CN114303677B - 一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，涉及视觉机器人技术领域，包括履带式移动模组以及设于履带式移动模组的主控箱，还包括设于履带式移动模组上与主控箱电性连接的垂直升降模组、喷水模组、平移模组以及修剪机械臂；所述平移模组上设有弧形轨道，且弧形轨道上滑动设有用于扫描修剪前后的植物形态图像的3D摄像机；主控箱控制垂直升降模组驱动平移模组实现高度变化以适应植物高度，所述平移模组驱动修剪机械臂平移以接触植物完成修剪操作，区别于人工植物造型修剪，处理速度快，耗时短、效率高，且设备功能性强，具有较好的市场竞争力。

Description

一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人

技术领域

本发明属于视觉机器人技术领域，具体涉及一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人。

背景技术

随着人们环境意识的不断增强，除了园林绿化之外，美化到生活环境中的各个角落的风尚正在逐渐形成，所以人们开始重视造型艺术，使之向观赏艺术的方向发展，园林植物修剪造型越来越多的出现在人们的视野中，园林植物修剪造型是采用修剪、盘扎等措施，使园林树木育成预期优美形状的技艺；

目前针对园林植物修剪造型主要以园艺工手动修剪为主，工作量大且耗时长，为此，本发明提供了一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，包括履带式移动模组以及设于履带式移动模组的主控箱，还包括设于履带式移动模组上与主控箱电性连接的垂直升降模组、喷水模组、平移模组以及修剪机械臂；

所述平移模组上设有弧形轨道，且弧形轨道上滑动设有用于扫描修剪前后的植物形态图像的3D摄像机；

所述平移模组设于垂直升降模组上，主控箱控制垂直升降模组驱动平移模组实现高度变化以适应植物高度，所述平移模组驱动设置于其上的修剪机械臂平移以接触植物完成修剪操作，再由主控箱控制清扫模组清扫储藏修剪的枝叶以及喷水模组对植物进行喷水。

作为本发明的进一步优化方案，所述主控箱内设有主控单元、视觉处理单元以及无线通信单元，所述视觉处理单元与主控单元的通用I/O端口连接，所述无线通信单元与主控单元的通讯端口连接，所述主控单元通过无线通信单元连接远程设备，所述3D摄像机与视觉处理单元通信连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述主控箱内还设有与主控单元的通用I/O端口连接的储存单元和供电单元。

作为本发明的进一步优化方案，所述履带式移动模组上设有太阳能供电模组以及与太阳能供电模组电性连接的太阳能电池板，所述太阳能供电模组连接供电单元，且太阳能供电模组由太阳能控制器、蓄电池以及逆变器组成。

作为本发明的进一步优化方案，所述平移模组包括与垂直升降模组滑动配合的滑动座以及设于滑动座一端的支座，所述支座上设有滑轨，所述滑轨上设有两个滑块，所述两个滑块上均铰接有支杆，且两个支杆的端部分别轴接有相互接触的导轮，所述支座的一侧设有气缸组，所述气缸组的活塞杆端连接有固定座，两个所述导轮均轴接在固定座上，所述固定座的前端设有轨道座，所述修剪机械臂设于轨道座的顶端。

作为本发明的进一步优化方案，所述弧形轨道设于轨道座的底部，所述轨道座上滑动设有滑座，所述3D摄像机设于滑座上。

作为本发明的进一步优化方案，所述清扫模组包括设于履带式移动模组上的储藏箱以及设于储藏箱底端与履带式移动模组底部平齐设置的清扫头，所述清扫头前端呈弧形设置并且前端设有清扫辊且清扫辊的外部设有清扫刷，所述清扫头外部设有与清扫辊相轴接的齿轮组，且清扫头内部设有连接齿轮组主动端的伺服电机。

作为本发明的进一步优化方案，所述清扫头内部靠近储藏箱的一端设有一端伸入储藏箱内的弯曲板，所述弯曲板的一端与清扫辊相对接，所述清扫头内部位于弯曲板的两端对称设有风机，所述风机朝向清扫辊的一端设有聚集罩。

作为本发明的进一步优化方案，所述喷水模组包括设于履带式移动模组上的水箱，设于水箱前端的水泵以及设于水泵出水端的输水管，所述修剪机械臂上设有与输水管相连接的喷嘴。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明区别于传统人工对植物进行造型修剪的方式，基于机器视觉技术，由3D摄像机采集植物原有形态图像，经视觉处理单元处理模拟生成三维图像发生至主控模块，由主控单元控制垂直升降模组、平移模组以及修剪机械臂等作业，修剪出各种造型，处理速度快，耗时短、效率高；

(2)本发明通过设置清扫模组及喷水模组，在完成植物造型修剪的同时回收修剪下来的枝叶并对植物进行相应的喷水浇灌，功能性强，具有较好的市场竞争力。

附图说明

图1是本发明提供的整体结构示意图；

图2是本发明提供的俯视图；

图3是本发明提供的平移模组的整体结构示意图；

图4是本发明提供的清扫头的内部结构示意图；

图5是本发明提供的弯曲板的立体图；

图6是本发明提供的主控箱的内部结构组成图；

图中：1、履带式移动模组；2、垂直升降模组；3、平移模组；31、支座；32、滑轨；33、滑块；34、支杆；35、气缸组；36、导轮；37、固定座；38、轨道座；39、滑动座；4、修剪机械臂；5、弧形轨道；6、滑座；7、3D摄像机；8、太阳能电池板；9、喷水模组；91、水箱；92、水泵；93、输水管；94、喷嘴；10、主控箱；11、太阳能供电模组；12、储藏箱；13、清扫头；14、清扫辊；15、齿轮组；16、伺服电机；17、弯曲板；18、风机；19、清扫刷；20、聚集罩。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例一

参考说明书附图1，本实施例提供一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，包括履带式移动模组1以及设于履带式移动模组1的主控箱10，还包括设于履带式移动模组1上与主控箱10电性连接的垂直升降模组2、喷水模组9、平移模组3以及修剪机械臂4；所述平移模组3上设有弧形轨道5，且弧形轨道5上滑动设有用于扫描修剪前后的植物形态图像的3D摄像机7；

所述平移模组3设于垂直升降模组2上，主控箱10控制垂直升降模组2驱动平移模组3实现高度变化以适应植物高度，所述平移模组3驱动设置于其上的修剪机械臂4平移以接触植物完成修剪操作，再由主控箱10控制清扫模组清扫储藏修剪的枝叶以及喷水模组9对植物进行喷水。

进一步的，参考说明书附图6，所述主控箱10内设有主控单元、视觉处理单元以及无线通信单元，所述视觉处理单元与主控单元的通用I/O端口连接，所述无线通信单元与主控单元的通讯端口连接，所述主控单元通过无线通信单元连接远程设备，所述3D摄像机7与视觉处理单元通信连接，3D摄像机7拍摄植物的形态图像将其通过视觉处理单元处理上传至主控单元，主控单元模拟生成三维图像，向升降模组、平移模组等发送指令，根据生成图像驱动修剪机械臂4，修剪出各种造型。

所述主控箱10内还设有与主控单元的通用I/O端口连接的储存单元和供电单元，植物造型修剪完毕后，由3D摄像机7拍摄植物的修剪后的形态图像和视频储存至储存单元，并通过无线通信单元向远程设备发送修剪后的植物图片。

进一步的，参考说明书附图2，所述履带式移动模组1上设有太阳能供电模组11以及与太阳能供电模组11电性连接的太阳能电池板8，所述太阳能供电模组11连接供电单元，且太阳能供电模组11由太阳能控制器、蓄电池以及逆变器组成，根据太阳能发电原理，设置太阳能电池板8，作为太阳能发电系统中的核心部分，将太阳的辐射能转换成电能，太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项，蓄电池一般为铅酸电池其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来，另外，太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器，通过太阳能供电模组11为主控箱10提供电能，并通过逆变器为机器人系统中的各个模组实现供电。

实施例二

参考说明书附图,3，在实施例一的基础上，所述平移模组3包括与垂直升降模组2滑动配合的滑动座39以及设于滑动座39一端的支座31，所述支座31上设有滑轨32，所述滑轨32上设有两个滑块33，所述两个滑块33上均铰接有支杆34，且两个支杆34的端部分别轴接有相互接触的导轮36，所述支座31的一侧设有气缸组35，所述气缸组35的活塞杆端连接有固定座37，两个所述导轮36均轴接在固定座37上，所述固定座37的前端设有轨道座38，所述修剪机械臂4设于轨道座38的顶端。

具体的，气缸组35控制其前端活塞杆伸出后推动固定座37靠近植物，固定座37上轴接的两个导轮36产生相对转动，两个导轮36所轴接的支杆34从水平状态向着植物的方向展开，两个支杆34相互靠近，其端部的滑块33在支座31上的滑轨32上产生滑动，气缸组35推动固定座37所连接的轨道座38直至其上的修剪机械臂4达到目标位置，随后，根据主控箱10的控制指令由修剪机械臂4完成对植物的修剪作用，其中，修剪机械臂4本身具有多个自由度可完成对植物进行多方位的修剪；

所述弧形轨道5设于轨道座38的底部，所述轨道座38上滑动设有滑座6，所述3D摄像机7设于滑座6上，通过滑座6在弧形轨道5上的滑动实现3D摄像机7同步滑动以完成对植物的原生形态采集；

在本实施例中，平移模组3的数值为两个并且呈对称设置，且设于平移模组3上的弧形轨道5以及3D摄像机7也是两个，两个弧形轨道5相互配合构成一个椭圆结构，在履带式移动模组1移动至植物所在位置时，两个弧形轨道5带动3D摄像机7滑动，两个3D摄像机7相互配合实现围绕植物外周进行原生形态的扫描。

实施例三

参考说明书附图2-5，在实施例一的技术上，所述清扫模组包括设于履带式移动模组1上的储藏箱12以及设于储藏箱12底端与履带式移动模组1底部平齐设置的清扫头13，所述清扫头13前端呈弧形设置并且前端设有清扫辊14且清扫辊14的外部设有清扫刷19，所述清扫头13外部设有与清扫辊14相轴接的齿轮组15，且清扫头13内部设有连接齿轮组15主动端的伺服电机16。

所述清扫头13内部靠近储藏箱12的一端设有一端伸入储藏箱12内的弯曲板17，所述弯曲板17的一端与清扫辊14相对接，所述清扫头13内部位于弯曲板17的两端对称设有风机18，所述风机18朝向清扫辊14的一端设有聚集罩20。

所述喷水模组9包括设于履带式移动模组1上的水箱91，设于水箱91前端的水泵92以及设于水泵92出水端的输水管93，所述修剪机械臂4上设有与输水管93相连接的喷嘴94；

具体的，履带式移动模组1带动这个机器人装置靠近待修剪的植物周围时，清扫头13弧形状前端朝向植物方向，当修剪机械臂4完成对植物的造型修剪后，通过伺服电机16驱动齿轮组15带动清扫辊14转动，清扫辊14上的清扫刷19将枝叶带入清扫头13内部的弯曲板17上，风机18启动，风机18将从清扫头13前端卷入的枝叶沿着弯曲板17吹入储藏箱12内进行暂时的储存；

最后，枝叶清扫完毕后，控制水泵92开始，水箱91内部的水通过水泵92的抽吸下经输水管93注入位于修剪机械臂4上的喷嘴94对造型完毕的植物进行浇水以及对修剪机械臂4实现快速降温操作。

工作原理，履带式移动模组1带动整个造型机器人到达待修剪造型的植物周围，由3D摄像机7沿着弧形轨道5移动并拍摄植物的修剪前的原始形态图像并上传至视觉处理单元处理上传至主控单元，主控单元模拟生成三维图像，向升降模组、平移模组等发送指令，根据生成图像驱动修剪机械臂4，修剪出各种造型，再由主控箱10控制清扫模组清扫储藏修剪的枝叶以及喷水模组9对植物进行喷水，清扫喷水完毕后，由3D摄像机7拍摄植物的修剪后的形态图像和视频储存至储存单元，并通过无线通信单元向远程设备发送修剪后的植物图片。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，包括履带式移动模组（1）以及设于履带式移动模组（1）的主控箱（10），其特征在于：还包括设于履带式移动模组（1）上与主控箱（10）电性连接的垂直升降模组（2）、喷水模组（9）、平移模组（3）以及修剪机械臂（4）；

所述平移模组（3）上设有弧形轨道（5），且弧形轨道（5）上滑动设有用于扫描修剪前后的植物形态图像的3D摄像机（7）；

所述平移模组（3）设于垂直升降模组（2）上，主控箱（10）控制垂直升降模组（2）驱动平移模组（3）实现高度变化以适应植物高度，所述平移模组（3）驱动设置于其上的修剪机械臂（4）平移以接触植物完成修剪操作，再由主控箱（10）控制清扫模组清扫储藏修剪的枝叶以及喷水模组（9）对植物进行喷水；

所述平移模组（3）包括与垂直升降模组（2）滑动配合的滑动座（39）以及设于滑动座（39）一端的支座（31），所述支座（31）上设有滑轨（32），所述滑轨（32）上设有两个滑块（33），所述两个滑块（33）上均铰接有支杆（34），且两个支杆（34）的端部分别轴接有相互接触的导轮（36），所述支座（31）的一侧设有气缸组（35），所述气缸组（35）的活塞杆端连接有固定座（37），两个所述导轮（36）均轴接在固定座（37）上，所述固定座（37）的前端设有轨道座（38），所述修剪机械臂（4）设于轨道座（38）的顶端；

所述弧形轨道（5）设于轨道座（38）的底部，所述轨道座（38）上滑动设有滑座（6），所述3D摄像机（7）设于滑座（6）上。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述主控箱（10）内设有主控单元、视觉处理单元以及无线通信单元，所述视觉处理单元与主控单元的通用I/O端口连接，所述无线通信单元与主控单元的通讯端口连接，所述主控单元通过无线通信单元连接远程设备，所述3D摄像机（7）与视觉处理单元通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述主控箱（10）内还设有与主控单元的通用I/O端口连接的储存单元和供电单元。

4.根据权利要求3所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述履带式移动模组（1）上设有太阳能供电模组（11）以及与太阳能供电模组（11）电性连接的太阳能电池板（8），所述太阳能供电模组（11）连接供电单元，且太阳能供电模组（11）由太阳能控制器、蓄电池以及逆变器组成。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述清扫模组包括设于履带式移动模组（1）上的储藏箱（12）以及设于储藏箱（12）底端与履带式移动模组（1）底部平齐设置的清扫头（13），所述清扫头（13）前端呈弧形设置并且前端设有清扫辊（14）且清扫辊（14）的外部设有清扫刷（19），所述清扫头（13）外部设有与清扫辊（14）相轴接的齿轮组（15），且清扫头（13）内部设有连接齿轮组（15）主动端的伺服电机（16）。

6.根据权利要求5所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述清扫头（13）内部靠近储藏箱（12）的一端设有一端伸入储藏箱（12）内的弯曲板（17），所述弯曲板（17）的一端与清扫辊（14）相对接，所述清扫头（13）内部位于弯曲板（17）的两端对称设有风机（18），所述风机（18）朝向清扫辊（14）的一端设有聚集罩（20）。

7.根据权利要求1所述的一种基于视觉技术智能园艺造型多功能机器人，其特征在于：所述喷水模组（9）包括设于履带式移动模组（1）上的水箱（91），设于水箱（91）前端的水泵（92）以及设于水泵（92）出水端的输水管（93），所述修剪机械臂（4）上设有与输水管（93）相连接的喷嘴（94）。

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