本发明涉及自动采摘机器人技术领域，具体涉及一种基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统。
背景技术：
黄花菜品质好、味道美、营养高，种植规模大、产量高，在农业产业结构中占有重要地位，是农民的主要经济收入之一，是农民致富的希望产业。并且随着黄花菜具有防老年痴呆的作用的发现，中老年食用的人群增加，所以黄花菜的种植规模在以后会越来越大。但由于目前黄花菜采摘完全依靠人工进行，劳动强度大、效率低，随着农村劳动力逐渐向二、三产业及城镇转移，农村劳动力将越来越紧缺，黄花菜种植面积的逐年增加和规模化生产的发展，对黄花菜采摘机械化生产的要求越来越强烈；同时，由于采摘的黄花菜具有鲜嫩的特点，所以为了保持良好的品质转手次数越少越好，使其采摘完就能包装。黄花菜机械化采摘有效解决了黄花菜采摘人员受露水浸湿伤害身体的问题，显著改善了黄花菜采摘人员的劳动条件，减轻了劳动强度，经济效益和社会效益明显。
为提高采摘效率，降低人工成本，现有技术中已经开始利用机器人自动采摘黄花菜，例如，中国专利cn209314338u公开的一种采摘黄花菜的机器人，可以在导航行走系统的引导下实现自动采摘黄花菜的功能，然而，现有的采摘黄花菜机器人还存在一些不足，例如，现有的采摘黄花菜机器人，通常仅利用充电电池供电，而充电电池的供电时间较短，导致采摘黄花菜的机器人不能长时间工作，不利于提高采摘效率；而且，现有的采摘黄花菜机器人中，用于接触黄花菜的机械臂指上安装有裸露的刀片，非常容易损伤黄花菜(包括黄花菜植株、果实以及花苞)，此外，现有的采摘黄花菜机器人还存在导航不精确、不能实现远程监控和管理等问题，亟待解决。
技术实现要素：
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种结构紧凑、设计合理的采摘机器人系统，不仅续航时间更长、更节约电能、在采摘过程中不容易损伤黄花菜，而且便于远程监控和管理，可以有效解决现有技术存在的不足。
本发明所采用的技术方案是：
为解决现有技术存在的，采摘黄花菜的机器人利用刀片采摘黄花菜，使得在采摘过程中，非常容易损伤黄花菜的问题，提供了一种基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，包括移动平台、控制器、采摘模块以及电源模块，其中，
所述移动平台包括车架、设置于车架底部的车轮、用于驱动车轮的动力总成、安装于所述车架的导航模块以及设置于所述车架的收集框，所述动力总成、导航模块分别与所述控制器相连；
所述采摘模块包括设置于所述车架的机械臂、安装于所述机械臂端部的夹持机构，所述机械臂至少具有驱动夹持机构旋转和翻转所设定角度的自由度，机械臂上安装有两个双目摄像机，所述机械臂和双目摄像机分别与所述控制器相连；
所述夹持机构包括夹具和两个夹片，所述夹具包括对称设置于的夹持臂，所述夹片分别设置于夹持臂端部并与所述夹持臂相互垂直，所述夹片上相互对应的内侧面分别构造为弧形，夹具与所述控制器相连，用于在控制器的控制下驱动夹片张开/闭合；
所述机械臂的下方设置有收集管，所述收集管的一端位于夹持机构下方所设定的位置处，收集管的另一端与所述收集框相连通；
所述电源模块用于为移动平台上的用电器件供电。在本方案中，通过设置机械臂，并将夹持机构设置于机械臂，使得机械臂可以在控制器的控制下驱动夹持机构按规划的路径动作，并可以精确动作到预定位置处，而在控制器的控制下，所述夹持臂可以在夹持动力的驱动下相向动作，使得夹片可以相互靠近并夹持黄花菜(具体是夹持黄花菜花蕾齐花梗的位置)，而将夹片的内侧面构造为弧形，使得两个夹片可以更好的适配黄花菜花蕾齐花梗处的形状，使得夹片与被夹持的黄花菜贴合的更好，而当夹片夹紧黄花菜后，机械臂可以在控制器的控制下驱动夹持机构旋转所设定的角度，以使得黄花菜花蕾齐花梗处产生损伤甚至直接断开，同时，机械臂可以在控制器的控制下驱动翻转所设定的角度，通常是向上翻转所设定的角度，以便对黄花菜花施加向上的拉力，使得黄花菜的花蕾可以轻松脱离花梗，达到成功采摘黄花菜的目的；这种采摘黄花菜的方式是模拟人手采摘黄花菜的方式，使得本采摘方式与人工采摘方式极度相似，既可以方便、高效的采摘黄花菜，又可以有效保护黄花菜，不会不破坏其再生性，从而可以有效解决现有采摘机器人存在的容易损伤黄花菜的问题。
为更加精确的控制夹持力的大小，进一步的，还包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述夹片的内侧面，且压力传感器与所述控制器相连，用于检测夹持力，并传输给控制器，当所述夹持力等于所设定的阈值时，控制器控制所述夹持动力停止继续增加所输出的动力。在本方案中，通过设置压力传感器，可以对夹持力度进行精确的监测，既可以避免挤压破坏植株，保护黄花菜的再生性，又可以适用于不同粗细的黄花菜，通用性更好。
为简化结构，防止线路干扰机械臂的动作，优选的，所述双目摄像机采用的是双目云台无线网络摄像机，所述控制器连接有与所述双目云台无线网络摄像机相适配的无线模块。以便实现无线通信，无需布线，有利于简化结构，防止线路干扰机械臂的动作。
优选的，所述无线模块为wifi模块或4g模块或5g模块。
为解决现有技术存在的，采摘黄花菜的机器人工作时间短、采摘效率低的问题，进一步的，所述电源模块包括太阳能模块，所述太阳能模块包括安装于所述车架的太阳能电池板以及安装于所述车架的蓄电池，所述太阳能电池板与所述蓄电池相连，且太阳能电池板和蓄电池分别与所述控制器相连，太阳能电池板用于将太阳能转换为电能并储存于所述蓄电池，所述蓄电池用于供电。由于黄花菜的成熟季节处于夏季，有着充足的光照，非常适用于使用光伏发电，以利用光能来对各用电器件供电，故在本方案中，通过设置太阳能模块，利用太阳能电池板将太阳能转换为电能并储存于蓄电池，并利用蓄电池向各用电器件供电，既有利于延长续航时间，而且更节约电能、可以达到节能减排的作用。
进一步的，还包括充电电池，所述充电电池设置于所述车架，并与控制器相连，用于在控制器的控制下供电。即，在本方案中，充电电池和太阳能模块可以配合使用，当光照充足时，可以单纯利用太阳能模块供电，当太阳能模块供电不能满足需求时，再利用充电电池供电，从而可以有效延长续航时间。
为解决现有技术存在的，不便于远程监控和管理采摘黄花菜的机器人的问题，进一步的，还包括云平台，所述控制器通过4g模块或5g模块与所述云平台相通信。在本方案中，通过设置云平台，使得各移动平台的控制器可以通过4g模块或5g模块与云平台相通信；一方面，用户可以通过云平台远程监控或机器调配系统来对采摘机器人系统的工作状态进行监测，特殊情况的远程控制，对采摘目标识别和定位时采集的图像进行图像数据处理以及邻近区域缺少移动平台时的灵活调配。当移动平台行进过程中出现故障，可以实时通过4g模块或5g模块传送给云平台，并存放于数据库的故障状态表中；在一些特殊情况下，如电力不足，偏离规划路线时，可以手动控制移动平台；另一方面，云平台数据库存有成熟黄花菜的大量样本，在进行目标采摘时，云平台处理从双目摄像机传来的图像数据，完成黄花菜的识别以及采摘位置的精确定位；当某一块大区域都使用本机器人系统时，可以方便的利用云平台进行统一管理，如若其中一小区域有移动平台发生故障，或缺少必须的移动平台时，可以从其他区域闲置的移动平台中完成调度，节省资源。
优选的，所述云平台包括云服务器。以便利用云服务器进行数据计算和处理。
为解决现有采摘黄花菜机器人存在导航不精确的问题，优选的，所述导航模块为北斗导航模块，所述北斗导航模块包括北斗卫星导航芯片，所述北斗卫星导航芯片与所述控制器相连，用于定位及路径规划。即，在方案中，利用北斗卫星导航芯片来进行定位及路径规划，不仅可以精确定位本移动平台的位置并对其进行路径规划，而且可以实时的反馈移动平台当前的位置于控制器、云平台以及与云平台相连的客户端，既可以自动修正移动平台的位置，又可以在偏离路线时，也可以远程修正移动平台的位置；而相比与现有的gps导航定位系统，北斗导航模块不存在位置漂移问题，从而不会影响移动平台的行进效率，有利于提高采摘效率。
优选的，所述夹具为机械臂或气动夹爪或电动夹爪。以便在控制器的控制器实现张开和闭合功能。
优选的，所述机械臂包括可转动安装于所述车架的基座、与所述基座相连并用于驱动基座转动的第一舵机、可转动安装于所述基座的肩关节、肘关节、腕关节、第二舵机、第三舵机、第四舵机以及第五舵机，其中，
所述第二舵机固定于所述基座，且第二舵机的输出轴与所述肩关节相连；
所述第三舵机固定于所述肩关节，且所述肘关节的一端固定于所述第三舵机的输出轴，所述双目摄像机安装于所述肘关节；
所述腕关节的一端可转动的安装于所述肘关节，并与所述第四舵机的输出轴相连，第四舵机固定于所述肘关节；
所述第五舵机固定于所述腕关节，且夹具固定于所述第五舵机的输出轴；
所述第一舵机、第三舵机、第四舵机以及第五舵机分别与所述控制器相连，第一舵机用于在控制器的控制下驱动基座相对于车架在水平面内转动所设定的角度；第二舵机用于在控制器的控制下驱动肩关节相对于基座在竖直平面内转动所设定的角度；第三舵机用于在控制器的控制下驱动肘关节相对于肩关节绕第三舵机输出轴的中心轴线转动所设定的角度；第四舵机用于在控制器的控制下驱动腕关节相对于肘关节在竖直面内转动所设定的角度；所述第五舵机用于在控制器的控制下驱动夹具绕第五舵机输出轴的中心轴线转动所设定的角度。本方案所提供的机械臂的空间自由度大于3，不仅满足夹具对各采摘位置的需求，而且当夹具夹持黄花菜后，控制器可以通过第五舵机驱动夹具转动所设定的角度，同时也可以通过第四舵机驱动夹具和腕关节向上转动所设定的角度，从而可以有效分离黄花菜，达到高效、无损伤分离的目的。
为便于输送采摘后的黄花菜，进一步的，所述收集管包括第一管段及与所述第一管段相连的第二管段，所述第一管段为硬管，第二管段为软管，所述第一管段通过连接件固定于所述肩关节，所述第二管段的一端约束于所述车架，并与所述收集框相连通。收集管既可以跟随机械臂动作，又可以保持与收集框的连通状态。
为便于接纳所采摘的黄花菜，进一步的，所述第一管段的一端构造有喇叭状结构。有利于增加第一管段入口处面积，从而更有利于夹具将所夹持的黄花菜顺利的投入收集管内。
为适用于夏季农田中复杂的地面环境，优选的，所述车架的底部分别设置有三对车轮，其中一对车轮作为前车轮，另外两对车轮作为后车轮，且车架同一侧的两个后车轮通过履带连接为一体。即在本方案中，车架的前车轮为常用的单轮，可以保证快速的转向，而车架的后车轮为履带轮，通过性更好，确保移动平台在田间行走时不会被一些小型障碍物所影响，并且能够适应复杂的地面环境，此外，采用这样的设计，还有利于移动平台的行驶更加平稳。
与现有技术相比，使用本发明提供的一种基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，设计更加合理，不仅续航时间更长、更节约电能、在采摘过程中不容易损伤黄花菜，而且便于远程监控和管理，可以有效解决现有技术存在的不足。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本系统的总体流程图。
图2为利用本系统采摘黄花菜方法流程图。
图3为本发明实施例中提供的一种采摘机器人系统的结构示意图之一。
图4为图3的主视图。
图5为本发明实施例中提供的一种采摘机器人系统的结构示意图之二。
图6为图5的局部示意图。
图7为本发明实施例中提供的一种采摘机器人系统中，一种夹具的结构示意图。
图8为本发明实施例中提供的一种采摘机器人系统中，另一种夹具的结构示意图。
图中标记说明
移动平台100、车架101、车轮102、履带103、收集框104、电气箱105、
机械臂200、基座201、第二舵机202、肩关节203、第三舵机204、肘关节205、第四舵机206、腕关节207、第五舵机208、输出轴209、连接件210、第一管段212、第二管段213
夹具300、夹持臂301、夹片302、弧形303、机械臂或电动夹爪304、气动夹爪305、缸体306
双目摄像机401、
太阳能电池板501。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-图8，本实施例中提供了一种基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，包括移动平台100、控制器、采摘模块以及电源模块，其中，
如图3-图8所示，所述移动平台100包括车架101、设置于车架101底部的车轮102、用于驱动车轮102的动力总成、安装于所述车架101的导航模块以及设置于所述车架101的收集框104，所述动力总成、导航模块分别与所述控制器相连；作为优选，如图3-图8所示，所述车架101的底部分别设置有三对车轮102，其中一对车轮102作为前车轮102，可以保证快速的转向；另外两对车轮102作为后车轮102，且车架101同一侧的两个后车轮102通过履带103连接为一体，如图3-图8所示，通过性更好，确保移动平台100在田间行走时不会被一些小型障碍物所影响，并且能够适应复杂的地面环境，此外，采用这样的设计，还有利于移动平台100的行驶更加平稳；动力总成可以采用现有的动力总成，这里不再举例说明。
如图3-图8所示，在本实施例中，所述采摘模块包括设置于所述车架101的机械臂200、安装于所述机械臂200端部的夹持机构，所述机械臂200至少具有驱动夹持机构旋转和翻转所设定角度的自由度，机械臂200用于驱动夹持机构动作到所需的位置处；机械臂200上安装有两个双目摄像机401，所述机械臂200和双目摄像机401分别与所述控制器相连，双目摄像机401用于采集图像，并发送给控制器或与控制器相连的云平台，以便利用图像处理技术分析黄花菜是否成熟、是否可以采摘、以及黄花菜的具体范围，便有自动规划机械臂200的动作路径；
在本实施例中，所述夹持机构包括夹具300和两个夹片302，所述夹具300包括对称设置于的夹持臂301，所述夹片302分别设置于夹持臂301端部并与所述夹持臂301相互垂直，如图7及图8所示，所述夹片302上相互对应的内侧面分别构造为弧形303，夹具300与所述控制器相连，用于在控制器的控制下驱动夹片302张开/闭合；
如图3-图8所示，在本实施例中，所述机械臂200的下方设置有收集管，所述收集管的一端位于夹持机构下方所设定的位置处，收集管的另一端与所述收集框104相连通；
所述电源模块用于为移动平台100上的用电器件供电，如，电源模块分别与动力总成、导航模块、机械臂200及夹具300等相连，用于供电。
在本实施例中，通过设置机械臂200，并将夹持机构设置于机械臂200，使得机械臂200可以在控制器的控制下驱动夹持机构按规划的路径动作，并可以精确动作到预定位置处，而在控制器的控制下，所述夹持臂301可以在夹持动力的驱动下相向动作，使得夹片302可以相互靠近并夹持黄花菜(具体是夹持黄花菜花蕾齐花梗的位置)，而将夹片302的内侧面构造为弧形303，使得两个夹片302可以更好的适配黄花菜花蕾齐花梗处的形状，使得夹片302与被夹持的黄花菜贴合的更好，而当夹片302夹紧黄花菜后，机械臂200可以在控制器的控制下驱动夹持机构旋转所设定的角度，以使得黄花菜花蕾齐花梗处产生损伤甚至直接断开，同时，机械臂200可以在控制器的控制下驱动翻转所设定的角度，通常是向上翻转所设定的角度，以便对黄花菜花施加向上的拉力，使得黄花菜的花蕾可以轻松脱离花梗，达到成功采摘黄花菜的目的；这种采摘黄花菜的方式是模拟人手采摘黄花菜的方式，使得本采摘方式与人工采摘方式极度相似，既可以方便、高效的采摘黄花菜，又可以有效保护黄花菜，不会不破坏其再生性，从而可以有效解决现有采摘机器人存在的容易损伤黄花菜的问题。
为更加精确的控制夹持力的大小，在进一步的方案中，本系统还包括压力传感器，所述压力传感器可以设置于所述夹片302的内侧面，且压力传感器与所述控制器相连，用于检测夹持力，并传输给控制器，当所述夹持力等于所设定的阈值时，控制器控制所述夹持动力停止继续增加所输出的动力；通过设置压力传感器，可以对夹持力度进行精确的监测，既可以避免挤压破坏植株，保护黄花菜的再生性，又可以适用于不同粗细的黄花菜，通用性更好。
为便于远程监控和管理采摘黄花菜，本系统还包括云平台，控制器通过4g模块或5g模块与所述云平台之间实现无线通信；作为优选，云平台包括云服务器，以便利用云服务器进行数据计算和处理；即，在本实施例中，云平台、控制器及双目摄像机401可以相互配合，其中，双目摄像机401与云平台相配合，可以进行图像采集和识别，具体过程，如图3-图8所示，双目摄像机401可以经由图像采集卡与控制器相连，以便对采集目标进行精确识别和准确定位，而通过收集大量成熟黄花菜的样本，可以在云平台上建立黄花菜的图像数据库，设立一个标准值(即系统标定)，在移动平台100的行进过程中，可以对运动路径上的植株都进行识别，判别黄花菜的种类，在双目摄像机401采集到黄花菜的图像时，进行比对，识别当前位置黄花菜是否成熟；完成识别工作之后，再进行采摘，利用双目摄像机401及云平台对需要采摘的黄花菜进行空间点的重建，直线，二次曲线的重建，以及全像素的三维重建，然后用最小二乘法求解黄花菜三维坐标值，以此确定出黄花菜花蕾齐花梗的位置，定位为采摘位置，以便后续控制器控制机械臂200动作；
此外，在本实施例中，通过设置云平台，使得各移动平台100的控制器可以通过4g模块或5g模块与云平台相通信；一方面，用户可以通过云平台远程监控或机器调配系统来对采摘机器人系统的工作状态进行监测，特殊情况的远程控制，对采摘目标识别和定位时采集的图像进行图像数据处理以及邻近区域缺少移动平台100时的灵活调配。当移动平台100行进过程中出现故障，可以实时通过4g模块或5g模块传送给云平台，并存放于数据库的故障状态表中；在一些特殊情况下，如电力不足，偏离规划路线时，可以手动控制移动平台100；另一方面，云平台数据库存有成熟黄花菜的大量样本，在进行目标采摘时，云平台处理从双目摄像机401传来的图像数据，完成黄花菜的识别以及采摘位置的精确定位；当某一块大区域都使用本机器人系统时，可以方便的利用云平台进行统一管理，如若其中一小区域有移动平台100发生故障，或缺少必须的移动平台100时，可以从其他区域闲置的移动平台100中完成调度，节省资源。
为简化结构，防止线路干扰机械臂200的动作，作为优选，在本实施例中，所述双目摄像机401可以优先采用双目云台无线网络摄像机，所述控制器连接有与所述双目云台无线网络摄像机相适配的无线模块，以便二者之间可以实现无线通信，无需布线，有利于简化结构，防止线路干扰机械臂200的动作；作为优选，所述无线模块可以优先采用wifi模块或4g模块或5g模块等常用的无线通信模块。
为解决现有采摘黄花菜机器人存在导航不精确的问题，作为优选，在本实施例中，所述导航模块可以优先采用北斗导航模块，所述北斗导航模块包括北斗卫星导航芯片，所述北斗卫星导航芯片与所述控制器相连，用于定位及路径规划。即，在实施例中，利用北斗卫星导航芯片来进行定位及路径规划，不仅可以精确定位本移动平台100的位置并对其进行路径规划，而且可以实时的反馈移动平台100当前的位置于控制器、云平台以及与云平台相连的客户端，既可以自动修正移动平台100的位置，又可以在偏离路线时，也可以远程修正移动平台100的位置；而相比与现有的gps导航定位系统，北斗导航模块不存在位置漂移问题，从而不会影响移动平台100的行进效率，有利于提高采摘效率。
在更进一步的方案中，所述电源模块包括太阳能模块，所述太阳能模块包括安装于所述车架101的太阳能电池板501以及安装于所述车架101的蓄电池，所述太阳能电池板501与所述蓄电池相连，蓄电池分别与动力总成、导航模块、机械臂200及夹具300等相连，用于供电；且太阳能电池板501和蓄电池分别与所述控制器相连，太阳能电池板501用于将太阳能转换为电能并储存于所述蓄电池；太阳能电池板501的数目可以根据实际需求而定，作为举例，如图3-图8所示，车架101上安装有四块太阳能电池板501；由于黄花菜的成熟季节处于夏季，有着充足的光照，非常适用于使用光伏发电，以利用光能来对各用电器件供电，故在本方案中，通过设置太阳能模块，利用太阳能电池板501将太阳能转换为电能并储存于蓄电池，并利用蓄电池向各用电器件供电，既有利于延长续航时间，而且更节约电能、可以达到节能减排的作用。
在进一步的方案中，本系统还包括备用的充电电池，充电电池设置于车架101，并与控制器相连，用于在控制器的控制下供电；即，在本实施例中，充电电池和太阳能模块可以配合使用，当光照充足时，可以单纯利用太阳能模块供电，当太阳能模块供电不能满足需求时，再利用充电电池供电，从而可以有效延长续航时间；可以理解，还需要设置于一个控制开关，所述控制开关与所述控制器相连，且控制开关分别与所述蓄电池、充电电池以及各用电器件相连，控制器可以通过控制开关控制蓄电池单独与各用电器件相连通，或充电电池与各用电器件相连通，控制开关可以采用现有的控制开关，这里不再举例说明。
在本实施例中，所述控制器、导航模块、蓄电池和/或充电电池、控制开关等电器设备可以安装于电气箱105内，而电气箱105固定于所述车架101。
机械臂200可以采用现有技术中常用的具有多自由度的机械臂200，使得机械臂200具有多种实施方式，作为优选，如图3-图8所示，所述机械臂200包括可转动安装于所述车架101的基座201、与所述基座201相连并用于驱动基座201转动的第一舵机、可转动安装于所述基座201的肩关节203、肘关节205、腕关节207、第二舵机202、第三舵机204、第四舵机206以及第五舵机208，其中，
如图3-图8所示，所述第二舵机202固定于所述基座201，且第二舵机202的输出轴209与所述肩关节203相连；
如图3-图8所示，所述第三舵机204固定于所述肩关节203，且所述肘关节205的一端固定于所述第三舵机204的输出轴209，所述双目摄像机401安装于所述肘关节205；
如图3-图8所示，所述腕关节207的一端可转动的安装于所述肘关节205，并与所述第四舵机206的输出轴209相连，第四舵机206固定于所述肘关节205；
如图3-图8所示，所述第五舵机208固定于所述腕关节207，且所述夹具300固定于所述第五舵机208的输出轴209；
在本实施例中，所述第一舵机、第二舵机202、第三舵机204、第四舵机206以及第五舵机208分别与所述控制器相连，第一舵机用于在控制器的控制下驱动基座201相对于车架101在水平面内转动所设定的角度，以便调节夹持机构的方位，通常基座201可以相对于车架101在水平面内转动180度，例如，基座201可以在-90度与90度的范围内转动，以便夹持机构可以在机械臂200的作用下采摘移动平台100周围的黄花菜；
第二舵机202用于在控制器的控制下驱动肩关节203相对于基座201在竖直平面内转动，以便调节夹持机构的高度，使得夹持机构可以夹持不同高度的黄花菜；
第三舵机204用于在控制器的控制下驱动肘关节205相对于肩关节203绕第三舵机204输出轴209的中心轴线转动所设定的角度，既可以调节夹持机构的夹持方位，又可以辅助夹持机构采摘黄花菜；
第四舵机206用于在控制器的控制下驱动腕关节207相对于肘关节205在竖直面内转动所设定的角度，例如，可以在竖直平面的-90度与90度的范围内转动，既可以调节夹持机构的高度，又可以与收集管相配合，便于投放所采摘的黄花菜；
所述第五舵机208用于在控制器的控制下驱动夹具300绕第五舵机208输出轴209的中心轴线转动所设定的角度，既可以局部微调夹持机构的夹持方位，又可以驱动夹持机构转动所设定的角度，转动范围可以是360度，以便利用扭力顺利的采摘黄花菜；本实施例所提供的机械臂200的空间自由度大于3，不仅满足夹具300对各采摘位置的需求，而且当夹具300夹持黄花菜后，控制器可以通过第五舵机208驱动夹具300转动所设定的角度，同时也可以通过第四舵机206驱动夹具300和腕关节207向上转动所设定的角度，从而可以有效分离黄花菜，达到高效、无损伤分离的目的。
为在减重的同时保证机械臂200的刚度，以满足承载力的需求，作为优选，所述肩关节203和肘关节205分别采用双臂结构，如图3-图8所示。
夹具300具有多种实施方式，作为优选，所述夹具300可以为机械臂200或气动夹爪305或电动夹爪等，以便在控制器的控制器实现张开和闭合功能；作为一种举例，所述夹具300采用的是现有的机械手或电动夹爪304，如图7及图8所示，作为另一种举例，所述夹具300也可以为气动夹爪305，如图8所示，气动夹爪305包括固定于第五舵机208输出轴209的缸体306及设置于缸体306两侧的夹持臂301，缸体306与控制器相连，所述夹片302设置于夹持臂301的端部，所述气动夹爪305可以采用smc气动手指系列。
为便于输送采摘后的黄花菜，在本实施例中，如图3-图6所示，所述收集管包括第一管段212及与所述第一管段212相连的第二管段213，所述第一管段212为硬管，第二管段213为软管，所述第一管段212通过连接件210固定于所述肩关节203，所述第二管段213的一端约束于所述车架101，并与所述收集框104相连通；收集管既可以跟随机械臂200动作，又可以保持与收集框104的连通状态。
为便于接纳所采摘的黄花菜，在进一步的方案中，所述第一管段212的一端可以构造为喇叭状结构，有利于增加第一管段212入口处面积，从而更有利于夹具300将所夹持的黄花菜顺利的投入收集管内。
如图1所示，是本系统的总体流程图，利用太阳能模块为整个系统提供电能，动力总成和北斗导航芯片共同负责机移动平台100的行进，按北斗导航芯片规划的路线行进，对路径上的黄花菜进行识别，与云平台的图像数据进行比对，判断是否能够采摘；若不能采摘，继续按路径行进；若可以采摘，则进行采摘操作，利用双目摄像机401采集图像信息，传输给云平台，进行三维重建，再使用最小二乘法求出三维坐标，确定最佳采集位置的三维坐标，之后控制器控制机械臂200进行采摘，判断移动平台100停止位置是否采摘完毕，若否，继续进行双目识别采摘，若是，则判断是否到达路径终点，若未到终点，则继续采摘，若已到终点，则结束本次采摘，回到收集区(即卸载黄花菜的区域)。
具体而言，如图2所示，根据本系统，本实施例还提供了一种采摘黄花菜的方法，包括如下步骤：
1、启动：与云平台相连的客户端发出启动指令，经由4g模块或5g模块传输到控制器，太阳能模块提供电能，控制器启动移动平台100，开始工作；
2、目标的识别和定位：移动平台100根据北斗导航模块设置的路径行进，从收集区行进到采摘区(即黄花菜的种植区)，在这个过程中，利用双目摄像机401对采摘目标进行识别和定位，识别和定位的方法是：两个双目摄像机401采集采摘果实(既黄花菜)的图像信息，并传输给云平台，云平台进行图像识别(具体是识别黄花菜的颜色)，并与云平台数据库中的数据进行比对，根据颜色的对比判断是/否成熟；同时，利用双目摄像机401所采集的图像，结合三维重建、最小二乘法等原理进行图像识别，识别并确定黄花菜花蕾齐花梗的位置，从而精准定位成熟黄花菜的最佳采摘位置数据；
3、目标的采摘：根据所述最佳采摘位置数据，客户端经由云平台、并通过4g模块或5g模块给控制器发送控制指令，使得机械臂200动作到所述最佳采摘位置，并利用夹具300夹持黄花菜花蕾齐花梗的位置，而后驱动夹具300顺时针或逆时针旋转所设定的角度，并驱动夹具300向上抬(或翻转)所设定的角度，从而可以在所设定的扭矩和所设定的拉力双重作用下将黄花菜摘下；
4、目标的收集：采摘结束后(黄花菜果实脱离植株后)，控制器控制机械臂200动作，使夹具300动作到收集管上方所设定的位置处，夹具300张开，黄花菜自由下落并可以顺利落入收集管内。
5、控制器控制机械臂200沿圆周方向转动(具体是基座201转动)，以利用双目摄像机401采集移动平台100所停留位置周围是否有成熟的黄花菜，具体的识别和定位方法与步骤2相同；
6、循环执行步骤2-步骤5，以便采摘完移动平台100所停留位置周围的黄花菜；
7、移动平台100根据北斗导航模块设置的路径行进继续前行所设定的距离，以便停止于下一个采摘点，同时循环执行步骤2-步骤6；
8、停止：移动平台100判定已经到达所规划路径的终点时，单次采摘结束，移动平台100根据北斗导航模块所规划的路径返回到收集区(即卸载黄花菜的区域)。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，包括移动平台、控制器、采摘模块以及电源模块，其中，
所述移动平台包括车架、设置于车架底部的车轮、用于驱动车轮的动力总成、安装于所述车架的导航模块以及设置于所述车架的收集框，所述动力总成、导航模块分别与所述控制器相连；
所述采摘模块包括设置于所述车架的机械臂、安装于所述机械臂端部的夹持机构，所述机械臂至少具有驱动夹持机构旋转和翻转所设定角度的自由度，机械臂上安装有两个双目摄像机，所述机械臂和双目摄像机分别与所述控制器相连；
所述夹持机构包括夹具和两个夹片，所述夹具包括对称设置于的夹持臂，所述夹片分别设置于夹持臂端部并与所述夹持臂相互垂直，所述夹片上相互对应的内侧面分别构造为弧形，夹具与所述控制器相连，用于在控制器的控制下驱动夹片张开/闭合；
所述机械臂的下方设置有收集管，所述收集管的一端位于夹持机构下方所设定的位置处，收集管的另一端与所述收集框相连通；
所述电源模块用于为移动平台上的用电器件供电。
2.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述夹片的内侧面，且压力传感器与所述控制器相连，用于检测夹持力，并传输给控制器，当所述夹持力等于所设定的阈值时，控制器控制所述夹持动力停止继续增加所输出的动力。
3.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述双目摄像机采用的是双目云台无线网络摄像机，所述控制器连接有与所述双目云台无线网络摄像机相适配的无线模块。
4.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述电源模块包括太阳能模块，所述太阳能模块包括安装于所述车架的太阳能电池板以及安装于所述车架的蓄电池，所述太阳能电池板与所述蓄电池相连，且太阳能电池板和蓄电池分别与所述控制器相连，太阳能电池板用于将太阳能转换为电能并储存于所述蓄电池，所述蓄电池用于供电。
5.根据权利要求4所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，还包括充电电池，所述充电电池设置于所述车架，并与控制器相连，用于在控制器的控制下供电。
6.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，还包括云平台，所述控制器通过4g模块或5g模块与所述云平台相通信。
7.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述导航模块为北斗导航模块，所述北斗导航模块包括北斗卫星导航芯片，所述北斗卫星导航芯片与所述控制器相连，用于定位及路径规划。
8.根据权利要求1所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述夹具为机械臂或气动夹爪或电动夹爪。
9.根据权利要求1-8任一所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述机械臂包括可转动安装于所述车架的基座、与所述基座相连并用于驱动基座转动的第一舵机、可转动安装于所述基座的肩关节、肘关节、腕关节、第二舵机、第三舵机、第四舵机以及第五舵机，其中，
所述第二舵机固定于所述基座，且第二舵机的输出轴与所述肩关节相连；
所述第三舵机固定于所述肩关节，且所述肘关节的一端固定于所述第三舵机的输出轴，所述双目摄像机安装于所述肘关节；
所述腕关节的一端可转动的安装于所述肘关节，并与所述第四舵机的输出轴相连，第四舵机固定于所述肘关节；
所述第五舵机固定于所述腕关节，且所述夹具固定于所述第五舵机的输出轴；
所述第一舵机、第三舵机、第四舵机以及第五舵机分别与所述控制器相连，第一舵机用于在控制器的控制下驱动基座相对于车架在水平面内转动所设定的角度；第二舵机用于在控制器的控制下驱动肩关节相对于基座在竖直平面内转动所设定的角度；第三舵机用于在控制器的控制下驱动肘关节相对于肩关节绕第三舵机输出轴的中心轴线转动所设定的角度；第四舵机用于在控制器的控制下驱动腕关节相对于肘关节在竖直面内转动所设定的角度；所述第五舵机用于在控制器的控制下驱动夹具绕第五舵机输出轴的中心轴线转动所设定的角度。
10.根据权利要求9所述的基于北斗导航的黄花菜采摘机器人系统，其特征在于，所述收集管包括第一管段及与所述第一管段相连的第二管段，所述第一管段为硬管，第二管段为软管，所述第一管段通过连接件固定于所述肩关节，所述第二管段的一端约束于所述车架，并与所述收集框相连通。
技术总结