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

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张鹤
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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。
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