CN115876102B - 一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法，涉及树木测量技术领域，包括无人机本体、固定架以及水平激光仪，所述固定架的底部固定连接有支架，所述支架的底端转动连接有摇杆。本发明通过范围调节机构的设置，伺服马达带动转动轴进行转动，转动轴转动通过驱动锥齿轮和从动锥齿轮带动转动杆和转动板，使得两个转动板转动并逐渐闭合，逐渐闭合的转动板能够缩小水平线照射的范围，使得水平线不会照射在障碍物上，实现了便于缩小或增大水平线的照射范围，大范围照射的水平线能够提高待测树的测量速度，小范围的照射的水平线适用于障碍物较多的待测树，进而能够高效的对待测树进行测量。

Description

一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及树木测量技术领域，尤其是涉及一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法。

背景技术

园林树木也包括那些虽不以美观见长，但在城市与工矿区绿化及风景区建设中能起卫生防护和改善环境作用的树种因，在园林树木的养护过程中，对于树木高度的测量记录是园林未来维护过程重要信息。

公开号为CN112097659B的中国专利，公开了一种利用无人机测量园林树木高度的测量装置，包括无人机主体，无人机主体的下表面装配有可调连接架，可调连接架的底端装配有识别设备，该专利在使用时，利用识别设备和识别器内部程序算法迅速得出树木结构与外部空间颜色的区别，识别后得出图像中最高位置，并且悬浮在该位置后，利用测距器结合无人机内部高度识别模块得出的信息利用三角函数得出树木的垂直高度信息。

但是上述发明存在以下不足之处：现有的园林树木大多采用无人机进行测量，无人机在测量过程中需要借助水平激光仪进行辅助测量，由于大多数的水平激光仪的射线范围较大，对树木的高度测量时，水平激光仪的射线经常会受到障碍物影响，进而降低了树木测量的速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：一种利用无人机测量树木高度装置，包括无人机本体、固定架以及水平激光仪，所述固定架的底部固定连接有支架，所述支架的底端转动连接有摇杆，所述摇杆的底端固定连接有固定框架，还包括；

范围调节机构，所述范围调节机构用于调节所述水平激光仪的射线范围；

角度调节机构，所述角度调节机构用于对所述水平激光仪进行角度调节；

所述范围调节机构位于所述固定框架上，所述范围调节机构包括固定连接于所述固定框架内壁的隔板，所述隔板的顶部开设有两个转动孔，两个所述转动孔内均转动连接有转动杆，两个所述转动杆上均固定套接有转动板，所述固定框架的一侧固定连接有伺服马达，所述伺服马达的输出端通过联轴器连接有转动轴，所述固定框架的两侧内壁均开设有活动孔，所述转动轴的一端依次贯穿两个所述活动孔并键连接有两个驱动锥齿轮，两个所述转动杆的顶端均键连接有从动锥齿轮，两个所述驱动锥齿轮分别与两个所述从动锥齿轮相啮合。

优选的，所述所述无人机本体的底部设有固定环，所述无人机本体内部设有控制器，所述固定环的内壁固定连接有圆环滑轨，所述固定架滑动连接于所述圆环滑轨上，所述固定架上转动连接有转动球，所述转动球的外侧壁上固定连接有拉绳，所述水平激光仪固定连接于所述拉绳的底端，所述水平激光仪与所述控制器之间为电性连接，拉绳的底端固定连接有锥形重块，所述锥形重块的底端固定连接有激光测距仪，所述激光测距仪与所述控制器之间为电性连接，所述拉绳上固定连接有连接杆，所述连接杆的一端套接于摇杆上。

优选的，所述水平激光仪的一侧固定连接有闪烁灯，所述闪烁灯与所述控制器之间为电性连接，所述固定框架的底部固定连接有摄像头。

优选的，所述角度调节机构位于所述固定环上，所述角度调节机构包括转动单元和挤压复位单元，所述转动单元包括固定连接于固定环顶部的L形板，所述L形板上固定连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过联轴器连接有蜗杆，所述固定架的顶部固定连接有蜗轮，所述蜗轮与所述蜗杆相啮合。

优选的，所述挤压复位单元包括固定连接于所述蜗杆上的固定片，所述无人机本体的底部固定连接有固定杆，所述固定杆的底端滑动套接有活动块，所述活动块的一侧固定连接有U形钩，所述固定片与所述U形钩相适配，所述固定杆上套接有复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别与所述活动块以及所述无人机本体固定连接。

优选的，所述固定环的圆柱外侧壁上固定连接有三个固定块，三个所述固定块的顶部均固定连接有螺纹杆，三个所述螺纹杆的顶端均螺接有转动柱，三个所述转动柱的底端均固定连接于所述无人机本体的底部。

优选的，所述固定环上转动连接有转动环，所述转动环的圆柱外侧壁固定连接有水平气泡仪。

优选的，所述固定环的底部开设有圆环槽，所述圆环槽的顶部内壁固定连接有圆环磁条，所述圆环磁条的底部吸附有透明罩。

本发明还公开了一种利用无人机测量树木高度装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将无人机本体升起超过需要测量树的高度，然后缓缓下降，直至水平线与树梢接触，这时操作者可以通过摄像头观察水平线是否与带测量的树梢接触，没有障碍物时，启动激光测距仪进行测距即可；

步骤二：有障碍物时，启动伺服马达带动转动轴进行转动，转动轴转动带动两个驱动锥齿轮转动，两个驱动锥齿轮转动带动两个从动锥齿轮和转动杆进行同时转动，两个转动杆转动带动两个转动板转动并逐渐闭合，避免障碍物进行测距即可；

步骤三：需要对附近的待测树进行测量时，伺服电机带动蜗杆进行转动，蜗杆转动带动蜗轮转动，蜗轮转动带动固定架、转动球、拉绳和水平激光仪进行转动，蜗杆转动带动固定片进行转动，固定片转动通过U形钩带动活动块向下移动与转动球触碰。

本发明通过改进在此提供一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

其一：本发明通过范围调节机构的设置，伺服马达带动转动轴进行转动，转动轴转动通过驱动锥齿轮和从动锥齿轮带动转动杆和转动板，使得两个转动板转动并逐渐闭合，逐渐闭合的转动板能够缩小水平线照射的范围，使得水平线不会照射在障碍物上，启动激光测距仪进行测距即可，实现了便于缩小或增大水平线的照射范围，大范围照射的水平线能够提高待测树的测量速度，小范围的照射的水平线适用于障碍物较多的待测树，进而能够高效的对待测树进行测量。

其二：本发明通过角度调节机构的设置，伺服电机带动蜗杆进行转动，蜗杆转动带动蜗轮和固定架转动，实现了对水平激光仪进行角度调节，进而能够调节水平线照射的方向，蜗杆转动带动固定片进行转动，固定片通过挤压U形钩带动活动块与转动球触碰，实现了通过活动块反复对转动球触碰，进而能够减小转动球摆动的幅度，使得转动球、拉绳和锥形重块能够快速稳定。

其三：本发明旋转转动柱进行转动，转动柱转动带动螺纹杆进行移动，螺纹杆移动带动固定块进行移动，固定块移动带动固定环进行调平，旋转转动环带动水平气泡仪进行转动，观察水平气泡仪在不同位置的水平情况，提高了对固定环调平效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的整体立体结构示意图；

图2为本发明中的另一视角整体立体结构示意图；

图3为本发明中固定架与转动球配合立体结构示意图；

图4为本发明中的角度调节机构立体结构示意图；

图5为本发明中的水平激光仪和固定框架配合立体结构示意图；

图6为本发明中的范围调节机构立体结构示意图；

图7为本发明中的图4中A处放大结构示意图；

图8为本发明中的固定环、圆环磁条和透明罩配合立体结构示意图。

附图标记：

1、无人机本体；101、固定环；102、圆环滑轨；103、固定架；104、转动球；105、拉绳；106、锥形重块；107、激光测距仪；108、水平激光仪；109、闪烁灯；110、透明罩；111、圆环磁条；2、支架；201、摇杆；202、固定框架；203、连接杆；204、隔板；205、转动杆；206、转动板；207、从动锥齿轮；208、驱动锥齿轮；209、转动轴；210、伺服马达；211、摄像头；3、L形板；301、伺服电机；302、蜗杆；303、蜗轮；304、固定片；305、U形钩；306、活动块；307、固定杆；308、复位弹簧；4、固定块；401、螺纹杆；402、转动柱；403、转动环；404、水平气泡仪。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种利用无人机测量树木高度装置及其测量方法，本发明的技术方案是：

实施例1：如图1至图8所示，本发明实施例提供了一种利用无人机测量树木高度装置，包括无人机本体1、固定架103以及水平激光仪108，固定架103的底部固定连接有支架2，支架2的底端转动连接有摇杆201，摇杆201的底端固定连接有固定框架202，还包括；

范围调节机构，范围调节机构用于调节水平激光仪108的射线范围；

角度调节机构，角度调节机构用于对水平激光仪108进行角度调节；

范围调节机构位于固定框架202上，范围调节机构包括固定连接于固定框架202内壁的隔板204，隔板204的顶部开设有两个转动孔，两个转动孔内均转动连接有转动杆205，两个转动杆205上均固定套接有转动板206，固定框架202的一侧固定连接有伺服马达210，伺服马达210的输出端通过联轴器连接有转动轴209，固定框架202的两侧内壁均开设有活动孔，转动轴209的一端依次贯穿两个活动孔并键连接有两个驱动锥齿轮208，两个转动杆205的顶端均键连接有从动锥齿轮207，两个驱动锥齿轮208分别与两个从动锥齿轮207相啮合；通过范围调节机构的设置，实现了便于缩小或增大水平线的照射范围，大范围照射的水平线能够提高待测树的测量速度，小范围的照射的水平线适用于障碍物较多的待测树，进而能够高效的对待测树进行测量。

进一步的，无人机本体1的底部设有固定环101，无人机本体1内部设有控制器，固定环101的内壁固定连接有圆环滑轨102，固定架103滑动连接于圆环滑轨102上，固定架103上转动连接有转动球104，转动球104的外侧壁上固定连接有拉绳105，水平激光仪108固定连接于拉绳105的底端，水平激光仪108与控制器之间为电性连接，拉绳105的底端固定连接有锥形重块106，锥形重块106的底端固定连接有激光测距仪107，激光测距仪107与控制器之间为电性连接，拉绳105上固定连接有连接杆203，连接杆203的一端套接于摇杆201上；通过锥形重块106的设置，锥形重块106的质量较重，能够利用锥形重块106在重力作用下拉动拉绳105呈垂直状态，实现了垂直状态能够使得水平激光仪108处于水平状态。

进一步的，水平激光仪108的一侧固定连接有闪烁灯109，闪烁灯109与控制器之间为电性连接，固定框架202的底部固定连接有摄像头211；通过闪烁灯109的设置，当水平激光仪108的水平线与任意物体接触后，闪烁灯109将处于闪烁状态，实现了便于及时将信号传递给操作者。

进一步的，角度调节机构包括转动单元和挤压复位单元，转动单元包括固定连接于固定环101顶部的L形板3，L形板3上固定连接有伺服电机301，伺服电机301的输出端通过联轴器连接有蜗杆302，固定架103的顶部固定连接有蜗轮303，蜗轮303与蜗杆302相啮合；通过角度调节机构的设置，伺服电机301带动蜗杆302进行转动，蜗杆302通过蜗轮303转动带动固定架103、转动球104、拉绳105和锥形重块106和水平激光仪108进行转动，实现了对水平激光仪108进行角度调节，进而能够调节水平线照射的方向。

进一步的，挤压复位单元包括固定连接于蜗杆302上的固定片304，无人机本体1的底部固定连接有固定杆307，固定杆307的底端滑动套接有活动块306，活动块306的一侧固定连接有U形钩305，固定片304与U形钩305相适配，固定杆307上套接有复位弹簧308，复位弹簧308的两端分别与活动块306以及无人机本体1固定连接；通过挤压复位单元的设置，蜗杆302转动带动固定片304进行转动，固定片304通过挤压U形钩305带动活动块306与转动球104触碰，实现了通过活动块306反复对转动球104触碰，进而能够减小转动球104摆动的幅度，使得转动球104、拉绳105和锥形重块106能够快速稳定。

进一步的，固定环101的圆柱外侧壁上固定连接有三个固定块4，三个固定块4的顶部均固定连接有螺纹杆401，三个螺纹杆401的顶端均螺接有转动柱402，三个转动柱402的底端均固定连接于无人机本体1的底部，固定环101上转动连接有转动环403，转动环403的圆柱外侧壁固定连接有水平气泡仪404；通过转动柱402的设置，转动柱402能够对固定环101进行调平，旋转转动环403带动水平气泡仪404进行转动，实现了便于观察水平气泡仪404在不同位置的水平情况，提高了提高了对固定环101调平效果。

进一步的，固定环101的底部开设有圆环槽，圆环槽的顶部内壁固定连接有圆环磁条111，圆环磁条111的底部吸附有透明罩110；通过透明罩110的设置，能够起到防风的效果，透明罩110顶端为钢铁材质，圆环磁条111能够吸附钢铁，实现了便于对透明罩110进行固定。

实施例2本实施例还公开了一种利用无人机测量树木高度装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将无人机本体1升起超过需要测量树的高度，然后缓缓下降，直至水平线与树梢接触，这时操作者可以通过摄像头211观察水平线是否与带测量的树梢接触，没有障碍物时，启动激光测距仪107进行测距即可；

步骤二：有障碍物时，启动伺服马达210带动转动轴209进行转动，转动轴209转动带动两个驱动锥齿轮208转动，两个驱动锥齿轮208转动带动两个从动锥齿轮207和转动杆205进行同时转动，两个转动杆205转动带动两个转动板206转动并逐渐闭合，避免障碍物进行测距即可；

步骤三：需要对附近的待测树进行测量时，伺服电机301带动蜗杆302进行转动，蜗杆302转动带动蜗轮303转动，蜗轮303转动带动固定架103、转动球104、拉绳105和水平激光仪108进行转动，蜗杆302转动带动固定片304进行转动，固定片304转动通过U形钩305带动活动块306向下移动与转动球104触碰；

工作原理：启动无人机本体1升空至悬浮状态，利用锥形重块106在重力作用下能够拉动拉绳105呈垂直状态，这时拉绳105上水平激光仪108处于水平状态，水平激光仪108射出的光线为水平线，射出的水平线与任意物体接触后会向控制器发生信号，使得控制器启动闪烁灯109进行闪烁，将无人机本体1升起超过需要测量树的高度，然后缓缓下降，直至水平线与树梢接触，这时操作者可以通过摄像头211观察水平线是否与带测量的树梢接触，如果水平线与树梢接触，启动激光测距仪107进行测距即可，测出地面与水平激光仪108的高度即为待测树的高度，如果水平线与障碍物接触时，启动伺服马达210带动转动轴209进行转动，转动轴209转动带动两个驱动锥齿轮208转动，两个驱动锥齿轮208转动带动两个从动锥齿轮207和转动杆205进行同时转动，两个转动杆205转动带动两个转动板206转动并逐渐闭合，逐渐闭合的转动板206能够缩小水平线照射的范围，使得水平线不会照射在障碍物上，启动激光测距仪107进行测距即可，实现了便于缩小或增大水平线的照射范围，大范围照射的水平线能够提高待测树的测量速度，小范围的照射的水平线适用于障碍物较多的待测树，进而能够高效的对待测树进行测量。

启动伺服电机301带动蜗杆302进行转动，蜗杆302转动带动蜗轮303转动，蜗轮303转动带动固定架103、转动球104、拉绳105和锥形重块106进行转动，固定架103转动带动支架2、摇杆201、固定框架202和连接杆203同时转动，拉绳105转动带动水平激光仪108进行转动，实现了对水平激光仪108进行角度调节，进而能够调节水平线照射的方向，蜗杆302转动带动固定片304进行转动，固定片304每转动一周会挤压U形钩305向下移动一次，U形钩305向下移动带动活动块306向下移动与转动球104触碰，活动块306移动带动复位弹簧308拉伸并发生弹性形变，由于转动球104、拉绳105和锥形重块106在转动的过程中会由于离心力会产生较大的摆动，实现了通过活动块306反复对转动球104触碰，进而能够减小转动球104摆动的幅度，使得转动球104、拉绳105和锥形重块106能够快速稳定。

旋转转动柱402进行转动，转动柱402转动带动螺纹杆401进行移动，螺纹杆401移动带动固定块4进行移动，固定块4移动带动固定环101进行调平，旋转转动环403带动水平气泡仪404进行转动，观察水平气泡仪404在不同位置的水平情况，提高了对固定环101调平效果。

上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种利用无人机测量树木高度装置，包括无人机本体（1）、固定架（103）以及水平激光仪（108），其特征在于：所述固定架（103）的底部固定连接有支架（2），所述支架（2）的底端转动连接有摇杆（201），所述摇杆（201）的底端固定连接有固定框架（202），还包括；

范围调节机构，所述范围调节机构用于调节所述水平激光仪（108）的射线范围；

角度调节机构，所述角度调节机构用于对所述水平激光仪（108）进行角度调节；

所述范围调节机构位于所述固定框架（202）上，所述范围调节机构包括固定连接于所述固定框架（202）内壁的隔板（204），所述隔板（204）的顶部开设有两个转动孔，两个所述转动孔内均转动连接有转动杆（205），两个所述转动杆（205）上均固定套接有转动板（206），所述固定框架（202）的一侧固定连接有伺服马达（210），所述伺服马达（210）的输出端通过联轴器连接有转动轴（209），所述固定框架（202）的两侧内壁均开设有活动孔，所述转动轴（209）的一端依次贯穿两个所述活动孔并键连接有两个驱动锥齿轮（208），两个所述转动杆（205）的顶端均键连接有从动锥齿轮（207），两个所述驱动锥齿轮（208）分别与两个所述从动锥齿轮（207）相啮合，所述无人机本体（1）的底部设有固定环（101），所述无人机本体（1）内部设有控制器，所述固定环（101）的内壁固定连接有圆环滑轨（102），所述固定架（103）滑动连接于所述圆环滑轨（102）上，所述固定架（103）上转动连接有转动球（104），所述转动球（104）的外侧壁上固定连接有拉绳（105），所述水平激光仪（108）固定连接于所述拉绳（105）的底端，所述水平激光仪（108）与所述控制器之间为电性连接，拉绳（105）的底端固定连接有锥形重块（106），所述锥形重块（106）的底端固定连接有激光测距仪（107），所述激光测距仪（107）与所述控制器之间为电性连接，所述拉绳（105）上固定连接有连接杆（203），所述连接杆（203）的一端套接于摇杆（201）上。

2.根据权利要求1所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述水平激光仪（108）的一侧固定连接有闪烁灯（109），所述闪烁灯（109）与所述控制器之间为电性连接，所述固定框架（202）的底部固定连接有摄像头（211）。

3.根据权利要求2所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述角度调节机构位于所述固定环（101）上，所述角度调节机构包括转动单元和挤压复位单元，所述转动单元包括固定连接于固定环（101）顶部的L形板（3），所述L形板（3）上固定连接有伺服电机（301），所述伺服电机（301）的输出端通过联轴器连接有蜗杆（302），所述固定架（103）的顶部固定连接有蜗轮（303），所述蜗轮（303）与所述蜗杆（302）相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述挤压复位单元包括固定连接于所述蜗杆（302）上的固定片（304），所述无人机本体（1）的底部固定连接有固定杆（307），所述固定杆（307）的底端滑动套接有活动块（306），所述活动块（306）的一侧固定连接有U形钩（305），所述固定片（304）与所述U形钩（305）相适配，所述固定杆（307）上套接有复位弹簧（308），所述复位弹簧（308）的两端分别与所述活动块（306）以及所述无人机本体（1）固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述固定环（101）的圆柱外侧壁上固定连接有三个固定块（4），三个所述固定块（4）的顶部均固定连接有螺纹杆（401），三个所述螺纹杆（401）的顶端均螺接有转动柱（402），三个所述转动柱（402）的底端均固定连接于所述无人机本体（1）的底部。

6.根据权利要求5所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述固定环（101）上转动连接有转动环（403），所述转动环（403）的圆柱外侧壁固定连接有水平气泡仪（404）。

7.根据权利要求6所述的一种利用无人机测量树木高度装置，其特征在于：所述固定环（101）的底部开设有圆环槽，所述圆环槽的顶部内壁固定连接有圆环磁条（111），所述圆环磁条（111）的底部吸附有透明罩（110）。

8.根据权利要求7所述的一种利用无人机测量树木高度装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将无人机本体（1）升起超过待测量树木的高度，然后缓缓下降，直至水平线与树梢接触，这时操作者通过摄像头（211）观察水平线是否与待测量树木的树梢接触，没有障碍物时，启动激光测距仪（107）进行测距即可；

步骤二：有障碍物时，启动伺服马达（210）带动转动轴（209）进行转动，转动轴（209）转动带动两个驱动锥齿轮（208）转动，两个驱动锥齿轮（208）转动带动两个从动锥齿轮（207）和转动杆（205）进行同时转动，两个转动杆（205）转动带动两个转动板（206）转动并逐渐闭合，避免障碍物进行测距即可；

步骤三：对附近的待测量树木进行测量时，伺服电机（301）带动蜗杆（302）进行转动，蜗杆（302）转动带动蜗轮（303）转动，蜗轮（303）转动带动固定架（103）、转动球（104）、拉绳（105）和水平激光仪（108）进行转动，蜗杆（302）转动带动固定片（304）进行转动，固定片（304）转动通过U形钩（305）带动活动块（306）向下移动与转动球（104）触碰。

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