CN111557177B - 一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法，属于灌木修剪割除领域。本发明通过探杆测量乔木树干或立杆，利用顶珠机构控制探杆在初始位置的锁止力，屏蔽了灌木对检测装置的干扰，并通过探杆装置结合角度传感器，利用三角函数关系实时测量出灌木割除装置的运动速度，所以本测量方法对灌木割除装置的速度稳定性要求不高，测量简单，特别适合智能林下灌木割除装置的障碍物检测。

Description

一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法
技术领域
本发明属于灌木修剪割除领域，尤其涉及一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法。
背景技术
国内的公路绿化带以灌木为主，灌木中间每隔一段距离经常夹杂乔木，另外由于安装监控或路灯需求，灌木中也夹杂着刚性立杆，现有的绿篱修剪设备没有障碍物检测装置，在作业时需要操作工人时刻注意这些障碍物，以免刚性立杆或乔木的树干损坏修剪设备。工人在操作时需要一边驾驶车辆，一边操纵修剪设备避障，这种作业方式增加了工人的劳动强度，降低了修剪效率。由于灌木和立杆或树干掺杂在一起，传统的检测方法容易受到灌木的干扰，无法满足智能林下灌木割除装置的障碍物检测要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法。本发明的技术方案如下：一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法，探杆1的长度为l，其初始位置与竖直位置支架4的夹角为90°，探杆1与支架4通过轴6连接到一起，轴6上装有扭力弹簧7，探杆1绕轴6自由转动，扭力弹簧7使探杆1具有逆时针转动的趋势；初始位置时，顶珠机构9的钢珠在内部弹簧的作用下进入到探杆1下面的孔中，使探杆1锁止；探杆1和支架4一起往前运动，探杆1碰到障碍物2时，在障碍物2的作用下，探杆1摆脱顶珠机构9的约束，绕轴6顺时针旋转；当障碍物2由A位置移动到B位置时，探杆1的转角达到最大，为α；支架4继续往前移动，障碍物2与探杆1脱离接触，探杆1在扭力弹簧7的作用下逆时针旋转，恢复到初始位置，在顶珠机构9的钢珠的作用下，探杆1与支架4保持90°夹角；切除装置3前端与轴6的距离为c，切除装置3能够绕支架4上的轴5转动，切除装置3的宽度为d，长度为e；支架4的移动速度为v；具体按以下步骤进行，
(1)障碍物2从接触到探杆1到脱离探杆1移动的距离a＝l*sinα；
(2)障碍物2在A位置接触到探杆1时，探杆1与支架4的夹角发生变化，开始计时，当障碍物2到达B位置时，所用的时间为t1，支架4的移动速度
Figure BDA0002493555330000021
(3)障碍物2与支架4之间的距离b＝l*cosα；
(4)障碍物2从B位置到达切除装置3的前端所需的时间为
Figure BDA0002493555330000022
(5)在障碍物2到达切除装置3的前端之前，切除装置3绕轴5顺时针转动角度
Figure BDA0002493555330000023
即可实现障碍物2与切除装置3不干涉，切除装置3转动的角速度
Figure BDA0002493555330000024
(6)障碍物2从切除装置3的前端到达切除装置3的后端，所用时间为
Figure BDA0002493555330000025
此时，切除装置3逆时针旋转角度
Figure BDA0002493555330000026
回到原来的位置，继续切除灌木，完成避障的一个循环。
每次作业之前需根据所切除灌木的种类，调整顶紧螺栓8，以调整顶珠机构9内部的弹簧预紧力，进而调整顶珠机构9对于探杆1在初始位置时的卡紧力，使灌木碰到探杆1时，探杆1不绕轴6转动，而障碍物2碰到探杆1时，探杆1绕轴6转动。
本发明的障碍物检测方法，每次遇到障碍物时，重新测量支架的移动速度v，所以本测量方法对灌木割除装置的速度稳定性要求不高，测量简单，特别适合智能林下灌木割除装置的障碍物检测。
附图说明
图1为本发明的俯视示意图；
图2为本发明的正视示意图；
图3为本发明的探杆轴部示意图。
具体实施方式
每次作业之前需根据所切除灌木的种类，调整顶紧螺栓8，以调整顶珠机构9内部的弹簧预紧力，进而调整顶珠机构9对于探杆1在初始位置时的卡紧力，使灌木碰到探杆1时，探杆1不绕轴6转动，而障碍物2碰到探杆1时，探杆1绕轴6转动。如果卡紧力太大，则探杆1与障碍物之间的碰撞力增大，容易产生噪音，误伤树干或立杆，如果卡紧力太小，则灌木产生的阻力使探杆1发生旋转，产生误检测，所以每次作业之前，必须根据本次作业所切除灌木的种类调整整顶珠机构9的预紧力。
探杆1的长度为l，其初始位置与竖直位置支架4的夹角为90°，探杆1与支架4通过轴6连接到一起，轴6上装有扭力弹簧7，探杆1绕轴6自由转动，扭力弹簧7使探杆1具有逆时针转动的趋势；初始位置时，顶珠机构9的钢珠在内部弹簧的作用下进入到探杆1下面的孔中，使探杆1锁止；探杆1和支架4一起往前运动，探杆1碰到障碍物2时，在障碍物2的作用下，探杆1摆脱顶珠机构9的约束，绕轴6顺时针旋转；当障碍物2由A位置移动到B位置时，探杆1的转角达到最大，为α；支架4继续往前移动，障碍物2与探杆1脱离接触，探杆1在扭力弹簧7的作用下逆时针旋转，恢复到初始位置，在顶珠机构9的钢珠的作用下，探杆1与支架4保持90°夹角；切除装置3前端与轴6的距离为c，切除装置3能够绕支架4上的轴5转动，切除装置3的宽度为d，长度为e；支架4的移动速度为v；具体按以下步骤进行，
(1)障碍物2从接触到探杆1到脱离探杆1移动的距离a＝l*sinα；
(2)障碍物2在A位置接触到探杆1时，探杆1与支架4的夹角发生变化，开始计时，当障碍物2到达B位置时，探杆1的转角达到最大，记录此时的转角为α，所用的时间为t1，支架4的移动速度
Figure BDA0002493555330000041
(3)障碍物2与支架4之间的距离b＝l*cosα；
(4)障碍物2从B位置到达切除装置3的前端所需的时间为
Figure BDA0002493555330000042
(5)在障碍物2到达切除装置3的前端之前，切除装置3绕轴5顺时针转动角度
Figure BDA0002493555330000043
即可实现障碍物2与切除装置3不干涉，根据预算的时间t2，系统自动算出切除装置3转动的角速度
Figure BDA0002493555330000044
(6)障碍物2从切除装置3的前端到达切除装置3的后端，所用时间为
Figure BDA0002493555330000045
此时，切除装置3开始逆时针旋转角度
Figure BDA0002493555330000046
回到原来的位置，继续切除灌木，完成避障的一个循环。
下一个障碍物碰到探杆1时，按上述循环进行。

Claims (1)

1.一种适应于智能林下灌木割除装置的障碍物检测方法，其特征在于：探杆(1)的长度为l，其初始位置与竖直位置支架(4)的夹角为90°，探杆(1)与支架(4)通过轴(6)连接到一起，轴(6)上装有扭力弹簧(7)，探杆(1)绕轴(6)自由转动，扭力弹簧(7)使探杆(1)具有逆时针转动的趋势；初始位置时，顶珠机构(9)的钢珠在内部弹簧的作用下进入到探杆(1)下面的孔中，使探杆(1)锁止；探杆(1)和支架(4)一起往前运动，探杆(1)碰到障碍物(2)时，在障碍物(2)的作用下，探杆(1)摆脱顶珠机构(9)的约束，绕轴(6)顺时针旋转；当障碍物(2)由A位置移动到B位置时，探杆(1)的转角达到最大，为α；支架(4)继续往前移动，障碍物(2)与探杆(1)脱离接触，探杆(1)在扭力弹簧(7)的作用下逆时针旋转，恢复到初始位置，在顶珠机构(9)的钢珠的作用下，探杆(1)与支架(4)保持90°夹角；切除装置(3)前端与轴(6)的距离为c，切除装置(3)能够绕支架(4)上的轴(5)转动，切除装置(3)的宽度为d，长度为e；支架(4)的移动速度为v；具体按以下步骤进行，
(1)障碍物(2)从接触到探杆(1)到脱离探杆(1)移动的距离a＝l*sinα；
(2)障碍物(2)在A位置接触到探杆(1)时，探杆(1)与支架(4)的夹角发生变化，开始计时，当障碍物(2)到达B位置时，所用的时间为t1，支架(4)的移动速度
Figure FDA0003136920020000011
(3)障碍物(2)与支架(4)之间的距离b＝l*cosα；
(4)障碍物(2)从B位置到达切除装置(3)的前端所需的时间为
Figure FDA0003136920020000012
(5)在障碍物(2)到达切除装置(3)的前端之前，切除装置(3)绕轴(5)顺时针转动角度
Figure FDA0003136920020000013
即可实现障碍物(2)与切除装置(3)不干涉，切除装置(3)转动的角速度
Figure FDA0003136920020000021
(6)障碍物(2)从切除装置(3)的前端到达切除装置(3)的后端，所用时间为
Figure FDA0003136920020000022
此时，切除装置(3)逆时针旋转角度
Figure FDA0003136920020000023
回到原来的位置，继续切除灌木，完成避障的一个循环；每次作业之前需根据所切除灌木的种类，调整顶紧螺栓(8)，以调整顶珠机构(9)内部的弹簧预紧力，进而调整顶珠机构(9)对于探杆(1)在初始位置时的卡紧力，使灌木碰到探杆(1)时，探杆(1)不绕轴(6)转动，而障碍物(2)碰到探杆(1)时，探杆(1)绕轴(6)转动。
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