[发明专利]多关节精准定位红花采收机械臂及采收方法

权利要求书

1.一种多关节精准定位红花采收机械臂，其特征在于，包括双目视觉识别系统(1)、垂直升降机构(2)、多关节连接模块(3)、电机驱动装置(4)、花丝采收机构(5)和负压采集机构(6)；

所述多关节连接模块(3)包括中间连接块(3-1)、前端连接块(3-2)和后端连接块(3-3)；前端连接块(3-2)、多个中间连接块(3-1)、后端连接块(3-3)首尾依次衔接；所述后端连接块(3-3)与垂直升降机构(2)的顶端固接，垂直升降机构(2)的底端固接在采收机上；所述双目视觉识别系统(1)固接在前端连接块体(3-2-1)的前端面上，用于采集红花花丝图像；所述电机驱动装置(4)能够分别驱动多关节连接模块(3)的前端连接块(3-2)和各中间连接块(3-1)在水平面内以一定角度移动，达到所需位置；

所述中间连接块(3-1)包括中间连接块体(3-1-1)、中间左转向齿轮(3-1-2)、中间蜗杆(3-1-3)和中间右转向齿轮(3-1-4)；其中，所述中间连接块体(3-1-1)的前端面上部和下部分别设有中间连接齿轮(3-1-1-3)和中间连接底板(3-1-1-4)，后端面的中部设有中间连接凸台(3-1-1-2)；所述中间连接齿轮(3-1-1-3)与中间连接底板(3-1-1-4)之间间隔一定距离，中间连接齿轮(3-1-1-3)的下表面、中间连接块体(3-1-1)的前端面以及中间连接底板(3-1-1-4)的上表面构成一个容纳空间，所述空间的高度和深度能够容纳其前方的中间连接块体(3-1-1)的中间连接凸台(3-1-1-2)；所述中间连接凸台(3-1-1-2)、中间连接齿轮(3-1-1-3)和中间连接底板(3-1-1-4)均呈半圆形；所述中间连接块体(3-1-1)的左右两侧下部和中间连接底板(3-1-1-4)的左右两侧分别设有一中间移动滑槽(3-1-1-1)；所述中间蜗杆(3-1-3)水平地设置在中间连接块体(3-1-1)的后端面上部，中间蜗杆(3-1-3)的转轴的两端分别从中间连接块体(3-1-1)的左端面和右端面穿出，并分别与中间左转向齿轮(3-1-2)和中间右转向齿轮(3-1-4)固接；

多个中间连接块(3-1)相互连接时，前一个中间连接块(3-1)的中间连接凸台(3-1-1-2)插入由后一个中间连接块(3-1)的中间连接齿轮(3-1-1-3)、中间连接块体(3-1-1)的前端面以及中间连接底板(3-1-1-4)的上表面所构成的容纳空间内，所述插入的中间连接凸台(3-1-1-2)与其上方和下方的中间连接齿轮(3-1-1-3)以及中间连接底板(3-1-1-4)通过一竖直连接轴相互铰接，且前一个中间连接块(3-1)上的蜗杆(3-1-3)与后一个中间连接块(3-1)的中间连接齿轮(3-1-1-3)相互啮合；

相邻的两个中间连接块(3-1)的纵轴线重合时，两个中间连接块(3-1)的中间移动滑槽(3-1-1-1)相互连通；

所述前端连接块(3-2)包括前端连接块体(3-2-1)、前端左转向齿轮(3-2-2)、前端蜗杆(3-2-3)和前端右转向齿轮(3-2-4)；其中，所述前端连接块体(3-2-1)后端面的中部设有与中间连接凸台(3-1-1-2)结构相同的前端连接凸台(3-2-1-2)；所述前端连接块体(3-2-1)的左右两侧下部分别设有一前端移动滑槽(3-2-1-1)；所述前端蜗杆(3-2-3)水平地设置在前端连接块体(3-2-1)的后端面上部，前端蜗杆(3-2-3)的转轴的两端分别从前端连接块体(3-2-1)的左端面和右端面穿出，并分别与前端左转向齿轮(3-2-2)和前端右转向齿轮(3-2-4)固接；

前端连接块(3-2)与中间连接块(3-1)连接时，前端连接块(3-2)的前端连接凸台(3-2-1-2)插入由中间连接块(3-1)的中间连接齿轮(3-1-1-3)、中间连接块体(3-1-1)的前端面以及中间连接底板(3-1-1-4)的上表面所构成的容纳空间内，前端连接凸台(3-2-1-2)与中间连接齿轮(3-1-1-3)以及中间连接底板(3-1-1-4)通过一竖直连接轴相互铰接，且前端连接块(3-2)上的前端蜗杆(3-2-3)与中间连接块(3-1)的中间连接齿轮(3-1-1-3)相互啮合；

所述前端连接块(3-2)的纵轴线与其连接的中间连接块(3-1)的纵轴线重合时，前端连接块(3-2)的前端移动滑槽(3-2-1-1)与中间连接块(3-1)的中间移动滑槽(3-1-1-1)相互连通；

所述后端连接块(3-3)的前端面上部和下部分别设有后端连接齿轮(3-3-2)和后端连接底板(3-3-3)，所述后端连接齿轮(3-3-2)与后端连接底板(3-3-3)之间间隔一定距离，后端连接齿轮(3-3-2)的下表面、后端连接块(3-3)的前端面以及后端连接底板(3-3-3)的上表面构成一个容纳空间，所述空间的高度和深度能够容纳其前方的中间连接块体(3-1-1)的中间连接凸台(3-1-1-2)；所述后端连接块(3-3)的下端面设有与垂直升降机构(2)螺纹连接的安装孔(3-3-1)；

后端连接块(3-3)与中间连接块(3-1)连接时，中间连接块(3-1)的中间连接凸台(3-1-1-2)插入后端连接块(3-3)的由后端连接齿轮(3-3-2)、后端连接块(3-3)的前端面以及后端连接底板(3-3-3)的上表面所构成的容纳空间内，所述插入的中间连接凸台(3-1-1-2)与后端连接齿轮(3-3-2)以及后端连接底板(3-3-3)通过一竖直连接轴相互铰接，且中间连接块(3-1)上的中间蜗杆(3-1-3)与后端连接块(3-3)的后端连接齿轮(3-3-2)相互啮合；

所述电机驱动装置(4)包括移动驱动架(4-1)、转向驱动机构(4-2)和移动驱动机构(4-3)；

所述移动驱动架(4-1)套设在多关节连接模块(3)的外侧，移动驱动架(4-1)包括水平设置的上平板(4-1-1)和下平板(4-1-2)，以及固接在上平板(4-1-1)与下平板(4-1-2)之间的左立柱(4-1-3)和右立柱(4-1-4)；所述左立柱(4-1-3)和右立柱(4-1-4)分别位于上平板(4-1-1)和下平板(4-1-2)后部的左右两侧；

所述转向驱动机构(4-2)包括转向驱动轴(4-2-1)、左转向拨轮(4-2-2)、右转向拨轮(4-2-3)和转向电机(4-2-4)；所述转向驱动轴(4-2-1)的两端分别安装在左立柱(4-1-3)和右立柱(4-1-4)上；所述转向电机(4-2-4)的动力输出轴与转向驱动轴(4-2-1)固接；所述左转向拨轮(4-2-2)和右转向拨轮(4-2-3)分别固接在转向驱动轴(4-2-1)上，并分别能够与中间左转向齿轮(3-1-2)和中间右转向齿轮(3-1-4)，以及前端左转向齿轮(3-2-2)和前端右转向齿轮(3-2-4)啮合；

所述移动驱动机构(4-3)包括移动驱动电机(4-3-1)、主动齿轮(4-3-2)、从动齿轮(4-3-3)和滚轮(4-3-4)；所述下平板(4-1-2)的上表面的左右两侧分别布置一组主动齿轮(4-3-2)、从动齿轮(4-3-3)和滚轮(4-3-4)；所述滚轮(4-3-4)与从动齿轮(4-3-3)同轴设置，从动齿轮(4-3-3)与主动齿轮(4-3-2)相互啮合；所述移动驱动电机(4-3-1)的动力输出轴与主动齿轮(4-3-2)连接；

两个滚轮(4-3-4)能够分别在前端连接块(3-2)左右两侧的前端移动滑槽(3-2-1-1)内和中间连接块(3-1)左右两侧的中间移动滑槽(3-1-1-1)内自由滑动；

所述花丝采收机构(5)包括软体仿形手爪(5-1)、切割装置(5-2)、电动推杆(5-3)和采收箱(5-4)；

所述软体仿形手爪(5-1)包括多个呈中心对称布置的软体手指；所述软体手指包括软体指板(5-1-1)和骨架(5-1-4)；两个软体指板(5-1-1)的顶端分别通过一连接环(5-1-3)与骨架(5-1-4)的左右两端铰接；两个软体指板(5-1-1)的底端相互连接并设有圆弧形夹持口(5-1-5)，用于容纳果球底部的红花花柄；两个软体指板(5-1-1)之间设有多个软体横梁(5-1-2)；

初始状态时，两个软体指板(5-1-1)和骨架(5-1-4)构成等腰三角形结构；

所述切割装置(5-2)包括切割盘(5-2-1)、双刃切割刀组(5-2-2)和切割电机(5-2-4)；所述切割盘(5-2-1)的中心设有进花口(5-2-3)；所述双刃切割刀组(5-2-2)设置于进花口(5-2-3)处，通过切割电机(5-2-4)可控地切割红花花丝；

所述采收箱(5-4)的底板上设有与进花口(5-2-3)相对应的对花口(5-4-1)；所述采收箱(5-4)的侧板内壁上设有用于检测由对花口(5-4-1)进入的红花花丝的激光对射装置(5-4-2)；所述采收箱(5-4)的侧板外壁上设有与负压采集机构(6)连接的收花口(5-4-3)；

所述采收箱(5-4)固接在移动驱动架(4-1)的下平板(4-1-2)的下表面与切割盘(5-2-1)的上表面之间，采收箱(5-4)的对花口(5-4-1)与切割盘(5-2-1)的进花口(5-2-3)相对应；多个软体手指以切割盘(5-2-1)的圆心呈中心对称布置，每个软体手指的骨架(5-1-4)的上表面的左右两侧分别与切割盘(5-2-1)的下表面边缘处和一竖直布置的电动推杆(5-3)的伸缩杆端铰接；所述电动推杆(5-3)的缸体端铰接在采收箱(5-4)的侧板外壁上的固定梁(5-4-4)上；

所述负压采集机构(6)包括花丝收集管(6-1)、花丝收集箱(6-2)和负压风机(6-4)；

所述花丝收集管(6-1)的两端分别与采收箱(5-4)的收花口(5-4-3)和花丝收集箱(6-2)连通；所述花丝收集箱(6-2)固接在移动驱动架(4-1)的上平板(4-1-1)上，所述负压风机(6-4)安装在花丝收集箱(6-2)上。