CN107396763A - 一种绿篱自动修剪机控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种绿篱自动修剪机控制系统，括：机械结构单元以及修剪控制单元；机械结构单元包括处于底部的回转台（1）、主臂（2）；在所述的主臂（2）末端通过旋转关节（6）与从臂（3）连接，从臂（3）的端部设有末端修剪刀具（8）；修剪控制单元包括控制器（5）以及HMI（4）；所述HMI（4）用于输入参数至控制器（5），控制器（5）控制回转台（1）、旋转关节（6）、刀具旋转关节、升降、伸缩结构执行相应的动作；本发明还公开了一种利用上述系统进行的控制方法，本发明实现了自动修剪绿篱，缩短了工作周期，不但可以完成普通修剪要求，而且能满足造型修剪，操作简单，减少污染，有效减少人力成本，提升绿化维护装备水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿篱自动修剪机控制系统。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，使得中国的高速公路里程数持续增加，隔离带面积也随之增加。
绿篱是高速公路隔离带的必要组成部分，一方面可以分隔双向车道，另一方面可以阻挡来自对面车道的灯光，其修剪是一项很庞大的工作量，而且修剪时间有限制范围，防止绿篱的快速不规则生长干扰司机视线，传统的修剪方式主要靠人力手持或通过改装的吊车进行修剪，工作方式单一，避障能力低，修剪时间长，难以满足理想的修剪效果，城市园林中有各类造型的绿篱，操作人员手持绿篱剪凭直观感觉进行圆球、圆锥、圆柱等造型的修剪，难以修剪成标准造型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿篱自动修剪机控制系统及控制方法，不但可自动完成普通修剪要求，而且能够满足造型自动修剪，有效减少人力成本，提升绿化维护装备水平。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种绿篱自动修剪机控制系统，它包括：机械结构单元以及修剪控制单元；
所述的机械结构单元包括处于底部的回转台、设置在回转台上并可随回转台自由转动的主臂；在所述的主臂末端通过旋转关节与从臂连接，所述的从臂的端部设有末端修剪刀具；
其中，在所述的旋转关节下部设有用于监控、反馈的图像采集装置，所述的主臂通过主臂升降结构、主臂伸缩结构分别实现主臂的升降、伸缩；所述的从臂利用从臂伸缩结构、从臂升降结构分别实现从臂的伸缩、升降；
所述的修剪控制单元包括控制器以及HMI；所述HMI用于输入参数至控制器，控制器控制回转台、旋转关节、刀具旋转关节、升降、伸缩结构执行相应的动作。
所述图像采集反馈装置包括用于图像采集的摄像机、图像处理装置以及显示屏。
所述主臂升降结构、主臂伸缩结构、臂伸缩结构、从臂升降结构均为液压缸，均通过伺服泵和比例伺服阀液压控制伸缩或者升降。
所述的末端修剪刀具8上还设有超声波传感器及增量式编码器。
所述的所述主臂2及从臂3均设有位移传感器。
一种绿篱自动修剪机控制方法，该方法包括平面修剪及造型修剪：
所述的平面修剪时，末端修剪刀具在可调节的范围内通过超声波传感器检测刀头与绿篱的相对位置，自动调节从臂的伸长与收缩，使得驾驶员在可允许的范围内行驶都能够满足修剪要求；
所述的造型修剪包括以下步骤：
1）选择工作模式：手动、半自动以及全自动模式；其中，手动工作方式可通过触摸屏上的按钮进行操控，用于复杂环境的避障处理，半自动工作方式适用于重复某段修剪动作，全自动工作方式适用于高速公路绿化带自动调节；
2）当选择全自动模式，修剪圆球、圆锥、圆柱造型时，通过HMI输入参数：圆球半径、圆锥高度、圆柱高度和底面半径，此时修剪采用利用插补控制算法以实现精确的轨迹控制、实现从简单的直线和圆弧插补到复杂的高次曲线插补；控制器根据输入的参数控制回转台、旋转关节、刀具旋转关节、比例伺服阀执行命令从而实现对绿篱的自动化造型修剪。
本发明通过机械结构单元与修剪控制单元的相互配合，实现了自动修剪绿篱，缩短了工作周期，不但可以完成普通修剪要求，而且能满足造型修剪，操作简单，减少污染，有效减少人力成本，提升绿化维护装备水平。
本发明在修剪圆球、圆锥、圆柱等造型时，利用插补控制算法可以实现比较精确的轨迹控制，实现从简单的直线和圆弧插补到复杂的高次曲线插补，通过HMI输入圆球半径、圆锥高度、圆柱高度和底面半径，实现绿篱的造型自动修剪。
附图说明
图1为本发明的机械结构单元示意图；
图2为本发明的修剪控制单元原理示意图；
图3为本发明的程序流程图；
图中：1、回转台，2、主臂，2-1、主臂升降结构，2-2、主臂伸缩结构，3、从臂，3-1、从臂伸缩结构，3-2、从臂升降结构，4、HMI，5、控制器，6、旋转关节，7、图像采集反馈装置，8、末端修剪刀具。
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至3所示，为一种绿篱自动修剪机控制系统，一种绿篱自动修剪机控制系统，它包括：机械结构单元以及修剪控制单元；
所述的机械结构单元包括处于底部的回转台1、设置在回转台1上并可随回转台1自由转动的主臂2；在所述的主臂2末端通过旋转关节6与从臂3连接，所述的从臂3的端部设有末端修剪刀具8；
其中，在所述的旋转关节6下部设有用于监控、反馈的图像采集反馈装置7，所述的主臂2通过主臂升降结构2-1、主臂伸缩结构2-2分别实现主臂2的升降、伸缩；所述的从臂3利用从臂伸缩结构3-1、从臂升降结构3-2分别实现从臂3的伸缩、升降；
所述的修剪控制单元包括控制器5以及HMI4；所述HMI4用于输入参数至控制器5，控制器5控制回转台1、旋转关节6、刀具旋转关节、升降、伸缩结构执行相应的动作。
如图2所示：所述图像采集反馈装置7包括用于图像采集的摄像机、图像处理装置以及显示屏，显示屏用于实时显示。
其中，所述主臂升降结构2-1、主臂伸缩结构2-2、从臂伸缩结构3-1、从臂升降结构3-2均为液压缸，均通过伺服泵和比例伺服阀液压控制伸缩或者升降。
所述的末端修剪刀具8上还设有超声波传感器、增量式编码器。
所述主臂2及从臂3均设有位移传感器，以实时监控主臂2及从臂3。
本发明还公开了利用上述装置进行的一种绿篱自动修剪机控制方法，该方法包括平面修剪及造型修剪：
所述的平面修剪时，末端修剪刀具8在可调节的范围内通过超声波传感器检测刀头与绿篱的相对位置，自动调节从臂3的伸长与收缩，使得驾驶员在可允许的范围内行驶都能够满足修剪要求；
所述的造型修剪包括以下步骤：
1）选择工作模式：手动、半自动以及全自动模式；其中，手动工作方式可通过触摸屏上的按钮进行操控，用于复杂环境的避障处理，半自动工作方式适用于重复某段修剪动作，全自动工作方式适用于高速公路绿化带自动调节；
2）当选择全自动模式，修剪圆球、圆锥、圆柱造型时，通过HMI4输入参数：圆球半径、圆锥高度、圆柱高度和底面半径，此时修剪采用利用插补控制算法以实现精确的轨迹控制、实现从简单的直线和圆弧插补到复杂的高次曲线插补；控制器5根据输入的参数控制回转台1、旋转关节6、刀具旋转关节、比例伺服阀执行命令从而实现对绿篱的自动化造型修剪。
所述的从臂3可进行普通平面的自动调节高度的修剪，也可以由液压缸控制从臂3两臂插值伸缩运动，末端刀具上增量式编码器检测其旋转角度，使末端修剪工具8构成理想轨迹，可以形成圆球、圆锥、圆柱等不规则绿篱造型，图像采集反馈装置7实时传输图像至驾驶室显示屏，根据作业环境要求选择合适的工作方式。
本发明的高度自动调节系统：在修剪平面或侧面时，驾驶员一方面要及时调整行驶机构，另一方面从臂3也具有自调节能力，超声波检测刀具距修剪面的距离h，控制器5设定值H，Δh= |h-H|，控制器5根据高度差Δh调节从臂3，位移传感器检测臂的位置反馈回控制器；
所述末端修剪工具8：不同场合绿篱组成略有差异，绿篱组成密度、绿化带宽度、修剪车行驶速度都影响修剪刀具的选择，此发明可根据修剪要求选择适合的刀具进行更换，以达到最佳修剪效果.
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种绿篱自动修剪机控制系统，其特征在于：它包括：机械结构单元以及修剪控制单元；
所述的机械结构单元包括处于底部的回转台（1）、设置在回转台（1）上并可随回转台（1）自由转动的主臂（2）；在所述的主臂（2）末端通过旋转关节（6）与从臂（3）连接，所述的从臂（3）的端部设有末端修剪刀具（8）；
其中，在所述的旋转关节（6）下部设有用于监控、反馈的图像采集反馈装置（7），所述的主臂（2）通过主臂升降结构（2-1）、主臂伸缩结构（2-2）分别实现主臂（2）的升降、伸缩；所述的从臂（3）利用从臂伸缩结构（3-1）、从臂升降结构（3-2）分别实现从臂（3）的伸缩、升降；
所述的修剪控制单元包括控制器（5）以及HMI（4）；所述HMI（4）用于输入参数至控制器（5），控制器（5）控制回转台（1）、旋转关节（6）、刀具旋转关节、升降、伸缩结构执行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的一种绿篱自动修剪机控制系统，其特征在于：所述图像采集反馈装置（7）包括用于图像采集的摄像机、图像处理装置以及显示屏。
3.根据权利要求1所述的一种绿篱自动修剪机控制系统，其特征在于，所述主臂升降结构（2-1）、主臂伸缩结构（2-2）、臂伸缩结构（3-1）、从臂升降结构（3-2）均为液压缸，均通过伺服泵和比例伺服阀液压控制伸缩或者升降。
4.根据权利要求1所述的一种绿篱自动修剪机控制系统，其特征在于，所述的末端修剪刀具（8）上还设有超声波传感器及增量式编码器。
5.根据权利要求1所述的一种绿篱自动修剪机控制系统，其特征在于，所述的所述主臂（2）及从臂（3）均设有位移传感器。
6.一种绿篱自动修剪机控制方法，其特征在于，该方法包括平面修剪及造型修剪：
所述的平面修剪时，末端修剪刀具（8）在可调节的范围内通过超声波传感器检测刀头与绿篱的相对位置，自动调节从臂（3）的伸长与收缩，使得驾驶员在可允许的范围内行驶都能够满足修剪要求；
所述的造型修剪包括以下步骤：
1）选择工作模式：手动、半自动以及全自动模式；其中，手动工作方式可通过触摸屏上的按钮进行操控，用于复杂环境的避障处理，半自动工作方式适用于重复某段修剪动作，全自动工作方式适用于高速公路绿化带自动调节；
2）当选择全自动模式，修剪圆球、圆锥、圆柱造型时，通过HMI（4）输入参数：圆球半径、圆锥高度、圆柱高度和底面半径，此时修剪采用利用插补控制算法以实现精确的轨迹控制、实现从简单的直线和圆弧插补到复杂的高次曲线插补；控制器（5）根据输入的参数控制回转台（1）、旋转关节（6）、刀具旋转关节、比例伺服阀执行命令从而实现对绿篱的自动化造型修剪。
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