CN111066386A - 一种基于机器视觉的株间除草装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业机械领域，公开了一种基于机器视觉的株间除草装置，该除草装置由机体、滑块导轨、开合臂及末端执行器组成。装置采用了三点悬挂，可以挂接于不同工作平台，适应性强，机器视觉首先通过对苗带进行识别从而控制装置在导轨上运动，使装置工作位置一直位于苗带上方，实现了在不同环境下及不同车载平台下的精准工作，其次机器视觉识别苗草后进行精准铲除，大大提高了作业效率及质量，工作时随着车载平台在田间行走，识别到杂草控制齿条电机控制开合臂下降，末端执行器的齿刀交错后360°旋转，将杂草连根拔起并撕碎，除草质量优良，大大抑制了杂草的再生。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于机器视觉的株间除草装置，涉及农业机械领域，具体应用于农业领域多种作物的株间智能除草。
背景技术
农田杂草是农业生态系统中的一个组成部分，它直接或间接影响着农业生产。田间杂草同作物竞争水分和养分,表现在很多杂草根深叶茂，特别是旱区杂草根部深扎土中，对水分的吸收常大于作物，杂草侵占农田空间,影响作物进行光合作用,并且干扰作物生长,大大降低农作物的产量和质量还间接助长了病虫害的滋生和蔓延。根据统计,我国杂草危害面积庞大,单种作物的减少产量可达上亿千克。由此可见杂草的生长严重危害了我国农业的发展和农产品的质量,因此我们必须采取有效地方式对农田杂草进行防除,以保证我国农产品的产量和质量。为了防治杂草,国内外已经研制出各种方法有光化学除草法、电流除草法、机械除草法、生物除草、化学除草以及人工除草法等等。人工除草劳动强度大,耗时耗力,而且除草效率低下,己经不适应现代农业的发展。化学除草剂法除草省时省力,除草效率比较高,所以化学除草法很受广大农民的欢迎,成为目前的主要除草方式。但是,化学除草法多为大面积的喷洒除草剂,其中也包括没有杂草的区域,这样除草剂的很大一部分会喷洒到作物和土壤,不仅会造成除草剂的浪费,还会造成农产品中农药残留超标、环境污染以及人员中毒等等。机械除草作业是旱作农业可持续发展的一项关键性生产技术，是利用各种耕、翻、耙、中耕松土等措施在播种前、出苗前及各生育期等不同时期进行除草，能杀除已出土的杂草或将草籽深埋，或将地下茎翻出地面使之干死或冻死。这是我国北方旱区目前使用最为普遍的措施。因此机械除草作为一项前景光明的作业方法被迫切需要，随着我国科技水平的高速发展，对于机械除草的要求也在不断提高。传统的机械除草限制多，株间的杂草铲除技术不够完善，并且除草的效果不够理想，许多种类的杂草生命力顽强，强度不够的机械化作业远远不能达到所需要求。智能除草机器人正是在农田杂草危害严重,农业生产力相对落后这样的背景下提出的,与智能化相结合，与农业机械化要求相符合,与精准农业技术相一致,实现了农田除草的机械化、自动化和智能化,大大降低了农民劳动强度,减少了化学除草剂用量,保护生态环境，提高除草效率，加强除草精准程度。
本发明针对机械除草的作业质量及效果不够优良的背景下，设计了一款基于机器视觉的株间除草装置，该装置可适用于多种农作物的不同生长周期的除草作业。同时本发明的除草装置模块化，除草单元可以挂接于多种作业平台，并且能够适应于多种复杂的田间环境。而智能化的高速发展也随之带动了农业领域的进步，智能化与农业相结合是大势所趋，装置设有的摄像头有两个作用，一个是通过机器视觉来识别作物和杂草以达到精确除草的效果，另一个作用就是实现工作状态的实时调整，可以适用于复杂的田间作业以及挂接平台带来的偏差及影响，旋转360°的除草执行器无论面对何种杂草类型都可以做到将杂草连根拔起，作业效果极佳。
发明内容
传统除草机械质量差、伤苗率高、作业效果不佳，为了克服传统除草机械存在的各种问题，本发明提供了一种基于机器视觉的株间除草装置，该装置适用于多种农作物下不同生长周期的除草工作，并且伴随着智能农业时代的到来，农业与智能化相结合成为了推动农业进步的动力源，智能化的结合使农业作业更加的高效率、高质量、高精确。
为了实现上述的目的，本发明所提供的技术方案是一种基于机器视觉的株间除草装置，其特征是装置由三点悬挂、导轨、机体、执行机构组成，三点悬挂由悬挂臂1、悬挂臂固定端2、悬挂下端3组成，导轨由滑轨30、滑轨底板31、滑块底板32、光轴固定33、光轴34、滑块固定35、滑块36、推杆电机接头37、推杆电机盒38、推杆电机39组成，机体由机架4、开合臂固定耳5、连杆6、开合臂7、软轴9、软轴接头13、换向器14、连杆连接15、齿条16、齿条电机17、限位开关18、限位开关支架19、步进电机20组成，执行机构由轴套8、齿刀10、齿刀固定耳11、齿刀轴12、铜套29组成，视觉系统由摄像头26、旋转架27、摄像头固定28组成，控制箱由上盖21、合页122、合页轴23、合页224、箱体25组成，其中滑轨30通过沉头螺栓固定于滑轨底板31，滑块36通过滑块固定35固定于滑块底板32，光轴固定33固定于滑块底板35，推杆电机39安装于推杆电机盒38内，推杆电机盒38固定于滑轨底板31上，光轴34通过推杆电机接头37与推杆电机39相连接，滑块36与滑轨30配合安装，悬挂臂固定端2和悬挂下端3固定于滑轨底板31的另一侧，悬挂臂1与悬挂臂固定端2通过销连接构成三点悬挂，齿条电机17两侧对称放置，通过螺栓固定于机架4上，齿条16安装于齿条电机17内，齿条16下端与连杆连接15通过螺栓连接，连杆连接15与两块连杆6的一端通过销连接，连杆6的另一端与开合臂7中间开孔部位通过销连接，开合臂7的上端开孔部位通过开合臂固定耳5固定于机架4上，限位开关18固定于限位开关支架19上，限位开关支架19通过螺栓与机架4固定，开合臂7的下端与轴套8通过齿刀轴12连接，齿刀轴12与开合臂7间装配有铜套29，一组齿刀固定耳11按尺寸焊接于轴套8上，一组齿刀10与一组齿刀固定耳11通过螺栓连接，步进电机20固定于机架4上，换向器14与步进电机20配合安装，换向器14的输出轴安装有软轴接头13，软轴接头13与末端执行器的齿刀轴12一侧通过软轴9连接来进行动力传动，摄像头26与旋转架27固定，旋转架27与摄像头固定28通过销连接，摄像头固定28通过螺栓固定于机架4上，控制箱固定于机架4上。
整机通过悬挂臂1、悬挂臂固定端2、悬挂下端3构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头26位于苗带上方进行视觉检测，检测到杂草后齿条16向下运动，带动连杆6，进而带动开合臂7关闭，同时步进电机20输出动力到换向器14，换向器14输出两个动力轴，再通过软轴9进行动力的向下传递，传递到齿刀轴12，齿刀轴12带动安装有齿刀10的轴套8进行360°的旋转，两侧齿刀10交错排列的方式可以使两侧齿刀10交错在一起，在旋转过程中对作业范围内的杂草进行强力的拉扯和撕碎，开合臂7的运动和步进电机20的动力输出配合进行，完成对杂草的铲除以及对作物的规避。整机与导轨连接，导轨通过三点悬挂的方式与车载平台挂接，摄像头26位于苗带上方进行视觉检测，识别苗带的路线，当车载平台行驶出现误差以及田间复杂环境造成颠簸时，推杆电机39推动滑块36的运动，进而带动与滑块底板32固定的整机，实现除草装置的实时运动，保证了除草装置一直在苗带上方除草作业，大大的提高了作业的精度。
本发明与现有技术比较，有如下优点和有益效果：本发明针对现在农业机械除草的株间除草技术不够成熟而研制，其适用范围广，适应于多种作物的不同生长周期的除草作业，与智能化相结合的优势大大的提高了除草的作业效率，开合臂的方式能够大大节省空间并且提高避苗率，360°的齿刀旋转能够将置于作业范围内的杂草进行强有力的拉扯和撕碎，将杂草全部拉扯暴露于空气中，避免了杂草的根茎继续繁殖，可以适用于铲除各种不同类型的杂草，对杂草杀伤效果更加完全，视觉系统实现的苗带动态捕捉，大大解决了因为车载平台带来的行驶误差和田间复杂环境使装置颠簸造成的作业精准度下降的问题。
附图说明
图1为本发明的简图
图2为本发明的侧视图
图3为本发明的主视图
图4为本发明的导轨装置的简图
具体实施方式
一种基于机器视觉的株间除草装置，其特征是装置由三点悬挂、导轨、机体、执行机构组成，三点悬挂由悬挂臂1、悬挂臂固定端2、悬挂下端3组成，导轨由滑轨30、滑轨底板31、滑块底板32、光轴固定33、光轴34、滑块固定35、滑块36、推杆电机接头37、推杆电机盒38、推杆电机39组成，机体由机架4、开合臂固定耳5、连杆6、开合臂7、软轴9、软轴接头13、换向器14、连杆连接15、齿条16、齿条电机17、限位开关18、限位开关支架19、步进电机20组成，执行机构由轴套8、齿刀10、齿刀固定耳11、齿刀轴12、铜套29组成，视觉系统由摄像头26、旋转架27、摄像头固定28组成，控制箱由上盖21、合页122、合页轴23、合页224、箱体25组成，其中滑轨30通过沉头螺栓固定于滑轨底板31，滑块36通过滑块固定35固定于滑块底板32，光轴固定33固定于滑块底板35，推杆电机39安装于推杆电机盒38内，推杆电机盒38固定于滑轨底板31上，光轴34通过推杆电机接头37与推杆电机39相连接，滑块36与滑轨30配合安装，悬挂臂固定端2和悬挂下端3固定于滑轨底板31的另一侧，悬挂臂1与悬挂臂固定端2通过销连接构成三点悬挂，齿条电机17两侧对称放置，通过螺栓固定于机架4上，齿条16安装于齿条电机17内，齿条16下端与连杆连接15通过螺栓连接，连杆连接15与两块连杆6的一端通过销连接，连杆6的另一端与开合臂7中间开孔部位通过销连接，开合臂7的上端开孔部位通过开合臂固定耳5固定于机架4上，限位开关18固定于限位开关支架19上，限位开关支架19通过螺栓与机架4固定，开合臂7的下端与轴套8通过齿刀轴12连接，齿刀轴12与开合臂7间装配有铜套29，一组齿刀固定耳11按尺寸焊接于轴套8上，一组齿刀10与一组齿刀固定耳11通过螺栓连接，步进电机20固定于机架4上，换向器14与步进电机20配合安装，换向器14的输出轴安装有软轴接头13，软轴接头13与末端执行器的齿刀轴12一侧通过软轴9连接来进行动力传动，摄像头26与旋转架27固定，旋转架27与摄像头固定28通过销连接，摄像头固定28通过螺栓固定于机架4上，控制箱固定于机架4上。
整机通过悬挂臂1、悬挂臂固定端2、悬挂下端3构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头26位于苗带上方进行视觉检测，检测到杂草后齿条16向下运动，带动连杆6，进而带动开合臂7关闭，同时步进电机20输出动力到换向器14，换向器14输出两个动力轴，再通过软轴9进行动力的向下传递，传递到齿刀轴12，齿刀轴12带动安装有齿刀10的轴套8进行360°的旋转，两侧齿刀10交错排列的方式可以使两侧齿刀10交错在一起，在旋转过程中对作业范围内的杂草进行强力的拉扯和撕碎，开合臂7的运动和步进电机20的动力输出配合进行，完成对杂草的铲除以及对作物的规避。整机与导轨连接，导轨通过三点悬挂的方式与车载平台挂接，摄像头26位于苗带上方进行视觉检测，识别苗带的路线，当车载平台行驶出现误差以及田间复杂环境造成颠簸时，推杆电机39推动滑块36的运动，进而带动与滑块底板32固定的整机，实现除草装置的实时运动，保证了除草装置一直在苗带上方除草作业，大大的提高了作业的精度。
Claims (3)
1.一种基于机器视觉的株间除草装置，其特征在于，装置由三点悬挂、导轨、机体、执行机构组成，三点悬挂由悬挂臂(1)、悬挂臂固定端(2)、悬挂下端(3)组成，导轨由滑轨(30)、滑轨底板(31)、滑块底板(32)、光轴固定(33)、光轴(34)、滑块固定(35)、滑块(36)、推杆电机接头(37)、推杆电机盒(38)、推杆电机(39)组成，机体由机架(4)、开合臂固定耳(5)、连杆(6)、开合臂(7)、软轴(9)、软轴接头(13)、换向器(14)、连杆连接(15)、齿条(16)、齿条电机(17)、限位开关(18)、限位开关支架(19)、步进电机(20)组成，执行机构由轴套(8)、齿刀(10)、齿刀固定耳(11)、齿刀轴(12)、铜套(29)组成，视觉系统由摄像头(26)、旋转架(27)、摄像头固定(28)组成，控制箱由上盖(21)、合页1(22)、合页轴(23)、合页2(24)、箱体(25)组成，其中滑轨(30)通过沉头螺栓固定于滑轨底板(31)，滑块(36)通过滑块固定(35)固定于滑块底板(32)，光轴固定(33)固定于滑块底板(35)，推杆电机(39)安装于推杆电机盒(38)内，推杆电机盒(38)固定于滑轨底板(31)上，光轴(34)通过推杆电机接头(37)与推杆电机(39)相连接，滑块(36)与滑轨(30)配合安装，悬挂臂固定端(2)和悬挂下端(3)固定于滑轨底板(31)的另一侧，悬挂臂(1)与悬挂臂固定端(2)通过销连接构成三点悬挂，齿条电机(17)两侧对称放置，通过螺栓固定于机架(4)上，齿条(16)安装于齿条电机(17)内，齿条(16)下端与连杆连接(15)通过螺栓连接，连杆连接(15)与两块连杆(6)的一端通过销连接，连杆(6)的另一端与开合臂(7)中间开孔部位通过销连接，开合臂(7)的上端开孔部位通过开合臂固定耳(5)固定于机架(4)上，限位开关(18)固定于限位开关支架(19)上，限位开关支架(19)通过螺栓与机架(4)固定，开合臂(7)的下端与轴套(8)通过齿刀轴(12)连接，齿刀轴(12)与开合臂(7)间装配有铜套(29)，一组齿刀固定耳(11)按尺寸焊接于轴套(8)上，一组齿刀(10)与一组齿刀固定耳(11)通过螺栓连接，步进电机(20)固定于机架(4)上，换向器(14)与步进电机(20)配合安装，换向器(14)的输出轴安装有软轴接头(13)，软轴接头(13)与末端执行器的齿刀轴(12)一侧通过软轴(9)连接来进行动力传动，摄像头(26)与旋转架(27)固定，旋转架(27)与摄像头固定(28)通过销连接，摄像头固定(28)通过螺栓固定于机架(4)上，控制箱固定于机架(4)上。
2.根据权利要求1所述，整机通过悬挂臂(1)、悬挂臂固定端(2)、悬挂下端(3)构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头(26)位于苗带上方进行视觉检测，检测到杂草后齿条(16)向下运动，带动连杆(6)，进而带动开合臂(7)关闭，同时步进电机(20)输出动力到换向器(14)，换向器(14)输出两个动力轴，再通过软轴(9)进行动力的向下传递，传递到齿刀轴(12)，齿刀轴(12)带动安装有齿刀(10)的轴套(8)进行360°的旋转，两侧齿刀(10)交错排列的方式可以使两侧齿刀(10)交错在一起，在旋转过程中对作业范围内的杂草进行强力的拉扯和撕碎，开合臂(7)的运动和步进电机(20)的动力输出配合进行，完成对杂草的铲除以及对作物的规避。
3.根据权利要求1所述，整机与导轨连接，导轨通过三点悬挂的方式与车载平台挂接，摄像头(26)位于苗带上方进行视觉检测，识别苗带的路线，当车载平台行驶出现误差以及田间复杂环境造成颠簸时，推杆电机(39)推动滑块(36)的运动，进而带动与滑块底板(32)固定的整机，实现除草装置的实时运动，保证了除草装置一直在苗带上方除草作业，大大的提高了作业的精度。
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