CN107462236A - 一种果园障碍物机械检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种果园障碍物机械检测装置，包括割草机车体、支架座、固定架和检测机构，其中，所述支架座设置于所述割草机车体上，所述检测机构通过所述固定架与所述支架座相连接；所述固定架包括连接杆、固定框、前伸杆和前伸固定杆，其中，所述固定框通过所述连接杆与所述支架座相连接；本发明采用机械检测果园障碍物的方式，通过与障碍物触碰接触从而检测障碍物位姿信息实施避障，避免了现有技术中通过各种传感器检测障碍物时容易受到环境等多种因素影响的弊端；在果园环境中，机械避障更简单实用，性价比更高，在环境复杂的果园或其他园林中适用性更好。

Description

一种果园障碍物机械检测装置
技术领域
本发明涉及园林机械设备制造技术领域，具体涉及一种果园障碍物机械检测装置。
背景技术
果园行业发展迅速，在果园的日常维护中，杂草的清除日益重要，但由于果园环境复杂，存在多种不同类型的障碍物，在除草过程中一定程度上影响了日常作业。目前用于果园除草的工具主要有背负式汽油除草机、乘坐式割草机、遥控式割草机等，但这些都需要人工操作才能完成，不仅效率低，也增加了人工成本，因此，果园除草逐渐向智能化发展。传统用于果园智能除草机械障碍物检测的方式主要以激光雷达、超声波等传感器为主，虽然能实现障碍物检测的目的，但也受到诸如光照、路面不平等多种因素的影响，这就影响了障碍物的检测精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种果园障碍物机械检测装置，该装置针对果园环境复杂多变的特点，采用机械式检测，满足日常障碍物的检测需求，并且受外界环境影响较小，有效增加了障碍物的检测精度，提高割草机器的通用性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种果园障碍物机械检测装置，包括割草机车体、支架座、固定架和检测机构，其中，所述支架座设置于所述割草机车体上，所述检测机构通过所述固定架与所述支架座相连接；
所述固定架包括连接杆、固定框、前伸杆和前伸固定杆，其中，所述固定框通过所述连接杆与所述支架座相连接；所述固定框包括横杆和竖杆，所述竖杆设有两个，所述横杆设有三个，所述横杆和竖杆构成“日”字形结构的固定框，所述连接杆固定在所述固定框的四个边角处；所述前伸杆与所述固定框的中部横杆相连接；所述前伸固定杆设有两个，分别与所述固定框的上部和下部横杆相连接；
所述检测机构包括旋转中心轴、回正机构、角度传感器和弧形检测结构，其中，所述旋转中心轴中部与所述前伸杆相连接，所述旋转中心轴上部和下部分别与所述两个前伸固定杆相连接；所述回正机构设置在所述前伸杆内且与所述旋转中心轴相连接，所述回正机构包括固定螺栓、凸轮轴、油封盖和连接板，其中，所述连接板通过所述固定螺栓与所述前伸杆相连接，所述油封盖与所述连接板相连接，所述凸轮轴与所述油封盖相连接，所述凸轮轴与所述旋转中心轴固定连接；所述角度传感器设置在所述旋转中心轴上；所述弧形检测结构设有两个且分别设置在所述旋转中心轴的两端；所述弧形检测结构包括弧形臂支架、弧形臂和接触部件，所述弧形臂支架与所述旋转中心轴相连接，所述弧形臂与所述弧形臂支架相连接，所述接触部件设有多个且均匀分布在所述弧形臂上；所述接触部件包括伸缩杆、弹性部件、接触横板和压力传感器，所述接触横板通过该所述伸缩杆与所述弧形臂相连接，所述伸缩杆设有两个，所述压力传感器设置在两个伸缩杆之间，且所述压力传感器位于所述接触横板下方，所述弹性部件设置在所述伸缩杆上。
优选地，所述弧形臂支架与所述弧形臂的连接处设有调节螺栓。
优选地，所述连接杆与所述固定框的连接处设有加强肋。
优选地，所述角度传感器设有两个，分别设置在所述旋转中心轴的上部和下部。
优选地，所述回正机构的连接板上设有用于调节回位速度的速度调节螺钉。
优选地，所述弹性部件为回位弹簧。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
本发明采用机械检测果园障碍物的方式，通过与障碍物触碰接触从而检测障碍物位姿信息实施避障，避免了现有技术中通过各种传感器检测障碍物时容易受到环境等多种因素影响的弊端；在果园环境中，机械避障更简单实用，性价比更高，在环境复杂的果园或其他园林中适用性更好；本发明的割草机车体在前进过程中通过接触部件检测到障碍物，并根据旋转中心轴的角度传感器测得旋转角度从而确定障碍物的方位，最后根据预设的角度范围与对应的距离关系得出障碍物相对于车体中心的距离从而精确定位障碍物详细的位姿信息，从而实现避障；相对于传统根据激光雷达等传感器检测障碍物，本发明采用机械避障的方式，在果园环境中不会受到光照等因素的影响，适用性更高，检测精度更好。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明固定架和检测机构的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明接触部件的结构示意图；
图5为本发明回正机构的结构示意图；
图6为本发明的运动学分析图。
图中附图标记为：1、割草机车体；2、支架座；3、固定架；4、检测机构；5、连接杆；6、横杆；7、调节螺栓；8、旋转中心轴；9、回正机构；10、角度传感器；11、弧形臂支架；12、接触部件；13、弧形臂；14、压力传感器；15、前伸固定杆；16、前伸杆；17、竖杆；18、加强肋；19、接触横板；20、伸缩杆；21、回位弹簧；22、固定螺栓；23、凸轮轴；24、油封盖；25、连接板；26、速度调节螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～6所示，一种果园障碍物机械检测装置，包括割草机车体1、支架座2、固定架3和检测机构4，其中，所述支架座2设置于所述割草机车体1上，所述检测机构4通过所述固定架3与所述支架座2相连接；
所述固定架3包括连接杆5、固定框、前伸杆16和前伸固定杆15，其中，所述固定框通过所述连接杆5与所述支架座2相连接；所述固定框包括横杆6和竖杆17，所述竖杆17设有两个，所述横杆6设有三个，所述横杆6和竖杆17构成“日”字形结构的固定框，所述连接杆5固定在所述固定框的四个边角处，所述连接杆5与所述固定框的连接处设有加强肋18；所述前伸杆16与所述固定框的中部横杆6相连接；所述前伸固定杆15设有两个，分别与所述固定框的上部和下部横杆6相连接；
所述检测机构4包括旋转中心轴8、回正机构9、角度传感器10和弧形检测结构，其中，所述旋转中心轴8中部与所述前伸杆16相连接，所述旋转中心轴8上部和下部分别与所述两个前伸固定杆15相连接；
所述回正机构9设置在所述前伸杆16内且与所述旋转中心轴8相连接，如图5所示，所述回正机构9包括固定螺栓22、凸轮轴23、油封盖24和连接板25，其中，所述连接板25通过所述固定螺栓22与所述前伸杆16相连接，所述油封盖24与所述连接板25相连接，所述凸轮轴23与所述油封盖24相连接，所述凸轮轴23与所述旋转中心轴8固定连接；所述回正机构9的连接板25上设有用于调节回位速度的速度调节螺钉26；旋转中心轴8旋转后可通过凸轮轴23的传递作用回位，回位速度可由调节螺钉控制；
所述角度传感器10设置在所述旋转中心轴8上，具体地，所述角度传感器10设有两个，分别设置在所述旋转中心轴8的上部和下部；所述弧形检测结构设有两个且分别设置在所述旋转中心轴8的两端；
所述弧形检测结构包括弧形臂支架11、弧形臂13和接触部件12，所述弧形臂支架11与所述旋转中心轴8相连接，所述弧形臂13与所述弧形臂支架11相连接，所述弧形臂支架11与所述弧形臂13的连接处设有调节螺栓7，调节螺栓7用于调节弧形臂13弧度大小；所述接触部件12设有多个且均匀分布在所述弧形臂13上；如图4所示，所述接触部件12包括伸缩杆20、弹性部件、接触横板19和压力传感器14，所述接触横板19通过该所述伸缩杆20与所述弧形臂13相连接，所述伸缩杆20设有两个，所述压力传感器14设置在两个伸缩杆20之间，且所述压力传感器14位于所述接触横板19下方，通过前后运动触碰压力传感器14检测障碍物，所述弹性部件设置在所述伸缩杆20上，所述弹性部件为回位弹簧21，通过回位弹簧21保证接触部件12压缩后可以回到起始位置。
如图6所示，本发明的工作原理如下：
通过检测障碍物相对于割草机车体中心的角度和距离从而确定障碍物的位姿信息，实施避障。
(1)障碍物方位角的确定：接触部件接触到障碍物后会绕旋转中心轴旋转，在角度传感器的作用下，测出检测机构由A1位置运动到A2位置时的角度θ2，以O1、O2连线为中心线，提前测出A1与中心线O1O2的角度θ1从而即可判断出障碍物的方向信息，即位于中心线O1O2的(θ1+θ2)的角度方向上。
(2)障碍物距离的确定：因预设弧形臂检测范围大约在120°左右，所以在误差允许的范围内，可分角度范围提前多次测量求O1A2的平均距离，根据检测机构的布置情况，在误差允许的范围内，可每10°设置一个角度分界点，提前测量在0～10°范围内O1A2的平均长度(可多次测量求平均值，减少误差)，然后测量10～20°范围内O1A2的平均长度，依此类推，这样便可以根据弧形臂的旋转角度θ2在哪个角度范围内，即可对应出O1A2相应的平均长度。
在确定障碍物方位角以及距离中心O1的距离后，即能精确定位障碍物的位置，从而进行避障。
本发明采用机械检测果园障碍物的方式，通过与障碍物触碰接触从而检测障碍物位姿信息实施避障，避免了现有技术中通过各种传感器检测障碍物时容易受到环境等多种因素影响的弊端；在果园环境中，机械避障更简单实用，性价比更高，在环境复杂的果园或其他园林中适用性更好；本发明的割草机车体在前进过程中通过接触部件检测到障碍物，并根据旋转中心轴的角度传感器测得旋转角度从而确定障碍物的方位，最后根据预设的角度范围与对应的距离关系得出障碍物相对于车体中心的距离从而精确定位障碍物详细的位姿信息，从而实现避障；相对于传统根据激光雷达等传感器检测障碍物，本发明采用机械避障的方式，在果园环境中不会受到光照等因素的影响，适用性更高，检测精度更好。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种果园障碍物机械检测装置，其特征在于，包括割草机车体、支架座、固定架和检测机构，其中，所述支架座设置于所述割草机车体上，所述检测机构通过所述固定架与所述支架座相连接；
所述固定架包括连接杆、固定框、前伸杆和前伸固定杆，其中，所述固定框通过所述连接杆与所述支架座相连接；所述固定框包括横杆和竖杆，所述竖杆设有两个，所述横杆设有三个，所述横杆和竖杆构成“日”字形结构的固定框，所述连接杆固定在所述固定框的四个边角处；所述前伸杆与所述固定框的中部横杆相连接；所述前伸固定杆设有两个，分别与所述固定框的上部和下部横杆相连接；
所述检测机构包括旋转中心轴、回正机构、角度传感器和弧形检测结构，其中，所述旋转中心轴中部与所述前伸杆相连接，所述旋转中心轴上部和下部分别与所述两个前伸固定杆相连接；所述回正机构设置在所述前伸杆内且与所述旋转中心轴相连接，所述回正机构包括固定螺栓、凸轮轴、油封盖和连接板，其中，所述连接板通过所述固定螺栓与所述前伸杆相连接，所述油封盖与所述连接板相连接，所述凸轮轴与所述油封盖相连接，所述凸轮轴与所述旋转中心轴固定连接；所述角度传感器设置在所述旋转中心轴上；所述弧形检测结构设有两个且分别设置在所述旋转中心轴的两端；所述弧形检测结构包括弧形臂支架、弧形臂和接触部件，所述弧形臂支架与所述旋转中心轴相连接，所述弧形臂与所述弧形臂支架相连接，所述接触部件设有多个且均匀分布在所述弧形臂上；所述接触部件包括伸缩杆、弹性部件、接触横板和压力传感器，所述接触横板通过该所述伸缩杆与所述弧形臂相连接，所述伸缩杆设有两个，所述压力传感器设置在两个伸缩杆之间，且所述压力传感器位于所述接触横板下方，所述弹性部件设置在所述伸缩杆上。
2.根据权利要求1所述的果园障碍物机械检测装置，其特征在于，所述弧形臂支架与所述弧形臂的连接处设有调节螺栓。
3.根据权利要求1所述的果园障碍物机械检测装置，其特征在于，所述连接杆与所述固定框的连接处设有加强肋。
4.根据权利要求1所述的果园障碍物机械检测装置，其特征在于，所述角度传感器设有两个，分别设置在所述旋转中心轴的上部和下部。
5.根据权利要求1所述的果园障碍物机械检测装置，其特征在于，所述回正机构的连接板上设有用于调节回位速度的速度调节螺钉。
6.根据权利要求1所述的果园障碍物机械检测装置，其特征在于，所述弹性部件为回位弹簧。
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