CN105613153A - 全自动树裙粉刷机器人及粉刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动树裙粉刷机器人及粉刷方法，机器人由上位机和下位机组成，上位机包括相互连接的PC机和上位机控制柜，下位机由智能移动平台、机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体组成，机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体安装于智能移动平台上。通过利用上下位机和下位机的配合工作，实现对树木树裙的全自动粉刷；通过机器视觉模块，实现对树干的三维定位和直径判别；通过无线传输模块实现对机器人工作状态、周围环境等的实时监测，提高机器人工作可靠度；通过粉刷提升机构实现对树干粉刷高度的可调功能，粉刷精度高，不仅简化工作人员的测量工作，而且由于粉刷的高度一致性，提升树木的美观作用。

Description

全自动树裙粉刷机器人及粉刷方法

技术领域

本发明属于智能机器人领域，涉及一种全自动树裙粉刷机器人，还涉及相应的树裙粉刷方法。

背景技术

在深秋或者接近冬天的户外，经常看到环卫工人在树干涂抹石灰水。经过查询相关相关资料知道，涂抹石灰水的作用如下：

①石灰具有一定的杀菌、杀虫作用，可以杀死寄生在树干上的一些越冬的真菌、细菌和害虫，从而较好的保护树木过冬；同时，土壤中的害虫也不敢侵害树木枝干。

②冬天的夜里温度很低，但是到了白天，由于受到阳光的照射，气温升高，如果树干是黑褐色的，易于吸收热量，树干温度也上升很快。这样一冷一热的交替，很容易使树干冻裂。然而，涂了石灰水后，由于石灰水是白色的，能够使大部分的阳光被反射掉，因此树干在白天和夜间的温度相差不大，就不易裂开，从而很好的保护了树木枝干。

但是在进行涂抹石灰水时，为了美观，尤其是在城市道路上，必须保证所刷一片树木的石灰层对齐。因此在进行粉刷涂抹时，园林工作人员都会事先测量好，并做上记号，虽然如此，但在粉刷时不能确保一定与记号对准，且树木是圆的，记号若做成一圈的很是麻烦，也增加了工作人员的劳动强度。而且，由于涂抹石灰水的工作完全依靠人工进行，费时费力，效率比较低，而且容易弄脏衣服和地面，给环卫工人及林场管理人员带来很大麻烦。

虽然市面上有了一些自动的粉刷机，但在都存在一定缺点。例如专利201420255369.2公布了一种新型刷树设备，它涉及林业设备技术领域，软质铁皮上段的接口处设有手柄，手柄内设有收放装置，刻度尺的上端与收放装置连接，刻度尺的下端设有吊坠，手柄表面的收放按钮与收放装置连接，软质铁皮下段的接口重叠设置，软质铁皮的顶部设有紧固绳索。它结构简单，操作方便，既可以准确检测高度，又可以确保粉刷时的上限位置精准，它适用于不同直径的树木，适用范围广，它制作成本低。但是该装置是半自动设备，树木的粉刷仍然需要人工操作，耗时耗力。

专利201420096608.4则公布了一种树木喷刷机，包括喷头外壳、把手、电动泵、漆料容器和储蓄电池，所述喷头外壳内装有喷头和毛刷，喷头通过喷管与软管连接，软管与电动泵连接，所述把手为X形，X形把手由中间交叉部位对称一分为二，并通过旋转扣连接，旋转扣的连接处装有弹簧，所述把手一端与喷头外壳连接，另外一端分别装有防滑套，所述把手上装有调节按钮，调节按钮通过导线和开关与储蓄电池连接，所述储蓄电池通过导线与电动泵连接，电动泵通过软管与漆料容器连接。该发明结构简单，制作方便，在使用时不受地势影响，操作灵活，喷刷面积大，工作效率高，给环卫工人及林场管理人员带来了便捷。但是该装置仍然需要工作人员手持把手进行操作，并且由于喷头外壳设计时尺寸固定了，因此只适合一定直径的树木进行粉刷，实用性较为狭窄。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术和装置的不足，提供一种全自动树裙粉刷机器人，以及该机器人粉刷树裙的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

全自动树裙粉刷机器人，由上位机和下位机组成，上位机包括相互连接的PC机和上位机控制柜，下位机由智能移动平台、机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体组成，机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体安装于智能移动平台上。

所述上位机中，PC机为普通的个人计算机，放置于办公室内。所述上位机控制柜包括：无线视频接收模块、主GPRS模块、第一控制器、按键输入模块、显示模块、变压和稳压模块。

所述下位机中，智能移动平台为四轮移动平台，可以直线行走，包括匀速、加速和减速等的运动；同时还具有转弯功能，包括左转弯和右转弯。

所述机器视觉系统为平行放置的高精度双目摄像机，对图像双目采集，进而实现树木枝干的识别和定位，为后续的枝干粉刷涂抹提供精准的三维空间坐标信息。

所述粉刷平台包括：粉刷机械机构、粉刷提升机构、粉刷涂抹系统。

具体的，所述粉刷机械机构包括：粉刷机械机构主体、粉刷机构副体、粉刷臂、毛刷、粉刷臂甩摆减速电机、粉刷环、粉刷臂自动伸缩杆。所述的粉刷提升机构包括：直线滑台，其中直线滑台为两套，直线滑台上设置有滑块。所述粉刷涂抹系统包括：水泵、粉刷液管道、喷头、压力触碰开关。

所述控制系统包括：控制柜、第二控制器、卫星导航与定位模块、图像处理模块、升降伺服电机驱动器、粉刷臂自动伸缩杆驱动器、粉刷臂甩摆减速电机驱动器、次GPRS无线模块、无线视频发射模块、四轮移动平台驱动器。

所述电源系统为锂电池和电源稳压模块。

所述箱体为用来盛放粉刷液的容器。

具体的，上位机控制柜中，主GPRS模块可以接受来自下位机中的次GPRS无线模块的树干的三维信息、机器人的坐标位置、启动和停止指令等；无线视频接收模块可以接收来自下位机中的无线视频发射模块的视频流；按键输入模块、显示模块分别连接第一控制器；变压和稳压模块连接无线视频接收模块、主GPRS模块、第一控制器、按键输入模块和显示模块并为其供电。其中，变压和稳压模块可以直接连接220V交流电源。第一控制器还与PC机通过串口连接，可以将参数传输到电脑显示、存储和打印。

具体的，所述控制系统中控制柜安装并固定在智能移动平台上，第二控制器和卫星导航与定位模块、图像处理模块、升降伺服电机驱动器、直径调节机构步进电机驱动器、粉刷臂甩摆减速电机驱动器、次GPRS无线模块、无线视频发射模块连接。其中，图像处理模块还与机器视觉系统连接，机器视觉系统将采集的图像上传，经图像处理模块处理后，将结果传输至控制系统。卫星导航与定位模块可以接收来自卫星的信息确定机器人所在位置的坐标点。

具体的，所述粉刷平台中的粉刷机械机构结合后的形状为圆环形，左侧的粉刷机械机构主体为角度为180°的半圆环，右侧的粉刷机构副体为大致角度为135°的小半圆环；粉刷臂连接粉刷臂自动伸缩杆，且粉刷臂设置多个，左侧的粉刷机械机构主体上有五个，其中有两个较长的粉刷臂，三个较短的粉刷臂，且较长的粉刷臂和较短的粉刷臂交叉排列放置；对应的，右侧的粉刷机构副体由于长度短于粉刷机械机构主体，因此只安装放置有三个粉刷臂，其中两个较长的粉刷臂和一个较短的粉刷臂，且较长的粉刷臂和较短的粉刷臂同样为交叉排列放置。

所述的粉刷臂连接粉刷臂自动伸缩杆，粉刷臂自动伸缩杆连接粉刷环，粉刷环内侧设置有毛刷。

进一步的，为了使树木枝干顺利进入粉刷机械机构中，因此在粉刷机械机构主体和粉刷机构副体的前端的粉刷臂末端设置有粉刷臂甩摆减速电机，对于左侧的粉刷机械机构主体，在最前方的两个粉刷臂，即：一个较长、一个较短的粉刷臂上分别安装有粉刷臂甩摆减速电机；而对于右侧的粉刷机构副体，在相对最前方的一个粉刷臂，即：较长的粉刷臂上安装有粉刷臂甩摆减速电机。上述机构的效果为：通过三个粉刷臂甩摆减速电机的转动，进而带动粉刷臂摆动，最终带动粉刷环及毛刷摆动，使得左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体打开一个缺口，为树木枝干的进入提供条件。

更进一步的，所述粉刷机械机构主体和粉刷机构副体均固定在粉刷提升机构上的直线滑台的滑块上，通过直线滑台带动滑块的运动，可以带动粉刷机械机构主体和粉刷机构副体上升下降，进而带动整套粉刷机械机构运动。

更进一步的，所述粉刷涂抹系统中的水泵安装在智能移动平台上，喷头和水泵通过粉刷液管道连接且喷头固定在粉刷环的内侧。所述压力触碰开关共设置八个，分别通过支架安装固定在粉刷环的上侧，可以通过碰触作用得知与树木枝干的接触与否。

上述结构优选的是：四个较长的粉刷臂总是处于粉刷机械机构的靠近内侧的位置，而四个较短的粉刷臂总是处于粉刷机械机构的靠近外侧的位置，即：四个较短的粉刷臂总是处于四个较长粉刷臂的外环缺口处，即：由于当树木枝干较粗时，由于四个较长的粉刷臂不一定实现对树木枝干的全方位包裹，此时如果需要对树木枝干一次性粉刷，则可以通过四个较长的粉刷臂缺口处外侧设置的四个较短的粉刷臂上的粉刷环上的粉刷环实现对树木枝干的全方位粉刷涂抹。

本发明通过设置交错放置的不同长度的粉刷臂，实现了对粉刷机械机构主体和粉刷机构副体的全包裹，并且通过设置压力触碰开关从而控制粉刷臂自动伸缩杆的伸缩，实现对不同直径树木枝干的适应。

利用上述机器人粉刷树裙的方法，包括以下步骤：

S1：机器视觉系统采集图像视频信息经过图像处理模块的处理后，进入第二控制器进行判断，计算出前方树木枝干的三维坐标信息及判断树木枝干是否粉刷。

S2：如果树木需要粉刷和涂抹，第二控制器控制四轮移动平台驱动器驱动智能移动平台前进，并且实时通过卫星导航与定位模块进行导航使得智能移动平台靠近待粉刷的树木枝干前方。

S3：第二控制器首先控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台下降至带粉刷树木枝干的最低端；然后，第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体打开一个缺口，为树木枝干的进入提供条件。

S4：智能移动平台继续前进，在该过程中，压力触碰开关通过碰触作用得知与树木枝干的接触与否。当压力触碰开关与树木枝干接触后，智能移动平台停止运动。

S5：第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向反向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体开始向树木枝干内侧运动，实现缺口的闭合动作。在该过程中，同样的压力触碰开关通过碰触作用得知粉刷环上的毛刷与树木枝干的接触与否。需要说明的是：由于压力触碰开关为多个，且粉刷臂和粉刷环多个，由于树木枝干不一定处于粉刷机械机构的中心处，因此每套粉刷臂在粉刷臂自动伸缩杆的伸缩作用下的长度不一定相同，但是最终的效果是同样的，即：每个粉刷环内侧的毛刷都能与树木枝干接触。

S6：经过上述过程后，粉刷臂上的八个粉刷环上的毛刷实现了对树木枝干的包裹，此时，第二控制器控制水泵转动，通过粉刷液管道和喷头实现粉刷液的喷洒。在该过程中，第二控制器同时控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台缓慢上升，当上升至设定粉刷涂抹的高度时，第二控制器同时控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台缓慢下降，如此反复实现对树木枝干的反复粉刷涂抹，直到达到预期的要求。

S7：当机器人对树木枝干粉刷涂抹完毕时，第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体开始向树木枝干外侧运动，实现缺口的开启动作。当粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体完全打开后，第二控制器控制四轮移动平台驱动器驱动智能移动平台后退，实现树木枝干和机器人的粉刷平台的分离。至此，一棵树木的枝干的粉刷和涂抹完成。

S8：重复上述过程，可以实现其它树木枝干的粉刷和涂抹。

上述步骤中，优选的是：当机器人对树木枝干进行粉刷涂抹时，会存在树木枝干的底部和顶部直径不同的情况，此时由于压力触碰开关的作用，可以实时检测粉刷环上的毛刷与树木枝干的压力，当压力变小时，说明粉刷环上的毛刷与树木枝干距离过大，此时第二控制器控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器进而驱动粉刷臂伸长，使得粉刷环上的毛刷与树木枝干距离变小，更好的接触和粉刷涂抹；反之，当粉刷环上的毛刷与树木枝干的压力变大时，说明粉刷环上的毛刷与树木枝干距离过小，此时第二控制器控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器进而驱动粉刷臂缩短，使得粉刷环上的毛刷与树木枝干距离变大，更好的保护粉刷环和毛刷等设备。

上述过程中，优选的是：第二控制器还可以将机器人所在地点位置信息、自身工作参数等信息通过次GPRS无线模块发送至上位机中的主GPRS无线模块中；同样的，机器人还可以将自身工作环境中的视频流通过无线视频发射模块发送至无线视频接收模块并通过显示模块显示出来。

上述过程中，优选的是：当机器人遇到紧急或不测状况时，工作人员可以通过按键输入模块实现对机器人的控制，从而避免人身伤害和经济损失。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过利用上下位机和下位机的配合工作，实现了对树木树裙的全自动粉刷，在平时的工作中，完全不需要工作人员的介入，大大减轻工作人员的劳动强度，降低了园林等工作中的运营成本。

(2)本发明通过加入机器视觉模块，可以实现对树干的三维定位和直径判别，机械结构简单、高效，为后续园林机械的全自动化、无人化奠定了基础。

(3)本发明还通过加入的无线传输模块，实现对机器人工作状态、周围环境等的实时监测，可以实现机器人工作的全自动化操作，大大降低了人工成本，提高了机器的工作可靠度。本发明通过设计粉刷提升机构，实现了对树干粉刷高度的可调功能，粉刷精度高，不仅简化了工作人员的测量工作，而且由于粉刷的高度一致性，提升了树木的美观作用。

(4)最重要的是，本发明不仅设计了一整套的全自动树裙粉刷机器人，更提出了一套相对应于该机械机构和电气连接关系的粉刷方法，粉刷方法巧妙、效率高，节约粉刷材料，并且可以大大提高对树裙粉刷的效率。

总之，本发明通过设计了一种全自动树裙粉刷机器人，实现了对不同直径树干的树裙粉刷功能。本发明填补了当前市场上全自动粉刷机器人领域的空白，提高了树木粉刷的效率，降低了工作人员的劳动强度，减少了社会公共服务的运营成本，对于促进提高我国粉刷机械的现代化、智能化和无人化具有不可估量的意义。

附图说明

附图1为本发明全自动树裙粉刷机器人的下位机整体结构示意图。

附图2为本发明全自动树裙粉刷机器人的下位机俯视结构示意图。

附图3为本发明全自动树裙粉刷机器人下位机中的控制系统和电源系统的结构示意图。

附图4为本发明全自动树裙粉刷机器人下位机左视结构示意图。

附图5为本发明全自动树裙粉刷机器人下位机的主视结构示意图。

附图6为本发明全自动树裙粉刷机器人上位机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1-3、图5所示，全自动树裙粉刷机器人，由上位机1和下位机2组成，上位机1包括相互连接的PC机3和上位机控制柜4，下位机2由智能移动平台5、机器视觉系统6、粉刷平台7、控制系统8、电源系统9、箱体10组成，机器视觉系统6、粉刷平台7、控制系统8、电源系统9、箱体10安装于智能移动平台5上。

如图6所示，所述上位机1中，PC机3为普通的个人计算机，放置于办公室内。所述上位机控制柜4包括：无线视频接收模块4-1、主GPRS模块4-2、第一控制器4-3、按键输入模块4-4、显示模块4-5、变压和稳压模块4-6。

所述下位机2中，智能移动平台5为四轮移动平台，可以直线行走，包括匀速、加速和减速等的运动；同时还具有转弯功能，包括左转弯和右转弯。

所述机器视觉系统6为平行放置的高精度双目摄像机，对图像双目采集，进而实现树木枝干的识别和定位，为后续的枝干粉刷涂抹提供精准的三维空间坐标信息。

如图2、图4所示，所述粉刷平台7包括：粉刷机械机构7-1、粉刷提升机构7-2、粉刷涂抹系统7-3。具体的，所述粉刷机械机构7-1包括：粉刷机械机构主体7-10、粉刷机构副体7-11、粉刷臂7-12、毛刷7-13、粉刷臂甩摆减速电机7-14、粉刷环7-15、粉刷臂自动伸缩杆7-16。所述的粉刷提升机构7-2包括：直线滑台7-20，其中直线滑台7-20为两套，直线滑台7-20上设置有滑块7-21。所述粉刷涂抹系统7-3包括：水泵7-30、粉刷液管道7-31、喷头7-32、压力触碰开关7-33。

如图3所示，所述控制系统8包括：控制柜8-1、第二控制器8-2、卫星导航与定位模块8-3、图像处理模块8-4、升降伺服电机驱动器8-5、粉刷臂自动伸缩杆驱动器8-6、粉刷臂甩摆减速电机驱动器8-7、次GPRS无线模块8-8、无线视频发射模块8-9、四轮移动平台驱动器8-10。

所述电源系统9为锂电池9-1和电源稳压模块9-2。

所述箱体10为用来盛放粉刷液的容器。

具体的，上位机控制柜4中，主GPRS模块4-2可以接受来自下位机2中的次GPRS无线模块8-8的树干的三维信息、机器人的坐标位置、启动和停止指令等；无线视频接收模块4-1可以接收来自下位机2中的无线视频发射模块8-9的视频流；按键输入模块4-4、显示模块4-5分别连接第一控制器4-3；变压和稳压模块4-6连接无线视频接收模块4-1、主GPRS模块4-2、第一控制器4-3、按键输入模块4-4和显示模块4-5并为其供电。其中，变压和稳压模块4-6可以直接连接220V交流电源。第一控制器4-3还与PC机3通过串口连接，可以将参数传输到电脑显示、存储和打印。

具体的，所述控制系统8中控制柜8-1安装并固定在智能移动平台5上，第二控制器8-2和卫星导航与定位模块8-3、图像处理模块8-4、升降伺服电机驱动器8-5、直径调节机构步进电机驱动器8-6、粉刷臂甩摆减速电机驱动器8-7、次GPRS无线模块8-8、无线视频发射模块8-9连接。其中，图像处理模块8-4还与机器视觉系统6连接，机器视觉系统6将采集的图像上传，经图像处理模块8-4处理后，将结果传输至控制系统8。卫星导航与定位模块8-3可以接收来自卫星的信息确定机器人所在位置的坐标点。

具体的，所述粉刷平台7中的粉刷机械机构7-1结合后的形状为圆环形，左侧的粉刷机械机构主体7-10为角度为180°的半圆环，右侧的粉刷机构副体7-11为大致角度为135°的小半圆环；粉刷臂7-12连接粉刷臂自动伸缩杆7-16，且粉刷臂7-12设置多个，左侧的粉刷机械机构主体7-10上有五个，其中有两个较长的粉刷臂7-12，三个较短的粉刷臂7-12，且较长的粉刷臂7-12和较短的粉刷臂7-12交叉排列放置；对应的，右侧的粉刷机构副体7-11由于长度较短于粉刷机械机构主体7-10，因此只安装放置有三个粉刷臂7-12，其中两个较长的粉刷臂7-12和一个较短的粉刷臂7-12，且较长的粉刷臂7-12和较短的粉刷臂7-12同样为交叉排列放置。

所述的粉刷臂7-12连接粉刷臂自动伸缩杆7-16，粉刷臂自动伸缩杆7-16连接粉刷环7-15，粉刷环7-15内侧设置有毛刷7-13。

进一步的，为了使树木枝干顺利进入粉刷机械机构7-1中，因此在粉刷机械机构主体7-10和粉刷机构副体7-11的前端的粉刷臂7-12末端设置有粉刷臂甩摆减速电机7-14，对于左侧的粉刷机械机构主体7-10，在最前方的两个粉刷臂7-12，即：一个较长、一个较短的粉刷臂7-12上分别安装有粉刷臂甩摆减速电机7-14；而对于右侧的粉刷机构副体7-11，在相对最前方的一个粉刷臂7-12，即：较长的粉刷臂7-12上安装有粉刷臂甩摆减速电机7-14。上述机构的效果为：通过三个粉刷臂甩摆减速电机7-14的转动，进而带动粉刷臂7-12摆动，最终带动粉刷环7-15及毛刷7-13摆动，使得左侧的粉刷机械机构主体7-10和右侧的粉刷机构副体7-11打开一个缺口，为树木枝干的进入提供条件。

更进一步的，所述粉刷机械机构主体7-10和粉刷机构副体7-11均固定在粉刷提升机构7-2上的直线滑台7-20的滑块7-21上，通过直线滑台7-20带动滑块7-21的运动，可以带动粉刷机械机构主体7-10和粉刷机构副体7-11上升下降，进而带动整套粉刷机械机构7-1运动。

更进一步的，所述粉刷涂抹系统7-3中的水泵7-30安装在智能移动平台5上，喷头7-32和水泵7-30通过粉刷液管道7-31连接且喷头7-32固定在粉刷环7-15的内侧。所述压力触碰开关7-33共设置八个，分别通过支架安装固定在粉刷环7-15的上侧，可以通过碰触作用得知与树木枝干的接触与否。

上述结构优选的是：四个较长的粉刷臂7-12总是处于粉刷机械机构7-1的靠近内侧的位置，而四个较短的粉刷臂7-12总是处于粉刷机械机构7-1的靠近外侧的位置，即：四个较短的粉刷臂7-12总是处于四个较长粉刷臂7-12的外环缺口处，即：由于当树木枝干较粗时，由于四个较长的粉刷臂7-12不一定实现对树木枝干的全方位包裹，此时如果需要对树木枝干一次性粉刷，则可以通过四个较长的粉刷臂7-12缺口处外侧设置的四个较短的粉刷臂7-12上的粉刷环7-15上的粉刷环7-15实现对树木枝干的全方位粉刷涂抹。

本发明通过设置交错放置的不同长度的粉刷臂7-12，实现了对粉刷机械机构主体7-10和粉刷机构副体7-11的全包裹，并且通过设置压力触碰开关7-33从而控制粉刷臂自动伸缩杆7-16的伸缩，实现对不同直径树木枝干的适应。

利用上述机器人粉刷树裙的方法，包括以下步骤：

S1：机器视觉系统6采集图像视频信息经过图像处理模块8-4的处理后，进入第二控制器8-2进行判断，计算出前方树木枝干的三维坐标信息及判断树木枝干是否粉刷。

S2：如果树木需要粉刷和涂抹，第二控制器8-2控制四轮移动平台驱动器8-10驱动智能移动平台5前进，并且实时通过卫星导航与定位模块8-3进行导航使得智能移动平台5靠近待粉刷的树木枝干前方。

S3：第二控制器8-2首先控制升降伺服电机驱动器8-5进而驱动直线滑台7-20下降至带粉刷树木枝干的最低端；然后，第二控制器8-2控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器8-7进而驱动粉刷臂甩摆减速电机7-14向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体7-10和右侧的粉刷机构副体7-11打开一个缺口，为树木枝干的进入提供条件。

S4：智能移动平台5继续前进，在该过程中，压力触碰开关7-33通过碰触作用得知与树木枝干的接触与否。当压力触碰开关7-33与树木枝干接触后，智能移动平台5停止运动。

S5：第二控制器8-2控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器8-7进而驱动粉刷臂甩摆减速电机7-14向反向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体7-10和右侧的粉刷机构副体7-11开始向树木枝干内侧运动，实现缺口的闭合动作。在该过程中，同样的压力触碰开关7-33通过碰触作用得知粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干的接触与否。需要说明的是：由于压力触碰开关7-33为多个，且粉刷臂7-12和粉刷环7-15多个，由于树木枝干不一定处于粉刷机械机构7-1的中心处，因此每套粉刷臂7-12在粉刷臂自动伸缩杆7-16的伸缩作用下的长度不一定相同，但是最终的效果是同样的，即：每个粉刷环7-15内侧的毛刷7-13都能与树木枝干接触。

S6：经过上述过程后，粉刷臂7-12上的八个粉刷环7-15上的毛刷7-13实现了对树木枝干的包裹，此时，第二控制器8-2控制水泵7-30转动，通过粉刷液管道7-31和喷头7-32实现粉刷液的喷洒。在该过程中，第二控制器8-2同时控制升降伺服电机驱动器8-5进而驱动直线滑台7-20缓慢上升，当上升至设定粉刷涂抹的高度时，第二控制器8-2同时控制升降伺服电机驱动器8-5进而驱动直线滑台7-20缓慢下降，如此反复实现对树木枝干的反复粉刷涂抹，直到达到预期的要求。

S7：当机器人对树木枝干粉刷涂抹完毕时，第二控制器8-2控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器8-7进而驱动粉刷臂甩摆减速电机7-14向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体7-10和右侧的粉刷机构副体7-11开始向树木枝干外侧运动，实现缺口的开启动作。当粉刷机械机构主体7-10和右侧的粉刷机构副体7-11完全打开后，第二控制器8-2控制四轮移动平台驱动器8-10驱动智能移动平台5后退，实现树木枝干和机器人的粉刷平台7的分离。至此，一棵树木的枝干的粉刷和涂抹完成。

S8：重复上述过程，可以实现其它树木枝干的粉刷和涂抹。

上述步骤中，优选的是：当机器人对树木枝干进行粉刷涂抹时，会存在树木枝干的底部和顶部直径不同的情况，此时由于压力触碰开关7-33的作用，可以实时检测粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干的压力，当压力变小时，说明粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干距离过大，此时第二控制器8-2控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器8-6进而驱动粉刷臂7-12伸长，使得粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干距离变小，更好的接触和粉刷涂抹；反之，当粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干的压力变大时，说明粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干距离过小，此时第二控制器8-2控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器8-6进而驱动粉刷臂7-12缩短，使得粉刷环7-15上的毛刷7-13与树木枝干距离变大，更好的保护粉刷环7-15和毛刷7-13等设备。

上述过程中，优选的是：第二控制器8-2还可以将机器人所在地点位置信息、自身工作参数等信息通过次GPRS无线模块8-8发送至上位机1中的主GPRS无线模块4-2中；同样的，机器人还可以将自身工作环境中的视频流通过无线视频发射模块8-9发送至无线视频接收模块4-1并通过显示模块4-5显示出来。

上述过程中，优选的是：当机器人遇到紧急或不测状况时，工作人员可以通过按键输入模块4-4实现对机器人的控制，从而避免人身伤害和经济损失。

Claims (8)

1.全自动树裙粉刷机器人，其特征在于，由上位机和下位机组成，上位机包括相互连接的PC机和上位机控制柜，下位机由智能移动平台、机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体组成，机器视觉系统、粉刷平台、控制系统、电源系统、箱体安装于智能移动平台上。

2.如权利要求1所述的全自动树裙粉刷机器人，其特征在于，所述上位机控制柜由无线视频接收模块、主GPRS模块、第一控制器、按键输入模块、显示模块、变压和稳压模块组成，所述按键输入模块、显示模块分别连接第一控制器，第一控制器还与PC机通过串口连接，变压和稳压模块连接无线视频接收模块、主GPRS模块、第一控制器、按键输入模块和显示模块并为其供电，变压和稳压模块直接连接V交流电源。

3.如权利要求1所述的全自动树裙粉刷机器人，其特征在于，所述粉刷平台包括粉刷机械机构、粉刷提升机构、粉刷涂抹系统，粉刷涂抹系统固定连接于粉刷机械机构上，粉刷机械机构通过粉刷提升机构连接于智能移动平台上；所述粉刷机械机构由粉刷机械机构主体、粉刷机构副体、粉刷臂、毛刷、粉刷臂甩摆减速电机、粉刷环、粉刷臂自动伸缩杆组成；所述粉刷提升机构包括直线滑台，直线滑台为两套，直线滑台上设置有滑块；所述粉刷涂抹系统由水泵、粉刷液管道、喷头、压力触碰开关组成。

4.如权利要求1所述的全自动树裙粉刷机器人，其特征在于，所述控制系统包括控制柜、第二控制器、卫星导航与定位模块、图像处理模块、升降伺服电机驱动器、粉刷臂自动伸缩杆驱动器、粉刷臂甩摆减速电机驱动器、次GPRS无线模块、无线视频发射模块、四轮移动平台驱动器，控制柜安装并固定在智能移动平台上，第二控制器和卫星导航与定位模块、图像处理模块、升降伺服电机驱动器、直径调节机构步进电机驱动器、粉刷臂甩摆减速电机驱动器、次GPRS无线模块、无线视频发射模块连接，图像处理模块还与机器视觉系统连接。

5.如权利要求1所述的全自动树裙粉刷机器人，其特征在于，所述电源系统由锂电池和电源稳压模块组成，电源稳压模块的输入端与锂电池连接，输出端与机器人上的用电器件连接。

6.利用权利要求1-5任一所述的全自动树裙粉刷机器人粉刷树裙的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：机器视觉系统采集图像视频信息经过图像处理模块的处理后，进入第二控制器进行判断，计算出前方树木枝干的三维坐标信息及判断树木枝干是否粉刷；

S2：如果树木需要粉刷和涂抹，第二控制器控制四轮移动平台驱动器驱动智能移动平台前进，并且实时通过卫星导航与定位模块进行导航使得智能移动平台靠近待粉刷的树木枝干前方；

S3：第二控制器首先控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台下降至待粉刷树木枝干的最低端，然后第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体打开一个缺口，为树木枝干的进入提供条件；

S4：智能移动平台继续前进，在该过程中，压力触碰开关通过碰触作用得知与树木枝干的接触与否，当压力触碰开关与树木枝干接触后，智能移动平台停止运动；

S5：第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向反向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体开始向树木枝干内侧运动，实现缺口的闭合动作；在该过程中，压力触碰开关通过碰触作用得知粉刷环上的毛刷与树木枝干的接触；

S6：经过上述过程后，粉刷臂上的八个粉刷环上的毛刷实现了对树木枝干的包裹，此时，第二控制器控制水泵转动，通过粉刷液管道和喷头实现粉刷液的喷洒；在该过程中，第二控制器同时控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台缓慢上升，当上升至设定粉刷涂抹的高度时，第二控制器同时控制升降伺服电机驱动器进而驱动直线滑台缓慢下降，如此反复实现对树木枝干的反复粉刷涂抹，直到达到预期的要求；

S7：当机器人对树木枝干粉刷涂抹完毕时，第二控制器控制粉刷臂甩摆减速电机驱动器进而驱动粉刷臂甩摆减速电机向正向转动，此时左侧的粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体开始向树木枝干外侧运动，实现缺口的开启动作；当粉刷机械机构主体和右侧的粉刷机构副体完全打开后，第二控制器控制四轮移动平台驱动器驱动智能移动平台后退，实现树木枝干和机器人的粉刷平台的分离；至此，一棵树木的枝干粉刷和涂抹完成；

S8：重复上述过程，可以实现其它树木枝干的粉刷和涂抹。

7.如权利要求6所述的粉刷树裙的方法，其特征在于，还包括对不同直径树干粉刷的方法步骤：

当机器人对树木枝干进行粉刷涂抹时，会存在树木枝干的底部和顶部直径不同的情况，此时由于压力触碰开关的作用，可以实时检测粉刷环上的毛刷与树木枝干的压力，当压力变小时，说明粉刷环上的毛刷与树木枝干距离过大，此时第二控制器控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器进而驱动粉刷臂伸长，使得粉刷环上的毛刷与树木枝干距离变小，更好的接触和粉刷涂抹；反之，当粉刷环上的毛刷与树木枝干的压力变大时，说明粉刷环上的毛刷与树木枝干距离过小，此时第二控制器控制粉刷臂自动伸缩杆驱动器进而驱动粉刷臂缩短，使得粉刷环上的毛刷与树木枝干距离变大，更好的保护粉刷环和毛刷等设备。

8.如权利要求6所述的粉刷树裙的方法，其特征在于，还包括以下辅助性步骤和措施，分别为：

①第二控制器可将机器人所在地点位置信息、自身工作参数等信息通过次GPRS无线模块发送至上位机中的主GPRS无线模块中；同样的，机器人还可将自身工作环境中的视频流通过无线视频发射模块发送至无线视频接收模块并通过显示模块显示出来；

②当机器人遇到紧急或不测状况时，工作人员可通过按键输入模块实现对机器人的控制。