CN208891272U - 一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种园艺修剪造型机，尤其涉及一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，本实用新型的目的在于提供一种操作简便、工作效率高、劳动强度低，针对于花园观赏性植株和高速公路的隔离带内的绿化植株修剪，其能够自动识别植株并自动定位，调节刀架之间的连接位置，实现植株多种形状造型；调节刀架高度，能够满足不同高度的植株修剪。本实用新型的优点是可以整株多种造型修剪，自动识别植株并自动定位，自动化程度高、工作效率高、节省人工劳动成本，具有一定的推广价值。

Description

一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机

(一)技术领域

本实用新型涉及一种园艺修剪造型机，尤其涉及一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机。

(二)背景技术

目前园艺修剪机主要有回转式修剪机和往复式修剪机两种。回转式修剪机利用刀具的高速回转运动完成修剪作业，往复式修剪机利用刀具的往复运动完成修剪作业。回转式修剪机的非选择性的修剪方式只能修剪树的一完整侧面，不能够做到单株整形修剪。往复式修剪机能够修剪整棵树，但它只能修剪完整的几何树，特别适用于修剪圣诞树，但由于其修剪过程中只能实现单面修剪、高度不一，一致性较差，不适合修剪复杂的树木。二者多为人工手持或搭载于可移动平台之上，需要人工定位，单次只能修剪植株的一个侧面，需要多次修剪才能完成整株植株造型，仅针对于较为简单的形状进行修剪，且需要人工操作，对于修剪多种形状植株则无法使用，自动化程度低，作业劳动强度高，植株造型一致性差。此外，修剪过程中仍需要人为找正植株位置，尚未实现自动化。

(三)实用新型内容

针对以上问题，本实用新型的目的在于提供一种操作简便、工作效率高、劳动强度低的自识别、自定位园艺修剪造型机，其能够自动识别植株并自动定位，调节刀架之间的连接位置，即可实现植株多种形状造型，本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其包括：承载机构、动力旋转机构、修剪机构和图像处理与控制部分。

所述承载机构，包括承载横梁9、手柄10、竖梁一11、竖梁二31、纵梁一15、纵梁二30、轮毂电机一12、轮毂电机二18、万向轮一14、万向轮二17、定向轮一16、定向轮二19、车轮联轴器13，所述承载横梁9通过铰接件与竖梁一11和竖梁二31连接，竖梁一11通过铰接件连接于纵梁一15上，竖梁二31通过铰接件连接于纵梁二30上，手柄10通过30°铰接件与竖梁一11连接，定向轮一16螺栓连接于纵梁一15上，定向轮二19螺栓连接于纵梁二30上，万向轮一14螺栓连接于纵梁一15上，万向轮二17螺栓连接于纵梁二30上，所述轮毂电机一12通过车轮联轴器13与万向轮一14连接，轮毂电机二18通过车轮联轴器13与万向轮二17连接。

所述动力旋转机构，包括直流电机1、联轴器2、主动齿轮轴3、主动齿轮4、从动齿轮5、转盘轴承6、外壳底座7、外壳盖8、集流环32、集流环连接件33，所述外壳底座7焊接于承载横梁10上，转盘轴承6通过螺栓固定于外壳底座7上，从动齿轮5与转盘轴承6过盈配合，外壳盖8螺栓固定于外壳底座7上，直流电机1通过螺栓固定于外壳盖8上，主动齿轮轴3通过联轴器2与直流电机1相连，主动齿轮4通过键连接于主动齿轮轴3上并与从动齿轮5内啮合，集流环连接件33螺栓固定于外壳盖8内部中心，集流环32螺栓固定在集流环连接件33上。

所述修剪机构，包括刀架20、往复式割刀21、刀具底座22、刀具驱动电机23、传动齿轮24、电机架25、刀架连接板26、刀架连接件27，所述往复式割刀21螺栓固定于刀具底座 22上，刀具底座22螺栓固定在刀架20上，刀架连接板26螺栓连接于刀架20两侧，电机架 25螺栓固定于刀架20上，刀具驱动电机23螺栓固定于电机架25上，刀具驱动电机23通过传动齿轮24带动往复式割刀21动作。

所述图像处理与控制部分，包括stm32单片机34，摄像头28、摄像头连接板29，所述stm32单片机34控制摄像头28拍照，经stm32单片机32运算处理识别植株中心，控制轮毂电机一12和轮毂电机二18驱动小车定位，进而控制直流电机1和刀具驱动电机23完成修剪作业。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的优点是大部分零件通过螺栓连接方便拆卸，动力旋转机构带动修剪机构 360°旋转完成立体修剪作业，调节修剪机构组成单元之间的连接关系，即可实现植株多种修剪造型，适用于花园观赏性植株和高速公路的隔离带内的绿化植株修剪，大大的降低了作业者劳动强度，加工成本低，工作效率高。此外，由于自动控制和图像处理的加入使得机器定位和修剪精度大大提高，降低人工成本，具有一定的推广价值。

(四)附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的旋转机构壳体上部分结构示意图；

图3是本实用新型的减速装置平面结构示意图；

图4是本实用新型的机减速装置立体结构示意图；

图5是本实用新型的修剪机构结构示意图；

图6是本实用新型的承载机构结构示意图；

图7是本实用新型的刀架刀具单元结构示意图；

图8是本实用新型的控制系统原理图。

附图中各标号所代表的部件列表如下：

1、直流电机；2、联轴器；3、主动齿轮轴；4、主动齿轮；5、从动齿轮；6、转盘轴承； 7、外壳底座；8、外壳盖；9、横梁；10、手柄；11、竖梁一；12、轮毂电机一；13、车轮联轴器；14、万向轮一；15、纵梁一；16、定向轮一；17、万向轮二；18、轮毂电机二；19、定向轮二；20、刀架；21、往复式割刀；22、刀具底座；23、刀具驱动电机；24、传动齿轮；25、电机架；26、刀架连接板；27、刀架连接件；28、摄像头；29、摄像头连接板；30、纵梁二；31、竖梁二；32、集流环；33、集流环连接件；34、stm32单片机。

(五)具体实施方式

一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机包括：承载机构、动力旋转机构、修剪机构、图像处理与控制部分。

其中，所述承载机构，包括承载横梁9、手柄10、竖梁一11、竖梁二31、纵梁一15、纵梁二30、轮毂电机一12、轮毂电机二18、万向轮一14、万向轮二17、定向轮一16、定向轮二19、车轮联轴器13。所述承载横梁9通过铰接件与竖梁一11和竖梁二31连接，用于支撑动力旋转机构，通过调节承载横梁9在竖梁一11和竖梁二31上的连接位置，以满足不同高度植株的修剪作业要求，竖梁一11通过铰接件连接于纵梁一15上，竖梁二31通过铰接件连接于纵梁二30上，手柄10通过30°铰接件与竖梁一11连接用来推动承载机构，所述定向轮一16螺栓连接于纵梁一15的前端，定向轮二19螺栓连接于纵梁二30的前端用来引导方向，所述万向轮一14螺栓连接于纵梁一15的后端，万向轮二17螺栓连接于纵梁二30后端用来做动力输出和改变方向，所述轮毂电机一12通过车轮联轴器13与万向轮一14连接，轮毂电机二18通过车轮联轴器13与万向轮二17连接作为承载机构的动力输出和提供转向扭矩的元件。

所述动力旋转机构，包括直流电机1、联轴器2、主动齿轮轴3、主动齿轮4、从动齿轮5、转盘轴承6，外壳底座7、外壳盖8、集流环32、集流环连接件33，所述外壳底座7焊接于承载横梁9上为转盘轴承6提供支撑，所述从动齿轮5与转盘轴承6过盈配合通过固定螺栓固定支撑在外壳底座7内部，所述外壳盖8螺栓固定于外壳底座7上，直流电机1通过螺栓固定于外壳盖8上，主动齿轮轴3通过联轴器2与直流电机1相连，主动齿轮4键连接于主动齿轮轴3上并通过与从动齿轮5内啮合从而带动齿轮旋转并实现减速，所述集流环连接件33螺栓固定在外壳盖8内部中心，集流环32螺栓固定在集流环连接件33上，在刀架转动过程中，集流环32能够保证从上方引入的线束不发生缠绕现象。

所述修剪机构，包括刀架20、往复式割刀21、刀具驱动电机23、传动齿轮24、电机架25、刀架连接板26、刀架连接件27。所述往复式割刀21螺栓固定在刀具底座22上，刀具底座22螺栓固定在刀架20上，刀架连接板26螺栓连接于刀架20上，通过调节相连刀架连接板26之间的连接位置关系，即可改变刀架形状，实现植株多种修剪造型，电机架25螺栓固定于刀架20上，刀具驱动电机23螺栓固定于电机架25上，刀具驱动电机23通过传动齿轮 24带动往复式割刀21工作。

所述图像处理与控制部分，包括stm32单片机34、摄像头28、摄像头连接板29，所述stm32单片机34螺栓固定于外壳盖8上，摄像头连接板29螺栓固定于外壳盖8上，摄像头 28螺栓固定于摄像头连接板29上，stm32单片机34控制摄像头28拍照，并将图片信息读取到单片机开发板内，经stm32单片机32运算处理识别植株中心后，控制轮毂电机一12和轮毂电机二18驱动小车定位植株的正上方，在行走过程中控制直流电机1和刀具驱动电机23 不工作，当小车定位到植株的正上方时，单片机34控制轮毂电机一12和轮毂电机二18停止工作，同时控制直流电机1和刀具驱动电机23工作完成修剪作业。当一棵植株修剪完成后，重复工作完成下一个植株修剪。

本实用新型的工作过程如下：

本实用新型开始工作时，stm32单片机34控制摄像头28对被修剪的植株进行拍照和图片的处理，识别植株的中心，传递给stm32单片机，stm32单片机根据信息控制轮毂电机一 12和轮毂电机二18匀速向前行走和转动方向，同时控制直流电机1和刀具驱动电机23不转动，当整个机器定位在已经识别好的中心处时，此时单片机控制直流电动机1和刀具驱动电机23启动，同时控制轮毂电机一12和轮毂电机二18停止工作，直流电机1通过联轴器带动主动齿轮轴3和主动齿轮4转动，从而带动从动齿轮5转动，实现减速的同时带动连接在转盘轴承6内圈上的整体刀架绕着中心做360°圆周运动。同时，刀具驱动电机23通过传动齿轮24带动往复式割刀21做往复切割运动。整体刀架做2个360°旋转后完成修剪，随后重复工作完成下一植株修剪。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其特征在于，包括承载机构、动力旋转机构、修剪机构，图像处理与控制部分；

所述承载机构，包括承载横梁(9)、手柄(10)、竖梁一(11)、竖梁二(31)、纵梁一(15)、纵梁二(30)、轮毂电机一(12)、轮毂电机二(18)、万向轮一(14)、万向轮二(17)、定向轮一(16)、定向轮二(19)、车轮联轴器(13)，所述承载横梁(9)通过铰接件与竖梁一(11)和竖梁二(31)连接，竖梁一(11)通过铰接件连接于纵梁一(15)上，竖梁二(31)通过铰接件连接于纵梁二(30)上，手柄(10)通过30°铰接件与竖梁一(11)连接，定向轮一(16)螺栓连接于纵梁一(15)上，定向轮二(19)螺栓连接于纵梁二(30)上，万向轮一(14)螺栓连接于纵梁一(15)上，万向轮二(17)螺栓连接于于纵梁二(30)上，所述轮毂电机一(12)通过车轮联轴器(13)与万向轮一(14)连接，轮毂电机二(18)通过车轮联轴器(13)与万向轮二(17)连接；

所述动力旋转机构，包括直流电机(1)、联轴器(2)、主动齿轮轴(3)、主动齿轮(4)、从动齿轮(5)、转盘轴承(6)、外壳底座(7)、外壳盖(8)、集流环(32)、集流环连接件(33)，所述外壳底座(7)焊接于承载横梁(9)上，转盘轴承(6)通过螺栓固定于外壳底座(7)上，从动齿轮(5)与转盘轴承(6)过盈配合，外壳盖(8)螺栓固定于外壳底座(7)上，直流电机(1)通过螺栓固定于外壳盖(8)上，主动齿轮轴(3)通过联轴器(2)与直流电机(1)相连，主动齿轮(4)通过键连接于主动齿轮轴(3)上并与从动齿轮(5)内啮合，集流环连接件(33)螺栓固定于外壳盖(8)内部中心，集流环(32)螺栓固定在集流环连接件(33)上；

所述修剪机构，包括刀架(20)、往复式割刀(21)、刀具底座(22)、刀具驱动电机(23)、传动齿轮(24)、电机架(25)、刀架连接板(26)、刀架连接件(27)，所述往复式割刀(21)螺栓固定于刀具底座(22)上，刀具底座(22)螺栓固定在刀架(20)上，刀架连接板(26)螺栓连接于刀架(20)两侧，电机架(25)螺栓固定于刀架(20)上，刀具驱动电机(23)螺栓固定于电机架(25)上，刀具驱动电机(23)通过传动齿轮(24)带动往复式割刀(21)动作；

所述图像处理与控制部分，包括stm32单片机(34)、摄像头(28)、摄像头连接板(29)，所述stm32单片机(34)螺栓固定于外壳盖(8)上，摄像头连接板(29)螺栓固定于外壳盖(8)上，摄像头(28)螺栓固定于摄像头连接板(29)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其特征在于所述动力旋转机构通过外壳底座(7)焊接在承载机构的承载横梁(9)上，通过上下调节承载横梁(9)在竖梁一(11)和竖梁二(31)连接位置，改变动力旋转机构的安装高度，从而适应不同高度植株的修剪。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其特征在于动力旋转机构能够360°旋转，集流环(32)能够使得从上方引入的线束不发生缠绕。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其特征在于所述刀架连接板(26)螺栓连接于刀架(20)两侧，调节刀架连接板(26)之间的连接角度，修剪机构呈圆弧、直线、波浪等形状，实现植株多种修剪造型。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉自识别、自定位的园艺修剪造型机，其特征在于所述stm32单片机(34)控制摄像头(28)拍照，经stm32单片机(34)运算处理识别植株中心，控制轮毂电机一(12)和轮毂电机二(18)驱动小车定位，进而控制直流电机(1)和刀具驱动电机(23)完成修剪作业。