1-3包括一对左右对称安装的刀架1-3-1、下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3和切刀导向块1-3-4。
所述刀架1-3-1包括切刀安装块1-3-1-1和动力推杆1-3-1-2和推杆轴承1-3-1-3；所述下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3分别通过螺钉安装于切刀安装块1-3-1-1的下端面，动力推杆1-3-1-2通过推杆轴承1-3-1-3安装于推杆传动槽1-2-2-1内，传动空间凸轮1-2-2转动推动刀架1-3-1，从而使下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3移动；切刀导向块1-3-4通过螺钉安装于花丝剪切模块外壳1-1-2内侧底板上，引导下侧切刀1-3-2、上侧切刀1-3-3移动。
如图6所示，所述下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3刃口曲线的斜角为切刀倾斜角α，切刀倾斜角α的范围为70°～78°。
如图7所示，所述花丝拢集模块1-4包括花丝拢集管1-4-1和压强平衡筛网1-4-2；所述花丝拢集管1-4-1包括管体1-4-1-1和下部左右两侧设有切刀运动槽1-4-1-2，下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3可通过在切刀运动槽1-4-1-2内运动切割花丝；所述管体1-4-1-1安装于花丝剪切模块外壳1-1-2内部，压强平衡筛网1-4-2螺纹安装于管体1-4-1-1后部。
如图8所示，所述果球喂入检测模块1-5包括果球位姿检测装置1-5-1、花丝状态检测装置1-5-2；所述果球位姿检测装置1-5-1包括位姿电容极板1-5-1-1、位姿极板保护罩1-5-1-2、下屏蔽盒1-5-1-3和位姿检测单片机1-5-1-4；所述位姿极板保护罩1-5-1-2固接于对花罩1-1-3下端并与其共轴，位姿电容极板1-5-1-1为两片对称安装的弧形铜质板，固接于位姿极板保护罩1-5-1-2内部，并通过I2C连接线与安装于下屏蔽盒1-5-1-3内的位姿检测单片机1-5-1-4连接，下屏蔽盒1-5-1-3固接于花丝剪切模块外壳1-1-2下端面；所述位姿电容极板1-5-1-1检测到介质进入果球位姿检测装置1-5-1后的电容并传输于位姿检测单片机1-5-1-4。
所述花丝状态检测装置1-5-2包括花丝检测极板1-5-2-1、上屏蔽盒1-5-2-2和状态检测单片机1-5-2-3；所述花丝检测极板1-5-2-1为两片对称安装的弧形铜质板，固接于花丝拢集管1-4-1内壁切刀运动槽1-4-1-2上侧，并通过I2C连接线与安装于上屏蔽盒1-5-2-2内的状态检测单片机1-5-2-3连接，上屏蔽盒1-5-2-2固接于凸轮保护罩1-1-1上端面；所述花丝检测极板1-5-2-1检测到介质进入花丝状态检测装置1-5-2后的电容并传输于状态检测单片机1-5-2-3。
所述位姿电容极板1-5-1-1能够实时向位姿检测单片机1-5-1-4传输其检测的电容值，当果球8进入位姿电容极板1-5-1-1之间时，位姿检测单片机1-5-1-4接收到位姿电容极板1-5-1-1检测的C1电容；
所述花丝检测极板1-5-2-1能够实时向状态检测单片机1-5-2-3传输其检测的电容值，当盛花期花丝9-1进入花丝检测极板1-5-2-1之间时，状态检测单片机1-5-2-3接收到花丝检测极板1-5-2-1检测的C2电容。
如图9-图10所示，所述位姿电容极板1-5-1-1的内侧直径为d1，为果球8直径D的1.5～2.0倍，其范围为45～50mm；位姿电容极板1-5-1-1的高度为位姿电容极板高度h1，为果球8高度H的1.3～1.5倍，其范围为30～35mm；
所述花丝检测极板1-5-2-1竖直方向高度为花丝检测极板高度h2，其下端与对花罩1-1-3上端面的距离为花期判定高度h3，h2与h3之和为花丝9盛花期时长度X1的1.0～1.5倍，可检测花丝是否进入；花期判定高度h3为谢花期花丝高度X2的1.3倍，其范围为7～9mm；花丝检测极板高度h2的范围为25～35mm；所述对花罩1-1-3的高度为对花罩高度h4，为果球8高度H的1.0～1.2倍，其范围为24～28mm。
如图11-图12所示，多数果球8的盛花期花丝长度为X1为25～30mm，谢花期花丝高度X2为3～6mm，果球高度H为20～27mm，果球直径D为23～33mm。
如图13-图14所示，本发明提供一种红花采收机器人，包括间歇剪切式末端执行器1、三坐标机械臂2、自走式采收机架3、RGBD相机4、控制系统5、花丝负压收集系统6和整机电源7。
所述自走式采收机架3骑跨于红花植株上部，沿红花种植行移动；所述RGBD相机4通过支架安装于自走式采收机架3前端；所述三坐标机械臂2安装于自走式采收机架3上端面，其末端连接间歇剪切式末端执行器1；所述控制系统5安装于自走式采收机架3上部，所述花丝负压收集系统6和整机电源7安装于自走式采收机架3下部左右两侧；所述花丝负压收集系统6包括花丝收集箱体6-1、风机6-2和收集软管6-3，收集软管6-3前端与花丝收集箱体6-1连接，末端与管体1-4-1-1连接；所述风机6-2可调节收集软管6-3末端风速Q1范围为3.50～6.00m/s。
所述控制系统5与位姿检测单片机1-5-1-4、状态检测单片机1-5-2-3、RGBD相机4连接并接收其发出的信号；控制系统5还与剪切驱动电机1-2-1、三坐标机械臂2、自走式采收机架3与风机6-2连接，控制其工作参数；所述整机电源7与剪切驱动电机1-2-1、位姿检测单片机1-5-1-4、状态检测单片机1-5-2-3、三坐标机械臂2、自走式采收机架3、RGBD相机4、控制系统5、风机6-2连接向其提供能源及动力。
如图15-图21所示，一种利用红花采收机器人的红花全生命周期采收方法，包括如下步骤：
S1、识别移动；系统初始化，红花采收机器人的自走式采收机架3骑跨于红花植株上部，沿红花植株行移动；控制系统5以RGBD相机4中心为原点O，以机器人前进方向为Y轴，平行于机器人前进方向为X轴，竖直方向为Z轴建立采收坐标系，如图15所示；RGBD相机4识别自走式采收机架3下方范围内红花植株的果球8，将信息传递到控制系统5，控制系统5定位果球8位置，在当前采收坐标系内给定其三维坐标，规划三坐标机械臂2的移动路径。
S2、对花位姿检测；三坐标机械臂2带动间歇剪切式末端执行器1移动到目标果球8给定的三维坐标上方后，随三坐标机械臂2竖直方向机械臂向下移动，存在以下2种情况：情况1.1：在到达预定坐标下方50～70mm之前，若果球8进入果球位姿检测装置1-5-1，处于位姿电容极板1-5-1-1之间，如图16所示，位姿检测单片机1-5-1-4接收到位姿电容极板1-5-1-1检测到的C1电容，则控制系统5认定为对花成功；间歇剪切式末端执行器1继续向下方运动h1+h4的高度，确保果球8缩颈处于对花罩1-1-3顶端圆孔内；执行步骤S3；
情况1.2：在到达预定坐标下方50～70mm之时，若果球8未进入果球位姿检测装置1-5-1，即位姿检测单片机1-5-1-4未接收到位姿电容极板1-5-1-1检测到的C1电容，则控制系统5认定为对花未成功，间歇剪切式末端执行器1向下一个目标果球8坐标移动，重新执行步骤S2。
S3、花丝状态检测与不同方式采摘；红花采收机器人执行步骤S2并达成情况1.1后，存在以下2种情况：
情况2.1:状态检测单片机1-5-2-3检测到花丝检测极板1-5-2-1的C2电容，则认定为花丝9为盛花期花丝9-1；控制系统5向剪切驱动电机1-2-1发送信号，剪切驱动电机1-2-1启动转动一周，并向传动空间凸轮1-2-2传递转矩，推杆传动槽1-2-2-1推动下侧切刀1-3-2和上侧切刀1-3-3相向运动剪切盛花期花丝9-1，剪切后的花丝9经花丝拢集管1-4-1进入收集软管6-3后进入花丝收集箱体6-1，如图17-19所示；花丝9剪切完后，包括以下两种情况：
情况2.1.1：当花丝检测极板1-5-2-1检测的电容大于C2/3时，控制系统5认定为花丝未采净，剪切驱动电机1-2-1再次转动一周，进入步骤S4；
情况2.1.2：当花丝检测极板1-5-2-1检测的电容小于C2/3时，控制系统5认定为花丝已采净，进入步骤S4；
情况2.2：状态检测单片机1-5-2-3未检测到花丝检测极板1-5-2-1的C2电容，则认定为花丝9为谢花期花丝9-2；风机6-2转速增加，调节收集软管6-3末端风速至5.00m/s～6.00m/s，使谢花期花丝9-2在气流作用下脱离果球8，花丝9经花丝拢集管1-4-1进入收集软管6-3后进入花丝收集箱体6-1，完成花丝采收，如图20所示。
S4、复位采摘；红花采收机器人执行完毕步骤S3后，间歇剪切式末端执行器1在三坐标机械臂2的带动下向下一个果球8的坐标移动，再次进入步骤S2；当前采摘区域采摘完成后，控制系统5执行复位操作，三坐标机械臂2回复初始位置，自走式采收机架3沿红花种植行移动到下一片采收区域，进入步骤S1。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器(1)，所述红花包括果球(8)、花丝(9)和茎秆(10)，花丝(9)根据其生长期不一致分为盛花期花丝(9-1)和谢花期花丝(9-2)，其特征在于，所述间歇剪切式末端执行器(1)包括外壳及对花模块(1-1)、刀具精准驱动模块(1-2)、花丝剪切模块(1-3)、花丝拢集模块(1-4)和果球喂入检测模块(1-5)；
所述外壳及对花模块(1-1)，包括凸轮保护罩(1-1-1)、花丝剪切模块外壳(1-1-2)、对花罩(1-1-3)和机械臂安装组件(1-1-4)；所述凸轮保护罩(1-1-1)安装于花丝剪切模块外壳(1-1-2)后侧，对花罩(1-1-3)与花丝剪切模块外壳(1-1-2)下端面螺纹连接，辅助果球喂入并固定果球；机械臂安装组件(1-1-4)安装于凸轮保护罩(1-1-1)后端上侧；
所述刀具精准驱动模块(1-2)包括剪切驱动电机(1-2-1)、传动空间凸轮(1-2-2)；所述剪切驱动电机(1-2-1)的动力输出轴与传动空间凸轮(1-2-2)键连接，剪切驱动电机(1-2-1)输出扭矩带动传动空间凸轮(1-2-2)转动；
所述传动空间凸轮(1-2-2)的圆柱面左右两侧对称地设有推杆传动槽(1-2-2-1)；
所述花丝剪切模块(1-3)包括一对左右对称安装的刀架(1-3-1)、下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)和切刀导向块(1-3-4)；
所述刀架(1-3-1)包括切刀安装块(1-3-1-1)和动力推杆(1-3-1-2)和推杆轴承(1-3-1-3)；所述下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)分别通过螺钉安装于切刀安装块(1-3-1-1)的下端面，动力推杆(1-3-1-2)通过推杆轴承(1-3-1-3)安装于推杆传动槽(1-2-2-1)内，传动空间凸轮(1-2-2)转动推动刀架(1-3-1)，从而使下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)移动；切刀导向块(1-3-4)通过螺钉安装于花丝剪切模块外壳(1-1-2)内侧底板上，引导下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)移动；
所述花丝拢集模块(1-4)包括花丝拢集管(1-4-1)和压强平衡筛网(1-4-2)；所述花丝拢集管(1-4-1)包括管体(1-4-1-1)和下部左右两侧设有切刀运动槽(1-4-1-2)，下侧切刀(1-3-2)和上侧切刀(1-3-3)可通过在切刀运动槽(1-4-1-2)内运动切割花丝；所述管体(1-4-1-1)安装于花丝剪切模块外壳(1-1-2)内部，压强平衡筛网(1-4-2)螺纹安装于管体(1-4-1-1)后部；
所述果球喂入检测模块(1-5)包括果球位姿检测装置(1-5-1)、花丝状态检测装置(1-5-2)；
所述果球位姿检测装置(1-5-1)包括位姿电容极板(1-5-1-1)、位姿极板保护罩(1-5-1-2)、下屏蔽盒(1-5-1-3)和位姿检测单片机(1-5-1-4)；
所述位姿极板保护罩(1-5-1-2)固接于对花罩(1-1-3)下端并与其共轴，位姿电容极板(1-5-1-1)为两片对称安装的弧形铜质板，固接于位姿极板保护罩(1-5-1-2)内部，并通过I2C连接线与安装于下屏蔽盒(1-5-1-3)内的位姿检测单片机(1-5-1-4)连接，下屏蔽盒(1-5-1-3)固接于花丝剪切模块外壳(1-1-2)下端面；
所述位姿电容极板(1-5-1-1)检测到介质进入果球位姿检测装置(1-5-1)后的电容并传输于位姿检测单片机(1-5-1-4)；
所述花丝状态检测装置(1-5-2)包括花丝检测极板(1-5-2-1)、上屏蔽盒(1-5-2-2)和状态检测单片机(1-5-2-3)；
所述花丝检测极板(1-5-2-1)为两片对称安装的弧形铜质板，固接于花丝拢集管(1-4-1)内壁切刀运动槽(1-4-1-2)上侧，并通过I2C连接线与安装于上屏蔽盒(1-5-2-2)内的状态检测单片机(1-5-2-3)连接，上屏蔽盒(1-5-2-2)固接于凸轮保护罩(1-1-1)上端面；
所述花丝检测极板(1-5-2-1)检测到介质进入花丝状态检测装置(1-5-2)后的电容并传输于状态检测单片机(1-5-2-3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器(1)，其特征在于，所述推杆传动槽(1-2-2-1)的轮廓中心曲线为空间闭环曲线a-b-c-d-e-f-a，推杆传动槽(1-2-2-1)与曲线对应关系为：曲线a-b段为凸轮加速段(1-2-2-1-1)，对应转角为ω1；曲线b-c段为切刀加速段(1-2-2-1-2)，对应转角为ω2，对应推程为L1；曲线c-d为匀速剪切段(1-2-2-1-3)，对应转角为ω3，对应推程为L2；曲线d-e段为切刀减速段(1-2-2-1-4)对应转角为ω4对应推程为L3；曲线e-f段为间歇停止段(1-2-2-1-5)，对应转角为ω5；曲线f-a段为切刀回退段(1-2-2-1-6)，对应转角为ω6；
所述推杆传动槽(1-2-2-1)的推程L为切刀加速段凸轮推程L1、匀速剪切段凸轮推程L2与切刀减速段凸轮推程L3之和；
推杆传动槽(1-2-2-1)与花丝剪切模块(1-3)的对应关系为：传动空间凸轮(1-2-2)位于初始位置时，左右两侧推杆传动槽(1-2-2-1)的凸轮加速段(1-2-2-1-1)与动力推杆(1-3-1-2)接触；随着传动空间凸轮(1-2-2)转动，切刀加速段(1-2-2-1-2)、匀速剪切段(1-2-2-1-3)与切刀减速段(1-2-2-1-4)依次与动力推杆(1-3-1-2)接触，使下侧切刀(1-3-2)与上侧切刀(1-3-3)向对花罩(1-1-3)中心运动剪切花丝；间歇停止段(1-2-2-1-5)与动力推杆(1-3-1-2)接触时，下侧切刀(1-3-2)与上侧切刀(1-3-3)停止运动；切刀回退段(1-2-2-1-6)与动力推杆(1-3-1-2)接触时，下侧切刀(1-3-2)与上侧切刀(1-3-3)远离对花罩(1-1-3)中心方向运动；
所述推杆传动槽(1-2-2-1)的轮廓方程为s(ω)：
3.根据权利要求2所述的一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器(1)，其特征在于，所述下侧切刀(1-3-2)和上侧切刀(1-3-3)刃口曲线的斜角为切刀倾斜角α，切刀倾斜角α的范围为70°～78°；
所述剪切驱动电机(1-2-1)在切割花丝时的输出转速n为凸轮工作转速n1，使传动空间凸轮(1-2-2)的转速也达到n1，其范围为17～50r/min；下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)在进刀剪切时的运动速度v为剪切速度v1，其范围为20～40mm/s；下侧切刀(1-3-2)、上侧切刀(1-3-3)在退刀时的速度为退刀速度v2，其范围为30～50mm/s。
4.根据权利要求3所述的一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器(1)，其特征在于，所述位姿电容极板(1-5-1-1)的内侧直径为d1，为果球(8)直径D的1.5～2.0倍，其范围为45～50mm；位姿电容极板(1-5-1-1)的高度为位姿电容极板高度h1，为果球(8)高度H的1.3～1.5倍，其范围为30～35mm；
所述花丝检测极板(1-5-2-1)竖直方向高度为花丝检测极板高度h2，其下端与对花罩(1-1-3)上端面的距离为花期判定高度h3，h2与h3之和为花丝(9)盛花期时长度X1的1.0～1.5倍，可检测花丝是否进入；花期判定高度h3为谢花期花丝高度X2的1.3倍，其范围为7～9mm；花丝检测极板高度h2的范围为25～35mm；
所述对花罩(1-1-3)的高度为对花罩高度h4，为果球(8)高度H的1.0～1.2倍，其范围为24～28mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于采收红花的间歇剪切式末端执行器(1)，其特征在于，所述位姿电容极板(1-5-1-1)能够实时向位姿检测单片机(1-5-1-4)传输其检测的电容值，当果球(8)进入位姿电容极板(1-5-1-1)之间时，位姿检测单片机(1-5-1-4)接收到位姿电容极板(1-5-1-1)检测的C1电容；
所述花丝检测极板(1-5-2-1)能够实时向状态检测单片机(1-5-2-3)传输其检测的电容值，当盛花期花丝(9-1)进入花丝检测极板(1-5-2-1)之间时，状态检测单片机(1-5-2-3)接收到花丝检测极板(1-5-2-1)检测的C2电容。
6.一种红花采收机器人，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的间歇剪切式末端执行器(1)。
7.根据权利要求6所述的红花采收机器人，其特征在于，所述红花采收机器人还包括三坐标机械臂(2)、自走式采收机架(3)、RGBD相机(4)、控制系统(5)、花丝负压收集系统(6)和整机电源(7)；
所述自走式采收机架(3)骑跨于红花植株上部，沿红花种植行移动；所述RGBD相机(4)通过支架安装于自走式采收机架(3)前端；所述三坐标机械臂(2)安装于自走式采收机架(3)上端面，其末端连接间歇剪切式末端执行器(1)；所述控制系统(5)安装于自走式采收机架(3)上部，所述花丝负压收集系统(6)和整机电源(7)安装于自走式采收机架(3)下部左右两侧；
所述花丝负压收集系统(6)包括花丝收集箱体(6-1)、风机(6-2)和收集软管(6-3)，收集软管(6-3)前端与花丝收集箱体(6-1)连接，末端与管体(1-4-1-1)连接；
所述风机(6-2)可调节收集软管(6-3)末端风速Q1范围为3.50～6.00m/s。
8.根据权利要求7所述的红花采收机器人，其特征在于，所述控制系统(5)与位姿检测单片机(1-5-1-4)、状态检测单片机(1-5-2-3)、RGBD相机(4)连接并接收其发出的信号；控制系统(5)还与剪切驱动电机(1-2-1)、三坐标机械臂(2)、自走式采收机架(3)与风机(6-2)连接，控制其工作参数；
所述整机电源(7)与剪切驱动电机(1-2-1)、位姿检测单片机(1-5-1-4)、状态检测单片机(1-5-2-3)、三坐标机械臂(2)、自走式采收机架(3)、RGBD相机(4)、控制系统(5)、风机(6-2)连接向其提供能源及动力。
9.一种利用权利要求6-8任一项所述红花采收机器人的红花全生命周期采收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、识别移动；系统初始化，红花采收机器人的自走式采收机架(3)骑跨于红花植株上部，沿红花植株行移动；控制系统(5)以RGBD相机(4)中心为原点O，以机器人前进方向为Y轴，平行于机器人前进方向为X轴，竖直方向为Z轴建立采收坐标系；RGBD相机(4)识别自走式采收机架(3)下方范围内红花植株的果球(8)，将信息传递到控制系统(5)，控制系统(5)定位果球(8)位置，在当前采收坐标系内给定其三维坐标，规划三坐标机械臂(2)的移动路径；
S2、对花位姿检测；三坐标机械臂(2)带动间歇剪切式末端执行器(1)移动到目标果球(8)给定的三维坐标上方后，随三坐标机械臂(2)竖直方向机械臂向下移动，存在以下2种情况：
情况1.1：在到达预定坐标下方50～70mm之前，若果球(8)进入果球位姿检测装置(1-5-1)，处于位姿电容极板(1-5-1-1)之间，位姿检测单片机(1-5-1-4)接收到位姿电容极板(1-5-1-1)检测到的C1电容，则控制系统(5)认定为对花成功；间歇剪切式末端执行器(1)继续向下方运动h1+h4的高度，确保果球(8)缩颈处于对花罩(1-1-3)顶端圆孔内；执行步骤S3；
情况1.2：在到达预定坐标下方50～70mm之时，若果球(8)未进入果球位姿检测装置(1-5-1)，即位姿检测单片机(1-5-1-4)未接收到位姿电容极板(1-5-1-1)检测到的C1电容，则控制系统(5)认定为对花未成功，间歇剪切式末端执行器(1)向下一个目标果球(8)坐标移动，重新执行步骤S2；
S3、花丝状态检测与不同方式采摘；红花采收机器人执行步骤S2并达成情况1.1后，存在以下2种情况：
情况2.1:状态检测单片机(1-5-2-3)检测到花丝检测极板(1-5-2-1)的C2电容，则认定为花丝(9)为盛花期花丝(9-1)；控制系统(5)向剪切驱动电机(1-2-1)发送信号，剪切驱动电机(1-2-1)启动转动一周，并向传动空间凸轮(1-2-2)传递转矩，推杆传动槽(1-2-2-1)推动下侧切刀(1-3-2)和上侧切刀(1-3-3)相向运动剪切盛花期花丝(9-1)，剪切后的花丝(9)经花丝拢集管(1-4-1)进入收集软管(6-3)后进入花丝收集箱体(6-1)；花丝(9)剪切完后，包括以下两种情况：
情况2.1.1：当花丝检测极板(1-5-2-1)检测的电容大于C2/3时，控制系统(5)认定为花丝未采净，剪切驱动电机(1-2-1)再次转动一周，进入步骤S4；
情况2.1.2：当花丝检测极板(1-5-2-1)检测的电容小于C2/3时，控制系统(5)认定为花丝已采净，进入步骤S4；
情况2.2：状态检测单片机(1-5-2-3)未检测到花丝检测极板(1-5-2-1)的C2电容，则认定为花丝(9)为谢花期花丝(9-2)；风机(6-2)转速增加，调节收集软管(6-3)末端风速Q1至5.00～6.00m/s，使谢花期花丝(9-2)在气流作用下脱离果球(8)，花丝(9)经花丝拢集管(1-4-1)进入收集软管(6-3)后进入花丝收集箱体(6-1)，完成花丝采收；
S4、复位采摘；红花采收机器人执行完毕步骤S3后，间歇剪切式末端执行器(1)在三坐标机械臂(2)的带动下向下一个果球(8)的坐标移动，再次进入步骤S2；当前采摘区域采摘完成后，控制系统(5)执行复位操作，三坐标机械臂(2)回复初始位置，自走式采收机架(3)沿红花种植行移动到下一片采收区域，进入步骤S1。
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