矮式红花仿形采收机及采收方法
阅读说明：本技术 矮式红花仿形采收机及采收方法 (Low-type safflower profiling harvester and harvesting method ) 是由 张振国 赵敏义 杨双平 韩长杰 郭俊先 张学军 邢振宇 郭全峰 张苗苗 许冬雪 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种矮式红花仿形采收机及采收方法。采收机包括手推式机架,以及安装在手推式机架上的植株梳理装置和花丝采收系统；植株梳理装置为两组左右对称且结构相同的植株梳理机构,能够将分布范围外的红花聚拢到采收范围内；花丝采收系统包括花丝采摘机构和花丝收集机构；花丝收集机构包括花丝收集箱,以及连接在花丝收集箱上的花丝收集软管和负压风机；花丝采摘机构包括多花采摘末端执行器单体、末端执行器运动电缸和末端执行器仿形安装架。本发明的多花采摘末端执行器单体根据果球分布规律,拟形布置,分区采摘,同时对不同高度的果球进行采摘操作,从而减轻工作人员负重,省略人工对花步骤,实现对多个果球进行采收操作,提高花丝采收效率。(The invention relates to a short safflower profiling harvester and a harvesting method. The harvesting machine comprises a hand-push type rack, and a plant carding device and a filament harvesting system which are arranged on the hand-push type rack; the plant carding devices are two groups of plant carding mechanisms which are bilaterally symmetrical and have the same structure, and can gather the safflower outside the distribution range into the harvesting range; the filament harvesting system comprises a filament picking mechanism and a filament collecting mechanism; the filament collecting mechanism comprises a filament collecting box, a filament collecting hose and a negative pressure fan, wherein the filament collecting hose is connected to the filament collecting box; the filament picking mechanism comprises a plurality of filament picking end effector monomers, an end effector moving electric cylinder and an end effector profiling mounting frame. The multi-flower picking end effector monomer is arranged in a simulated manner and picked in a subarea manner according to the fruit ball distribution rule, and meanwhile, picking operation is carried out on the fruit balls with different heights, so that the load of workers is reduced, the manual flower aligning step is omitted, the picking operation of the plurality of fruit balls is realized, and the filament picking efficiency is improved.)
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，特别涉及一种矮式红花仿形采收机及采收方法。
背景技术
矮式红花由于其适应性好，较之高势红花耐旱性更强，在种植过程中对环境的要求更低，在新疆地区有广泛的种植。目前红花花丝采收主要以人工采收的方式，而由于矮式红花植株高度较低，果球分布较为分散的特点，需采摘人员俯身弯腰劳作，劳动强度大，生产效率低，阻碍了红花产业的良性发展。
随着农业机械化的快速发展，对机械化红花采收的需要越来越高。目前手持式红花采收机具多为背负式，增加采摘人员负重且效率更低；虽然目前有一种三自由度桁架式红花采摘装置(中国发明专利申请公布号：CN111296072A)，通过多个半圆形排布的定位夹紧机构组成的定位夹紧装置，通过定位夹紧装置向下移动，定位夹紧机构接触到红花果球时压力传感器受力并检测到果球，末端执行器移动到检测位置采摘。该装置虽然实现了对红花果球分布范围的覆盖性检测，但由于只有单一末端执行器，采摘效率较慢，且定位夹紧装置为整体，缺少对不同高度果球检测的灵活性；另有一种自走式全覆盖多目标红花花丝采摘机器人(中国发明申请公布号：CN111955165A)，通过对红花果球分范围进行分区，并通过分区布置多个末端执行器单体，但其末端执行器单体覆盖的对花面积仅略大于一个果球，所布置的多个末端执行器单体无法对采收范围内所有位置进行检测是否有红花，降低了采净率。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种矮式红花仿形采收机及采收方法，多花采摘末端执行器单体采用多对花口融合设计，对果球分布进行范围区域覆盖，能够同时对花并采摘多个果球；采用手推式机械，减轻采摘人员负担；多花采摘末端执行器单体根据果球分布规律，拟形布置，分区采摘，同时对不同高度的果球进行采摘操作，从而减轻工作人员负重，省略人工对花步骤，实现对多个果球进行采收操作，提高花丝采收效率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种矮式红花仿形采收机，包括手推式机架1，以及安装在手推式机架1上的植株梳理装置2和花丝采收系统3。
所述手推式机架1包括支撑架1-1、行走机构1-2、采收装置安装架1-3和推杆1-4。
所述支撑架1-1包括前横梁1-1-1、后横梁1-1-2、左纵梁1-1-3、右纵梁1-1-4和支撑腿1-1-5，所述前横梁1-1-1、左纵梁1-1-3、后横梁1-1-2和右纵梁1-1-4首尾相接组成矩形框架；四个竖直设置的支撑腿1-1-5的顶端与所述矩形框架的四个角部固接，底端均设有一行走机构1-2。
两个左右对称且平行于左纵梁1-1-3和右纵梁1-1-4的采收装置安装架1-3分别固接在左侧两个支撑腿1-1-5之间和右侧两个支撑腿1-1-5之间；所述推杆1-4固接在后横梁1-1-2的后端。
所述植株梳理装置2为两组左右对称且结构相同的植株梳理机构，能够将分布范围外的红花聚拢到采收范围内。
所述花丝采收系统3包括花丝采摘机构3-1和花丝收集机构3-2。
所述花丝收集机构3-2包括花丝收集箱3-2-2，以及连接在花丝收集箱3-2-2上的花丝收集软管3-2-1和负压风机3-2-3；所述花丝收集箱3-2-2固接在支撑架1-1的矩形框架上。
所述花丝采摘机构3-1包括多花采摘末端执行器单体3-1-1、末端执行器运动电缸3-1-2和末端执行器仿形安装架3-1-3。
所述末端执行器仿形安装架3-1-3固接在采收装置安装架1-3上，多个末端执行器运动电缸3-1-2固接在末端执行器仿形安装架3-1-3内，每个末端执行器运动电缸3-1-2上固接一多花采摘末端执行器单体3-1-1，所有多花采摘末端执行器单体3-1-1形成与矮式红花植株冠层相对应的半椭球形采收面，实现对红花植株果球的全覆盖。
所述末端执行器运动电缸3-1-2包括电缸电机3-1-2-1、电缸套筒3-1-2-2、电缸推杆3-1-2-3和电缸安装座3-1-2-4；所述电缸安装座3-1-2-4固接在末端执行器仿形安装架3-1-3上；所述电缸套筒3-1-2-2固接在电缸安装座3-1-2-4上；所述电缸推杆3-1-2-3安装于电缸套筒3-1-2-2内部，并与电缸电机3-1-2-1连接。
所述多花采摘末端执行器单体3-1-1包括末端执行器壳体3-1-1-1、多目标对花装置3-1-1-2、花丝切割装置3-1-1-3、电容检测装置3-1-1-4。
所述末端执行器壳体3-1-1-1分隔为三个腔室：多目标对花腔室3-1-1-1-1、花丝切割收集腔室3-1-1-1-2和切割电机安装腔室3-1-1-1-3；所述花丝切割收集腔室3-1-1-1-2位于多目标对花腔室3-1-1-1-1上方，通过间隔板3-1-1-1-4相互分隔；所述切割电机安装腔室3-1-1-1-3位于多目标对花腔室3-1-1-1-1和花丝切割收集腔室3-1-1-1-2的一侧；所述多目标对花腔室3-1-1-1-1的底部为对花底板3-1-1-1-5；所述花丝切割收集腔室3-1-1-1-2的顶部为集花罩3-1-1-1-6，所述集花罩3-1-1-1-6上设有与花丝收集软管3-2-1连接的花丝收集口3-1-1-1-7。
所述多目标对花装置3-1-1-2包括多个阵列布置的对花罩3-1-1-2-1；所述对花罩3-1-1-2-1设置在多目标对花腔室3-1-1-1-1内，固接在间隔板3-1-1-1-4与对花底板3-1-1-1-5之间，且上下贯通。
所述电容检测装置3-1-1-4设置在对花罩3-1-1-2-1上部，用于检测花丝是否到达切削位置。
每个对花罩3-1-1-2-1的切丝口均设有一缩颈隔网3-1-1-2-2，所述缩颈隔网3-1-1-2-2固接在间隔板3-1-1-1-4上。
所述花丝切割装置3-1-1-3包括设置在切割电机安装腔室3-1-1-1-3内的切割电机3-1-1-3-1，以及设置在花丝切割收集腔室3-1-1-1-2内的左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3。
所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3均为一横截面为弧形的刀片，左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3左右对称地布置在间隔板3-1-1-1-4的两侧；所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3的末端伸入切割电机安装腔室3-1-1-1-3内，并分别垂直固接在左割刀圆盘3-1-1-3-2-2和右割刀圆盘3-1-1-3-3-2前端面的边缘处；所述左割刀圆盘3-1-1-3-2-2后端面中心固接有左割刀轴3-1-1-3-2-1，右割刀圆盘3-1-1-3-3-2的后端面中心固接有右割刀轴3-1-1-3-3-1；所述左割刀轴3-1-1-3-2-1上固接有左割刀齿轮3-1-1-3-4，所述右割刀轴3-1-1-3-3-1上固接有右割刀齿轮3-1-1-3-5，左割刀齿轮3-1-1-3-4与右割刀齿轮3-1-1-3-5相互啮合；所述切割电机3-1-1-3-1的动力输出轴上的驱动齿轮与左割刀齿轮3-1-1-3-4或右割刀齿轮3-1-1-3-5啮合。
所述植株梳理机构包括梳理装置轴承座2-1、梳理板2-2和梳理装置驱动电机2-3；两个梳理装置轴承座2-1分别固接在一侧的两个支撑腿1-1-5上；所述梳理装置驱动电机2-3固接在采收装置安装架1-3上。
所述梳理板2-2包括梳理板体2-2-1、板体连接板2-2-2和梳理板转轴2-2-3；两个同轴线的梳理板转轴2-2-3分别通过一板体连接板2-2-2固接在梳理板体2-2-1的外侧，梳理板转轴2-2-3通过轴承安装于梳理装置轴承座2-1内；所述梳理装置驱动电机2-3的动力输出轴通过联轴器与梳理板转轴2-2-3连接。
所述梳理板体2-2-1沿其水平中线上下折弯，分为上板体2-2-1-1和下板体2-2-1-2，所述上板体2-2-1-1与下板体2-2-1-2之间的夹角α2为150～155°；非梳理状态时，所述下板体2-2-1-2与竖直方向的夹角α1为25°～30°；梳理状态时，所述下板体2-2-1-2与竖直方向的夹角α1为52～55°。
所述矮式红花仿形采收机共安装有十个多花采摘末端执行器单体3-1-1，每五个多花采摘末端执行器单体3-1-1组成一采摘排，两排采摘排对称布置在末端执行器仿形安装架3-1-3内；根据单株红花果球倾角分布规律将矮式红花植株冠层依次划分为五个采收区：第一采收区OC1、第二采收区OC2、第三采收区OC3、第四采收区OC4和第五采收区OC5；采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1与五个采收区一一对应；其中，与第一采收区OC1和第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向之间所夹第一采收倾角β1为25°～27°；与第二采收区OC2和第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向之间所夹第二采收倾角β2为10°～12°；与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向平行。
以红花植株中心线C6与地面交点为圆心，以水平方向为u轴，以竖直方向为w轴，分别确定采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数如下：
与第一采收区OC1对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝-1.927u-47.71；
与第二采收区OC2对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝-4.695u-133.01；
与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：u＝0；
与第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝4.695u-133.01；
与第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝1.927u-47.71。
所多花采摘末端执行器单体3-1-1的宽度为L1，则与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度为L1；与第二采收区OC2和第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度均为2×L1cosβ2；与第一采收区OC1和第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度均为2×L1cosβ1；采收状态时，采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1的边缘紧贴，且总水平覆盖长度L1+2×L1cosβ1+2×L1cosβ2≥植株果球分布长径D。
所述对花罩3-1-1-2-1位于对花底板3-1-1-1-5上的进花口直径D1大于其位于间隔板3-1-1-1-4上的切丝口直径D2；所述对花罩3-1-1-2-1由下至上分为：进花区3-1-1-2-1-1和固果区3-1-1-2-1-2；所述进花区3-1-1-2-1-1呈外椭球形；所述固果区3-1-1-2-1-2呈圆台形，该圆台的母线与底面的夹角α4为78°～85°；所述进花口直径D1为红花花丝展幅Φ1的1.1～1.3倍，进花口直径D1为50～62mm；切丝口直径D2为果球直径Φ2的1.1～1.3倍，切丝口直径D2为26～50mm。
所述多目标对花装置3-1-1-2包括四个对花罩3-1-1-2-1，相邻的对花罩3-1-1-2-1的进花口的圆心距L2等于相邻果球之间的最小水平距离的平均值z，其取值范围为45～55mm；四个对花罩3-1-1-2-1的进花口的圆心位于一顶角为60°的菱形的四个顶点上。
所述缩颈隔网3-1-1-2-2的筛条距离L3为缩颈直径Φ3的0.8～0.85倍；所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3的割刀长度L4为110～120mm；刀具楔角α3为18°～22°。
所述电容检测装置3-1-1-4包括电容传感器3-1-1-4-1和传感器线管3-1-1-4-2；所述对花罩3-1-1-2-1上部的固果区3-1-1-2-1-2设有用于螺纹连接电容传感器3-1-1-4-1的检测装置连接口3-1-1-2-1-3，所述传感器线管3-1-1-4-2分别与电容传感器3-1-1-4-1和电源及信息控制系统4连接。
所述矮式红花仿形采收机还包括电源及信息控制系统4，所述电源及信息控制系统4包括安装在支撑架1-1上的电池组件4-1、电控系统4-2、整机开关4-3和触屏操作系统4-4；所述电池组件4-1、整机开关4-3和触屏操作系统4-4与电控系统4-2连接；所述电池组件4-1和电控系统4-2均分别与梳理装置驱动电机2-3、末端执行器运动电缸3-1-2、切割电机3-1-1-3-1和电容检测装置3-1-1-4连接。
一种利用矮式红花仿形采收机的矮式红花仿形采收方法，包括如下步骤：
S1、将矮式红花仿形采收机推至矮式红花植株上方，使所有多花采摘末端执行器单体3-1-1形成的半椭球形采收面，全覆盖矮式红花植株冠层；
S2、开启整机开关4-3，操作触屏操控系统4-4，电控系统4-2启动梳理装置驱动电机2-3，动力经梳理板转轴2-2-3传递到梳理板体2-2-1并带动梳理板体2-2-1转动，采收范围外的红花聚拢到采收范围内；
S3、末端执行器运动电缸3-1-2的电缸电机3-1-2-1启动，电缸推杆3-1-2-3沿电缸套筒3-1-2-2向下运动，带动各多花采摘末端执行器单体3-1-1向下运动；果球进入多目标对花装置3-1-1-2的对花罩3-1-1-2-1，经进花区3-1-1-2-1-1进入固果区3-1-1-2-1-2，果球缩颈被缩颈隔网3-1-1-2-2阻隔，无法穿过缩颈隔网3-1-1-2-2，花丝进入缩颈隔网3-1-1-2-2上方，此时果球位于固果区3-1-1-2-1-2中；各多花采摘末端执行器单体3-1-1的各电容传感器3-1-1-4-1持续检测对花罩3-1-1-2-1内部介质；
当电缸推杆3-1-2-3达到最大行程且所有电容检测装置3-1-1-4均未检测到第三电容C3时，则不进入采收状态，电缸推杆3-1-2-3恢复初始状态，准备下一次采收；
当满足以下任一条件时，电缸推杆3-1-2-3停止运动，采收机进入采收状态，执行步骤S4切割花丝；
条件一：当电缸推杆3-1-2-3达到最大行程且至少一个电容传感器3-1-1-4-1检测到第三电容C3时；
条件二：当电缸推杆3-1-2-3未达到最大行程，所有电容传感器3-1-1-4-1全部检测到第三电容C3时；
S4、电控系统4-2进入采收状态，花丝切割装置3-1-1-3的切割电机3-1-1-3-1启动，带动左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3转动，切削红花花丝；切削花丝后，在负压作用下，花丝经集花罩3-1-1-1-6进入花丝收集软管3-2-1，并进入花丝收集箱3-2-2，完成花丝采收；
S5、花丝采收完成后，电控系统4-2结束采收状态，末端执行器运动电缸3-1-2执行复位行程，电缸推杆3-1-2-3回复初始状态，电控系统4-2结束采收状态进入待机状态，植株梳理装置2复位，准备进行下一次采收。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过分析矮式红花植株果球分布规律，优化末端执行器对花装置设计。实现多目标对花装置3-1-1-2对采摘区域的范围覆盖，实现无人工辅助的多果球对花。
2、通过合理布置末端执行器，实现红花的仿形分区域；针对不同区域红花果球倾角不同，设计不同的末端执行器倾角，实现对不同区域内不同倾角果球的垂直对花同步采收，提高采收效率。
3、电容传感器3-1-1-4-1时刻检测3-1-1-2-1对花罩内部介质。通过花丝与果球在检测范围内不同的第二电容C2与第三电容C3，检测花丝是否到达切削位置。当检测到第三电容C3时，花丝已通过检测位置，并穿过缩颈隔网3-1-1-2-2进入切削位置，电控系统4-2控制花丝切割装置3-1-1-3切削花丝，实现花丝自动检测与自动切削。
4、由于部分红花栽种时偏离行线，或少部分果球超出果球分布范围，故根据末端执行器采收范围，添加梳理机构；梳理板2到达梳理位置后，下板体2-2-1-2与竖直方向的夹角为梳理角α1，将超出采收范围的果球聚拢到采收范围内。
附图说明
图1是本发明的矮式红花仿形采收机的结构示意图；
图2是本发明的手推式机架1的结构示意图；
图3是本发明的植株梳理装置2的结构示意图；
图4是本发明的梳理板2-2的结构示意图；
图5是本发明的花丝采收系统3的结构示意图；
图6是本发明的花丝采摘机构3-1的结构示意图；
图7是矮式红花植株形态示意图；
图8是矮式红花果球水平分布及最近果球水平距z示意图；
图9是红花果球尺寸示意图；
图10是本发明的花丝采摘机构3-1的安装角度示意图；
图11是本发明的多花采摘末端执行器单体3-1-1和末端执行器运动电缸3-1-2的结构示意图；
图12是本发明的多花采摘末端执行器单体3-1-1的结构示意图；
图13是本发明的多目标对花装置3-1-1-2的立体结构示意图；
图14是本发明的对花罩3-1-1-2-1的剖视结构示意图；
图15是单株矮式红花植株红花果球分布示意图；
图16是红花果球的结构示意图；
图17是本发明的多目标对花装置3-1-1-2的对花罩3-1-1-2-1的布置示意图；
图18是本发明的缩颈隔网3-1-1-2-2的结构示意图；
图19是本发明的花丝切割装置3-1-1-3的结构示意图；
图20是本发明的左割刀3-1-1-3-2的结构示意图；
图21是本发明的电容检测装置3-1-1-4的结构示意图；
图22是本发明的电容传感器3-1-1-4-1的安装示意图；
图23是本发明的电源及信息控制系统4的结构示意图；
图24是本发明的采收方法流程图。
其中的附图标记为：
1手推式机架 1-1支撑架
1-1-1前横梁 1-1-2后横梁
1-1-3左纵梁 1-1-4右纵梁
1-1-5支撑腿 1-2行走机构
1-2-1万向轮 1-2-2直线轮
1-3采收装置安装架 1-4推杆
2植株梳理装置 2-1梳理装置轴承座
2-2梳理板 2-2-1梳理板体
2-2-1-1上板体 2-2-1-2下板体
2-2-2板体连接板 2-2-3梳理板转轴
2-3梳理装置驱动电机
3花丝采收系统 3-1花丝采摘机构
3-1-1多花采摘末端执行器单体 3-1-1-1末端执行器壳体
3-1-1-1-1多目标对花腔室 3-1-1-1-2花丝切割收集腔室
3-1-1-1-3切割电机安装腔室 3-1-1-1-4间隔板
3-1-1-1-5对花底板 3-1-1-1-6集花罩
3-1-1-1-7花丝收集口 3-1-1-2多目标对花装置
3-1-1-2-1对花罩 3-1-1-2-1-1进花区
3-1-1-2-1-2固果区 3-1-1-2-1-3检测装置连接口
3-1-1-2-2缩颈隔网 3-1-1-3花丝切割装置
3-1-1-3-1切割电机 3-1-1-3-2左割刀
3-1-1-3-2-1左割刀轴 3-1-1-3-2-2左割刀圆盘
3-1-1-3-3右割刀 3-1-1-3-3-1右割刀轴
3-1-1-3-3-2右割刀圆盘 3-1-1-3-4左割刀齿轮
3-1-1-3-5右割刀齿轮 3-1-1-4电容检测装置
3-1-1-4-1电容传感器 3-1-1-4-2传感器线管
3-1-2末端执行器运动电缸 3-1-2-1电缸电机
3-1-2-2电缸套筒 3-1-2-3电缸推杆
3-1-2-4电缸安装座 3-1-3末端执行器仿形安装架
3-2花丝收集机构 3-2-1花丝收集软管
3-2-2花丝收集箱 3-2-3负压风机
4电源及信息控制系统 4-1电池组件
4-2电控系统 4-3整机开关
4-4触屏操作系统 α1下板体与竖直方向夹角
α2上板体与下板体夹角 D果球分布长径
E果球分布短径 H1矮式红花植株高度
z1～z10相邻果球之间的最近水平距离 OC1第一采收区
OC2第二采收区 OC3第三采收区
OC4第四采收区 OC5第五采收区
Φ1花丝展幅直径 Φ2果球直径
Φ3缩颈直径 θ果球倾角
β1第一采收倾角 β2第二采收倾角
H2果球高度 L1末端执行器宽度
L2进花口圆心距 L3筛条距离
L4割刀长度 α3刀具楔角
α4固果区夹角 C6红花植株中心线
G竖直方向 D1进花口直径
D2切丝口直径
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。
如图1所示，一种矮式红花仿形采收机，包括手推式机架1，以及安装在手推式机架1上的植株梳理装置2、花丝采收系统3和电源及信息控制系统4。
如图2所示，所述手推式机架1包括支撑架1-1、行走机构1-2、采收装置安装架1-3和推杆1-4。
所述支撑架1-1包括前横梁1-1-1、后横梁1-1-2、左纵梁1-1-3、右纵梁1-1-4和支撑腿1-1-5，所述前横梁1-1-1、左纵梁1-1-3、后横梁1-1-2和右纵梁1-1-4首尾相接组成矩形框架；四个竖直设置的支撑腿1-1-5的顶端与所述矩形框架的四个角部固接，底端均设有一行走机构1-2。
位于前部两个支撑腿1-1-5上的行走机构1-2为万向轮1-2-1；位于后部两个支撑腿1-1-5上的行走机构1-2为直线轮1-2-2。
两个左右对称且平行于左纵梁1-1-3和右纵梁1-1-4的采收装置安装架1-3分别固接在左侧两个支撑腿1-1-5之间和右侧两个支撑腿1-1-5之间。所述推杆1-4固接在后横梁1-1-2的后端。
所述植株梳理装置2为两组左右对称且结构相同的植株梳理机构。如图3所示，所述植株梳理机构包括梳理装置轴承座2-1、梳理板2-2和梳理装置驱动电机2-3；两个梳理装置轴承座2-1分别固接在一侧的两个支撑腿1-1-5上。所述梳理装置驱动电机2-3固接在采收装置安装架1-3上。
如图4所示，所述梳理板2-2包括梳理板体2-2-1、板体连接板2-2-2和梳理板转轴2-2-3；两个同轴线的梳理板转轴2-2-3分别通过一板体连接板2-2-2固接在梳理板体2-2-1的外侧，梳理板转轴2-2-3通过轴承安装于梳理装置轴承座2-1内；所述梳理装置驱动电机2-3的动力输出轴通过联轴器与梳理板转轴2-2-3连接。
所述梳理板体2-2-1沿其水平中线上下折弯，分为上板体2-2-1-1和下板体2-2-1-2，所述上板体2-2-1-1与下板体2-2-1-2之间的夹角α2为150～155°；非梳理状态时，所述下板体2-2-1-2与竖直方向的夹角α1为25°～30°；梳理状态时，所述下板体2-2-1-2与竖直方向的夹角α1为52～55°，能够将分布范围外的红花聚拢到采收范围内。
如图5所示，所述花丝采收系统3包括花丝采摘机构3-1和花丝收集机构3-2。
所述花丝收集机构3-2包括花丝收集箱3-2-2，以及连接在花丝收集箱3-2-2上的花丝收集软管3-2-1和负压风机3-2-3；所述花丝收集箱3-2-2固接在支撑架1-1的矩形框架上。
如图6所示，所述花丝采摘机构3-1包括多花采摘末端执行器单体3-1-1、末端执行器运动电缸3-1-2和末端执行器仿形安装架3-1-3。
所述末端执行器仿形安装架3-1-3固接在采收装置安装架1-3上，多个末端执行器运动电缸3-1-2固接在末端执行器仿形安装架3-1-3内，每个末端执行器运动电缸3-1-2上固接一多花采摘末端执行器单体3-1-1，所有多花采摘末端执行器单体3-1-1形成与矮式红花植株冠层相对应的半椭球形采收面，实现对红花植株果球的全覆盖。
如图7所示，矮式红花植株高度为H1，植株果球分布范围可近似于果球分布长径D为400mm，果球分布短径E为120mm的半椭球体。
优选地，如图5、图6、图8、图9所示，所述矮式红花仿形采收机共安装有十个多花采摘末端执行器单体3-1-1，每五个多花采摘末端执行器单体3-1-1组成一采摘排，两排采摘排对称布置在末端执行器仿形安装架3-1-3内。如图7和图8所示，根据单株红花果球倾角分布规律将矮式红花植株冠层依次划分为五个采收区：第一采收区OC1、第二采收区OC2、第三采收区OC3、第四采收区OC4和第五采收区OC5；采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1与五个采收区一一对应。其中，与第一采收区OC1和第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向之间所夹第一采收倾角β1为25°～27°；与第二采收区OC2和第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向之间所夹第二采收倾角β2为10°～12°；与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线与竖直方向平行。
多花采摘末端执行器单体3-1-1的宽度为L1，则与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度为L1；与第二采收区OC2和第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度均为2×L1cosβ2；与第一采收区OC1和第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的水平覆盖长度均为2×L1cosβ1；如图9和图10所示，采收状态时，采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1的边缘紧贴，且总水平覆盖长度L1+2×L1cosβ1+2×L1cosβ2≥植株果球分布长径D，实现对红花植株果球的全覆盖。
如图10所示，以红花植株中心线C6与地面交点为圆心，以水平方向为u轴，以竖直方向为w轴，分别确定采摘排中的五个多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数如下：
与第一采收区OC1对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝-1.927u-47.71；与第二采收区OC2对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝-4.695u-133.01；与第三采收区OC3对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：u＝0；与第四采收区OC4对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝4.695u-133.01；与第五采收区OC5对应的多花采摘末端执行器单体3-1-1的纵轴线函数为：w＝1.927u-47.71。
如图11所示，所述末端执行器运动电缸3-1-2包括电缸电机3-1-2-1、电缸套筒3-1-2-2、电缸推杆3-1-2-3和电缸安装座3-1-2-4；所述电缸安装座3-1-2-4固接在末端执行器仿形安装架3-1-3上；所述电缸套筒3-1-2-2固接在电缸安装座3-1-2-4上；所述电缸推杆3-1-2-3安装于电缸套筒3-1-2-2内部，并与电缸电机3-1-2-1连接。所述电缸电机3-1-2-1为步进电机，能够调节电缸推杆3-1-2-3的运动行程。
如图12所示，所述多花采摘末端执行器单体3-1-1包括末端执行器壳体3-1-1-1、多目标对花装置3-1-1-2、花丝切割装置3-1-1-3、电容检测装置3-1-1-4；
所述末端执行器壳体3-1-1-1分隔为三个腔室：多目标对花腔室3-1-1-1-1、花丝切割收集腔室3-1-1-1-2和切割电机安装腔室3-1-1-1-3；所述花丝切割收集腔室3-1-1-1-2位于多目标对花腔室3-1-1-1-1上方，通过间隔板3-1-1-1-4相互分隔；所述切割电机安装腔室3-1-1-1-3位于多目标对花腔室3-1-1-1-1和花丝切割收集腔室3-1-1-1-2的一侧。所述多目标对花腔室3-1-1-1-1的底部为对花底板3-1-1-1-5；所述花丝切割收集腔室3-1-1-1-2的顶部为集花罩3-1-1-1-6，所述集花罩3-1-1-1-6上设有与花丝收集软管3-2-1连接的花丝收集口3-1-1-1-7。
如图13-图14所示，所述多目标对花装置3-1-1-2包括多个阵列布置的对花罩3-1-1-2-1；所述对花罩3-1-1-2-1设置在多目标对花腔室3-1-1-1-1内，固接在间隔板3-1-1-1-4与对花底板3-1-1-1-5之间，且上下贯通；所述对花罩3-1-1-2-1位于对花底板3-1-1-1-5上的进花口直径D1大于其位于间隔板3-1-1-1-4上的切丝口直径D2。所述对花罩3-1-1-2-1由下至上分为：进花区3-1-1-2-1-1和固果区3-1-1-2-1-2；所述进花区3-1-1-2-1-1呈外椭球形；所述固果区3-1-1-2-1-2呈圆台形，该圆台的母线与底面的夹角α4为78°～85°。
如图15所示，单株矮式红花植株中相邻果球之间的最近水平距离为z1～z10，其平均值为z；单株矮式红花的果球水平范围可视作直径为D的圆，每个采摘排中五个并排多花采摘末端执行器单体3-1-1的覆盖长度5L1大于果球分布长径D，5L1＞D。
如图16所示，红花果球花丝展幅Φ1，果球直径Φ2，缩颈直径Φ3，果球高度H2，果球倾角θ为红花花丝生长方向与竖直方向的夹角，即果球底部中心与缩颈中心的连线与竖直方向的夹角。经测量，多数红花果球花丝展幅Φ1为42～55mm，果球直径Φ2为22～28mm，缩颈直径Φ3为3.5～5.5mm，果球高度H2为18～25mm，红花植株中相邻果球之间的最近水平距离平均值z为45～55mm。
如图17所示，所述多目标对花装置3-1-1-2包括四个对花罩3-1-1-2-1，相邻的对花罩3-1-1-2-1的进花口的圆心距L2等于相邻果球之间的最小水平距离的平均值z，其取值范围为45～55mm；四个对花罩3-1-1-2-1的进花口的圆心位于一顶角为60°的菱形的四个顶点上。
所述进花口直径D1为红花花丝展幅Φ1的1.1～1.3倍，进花口直径D1为50～62mm；切丝口直径D2为果球直径Φ2的1.1～1.3倍，切丝口直径D2为26～50mm。
所述电容检测装置3-1-1-4设置在对花罩3-1-1-2-1上部，用于检测花丝是否到达切削位置。
每个对花罩3-1-1-2-1的切丝口均设有一缩颈隔网3-1-1-2-2，所述缩颈隔网3-1-1-2-2固接在间隔板3-1-1-1-4上。
如图18所示，所述缩颈隔网3-1-1-2-2的筛条距离L3为缩颈直径Φ3的0.8～0.85倍。
如图19所示，所述花丝切割装置3-1-1-3包括设置在切割电机安装腔室3-1-1-1-3内的切割电机3-1-1-3-1，以及设置在花丝切割收集腔室3-1-1-1-2内的左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3。
所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3均为一横截面为弧形的刀片，左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3左右对称地布置在间隔板3-1-1-1-4的两侧；所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3的末端伸入切割电机安装腔室3-1-1-1-3内，并分别垂直固接在左割刀圆盘3-1-1-3-2-2和右割刀圆盘3-1-1-3-3-2前端面的边缘处；所述左割刀圆盘3-1-1-3-2-2后端面中心固接有左割刀轴3-1-1-3-2-1，右割刀圆盘3-1-1-3-3-2的后端面中心固接有右割刀轴3-1-1-3-3-1；所述左割刀轴3-1-1-3-2-1上固接有左割刀齿轮3-1-1-3-4，所述右割刀轴3-1-1-3-3-1上固接有右割刀齿轮3-1-1-3-5，左割刀齿轮3-1-1-3-4与右割刀齿轮3-1-1-3-5相互啮合；所述切割电机3-1-1-3-1的动力输出轴上的驱动齿轮与左割刀齿轮3-1-1-3-4或右割刀齿轮3-1-1-3-5啮合。
如图20所示，所述左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3的割刀长度L4为110～120mm；刀具楔角α3为18°～22°；
如图21和图22所示，所述电容检测装置3-1-1-4包括电容传感器3-1-1-4-1和传感器线管3-1-1-4-2。所述对花罩3-1-1-2-1上部的固果区3-1-1-2-1-2设有用于螺纹连接电容传感器3-1-1-4-1的检测装置连接口3-1-1-2-1-3，所述传感器线管3-1-1-4-2分别与电容传感器3-1-1-4-1和电源及信息控制系统4连接。所述电容传感器3-1-1-4-1的检测距离为8～10mm。电容传感器3-1-1-4-1持续检测对花罩3-1-1-2-1内部介质；当对花罩3-1-1-2-1内无介质时，电容传感器3-1-1-4-1检测到第一电容C1；当花丝通过电容传感器3-1-1-4-1的检测范围时，电容传感器3-1-1-4-1检测到第二电容C2，当果球进入电容传感器3-1-1-4-1的检测范围时，电容传感器3-1-1-4-1检测到第三电容C3；由于花丝为蓬松结构且含水率高，果球为实心结构，故第二电容C2与第三电容C3相差较大。
如图23所示，所述电源及信息控制系统4包括安装在支撑架1-1上的电池组件4-1、电控系统4-2、整机开关4-3和触屏操作系统4-4；所述电池组件4-1、整机开关4-3和触屏操作系统4-4与电控系统4-2连接；所述电池组件4-1和电控系统4-2均分别与梳理装置驱动电机2-3、末端执行器运动电缸3-1-2、切割电机3-1-1-3-1和电容检测装置3-1-1-4连接；电控系统4-2接收电容检测装置3-1-1-4的信号，控制梳理装置驱动电机2-3、末端执行器运动电缸3-1-2和切割电机3-1-1-3-1。
如图24所示，一种利用矮式红花仿形采收机的矮式红花仿形采收方法，包括如下步骤：
S1、将矮式红花仿形采收机推至矮式红花植株上方，使所有多花采摘末端执行器单体3-1-1形成的半椭球形采收面，全覆盖矮式红花植株冠层；
S2、开启整机开关4-3，操作触屏操控系统4-4，电控系统4-2启动梳理装置驱动电机2-3，动力经梳理板转轴2-2-3传递到梳理板体2-2-1并带动梳理板体2-2-1转动，采收范围外的红花聚拢到采收范围内；
S3、末端执行器运动电缸3-1-2的电缸电机3-1-2-1启动，电缸推杆3-1-2-3沿电缸套筒3-1-2-2向下运动，带动各多花采摘末端执行器单体3-1-1向下运动；果球进入多目标对花装置3-1-1-2的对花罩3-1-1-2-1，经进花区3-1-1-2-1-1进入固果区3-1-1-2-1-2，果球缩颈被缩颈隔网3-1-1-2-2阻隔，无法穿过缩颈隔网3-1-1-2-2，花丝进入缩颈隔网3-1-1-2-2上方，此时果球位于固果区3-1-1-2-1-2中；各多花采摘末端执行器单体3-1-1的各电容传感器3-1-1-4-1持续检测对花罩3-1-1-2-1内部介质；
当电缸推杆3-1-2-3达到最大行程且所有电容检测装置3-1-1-4均未检测到第三电容C3时，则不进入采收状态，电缸推杆3-1-2-3恢复初始状态，准备下一次采收；
当满足以下任一条件时，电缸推杆3-1-2-3停止运动，采收机进入采收状态，执行步骤S4切割花丝；
条件一：当电缸推杆3-1-2-3达到最大行程且至少一个电容传感器3-1-1-4-1检测到第三电容C3时；
条件二：当电缸推杆3-1-2-3未达到最大行程，所有电容传感器3-1-1-4-1全部检测到第三电容C3时；
S4、电控系统4-2进入采收状态，花丝切割装置3-1-1-3的切割电机3-1-1-3-1启动，带动左割刀3-1-1-3-2和右割刀3-1-1-3-3转动，切削红花花丝；切削花丝后，在负压作用下，花丝经集花罩3-1-1-1-6进入花丝收集软管3-2-1，并进入花丝收集箱3-2-2，完成花丝采收；
S5、花丝采收完成后，电控系统4-2结束采收状态，末端执行器运动电缸3-1-2执行复位行程，电缸推杆3-1-2-3回复初始状态，电控系统4-2结束采收状态进入待机状态，植株梳理装置2复位，准备进行下一次采收。
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。
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