[发明专利]一种基于无人机群协同作业的采摘系统及使用方法

权利要求书

1.一种基于无人机群协同作业的采摘系统，其特征在于，所述采摘系统包括采摘无人机组、辅助无人机组和控制模块三部分；所述采摘无人机组用于采摘树上成熟的果实；辅助无人机组用于清理影响无人机组工作的树枝以辅助采摘；控制模块用于接收、分析采摘无人机和辅助无人机反馈的信息，协调两种无人机组工作；

所述的采摘无人机组包括多个结构相同的采摘无人机，每个采摘无人机包括采摘无人机主体(1)、摄像头a(2)、照明灯(3)、空心连接轴(4)、旋转平台(5)、支腿框架(13)以及五个结构相同的采摘单元，每个采摘无人机内置重量传感器；

所述的摄像头a(2)位于采摘无人机顶部，用于采集果实位置信息，照明灯(3)置于采摘无人机侧部；采摘无人机机身下部连接空心连接轴(4)，空心连接轴(4)下方通过轴(22)与旋转平台(5)顶部连接，旋转平台(5)底面与支腿框架(13)连接；所述空心连接轴(4)内设置小电机(19)、法兰管座b(20)、深沟球轴承(21)、推力轴承(23)以及轴(22)；小电机(19)可带动轴(22)旋转，进而调整旋转平台(5)的位置；

所述旋转平台(5)侧面均匀分布五个采摘单元，采摘单元在摄像头a(2)视野中央位置处进行采摘，当位于摄像头a(2)视野中央的采摘单元达到采摘限定个数后，旋转平台(5)转动使下一采摘单元移至视野中央以继续采摘；每个采摘单元包括电动推杆a(11)、电动推杆b(12)、用于盛放果实的套筒(9)以及安装在套筒出口处的果梗切割装置(6)、摄像头b(7)，其中摄像头b(7)用于判断目标果实是否完全进入套筒(9)内；所述的电动推杆a(11)水平设置，其一端通过销轴与旋转平台(5)侧面连接，可绕所述销轴转动，另一端与套筒(9)连接；电动推杆b(12)倾斜设置，其顶端与电动推杆a(11)连接，底端与支腿框架(13)连接，可同时绕两端的销轴转动；两个电动推杆用于调整采摘时的套筒(9)位置、与水平方向的夹角；所述的果梗切割装置(6)位于套筒(9)出口，其内置一个双轴电机(14)、外壳底部内壁上固定导轨(15)、下部与导轨滑块(16)连接，双轴电机(14)可随导轨滑块(16)沿导轨(15)移动；同时，所述双轴电机(14)的一个轴连接切割圆刀片(8)，另一个轴连接齿轮(18)，两个轴位于双轴电机(14)两端，双轴电机(14)各轴的旋转运动相互独立，所述齿轮(18)与下方齿条(17)啮合，齿条(17)固定在果梗切割装置(6)外壳上；

所述的辅助无人机组由多个结构相同的辅助无人机组成，每个辅助无人机包括辅助无人机主体(25)、摄像头c(26)、电动推杆c(27)、机械臂、舵机a(28)、舵机b(29)、剪刀装置(30)；所述摄像头c(26)位于辅助无人机主体(25)的顶部，用于采集信息，主体(25)一个侧面设置有电动推杆c(27)，电动推杆c(27)与一个五自由度的机械臂连接，机械臂前端设有剪刀装置(30)，剪刀装置(30)开合动作由舵机a(28)、舵机b(29)控制；

当采摘无人机的摄像头a(2)的视野中央的采摘单元的套筒(9)内存储的果实达到额定数量后，旋转平台(5)在空心连接轴(4)内小电机(19)的作用下，随轴(22)旋转以切换下一个采摘单元，保证采摘作业始终在摄像头a(2)的视野中进行；当每个采摘单元的套筒(9)内存储的果实均达到额定数量后，采摘无人机返回地面卸货。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机群协同作业的采摘系统，其特征在于，所述小电机(19)固定在空心连接轴(4)内壁上方，其输出轴与法兰管座b(20)连接；轴(22)位于法兰管座b(20)的下方，与法兰管座b(20)连接；深沟球轴承(21)、一个推力轴承(23)装配在轴(22)的两端，以固定轴的位置使其只能转动。

3.一种基于权利要求1或2所述的无人机群协同作业的采摘系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，开始采摘作业时，采摘无人机顶部的摄像头a(2)采集目标的位置、形状信息并将其反馈给控制模块；

第二步，控制模块判断其目标所处位置的周边条件，当周边条件不影响采摘时，位于摄像头a(2)视野中央的采摘单元的电动推杆a(11)、电动推杆b(12)伸出适当距离；采摘无人机主体(1)移动到合适位置，将目标果实套在套筒(9)中；当控制模块根据摄像头b(7)确定目标果实完全进入套筒(9)后，果梗切割装置(6)开始切割工作；

果梗切割装置(6)工作时，双轴电机(14)与切割圆刀片(8)连接的轴高速转动，同时双轴电机(14)与齿轮(18)连接的轴缓慢转动，使齿轮(18)沿齿条(17)缓慢行进带动双轴电机(14)随导轨滑块(16)沿导轨(15)移动，使高速旋转的切割圆刀片(8)接近树枝以进行切割；

果梗切割装置(6)作业完毕后，如果果梗切割装置(6)所在的采摘单元需要进行下一采摘作业时，切割圆刀片(8)停止转动，双轴电机(14)与齿轮(18)连接的一端反向缓慢转动，切割圆刀片(8)由双轴电机(14)带回原位；如果果梗切割装置(6)所在的采摘单元的套筒(9)内存储的果实均达到额定数量，双轴电机(14)与切割圆刀片(8)连接的轴和双轴电机(14)与齿轮(18)连接的轴均停止工作，切割圆刀片(8)堵住套筒出口；

第三步，当目标所处位置的周边环境影响采摘时，采摘无人机放弃此目标寻找下一采摘目标；同时控制模块接收信息后，分配一架处于空闲状态的辅助无人机前往该目标处进行剪裁作业；

第四步，辅助无人机的清理工作完成后返回，并将该目标处的信息反馈给控制模块；控制模块重新分配一个处于空闲状态的采摘无人机前往目标处进行采摘作业；

第五步，当采摘单元的套筒(9)内的果实达到额定数量后，旋转平台(5)在小电机(19)作用下随轴(22)旋转以切换下一个采摘单元；当采摘单元内存储的果实没有到额定数量时，采摘无人机继续寻找、采摘下一目标；当每个采摘单元的套筒(9)内存储的果实均达到额定数量后，采摘无人机返回地面，卸货时，每个采摘单元的电动推杆a(11)、电动推杆b(12)配合使套筒(9)出口缓慢向下倾斜，同时切割圆刀片(8)由双轴电机(14)带回原位，使果实缓慢滚出套筒(9)。