CN113102134A - 一种智能型行道树树干喷涂装置 - Google Patents

一种智能型行道树树干喷涂装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能型行道树树干喷涂装置，属于林业机械领域，用于实现行道树树干的精准定位和智能喷涂功能。所述的智能型道树喷涂装置包括：机械车架、喷涂系、移动系统、储液装置和控制系统，机械车架包括：机架、底板、推杆放置板、控制器放置板和滑轨；喷涂系包括：水泵、电动推杆、舵机、扇叶铰支座、两个合叶、扇叶固定板、扇叶、舵机固定板、连杆、摄像头；移动系统包括：车载电瓶、万向轮、驱动轮、电机、超声波传感器；储液系统包括：储液罐；本发明能够直接、有效的实现行道树树干的喷涂工作。提高了石灰水喷涂的质量和工作效率，降低了行道树护养的成本和劳动强度。

Description

一种智能型行道树树干喷涂装置
技术领域
本发明涉及行道树护养领域，尤其涉及一种智能型行道树树干喷涂装置。
背景技术
行道树通常起到美化市容，遮阴，减轻噪声等作用。其树形为落叶阔叶乔木，特点是树身高大，有独立的主干，树干和树冠有明显区分。行道树种植后的管理和保护环节相对繁琐，在对后续城市道路系统完善的过程中带来许多问题。其中，最重要的环节之一便是行道树进行涂白以防治虫害的过程。智能喷灌技术不仅能够节省资源、减少工作用工量，减少环卫工人的劳动强度，而且可以保证喷涂量均匀、喷涂定位准确，从而确保石灰水喷涂效果，实现行道树树干的保护免受病虫危害，这对我国实现林业装备的智能化和实现智能农林业发展有极其重要的意义。
近些年来有一些树干石灰水喷涂机械设计的产出，但由于这些喷涂机器都需要人工干涉，因而不能投入实际应用。并且，现阶段国内所研究的大部分涂刷机器都是非全自动装置，人机交互式或是手推类型的喷涂机居多，无法实现行道树树干涂液的自动喷灌以及树干的精准定位，造成人力损耗、资源浪费、环境污染等问题。
针对上述问题，本领域技术人员提供了行道树智能喷涂装置，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现树干全自动喷灌涂白提供了位置信息获取的解决方案。
发明内容
本发明公开了一种智能型行道树树干喷涂装置，包括：机械车架Ⅰ、喷涂系统Ⅱ、移动系统Ⅲ、储液装置Ⅳ和控制系统；
机械车架Ⅰ包括：机架1、底板13、推杆放置板11和控制器放置板10；
所述底板13安装于机架1的底部，所述控制器放置板10设置于机架1后部顶端，推杆放置板11设置于机架1的中部；
喷涂系统Ⅱ包括：推杆支架12、水泵15、电动推杆19、舵机、两个扇叶铰支座3、两个合叶6、扇叶固定板7、四个扇叶9、舵机固定板5、两个连杆4、滑轨2、摄像头8、出液管、若干个喷头和L型连接滑块18；
所述两个合叶6分别通过两个扇叶9与扇叶固定板7连接，每个合叶6的一侧中部都设有一个扇叶铰支座3，所述舵机固定板5安装于扇叶固定板7上，
所述推杆支架12安装在推杆放置板11上，所述电动推杆19尾部的安装端与推杆支架12连接，所述电动推杆19的推杆端与舵机固定板5连接，所述舵机安装于舵机固定板5上，所述两个连杆4的一端与舵机的一侧连接，另一端与扇叶铰支座3连接，
所述滑轨2安装在机架1的中部，所述L型连接滑块18安装在滑轨2上，所述L型连接滑块18能够在滑轨2上的自由滑动，所述L型连接滑块18通过滑块连接板与扇叶固定板7固定，能够分担喷涂装置Ⅱ的重量；
所述水泵15安装于底板13上，所述摄像头8设置于扇叶固定板7的上部；
所述左右两个合页6上分别设置有上下两排喷头安装孔，所述若干个喷头通过喷头安装孔安装于合页6上，所述水泵15的出液口处设有出液管，所述出液管与喷头连接；
移动系统Ⅲ包括：车载电瓶、万向轮17、驱动轮14、电机和超声波传感器20；
所述超声波传感器20机架1的下部，所述驱动轮14安装于机架1的后端底部左右两侧，所述万向轮17于机架1的前端底部左右两侧；所述车载电瓶安装在底板13上，与万向轮17同侧，并与电机连接，所述电机设置于底板13上，并与驱动轮14连接，用于驱动车体运动；
储液系统Ⅳ包括：储液罐16；所述储液罐16安装于底板13上，并与水泵15连接，用于存储喷涂液；
所述控制系统设置于控制器放置板上，包括：电源模块、图像处理模块、控制器、电机驱动模块、电动推杆驱动模块和舵机驱动模块；
所述超声波传感器20通过串口与控制器连接，超声波传感器发出触发信号并接受由障碍物产生的回响信号；超声波传感器内部芯片计算时间差，进而得到机架1前端与路障的距离，并将距离信息发送给控制器，实现对障碍物距离的测控；所述车载电瓶通过电源模块与控制器连接，用于给控制器供电；
所述摄像头8通过图像处理模块与控制器连接，摄像头8用于获取道路一侧的视觉信息，图像处理模块使用基于深度学习的目标检测算法，通过数据增强手段得到的数据集训练学习权重，通过YOLO算法对目标行道树进行预测框标定，实现对行道树树干进行实时距离检测，同时向控制器传达定位和检测结果；
所述控制器通过电机驱动模块与电机连接，控制器将超声波传感器接收的距离值通过融合算法处理，通过电机驱动模块控制电机7的转速，带动驱动轮14运动，从而实现道路循迹；
所述控制器通过电动推杆驱动模块与电动推杆19连接，用于根据行道树树干进行实时距离检测结果，通过电动推杆驱动模块控制电动推杆19的伸长量；
所述控制器通过舵机驱动模块与舵机连接，用于通过舵机控制模块实现舵机对合叶6的控制，实现行道树树干环抱动作；
所述控制器与水泵15连接，用于获取控制器的启动信号，并实现对储液罐内液体加压喷涂的功能。
在上述方案的基础上，所述底板13和机架1采用T形螺栓刚性连接。
在上述方案的基础上，所述喷头的数量为8个，每个合页6上设有4个喷头，每排两个；
在上述方案的基础上，所述出液管包括一根主管、两根支管和四根分液管，所述主管的一端与水泵出液口连接，另一端通过一个三通接头与两根支管的一端连接，所述两根支管分别为上下两排喷头提供喷涂液，每一根支管的另一端通过一个三通接头与两根分液管连接，所述两根分液管用于为左右两个合页6上喷头提供喷涂液。
在上述方案的基础上，所述合页6为半圆形，所述喷头通过粘合剂固定在合页6上，所述喷头与合页6的切线所在竖直平面垂直。
在上述方案的基础上，所述出液管为内径8mm、外径12mm的PE管；
在上述方案的基础上，所述水泵的功率为80w，所述喷头的直径为5mm。
在上述方案的基础上，所述超声波传感器20的数量为两个，分别为位于机架1的下部左右两侧。
本发明的优点主要在于：
本申请所述的智能型行道树树干喷涂装置由控制系统控制，通过超声波传感器对道路路沿的距离数据根据控制算法处理实现对于城市道路环境的精准循迹。控制器控制水泵实现自动加压、可移动式喷涂机构的工作。
本申请所述的智能型行道树树干喷涂装置可根据摄像头的信息实现对行道树树干的识别实现精准定位，其图像数据通过控制器所连接的摄像头获取，并进行图像分析处理。该识别实现基于深度学习技术及深度神经网络。针对行道树特征以及识别环境，选用基于端到端的先验框分析算法，同时对行道树树干数据集进行数据增强手段，为全自动行道树喷灌装置提供自动识别和定位的实现方法和思路。
本申请所述的智能型行道树树干喷涂装置的发明克服了以往非智能化的行道树树干定位所带来的一系列问题，克服了以往行道树喷涂装置的非全自动化的问题，同时也克服了行道树喷涂装置功能单一化的问题。
本申请所述的智能型行道树树干喷涂装置采用智能化的方式实现对行道树树干的精准喷涂，实时定位等动作，通过电动推杆驱动模块控电动推杆的伸长量实现对行道树树干的喷涂距离控制。同时该装置可以实现远程启动和停止。
本发明的有益效果：
本发明本申请所述的智能型行道树树干喷涂装置的动力来源为电机，改变了行道树喷涂采用人机交互的方式，从而彻底的消除了行道树喷涂和定位的非自动化、非智能化的问题，同时，克服了机械式行道树喷涂装置无法自主循迹和避障的问题，实现了行道树喷涂装置在城市道路环境的路径规划；同时本发明实现了喷涂的实时控制，用户可以根据自己的需要设定喷涂树种，作业工程中可以实时检测喷涂量，并且实现了对喷涂量的实时控制，从而保证喷涂量的一致性和准确性。本发明保证了喷涂质量、提高了工作效率，并且是自动化、智能化的喷涂设备，节省资源、减少劳动强度。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置控制部分原理图；
图2为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置机构组成图；
图3为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置轴测示意图；
图4为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置喷涂机构轴测示意图；
图5为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置主视图；
图6为本发明实施例提供的智能型道树喷涂装置俯视图；
附图标记：
Ⅰ机械车架 Ⅱ喷涂系统 Ⅲ移动系统 Ⅳ储液装置
1机架 2滑轨 3扇叶铰支座 4连杆 5舵机固定板 6合叶 7扇叶固定板 8摄像头 9扇叶 10控制器放置板 11推杆放置板 12推杆支架 13底板 14驱动轮 15水泵 16储液罐 17万向轮 18L型连接滑块 19电动推杆 20超声波传感器
具体实施方式
下面将结合本发明附图1～6，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明实施例提供的智能型道树石灰水喷涂装置，包括：控制部分和机械部分，所述机械部分包括：机械车架Ⅰ、喷涂系统Ⅱ、移动系统Ⅲ、储液装置Ⅳ。
其工作过程中，智能型行道树树干喷涂装置沿规定路线循迹，此过程中摄像头8始终将视觉信息传递给控制器，当其检测到树干特征并实现对树干中心的定位时，控制器将传递信号给移动系统Ⅲ来控制智能型行道树树干喷涂装置停止运动。与此同时，喷涂系统Ⅱ将在电机带动下对目标树干外围进行环抱，随后水泵工作，产生液压，使喷涂液沿可出液管喷到达喷头，完成对单一行道树树干的全包围式喷涂作业。在一次喷涂任务结束后，装置将继续按轨迹行进，寻找下一个待涂白的行道树树干。
各机构工作情况如下：
智能型道树石灰水喷涂装置开始工作时，超声波传感器20通过控制车体底部与路沿的距离，在电机驱动驱动轮14的情况下，带动万向轮17，实现车体的运动功能。其间，摄像头8始终工作，将图像信息发送给控制器，进行实时的图像处理。当识别并定位树干位置时，驱动轮14停止转动，电动推杆19推出，带动滑轨2，使得智能型行道树树干喷涂装置到达工作位置。之后通过固定在扇叶固定板7上的舵机转动连杆4，完成扇叶6的开合动作，完成对目标行道树树干的环抱。最后开启水泵15，将储液罐16中的喷涂液喷涂在树干表面，完成一次喷涂作业。
需要说明的是本发明中超声波传感器20为两个，整机作业过程中全部安装在机架1的下部左右两侧，控制器对超声波传感器20读取的距离进行融合处理，从而得到车体距离障碍物的距离，实现城市道路环境的循迹避障功能；
需要说明的是摄像头作为图像采集的仪器，行道树树干的识别通过基于深度学习的识别检测算法实现。
需要说明的是图像处理模块所使用深度学习采用Darknet-53的底层神经网络环境，其权重通过采集并训练行道树数据集(1586张为非行道树的自然树木的树干，523张是实地拍摄的位于道路两侧的行道树，通过数据增强手段得到2019张扩展数据集，合计3605张行道树树干图片)通过对预测框算法实现端到端的目标检测手段，进而实现对行道树树干识别结果的中心定位。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，包括：机械车架(Ⅰ)、喷涂系统(Ⅱ)、移动系统(Ⅲ)、储液装置(Ⅳ)和控制系统；
机械车架(Ⅰ)包括：机架(1)、底板(13)、推杆放置板(11)和控制器放置板(10)；
所述底板(13)安装于机架(1)的底部，所述控制器放置板(10)设置于机架(1)后部顶端，推杆放置板(11)设置于机架1的中部；
喷涂系统(Ⅱ)包括：推杆支架(12)、水泵(15)、电动推杆(19)、舵机、两个扇叶铰支座(3)、两个合叶(6)、扇叶固定板(7)、四个扇叶(9)、舵机固定板(5)、两个连杆(4)、滑轨(2)、摄像头(8)、出液管、若干个喷头和L型连接滑块(18)；
所述两个合叶(6)分别通过两个扇叶(9)与扇叶固定板(7)连接，每个合叶(6)的一侧中部都设有一个扇叶铰支座(3)，所述舵机固定板(5)安装于扇叶固定板(7)上，
所述推杆支架(12)安装在推杆放置板(11)上，所述电动推杆(19)尾部的安装端与推杆支架(12)连接，所述电动推杆(19)的推杆端与舵机固定板(5)连接，所述舵机安装于舵机固定板(5)上，所述两个连杆(4)的一端与舵机的一侧连接，另一端与扇叶铰支座(3)连接，
所述滑轨(2)安装在机架(1)的中部，所述L型连接滑块(18)安装在滑轨(2)上，所述L型连接滑块(18)能够在滑轨(2)上的自由滑动，所述L型连接滑块(18)通过滑块连接板与扇叶固定板(7)固定，能够分担喷涂装置(Ⅱ)的重量；
所述水泵(15)安装于底板(13)上，所述摄像头(8)设置于扇叶固定板(7)的上部；
所述左右两个合页(6)上分别设置有上下两排喷头安装孔，所述若干个喷头通过喷头安装孔安装于合页(6)上，所述水泵(15)的出液口处设有出液管，所述出液管与喷头连接；
移动系统Ⅲ包括：车载电瓶、万向轮(17)、驱动轮(14)、电机和超声波传感器(20)；
所述超声波传感器(20)机架(1)的下部，所述驱动轮(14)安装于机架(1)的后端底部左右两侧，所述万向轮(17)于机架(1)的前端底部左右两侧；所述车载电瓶安装在底板(13)上，与万向轮(17)同侧，并与电机连接，所述电机设置于底板(13)上，并与驱动轮(14)连接，用于驱动车体运动；
储液系统(Ⅳ)包括：储液罐(16)；所述储液罐(16)安装于底板(13)上，并与水泵(15)连接，用于存储喷涂液；
所述控制系统设置于控制器放置板上，包括：电源模块、图像处理模块、控制器、电机驱动模块、电动推杆驱动模块和舵机驱动模块；
所述超声波传感器(20)通过串口与控制器连接，超声波传感器发出触发信号并接受由障碍物产生的回响信号；超声波传感器内部芯片计算时间差，进而得到机架(1)前端与路障的距离，并将距离信息发送给控制器，实现对障碍物距离的测控；所述车载电瓶通过电源模块与控制器连接，用于给控制器供电；
所述摄像头(8)通过图像处理模块与控制器连接，摄像头(8)用于获取道路一侧的视觉信息，图像处理模块使用基于深度学习的目标检测算法，通过数据增强手段得到的数据集训练学习权重，通过YOLO算法对目标行道树进行预测框标定，实现对行道树树干进行实时距离检测，同时向控制器传达定位和检测结果；
所述控制器通过电机驱动模块与电机(7)连接，控制器将超声波传感器接收的距离值通过融合算法处理，通过电机驱动模块控制电机(7)的转速，带动驱动轮(14)运动，从而实现道路循迹；
所述控制器通过电动推杆驱动模块与电动推杆(19)连接，用于根据行道树树干进行实时距离检测结果，通过电动推杆驱动模块控制电动推杆(19)的伸长量；
所述控制器通过舵机驱动模块与舵机连接，用于通过舵机控制模块实现舵机对合叶(6)的控制，实现行道树树干环抱动作；
所述控制器与水泵(15)连接，用于获取控制器的启动信号，并实现对储液罐内液体加压喷涂的功能。
2.如权利要求(1)所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述底板(13)和机架(1)采用T形螺栓刚性连接。
3.如权利要求1所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述喷头的数量为8个，每个合页(6)上设有4个喷头，每排两个。
4.如权利要求1所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述出液管为内径8mm、外径12mm的PE管。
5.如权利要求4所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述出液管包括一根主管、两根支管和四根分液管，所述主管的一端与水泵(15)出液口连接，另一端通过一个三通接头与两根支管的一端连接，所述两根支管分别为上下两排喷头提供喷涂液，每一根支管的另一端通过一个三通接头与两根分液管连接，所述两根分液管用于为左右两个合页(6)上喷头提供喷涂液。
6.如权利要求1所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述合页(6)为半圆形，所述喷头通过粘合剂固定在合页(6)上，所述喷头与合页(6)的切线所在竖直平面垂直。
7.如权利要求1所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述水泵(15)的功率为80w，所述喷头的直径为5mm。
8.如权利要求1所述的智能型行道树树干喷涂装置，其特征在于，所述超声波传感器(20)的数量为两个，分别为位于机架(1)的下部左右两侧。
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