CN109974590A - 一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，由微处理器模块、测距模块、传动模块和外壳模块构成；所述微处理器模块由stm32f103c8微处理器及其外围电路组成；所述测距模块选用红外测距传感器GP2Y0A21；所述传动模块由主动圆锥齿轮、1#从动圆锥齿轮、2#从动圆锥齿轮、1#带传动装置、2#带传动装置、LX371WG电机和搭载架组成；所述外壳模块由钢制顶盖、聚丙烯材料制成的外筒、内筒以及接触片组成，所述圆筒的内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆和2#抬升杆；所述微处理器模块固定在所述外壳模块中的顶盖内表面，用于驱动所述传动模块中的LX371WG电机，所述测距模块安置于所述微处理器模块的正下方并直接与之连接。本发明具有测距精确、快速、稳定性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，主要涉及一种能够准确且高速测量茶叶的采摘深度，根据所得茶垄的纵深，使采茶机实时调整以便对茶垄表面的茶叶嫩芽进行采摘。
背景技术
茶叶嫩芽采摘机是从茶树顶梢采收新嫩茶叶的作物收获机械。但市面上的采摘器械多需要手持且使用费力，阻碍机械采摘茶垄表面茶叶嫩芽的主要原因之一就在于茶垄的纵深无法精确获得，往往采取一刀切模式，不仅对茶树有着极大的损伤，采摘下来的老茶叶、嫩芽以及茶梗混合一起且不完整，大大降低了采摘下来的茶叶品质。
目前机器采摘茶叶的纵深确定以物理触碰方式居多，鉴于受天气影响以及算法的复杂性较少采用图像处理的方法，前者是通过电机驱动触碰面按压茶垄，并通过压力传感器反馈按压力，当压力达到一定阈值时确定为茶垄接触平面，但压力控制不当则会压伤大量茶叶嫩芽且测量不精确，后者则存储量需求大、算法难使得处理时间较慢，无法满足实际需求，故提出一种能够实时精准测量茶陇纵深的装置尤为重要。
发明内容
本发明的技术方案为：一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，其特征在于，由微处理器模块、测距模块、传动模块和外壳模块构成；所述微处理器模块由stm32f103c8微处理器及其外围电路组成；所述测距模块选用红外测距传感器GP2Y0A21；所述传动模块由主动圆锥齿轮、1#从动圆锥齿轮、2#从动圆锥齿轮、1#带传动装置、2#带传动装置、LX371WG电机和搭载架组成；所述外壳模块由钢制顶盖、聚丙烯材料制成的外筒、内筒以及接触片组成，所述圆筒的内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆和2#抬升杆；所述微处理器模块固定在所述外壳模块中的顶盖的内表面，用于驱动所述传动模块中的LX371WG电机，所述测距模块安置于所述微处理器模块的正下方并直接与之连接。
所述传动模块中的所述LX371WG电机固定于顶盖外表面，其转轴依次穿过顶盖中央的开孔、搭载架顶部的边框中央开孔固接所述主动圆锥齿轮的转轴；所述主动圆锥齿轮分别啮合其左右两侧的所述2#从动圆锥齿轮和所述1#从动圆锥齿轮；所述1#带传动装置、2#带传动装置分别对称安置于搭载架内的左右两侧且结构完全相同，由上下两个转轮和套接在两个转轮上的传动带组成；所述搭载架是一个矩形框架且置于外筒和内筒的内部，由螺栓螺母通过其顶端横架左右两开孔固定在顶盖上，其顶端横架中央有一小孔以便LX371WG电机的转轴穿过。
所述传动模块中的1#从动圆锥齿轮和所述1#带传动装置的上转轮与转轴右端通过轴承连接，使上转轮随1#从动圆锥齿轮绕转轴同向转动；所述转轴的左端则以相同的结构方式固接所述2#带传动装置；所述转轴的两端固定在所述搭载架左右两侧竖架上的靠近上端的对称两孔内，所述1#带传动装置、2#带传动装置的下转轮则分别通过2个转轴连接在所述搭载架左右两侧竖架上的靠近下端的对称两孔内；所述1#带传动装置的传动带外侧用粘合剂固定有两个对称分布的硬质橡胶材料的1#凸起和2#凸起；所述2#带传动装置的传动带上也同样有对称分布的3#凸起和4#凸起，且1#凸起和3#凸起、2#凸起和4#凸起分别均位于两个传动带的同一水平面上。
所述外壳模块中的内筒嵌套在外筒的内部，所述外筒的顶端通过螺栓与顶盖固接，外筒的底端和所述内筒顶端均为空，外筒的底部边框向内凸使得其框底的内径小于内筒的顶部边框向外凸所形成的最大内径，以防内筒下落时从外筒内脱出；所述内筒的底框固定有接触片，在内筒的内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆和2#抬升杆，2个抬升杆的长度小于内筒直径的1/2，凸起的长度保证其末端超出抬升杆轴线的距离始终位于抬升杆端面半径之内。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明传动模块结构示意图。
图3为本发明传动模块从动圆锥齿轮与带传动装置的上转轮连接示意图。
图4为本发明外壳模块结构关系示意图。
图5为本发明工作原理示意图。
在图1-图4中，（1）微处理器模块，（2）测距模块，（3）主动圆锥齿轮，（4）1#从动圆锥齿轮，（5）2#从动圆锥齿轮，（6）1#带传动装置，（7）2#带传动装置，（8）LX371WG电机，（9）搭载架，（10）外筒，（11）内筒，（12）顶盖,（13）转轴，（14）1#凸起，（15）2#凸起，（16）3#凸起，（17）4#凸起，（18）轴承，（19）上转轮，（20）1#抬升杆，（21）2#抬升杆,（22）接触片。
具体实施方式
参照图1，一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，由微处理器模块（1）、测距模块（2）、传动模块和外壳模块构成；所述微处理器模块（1）由stm32f103c8微处理器及其外围电路组成；所述测距模块（2）选用红外测距传感器GP2Y0A21；所述传动模块由主动圆锥齿轮（3）、1#从动圆锥齿轮（4）、2#从动圆锥齿轮（5）、1#带传动装置（6）、2#带传动装置（7）、LX371WG电机（8）和搭载架 （9）组成；所述外壳模块由钢制的顶盖（12）、聚丙烯材料制成的外筒 （10）、内筒 （11）以及接触片 （22）组成，外筒（11）的内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆（20）和2#抬升杆（21）；所述微处理器模块（1）固定在所述外壳模块中的顶盖（12）的内表面，用于驱动所述传动模块中的LX371WG电机 （8），所述测距模块（2）安置于所述微处理器模块（1）的正下方并直接与之连接。
参照图1、图2，所述传动模块中的所述LX371WG电机（8）固定于顶盖（12）的外表面，其转轴依次穿过顶盖（12）中央的开孔、搭载架（9）顶部的边框中央开孔固接所述主动圆锥齿轮（3）的转轴；所述主动圆锥齿轮 （3）分别啮合其左右两侧的所述2#从动圆锥齿轮（5）和所述1#从动圆锥齿轮（4）；所述1#带传动装置（7） 、2#带传动装置（6）分别对称安置于搭载架（9）内的左右两侧且结构完全相同，由上下两个转轮和套接在两个转轮上的传动带组成；所述搭载架（9）是一个矩形框架且置于外筒（10）和内筒（11）内部，由螺栓螺母通过其顶端横架左右两开孔固定在顶盖（12）上，其顶端横架中央有一小孔以便LX371WG电机（8）的转轴穿过。
参照图1、图2、图3，所述传动模块中的1#从动圆锥齿轮（4）和所述1#带传动装置（6）的上转轮（19）与转轴（13）右端通过轴承（18）连接，使上转轮（19）随1#从动圆锥齿轮（4）绕转轴（13）同向转动；所述转轴（13）的左端则以相同的结构方式固接所述2#带传动装置（7）；所述转轴（13）的两端固定在所述搭载架（9）左右两侧竖架上的靠近上端的对称两孔内，所述1#带传动装置（6）、2#带传动装置（7）的下转轮则分别通过2个转轴连接在所述搭载架（9）左右两侧竖架上的靠近下端的对称两孔内；所述1#带传动装置（6）的传动带外侧用粘合剂固定有两个对称分布的1#凸起（14）和2#凸起（15）；所述2#带传动装置（7）的传动带上也同样有对称分布的3#凸起（16）和4#凸起（17），且1#凸起（14）和3#凸起（16）、2#凸起（15）和4#凸起（17）分别均位于两个传动带的同一水平面上。
参照图4、图5，所述外壳模块中的内筒 （11）嵌套在外筒 （10）内，所述外筒（10）的顶端与顶盖（12）通过螺栓固接，外筒（10）的底端和所述内筒（11）的顶端均为空，外筒（10）底部边框向内凸使得其框底的内径小于内筒（11）顶部边框向外凸所形成的最大内径，以防内筒下落时从外筒内脱出；所述内筒 （11）的底框固定有接触片（22），在内筒（11）内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆（20）和2#抬升杆（21），2个抬升杆的长度小于内筒（11）直径的1/2。
本发明的工作过程如下：所述微处理器模块(1)控制LX371WG电机(8)转动，LX371WG电机(8)带动主动圆锥齿轮(3)，从而带动1#从动圆锥齿轮(4)、2#从动圆锥齿 轮(5)朝相反的方向转动，两个从动圆锥齿轮进一步带动1#带传动装置(6)、2#带传动装 置(7)向相反方向转动，4个凸起则随对应的带传动装置转动而运动，在抬升杆的协同运动 下即会改变内筒(11)的高度。以图5中的工作状态为例，当1#凸起(14)转过最低点时， 在1#带传动装置(6)的转动下会使得1#凸起(14)向上运动，在上升过程中1#凸起(14) 会接触固定于内筒(11)内壁的1#抬升杆(20)并使之也向上提升，由于1#凸起(14)和 3#凸起(16)位于同一水平面，在1#凸起(14)接触并提升1#抬升杆(20)时，3#凸起(16) 也同时接触并提升2#抬升杆(21)，因而内筒(11)在两个抬升杆施加的平衡抬升力作用下 会向上运动，当1#凸起(14)、2#凸起(16)同时向上运动转过水平面时即与对应的1#抬升 杆(20)、2#抬升杆(21)分离，内筒(11)会自由落体下落，此时所述2#凸起(15)与4# 凸起(17)处于对应带传动装置的最低点，当内筒(11)底端的接触片(22)触碰到茶垄表 面则内筒(11)停止下落，测距模块(2)随即实时测距并将测得数据传输至微处理器模块(1)， 微处理器模块(1)对其分析并计算出茶垄的纵深距离，由此完成一次完整的测距过程；在两 个带传送装置的持续转动下，位于同一水平面的另外一组凸起即2#凸起(15)、4#凸起(17) 接触并提升对应的两个抬升杆从而抬动内筒(11)上升，开始下一轮测距工作过程，如此循 环往复即可达到快速测量茶陇纵深的目的。
Claims (2)
1.一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，其特征在于，由微处理器模块、测距模块、传动模块和外壳模块构成；所述微处理器模块由stm32f103c8微处理器及其外围电路组成；所述测距模块选用红外测距传感器GP2Y0A21；所述传动模块由主动圆锥齿轮、1#从动圆锥齿轮、2#从动圆锥齿轮、1#带传动装置、2#带传动装置、LX371WG电机和搭载架组成；所述外壳模块由钢制顶盖、聚丙烯材料制成的外筒、内筒以及接触片组成，所述外筒的内壁靠近顶端的左右两侧通过螺纹对称固接有钢制的1#抬升杆和2#抬升杆；所述微处理器模块固定在所述外壳模块中的顶盖的内表面，用于驱动所述传动模块中的LX371WG电机，所述测距模块安置于所述微处理器模块的正下方并直接与之连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外测距的茶垄纵深检测装置，其特征在于，所述传动模块中的所述LX371WG电机固定于顶盖上外表面，其转轴依次穿过外筒顶部的开孔、搭载架顶部的边框中央开孔固接所述主动圆锥齿轮的转轴；所述主动圆锥齿轮分别啮合其左右两侧的所述2#从动圆锥齿轮和所述1#从动圆锥齿轮；所述1#带传动装置、2#带传动装置分别对称安置于搭载架内的左右两侧且结构完全相同，由上下两个转轮和套接在两个转轮上的传动带组成；所述搭载架是一个矩形框架且置于外筒和内筒的内部，由螺栓螺母通过其顶端横架左右两开孔固定在顶盖上，其顶端横架中央有一小孔以便LX371WG电机的转轴穿过。
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