本发明属于农业机械，特别是涉及一种柑橘采摘末端执行器、多臂采摘收集机及采摘方法。
背景技术：
1、柑橘是全球最重要的经济作物之一，广泛种植于世界各地，是世界第一大类水果，也是世界第三大贸易农产品。中国作为柑橘的重要原产地之一，拥有丰富的柑橘资源和多样的品种，产量巨大。除了食用之外，柑橘在药用方面的需求量也很大，具有很高的商业价值；
2、传统的柑橘采摘主要依靠人工进行，这种方式效率低下且成本高昂，同时采摘质量难以保证。随着我国面临人口老龄化和农业生产劳动力短缺等问题，柑橘采摘机的使用可以减少人工成本、提高采摘效率和作业质量，具有很大的发展潜力；
3、采摘末端执行器是采摘机器人中的关键部件之一，其设计直接影响到采摘时果实的损伤率和采摘效果。目前的柑橘采摘执行器多采用机械爪式进行夹取采摘，这种夹持力度较大，容易造成柑橘损坏。此外，由于柑橘大小不一，容易从机械爪缝中脱落，导致果实摔坏。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柑橘采摘末端执行器、多臂采摘收集机及采摘方法，用于解决现有技术中柑橘采摘执行器采用机械爪式采摘易造成柑橘损坏以及易从机械爪缝中脱落的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柑橘采摘末端执行器，包括：
3、机械臂和伸出式采摘装置，所述伸出式采摘装置包括转动安装在所述机械臂末端的支架、水平设置在所述支架上方的壳体、剪切机构、伸出抓取机构和动力机构，所述壳体沿自身长度方向上设有伸出槽，所述动力机构驱动所述伸出抓取机构和所述剪切机构联动执行采摘动作；
4、所述伸出抓取机构包括保护套、多个骨架、弹性杆、第一弹性件、两个吸盘、柔性连接件、t型柱和转动动力件，所述保护套一端封闭一端开口，所述保护套开口端与所述动力机构固定连接，多个所述骨架沿所述动力机构运动方向间隔布置且中心部位穿设于所述弹性杆上，所述弹性杆位于所述保护套内，两个所述吸盘分别通过软管与真空发生器连通，两个所述吸盘分别设置在多个骨架间隔布置中间位置的一所述骨架上方和位于所述保护套封闭端的一所述骨架上方，且均贯穿所述保护套顶部，所述第一弹性件设置在相邻所述骨架之间；
5、所述柔性连接件位于所述弹性杆上下两侧且将多个所述骨架穿接，所述柔性连接件两端分别与所述t型柱水平部分两端固定连接，所述t型柱转动安装在所述动力机构上，通过所述转动动力件驱动所述t型柱转动拉动所述保护套上下弯曲。
6、可选地，所述剪切机构包括设置在所述伸出槽口的定割刀、两个对称设置在所述壳体两侧的动割模块、两端分别固定安装在两个所述动割模块上的动割刀，所述定割刀和所述动割刀均沿所述壳体宽度方向延伸；
7、所述动割模块包括一端转动安装在所述动力机构上的第一支臂、一端转动安装在所述壳体侧壁上的第二支臂、一端转动设置在所述壳体侧壁上的第三支臂、垂直且转动安装在所述第三支臂另一端的滚子，所述第一支臂上具有滚槽，所述滚子与所述滚槽滚动配合，所述第二支臂另一端与所述第一支臂侧面转动连接。
8、可选地，所述动力机构包括水平且转动安装在所述壳体内的螺纹杆、水平且固定安装在所述壳体内的导轨、与所述导轨滑动配合的滑块、与所述螺纹杆螺纹配合的运动块、设置在所述滑块和所述运动块上方的移动板、驱动所述螺纹杆转动的旋转动力件，所述保护套开口端与所述移动板固定连接，所述移动板上具有入料孔，所述移动板上具有与所述入料孔连通的入料槽，所述入料槽倾斜设置且靠近所述保护套一端高远离所述保护套一端低。
9、可选地，还包括第一输送装置，所述第一输送装置倾斜设置；
10、所述第一输送装置包括第一输送管、第二输送管、第三输送管、漏斗、垂直且固定连接在所述第一输送管一端的球头、固接在所述漏斗输入端顶部的球窝、自适应动力机构，所述球头与所述球窝相配合，所述第一输送管的内径大于所述第二输送管的外径且同轴滑动配合，所述第二输送管内径大于所述第三输送外径且同轴滑动配合，所述第三输送管与所述动力机构连通；
11、所述自适应动力机构具有两组，两组所述自适应动力机构用于分别控制所述第二输送管伸出所述第一输送管的长度和第三输送管伸出所述第二输送管的长度。
12、可选地，所述自适应动力机构包括发条弹簧、转动设置在所述第一输送管侧壁或所述第二输送管侧壁上的转动柱，所述发条弹簧一端与所述转动柱同轴固定配合、所述发条弹簧另一端与所述第二输送管或所述第三输送管远离所述漏斗一端侧壁固定连接；
13、和/或所述自适应动力机构包括螺旋弹簧，所述第一输送管或所述第二输送管的内壁和外壁之间且沿自身轴向方向具有内凹的环形凹槽，所述螺旋弹簧与所述环形凹槽底部固定连接，所述螺旋弹簧另一端与所述第二输送管或所述第三输送管远离所述漏斗一端侧壁固定连接。
14、一种多臂采摘收集机，包括至少两组所述的柑橘采摘末端执行器；
15、还包括移动底盘，每个所述机械臂转动设置在所述移动底盘上方边缘；
16、储存装置，所述储存装置包括竖直且固定设置在所述移动底盘上方的竖直筒、用于减缓柑橘在所述竖直筒内下落速度的消能机构、转动设置在所述移动底盘上方的运转机构、至少四组设置在所述运转机构上方且用于装载来自所述消能机构输送来柑橘的收集机构，至少两组所述柑橘采摘末端执行器上的所述漏斗从上至下转动设置在所述竖直筒上，且所述漏斗输入端通过输出孔与所述竖直筒内部连通。
17、可选地，所述消能机构包括同轴固定配合在所述竖直筒上的固定盘、与所述竖直筒内壁同轴固定配合的集气筒、气源、输送滑道、转接滑道、设置在最下端所述漏斗下方的第一位置传感器、设置在所述集气筒上方的第二位置传感器，所述集气筒设置在所述固定盘上方，所述集气筒沿自身轴向设有上大下小的喇叭通孔，所述喇叭通孔与所述集气筒外壁之间形成集气腔，所述喇叭通孔侧壁上具有若干朝向所述集气筒中轴线方向且向上出气的倾斜出气孔，所述输送滑道一端与所述喇叭通孔下端连通，所述输送滑道倾斜延伸出所述竖直筒并位于所述收集机构上方，所述转接滑道一端与所述输送滑道另一端连通，所述转接滑道另一端出口与所述运转机构旋转方向相切，所述气源固定安装在所述固定盘上且与所述集气腔连通向所述倾斜出气孔供气，所述气源通过电磁阀控制打开或关闭。
18、可选地，所述运转机构包括转动设置在所述移动底盘上方的旋转盘、同轴固定配合在所述竖直筒底部的固定齿轮、l型架、转动设置在所述l型架竖直部分侧面上的旋转齿轮、同轴固定安装在所述固定齿轮上方的环形轨、多个转动设置所述l型架竖直部分侧面上的滚轮、驱动所述旋转齿轮转动的运转动力件，所述l型架水平部分端部与所述旋转盘固定连接，多个滚轮分别与所述环形轨的内轨道和外轨道滚动配合，所述旋转齿轮与所述固定齿轮啮合传动，通过所述运转动力件驱动所述旋转齿轮旋转带动所述旋转盘以所述竖直筒为轴做圆周运动。
19、可选地，所述收集机构包括铰接在所述运转机构顶部的固定板、设置于所述固定框上的收集框、用于将所述固定框向所述竖直筒中轴线方向且向上复位的第二弹性件，所述固定板四周具有限制所述收集框晃动的限位板，所述固定板上具有重量传感器。
20、一种多臂采摘收集机的采摘方法，使用前文所述的多臂采摘收集机，包括如下步骤：
21、路径规划步骤：根据路径组件规划所述移动底盘行走路径并到达采摘点，机械臂进入柑橘采摘范围；
22、识别采摘输送步骤：所述机械臂伸展弯曲并由识别相机识别柑橘，识别到柑橘后并反馈给控制系统，通过控制系统发出指令调整机械臂空间位置，机械臂运动带动第一输送管、第二输送管和第三输送管伸缩自适应调整长度，所述动力机构驱动所述伸出抓取机构和所述剪切机构动作，所述伸出抓取机构从所述伸出槽伸出所述壳体外将柑橘进行抓取，所述动力机构驱动所述伸出抓取机构缩回将柑橘拉回并通过与所述剪切机构联动对柑橘果柄进行剪切，柑橘通过倾斜设置的所述入料槽滚入所述入料孔，经过所述第三输送管、所述第二输送管和所述第一输送管至所述漏斗中；
23、缓冲消能步骤：柑橘从输出孔滚入所述竖直筒内部， 当所述第一位置传感器和所述第二位置传感器均检测到柑橘或者当所述第一位置传感器检测到柑橘，所述第二位置传感器并未检测到柑橘且超过设定时间后，所述气源通过电磁阀控制所述倾斜出气孔吹出气体量大小，使得柑橘从所述喇叭通孔落入所述输送滑道，经所述转接滑道滚入所述收集机构；
24、存储收集步骤：一所述收集机构达到设定重量后，所述运转机构运转使得另一所述收集机构位于所述转接滑道下方，从而连续收集。
25、如上所述，本发明的一种柑橘采摘末端执行器、多臂采摘收集机及采摘方法，至少具有以下有益效果：
26、1、通过动力机构驱动伸出抓取机构和剪切机构联动执行采摘动作，既能够快速准确地执行、采摘动作，减少采摘时间，提高采摘效率，也能实现树枝更深入的采摘。将位于多个骨架中间位置的一骨架上方的一吸盘伸至柑橘下方时，转动动力件驱动t型柱转动拉动间隔布置的骨架从保护套封闭端依次向上弯曲，第二弹性件和保护套向上弯曲，骨架与第一弹性件的结合使用，使得在抓取柑橘时能够具有一定的弹性形变，更好地适应柑橘表面的不规则性，另一吸盘运动至柑橘表面，两个吸盘分别通过真空发生器将吸盘内部进行抽真空将柑橘吸住，能够适应不同大小和形状的柑橘，真空发生器产生的吸力能稳定的抓住柑橘，提高了采摘的准确性和可靠性，避免采摘力度较大造成果实损坏或从机械爪缝之间脱离，使用动力机构驱动伸出抓取机构和剪切机构联动，此时伸出抓取机构抓住柑橘缩回进壳体内后，剪切机构向下运动实现对柑橘树枝进行剪切，剪切瞬间真空发生器使吸盘释放，利用向树枝方向和伸出抓取机构缩回方向两侧的力，树枝弹回、柑橘滚入动力机构实现向下输送。
27、2、通过机械臂的伸展调整，第一输送管、第二输送管和第三输送管的同轴滑动配合设计，使得第一输送装置可以根据实际需求自适应调整长度，球头与球窝的配合保证了在调整长度过程中输送管的连接稳定性，同时也允许一定角度的转动，提高了实用性和适应性。
28、3、通过竖直筒、消能机构、运转机构和收集机构相互配合，能够高效地收集和储存采摘下来的柑橘。消能机构减缓柑橘在竖直筒内的下落速度，避免柑橘因下落速度过快而受损，保证了柑橘的品质，便于储存。运转机构和收集机构协同工作，将柑橘从消能机构输送到收集机构中，实现自动化收集并提高了收集的效率和容量。
29、4、通过第一位置传感器和第二位置传感器的设计，能够实时监测柑橘在消能机构中的位置。当第一位置传感器检测到有柑橘经过最下端的漏斗时，控制系统可以根据这个信号控制气源的电磁阀打开，向集气腔供气，气体从集气腔向各个倾斜出气孔向集气筒中轴线方向且向上出气，形成一股向上的气流，既能对下落的柑橘产生向上的反作用力，从而降低柑橘的下落速度，起到消能的作用，也能使得柑橘居中落下，不会与竖直筒内壁发生碰撞损伤柑橘，当第二位置传感器检测到柑橘到达集气筒上方时或者第二位置传感器为检测到柑橘且超过设定时间，第二传感器未检测到柑橘证明柑橘是小果，此时控制系统可以根据这个信号调整气源的供气量或关闭电磁阀，实现对消能过程的精准控制，确保柑橘能够平稳、准确的从喇叭通孔经输送滑道、转接滑道滚入收集机构。
1.一种柑橘采摘末端执行器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：所述剪切机构包括设置在所述伸出槽口的定割刀、两个对称设置在所述壳体两侧的动割模块、两端分别固定安装在两个所述动割模块上的动割刀，所述定割刀和所述动割刀均沿所述壳体宽度方向延伸；
3.根据权利要求1所述的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：所述动力机构包括水平且转动安装在所述壳体内的螺纹杆、水平且固定安装在所述壳体内的导轨、与所述导轨滑动配合的滑块、与所述螺纹杆螺纹配合的运动块、设置在所述滑块和所述运动块上方的移动板、驱动所述螺纹杆转动的旋转动力件，所述保护套开口端与所述移动板固定连接，所述移动板上具有入料孔，所述移动板上具有与所述入料孔连通的入料槽，所述入料槽倾斜设置且靠近所述保护套一端高远离所述保护套一端低。
4.根据权利要求1所述的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：还包括第一输送装置，所述第一输送装置倾斜设置；
5.根据权利要求4所述的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：所述自适应动力机构包括发条弹簧、转动设置在所述第一输送管侧壁或所述第二输送管侧壁上的转动柱，所述发条弹簧一端与所述转动柱同轴固定配合、所述发条弹簧另一端与所述第二输送管或所述第三输送管远离所述漏斗一端侧壁固定连接；
6.一种多臂采摘收集机，其特征在于：包括至少两组权利要求1-5任一项所述的柑橘采摘末端执行器；
7.根据权利要求6所述的多臂采摘收集机，其特征在于：所述消能机构包括同轴固定配合在所述竖直筒上的固定盘、与所述竖直筒内壁同轴固定配合的集气筒、气源、输送滑道、转接滑道、设置在最下端所述漏斗下方的第一位置传感器、设置在所述集气筒上方的第二位置传感器，所述集气筒设置在所述固定盘上方，所述集气筒沿自身轴向设有上大下小的喇叭通孔，所述喇叭通孔与所述集气筒外壁之间形成集气腔，所述喇叭通孔侧壁上具有若干朝向所述集气筒中轴线方向且向上出气的倾斜出气孔，所述输送滑道一端与所述喇叭通孔下端连通，所述输送滑道倾斜延伸出所述竖直筒并位于所述收集机构上方，所述转接滑道一端与所述输送滑道另一端连通，所述转接滑道另一端出口与所述运转机构旋转方向相切，所述气源固定安装在所述固定盘上且与所述集气腔连通向所述倾斜出气孔供气，所述气源通过电磁阀控制打开或关闭。
8.根据权利要求6所述的多臂采摘收集机，其特征在于：所述运转机构包括转动设置在所述移动底盘上方的旋转盘、同轴固定配合在所述竖直筒底部的固定齿轮、l型架、转动设置在所述l型架竖直部分侧面上的旋转齿轮、同轴固定安装在所述固定齿轮上方的环形轨、多个转动设置所述l型架竖直部分侧面上的滚轮、驱动所述旋转齿轮转动的运转动力件，所述l型架水平部分端部与所述旋转盘固定连接，多个滚轮分别与所述环形轨的内轨道和外轨道滚动配合，所述旋转齿轮与所述固定齿轮啮合传动，通过所述运转动力件驱动所述旋转齿轮旋转带动所述旋转盘以所述竖直筒为轴做圆周运动。
9.根据权利要求6所述的多臂采摘收集机，其特征在于：所述收集机构包括铰接在所述运转机构顶部的固定板、设置于所述固定框上的收集框、用于将所述固定框向所述竖直筒中轴线方向且向上复位的第二弹性件，所述固定板四周具有限制所述收集框晃动的限位板，所述固定板上具有重量传感器。
10.一种多臂采摘收集机的采摘方法，其特征在于：使用权利要求7所述的多臂采摘收集机，包括如下步骤：
