CN105409610A - 一种双目识别式棉花打顶机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种双目识别式棉花打顶机，包括动力装置、打顶升降装置、残芽回收装置、牵引装置、图像采集处理装置和机架，其特征在于图像采集处理装置设在机架托盘下端，打顶升降装置设在机架的后端与拖拉机的动力输出轴连接，可进行棉花打顶追踪，残芽回收装置设在机架的上部，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置连接，本发明的打顶升降装置中的升降部分采用曲柄滑块结构，打顶部分是由定刀具和动刀具组成，该刀具组的切割方式为有支撑切割，能耗小且切割的残芽置于定刀具上方，益与回收，图像识别处理装置采用CCD相机进行图像采集，经过图像处理后可以得到棉株高度与距离的信息，进而调节刀具高度，进行棉花打顶工作。

Description

一种双目识别式棉花打顶机

技术领域

本发明为一种用于棉花打顶的机械设备，特别涉及一种基于双目识别系统的棉花打顶机，属于农业机械领域。

背景技术

棉花打顶是指通过去掉棉花顶心，消除棉花的顶端生长优势。棉花打顶作为棉花整枝工作的中心环节，对于控制棉株生长尤为重要。由于新疆等地区入冬早，棉花的生长周期较短，因而必须通过去除顶端优势抑制主茎生长，使较多的营养成分提供给生殖器官生长，减少无效的枝叶对水分、营养的消耗，促使棉株早结铃，多结铃，使棉株呈现塔形，提高棉株产量和机采收获率。

国外棉花打顶机出现较早，但很快因药物打顶的推广，逐渐放弃了对机械打顶的研究，药物打顶对于土地的伤害较大，尤其是土地较贫瘠的中国北部显然不适合，因而机械打顶必定会成为将来棉花打顶的主要趋势。

我国对棉花打顶机的研究起步较国外晚，目前，打顶机的打顶机构主要有滚筒式和甩刀式，这两种方式均不利于打顶后的残芽回收。现有的棉花打顶机仿形方式主要为：机械接触式，红外线感应式和超声波感应式；机械接触式敏感度难以把握，精度不高；田间光纤复杂，红外感应式很难实现其作用，超声波感应式，精度较好，但方向感应存在很大问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足，提供一种棉株高度可精确仿形，打顶效果好，解决打顶残芽回收问题的一种双目识别式棉花打顶机。

本发明为一种双目识别式棉花打顶机，包括动力装置、打顶升降装置、残芽回收装置、牵引装置、图像采集处理装置和机架，其特征在于，图像采集处理装置设在机架托盘下端，打顶升降装置设在机架的后端与拖拉机的动力输出轴连接，可进行棉花的打顶追踪，残芽回收装置设在机架的上部，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置相连接。

所述的机架包括后悬梁、横梁、U型固定螺杆、前悬梁和托盘，上述的后悬梁与前悬梁用四个横梁通过U型固定螺杆固定在一起组成整个机架，托盘安装在横梁的后下方，用于安放其他零部件。

所述的动力装置包括花键传动轴、锥齿轮组、主传动轴、带轮和传动带，上述的花键传动轴工作时与拖拉机动力输出装置相连接，主传动轴一端通过键与锥齿轮组相连接，另一端通过键与带轮相连接，带轮通过传动带将动力传递给切割带轮，从而为刀具组提供往复运动的动力。

所述的图像采集处理装置包括四组CCD相机，每组CCD相机为两个，CCD相机设置在托盘下端，每组CCD相机的夹角为30度，且中心线位于两个扶禾器中心线上，每两个托盘的相邻的CCD相机组成一组图像采集装置。

所述的打顶升降装置包括扶禾器固定架、扶禾器、可控电机、主动齿轮、从动齿轮、花键轴、带座轴承、曲柄、连杆、切割带轮、打顶传动轴、支撑轴承、切刀固定架、切刀固定盒、定刀具、动刀具、带椭圆孔齿轮、带销齿轮、固定轴承和导向销，打顶升降装置中的升降部分采用曲柄滑块结构，打顶部分采用定刀具与动刀具的组合刀具，上述的扶禾器固定架通过螺栓固定在前悬梁上，扶禾器固定在扶禾器固定架上，机器作业时扶禾器用于将植株收拢，可控电机固定在托盘上，主动齿轮固定在可控电机的输出轴上，与从动齿轮相互啮合，从动齿轮固定在花键轴的一端，花键轴通过带座轴承借助U型固定螺杆固定在机架上，曲柄设在花键轴上，并位于两个带座轴承之间，连杆一端与曲柄铰接，另一端通过销轴与切刀固定架相连接，切刀固定盒安装在切刀固定架上，切割带轮在传动带的驱动下将转动传给打顶传动轴，打顶传动轴一端与切割带轮通过键固定，另一端为椭圆形与切刀固定架相连接，打顶传动轴通过支撑轴承固定在轴承固定架，轴承固定架通过U型固定螺杆固定在机架上，切刀固定架上装有带销齿轮和带椭圆孔齿轮，通过固定轴承安装在切刀固定架上，打顶传动轴下端为椭圆形与带椭圆孔齿轮的椭圆孔相互配合，打顶传动轴不仅可以为带椭圆孔齿轮传递扭矩，使带销齿轮和带椭圆孔齿轮转动，而且还可以在连杆的带动下使切刀固定架沿打顶传动轴上下移动，实现对棉花顶尖的定位，定刀具安装在切刀固定架上，切刀固定架设有四个导向销，与动刀具上的四条滑槽相互配合，实现对动刀具左右移动的导向，动刀具安装在定刀具上方，动刀具中间设有滑槽与带销齿轮背后的销钉配合，可将带销齿轮的转动转化为动刀具的左右移动，从而实现切割动作。

所述的残芽回收装置包括残芽回收箱、涡轮风机和吸芽软管，上述的残芽回收箱设于托盘上方，并通过梯形架固定在托盘上，涡轮风机固定在残芽回收箱上方，吸芽软管一端与残芽回收箱连接，另一端连接在鸭嘴形切刀固定盒上，通过涡轮风机所产生的负压将棉花顶尖残芽通过吸芽软管吸入到残芽回收箱中。

所述的牵引装置包括横梁、牵引板和机架副梁，人字形的机架副梁设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板的前侧，牵引板固定在前悬架的中部，机架副梁与左右两侧的牵引板通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连。

本发明的仿形机构为曲柄滑块机构，采用双目立体视觉定位，通过CCD相机采集图像信息，然后对图像进行处理和特征标定，从而得出棉花顶端的三维信息，控制系统接收到棉花顶端的三维信息，然后控制可控电机转动，使得割刀上升或下降一定高度，进而实现对棉花顶端的切割，同时涡轮风机所产生的负压通过吸芽软管进行棉花顶尖的收集。

通过在打顶升降装置中的升降部分采用电机驱动方式，当前后棉株高度差异较大时，克服了一般棉花打顶机工作时因采用液压系统控制刀具的升降，而刀口升降速度不够而导致的漏切现象，因打顶升降装置装置中打顶部分的打顶刀具采用的是动刀具与定刀具组成的刀具组，该切割方式为有支撑切割，与一般的棉花打顶机所采用的甩刀式或滚筒式等无支撑切割方式相比，具有功耗小，割尽率高，纵向切割长度短，寿命长的有益效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的打顶升降装置结构示意图。

图3为图2中的刀具组结构示意图。

图4为本发明的锥齿轮传动组结构示意图。

图5为动刀具结构视示意图。

图6为定刀具结构示意图。

图7为带椭圆形孔的齿轮结构示意图。

图8为带销齿轮结构构示意图。

图中所示：1为后悬梁，2为横梁，3为U型固定螺杆，4为前悬梁，5为扶禾器固定架，6为传动带，7为扶禾器，8为梯形架，9为带轮，10为传动盒，11为加强轴，12为牵引板，13为机架副梁，14为切刀固定盒，15为吸芽软管，16为轴承固定架，17为CCD相机，18为托盘，19为可控电机，20为带座轴承，21为残芽回收箱，22为涡轮风机，23为花键轴，24为连杆，25为曲柄，26为从动齿轮，27为主动齿轮，28为切刀固定架，29为定刀具，30为动刀具，31为带椭圆孔齿轮，32为固定轴承，33为导向销，34为带销齿轮，35为打顶传动轴，36为支撑轴承，37为切割带轮，38为花键传动轴，39为锥齿轮组，40为主传动轴。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：参照附图一种双目识别式棉花打顶机，包括动力装置、打顶升降装置、残芽回收装置、牵引装置、图像采集处理装置和机架，其特征在于，图像采集处理装置设在机架电机托盘下端，打顶升降装置设在机架的后端与拖拉机的动力输出轴连接，可进行棉花的追踪打顶，残芽回收装置设在机架的上部，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置连接。

实施例2：

本实例与实施例1的区别在于所述的机架包括后悬梁1、横梁2、U型固定螺杆3、前悬梁4和托盘18，上述的后悬梁1与前悬梁4用四个横梁2通过U型固定螺杆3固定在一起组成整个机架，托盘18安装在横梁2的后下方，用于固定零部件。

实施例3：

本实例与实施例1的区别在于所述的动力装置包括花键传动轴38、锥齿轮组39、主传动轴40、带轮9和传动带6，上述的花键传动轴38工作时与拖拉机动力输出装置相连接，主传动轴40一端通过键与锥齿轮组39相连接，另一端通过键与带轮9相连接，带轮9通过传动带6将动力传递给切割带轮37，从而进行打顶工作。

实施例4：

本实例与实施例1的区别在于所述的图像采集处理装置包括四组CCD相机17，每组CCD相机17为两个，CCD相机17设置在托盘18下端，每组CCD相机17的夹角为30度，且中心线位于两个扶禾器7中心线上，每两个托盘的相邻的CCD相机17组成一组图像采集装置。

实施例5：

本实例与实施例1的区别在于所述的打顶升降装置包括扶禾器固定架5、扶禾器7、可控电机19、从动齿轮26、主动齿轮27、花键轴23、带座轴承20、曲柄25、连杆24、切割带轮37、打顶传动轴35、支撑轴承36、固定架28、切刀固定盒14、定刀具29、动刀具30、带椭圆孔齿轮31、带销齿轮34、固定轴承32和导向销33，打顶升降装置为曲柄滑块结构，上述的扶禾器固定架5通过螺栓固定在前悬梁4上，扶禾器7固定在扶禾器固定架5上，机器作业时扶禾器7用于将植株收拢，可控电机19固定在托盘18上，主动齿轮27固定在可控电机19的输出轴上，与从动齿轮26相互啮合，从动齿轮26固定在花键轴23的一端，花键轴23通过带座轴承20借助U型固定螺杆3固定在机架上，曲柄25设在花键轴23上，并位于两个带座轴承20之间，连杆24一端与曲柄25铰接，另一端通过销轴与切刀固定架28相连接，切刀固定盒14安装在切刀固定架28上，切割带轮37在传动带6的驱动下将转动传给打顶传动轴35，打顶传动轴35一端与切割带轮37通过键固定，另一端为椭圆形与切刀固定架28相连接，打顶传动轴35通过支撑轴承36固定在轴承固定架16，轴承固定架16通过U型固定螺杆3固定在机架上，切刀固定架28上装有带销齿轮34和带椭圆孔齿轮31，通过固定轴承32安装在切刀固定架28上，打顶传动轴35下端为椭圆形与带椭圆孔齿轮31的椭圆孔相互配合，打顶传动轴35不仅可以为带椭圆孔齿轮31传递扭矩，使带销齿轮34和带椭圆孔齿轮31转动，而且还可以在连杆24的带动下使切刀固定架28沿打顶传动轴35上下移动，实现对棉花顶尖的定位，定刀具29安装在切刀固定架28上，切刀固定架28设有四个导向销33，与动刀具30上的四条滑槽相互配合，实现对动刀具30左右移动的导向，动刀具30安装在定刀具29上方，动刀具30中间设有滑槽与带销齿轮34背后的销钉配合，可将带销齿轮34的转动转化为动刀具30的左右移动，从而实现切割动作。

实施例6：

本实例与实施例1的区别在于所述的残芽回收装置包括残芽回收箱21、涡轮风机22和吸芽软管15，上述的残芽回收箱21设于托盘18上方，并通过梯形架8固定在托盘18上，涡轮风机22固定在残芽回收箱21上方，吸芽软管15一端与残芽回收箱21连接，另一端连接在鸭嘴形切刀固定盒14上，通过涡轮风机22所产生的负压将棉花顶尖残芽通过吸芽软管15吸入到残芽回收箱21中。

实施例7：

本实例与实施例1的区别在于所述的牵引装置包括加强轴11、牵引板12和机架副梁13，上述的设在机架副梁13设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板12的前侧，加强轴11设在机架副梁13之间，牵引板12固定在前悬架4的中部，机架副梁13与左右两侧的牵引板12通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连。

上述实施例仅为本发明的较佳的实例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双目识别式棉花打顶机，包括动力装置、打顶升降装置、残芽回收装置、牵引装置、图像采集处理装置和机架，其特征在于：动力装置设在机架的前端与拖拉机的动力输出轴连接，打顶升降装置设在机架的中间，残芽回收装置设在机架的上部，用于收集棉花顶尖，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置相连接，图像采集处理装置设在机架电机托盘下端。

2.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于：所述的机架包括后悬梁(1)、横梁(2)、U型固定螺杆(3)、前悬梁(4)和托盘(18)，上述的后悬梁(1)与前悬梁(4)用四个横梁(2)通过U型固定螺杆(3)固定在一起组成整个机架，托盘(18)安装在横梁(2)的后下方，用于固定零部件。

3.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于：所述的动力装置包括花键传动轴(38)、锥齿轮组(39)、主传动轴(40)、带轮(9)和传动带(6)，上述的花键传动轴(38)与拖拉机动力输出装置相连接，主传动轴(40)一端通过键与锥齿轮组(39)相连接，另一端通过键与带轮(9)相连接，带轮(9)通过传动带(6)将动力传递给切割带轮(37)，从而进行打顶工作。

4.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于：所述的图像采集处理装置包括四组CCD相机(17)，每组CCD相机(17)为两个，CCD相机(17)设置在托盘(18)下端，每组CCD相机(17)的夹角为30度，且中心线位于两个扶禾器(7)的中心线上，每两个托盘(18)相邻的CCD相机(17)组成一组图像采集装置。

5.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的打顶升降装置包括扶禾器固定架(5)、扶禾器(7)、可控电机(19)、从动齿轮(26)，主动齿轮(27)、花键轴(23)、带座轴承(20)、曲柄(25)、连杆(24)、切割带轮(37)、打顶传动轴(35)、支撑轴承(36)、切刀固定架(28)、切刀固定盒(14)、定刀具(29)、动刀具(30)、带椭圆孔齿轮(31)、带销齿轮(34)、固定轴承(32)和导向销(33)，打顶升降装置中的升降部分采用曲柄滑块结构，打顶部分采用定刀具(29)与动刀具(30)的组合刀具，上述的扶禾器固定架(5)通过螺栓固定在前悬梁(4)上，扶禾器(7)固定在扶禾器固定架(5)上，机器作业时扶禾器(7)用于将植株收拢，可控电机(19)固定在托盘(18)上，主动齿轮(27)固定在可控电机(19)的输出轴上，与从动齿轮(26)相互啮合，从动齿轮(26)固定在花键轴(23)的一端，花键轴(23)通过带座轴承(20)借助U型固定螺杆(3)固定在机架上，曲柄(25)设在花键轴(23)上，并位于两个带座轴承(20)之间，连杆(24)一端与曲柄(25)铰接，另一端通过销轴与切刀固定架(28)相连接，切刀固定盒(14)安装在切刀固定架(28)上，切割带轮(37)在传动带(6)的驱动下将转动传给打顶传动轴(35)，打顶传动轴(35)一端与切割带轮(37)通过键固定，另一端为椭圆形与切刀固定架(28)相连接，打顶传动轴(35)通过支撑轴承(36)固定在轴承固定架(16)，轴承固定架(16)通过U型固定螺杆(3)固定在机架上，切刀固定架(28)上装有带销齿轮(34)和带椭圆孔齿轮(31)，通过固定轴承(32)安装在切刀固定架(28)上，打顶传动轴(35)下端为椭圆形与带椭圆孔齿轮(31)的椭圆孔相互配合，打顶传动轴(35)不仅可以为带椭圆孔齿轮(31)传递扭矩，使带销齿轮(34)和带椭圆孔齿轮(31)转动，而且还可以在连杆(24)的带动下使切刀固定架(28)沿打顶传动轴(35)上下移动，实现对棉花顶尖的定位，定刀具(29)安装在切刀固定架(28)上，切刀固定架(28)装有四个导向销(33)，与动刀具(30)上的四条滑槽相互配合，实现对动刀具(30)左右移动的导向，动刀具(30)安装在定刀具(29)上方，动刀具(30)中间设有滑槽与带销齿轮(34)背后的销钉配合，可将带销齿轮(34)的转动转化为动刀具(30)的左右移动，从而实现切割动作。

6.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于：所述的残芽回收装置包括残芽回收箱(21)、涡轮风机(22)和吸芽软管(15)，上述的残芽回收箱(21)设于托盘(18)上方，并通过梯形架(8)固定在托盘(18)上，涡轮风机(22)固定在残芽回收箱(21)上方，吸芽软管(15)一端与残芽回收箱(21)连接，另一端连接在鸭嘴形切刀固定盒(14)上，通过涡轮风机(22)所产生的负压将棉花顶尖残芽通过吸芽软管(15)吸入到残芽回收箱(21)中。

7.根据权利要求1所述的一种双目识别式棉花打顶机，其特征在于：所述的牵引装置包括加强轴(11)、牵引板(12)和机架副梁(13)，上述的机架副梁(13)设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板(12)的前侧，加强轴(11)设在机架副梁(13)之间，牵引板(12)固定在前悬架(4)的中部，机架副梁(13)与左右两侧的牵引板(12)通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连。