CN210808351U - 一种基于3d打印的园林机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于3D打印的园林机器人，包括支撑架和修剪刀具，还包括设于所述支撑架上的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；所述修剪刀具固定于所述Z方向移动机构的下端；所述Z方向移动机构分别与所述X方向移动机构和Y方向移动机构滑动连接。与现有技术相比，本实用新型具有自动化程度高、设备造价低、方便拆卸安装、适用范围广等优点。

Description

一种基于3D打印的园林机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，尤其是涉及一种基于3D打印的园林机器人。

背景技术

现在人们越来越注重绿化，各种各样的园林也随之出现，园林修剪对于园林绿化和观赏具有十分重要的意义，修剪园林不仅可以让树木有良好的树形，而且还有利于树木生长，使得树木的枝条分布均匀，长得繁茂昌盛。然而目前园林的修剪虽然已经提出了许多辅助修剪工具但是修剪的过程仍需人工修剪完成的，人工修剪园林既耗时又浪费劳动力，有时修剪效果还不是很好；并且，人力控制对使用者的园林知识和经验有相当高的要求。

中国专利CN 102939864 A公布了一种园林植物修剪机器人，是由支撑架、环形导轨、内齿轮、底座固定滑块、底盘外齿轮、齿轮连接轴、底座、水平旋转座、运动杆臂、调整杆臂、修剪电机、旋刀固定机构、旋刀夹持机构、旋刀组成的，环形导轨内外圈分别固定在支撑架上，内齿轮焊接在支撑架内侧，底盘外齿轮由齿轮连接轴与底座连接，底座固定滑块在环形导轨上，底座在底座固定滑块上方固定，水平旋转座在底座上方，运动杆臂连接在水平旋转座上，运动杆臂与调整杆臂连接一起，修剪电机在调整杆臂末端槽内，旋刀在旋刀夹持机构上，旋刀夹持机构由旋刀固定机构固定在调整杆臂末端；该园林植物修剪机器人的修剪刀具无法完成对植物底部的修剪；并且采用机械臂造价较高，不利于推广；另外，该设备组装困难，而对于一些大型植物，需要现场组装设备进行修剪，该设备无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于3D 打印的园林机器人。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于3D打印的园林机器人，包括支撑架和修剪刀具，还包括设于所述支撑架上的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；所述修剪刀具固定于所述Z方向移动机构的下端；所述Z方向移动机构分别与所述X方向移动机构和Y方向移动机构滑动连接。

本实用新型在一个支撑架分别设计能够带动修剪刀具在三个方向运动的移动机构，并且移动机构能够实现直线运动即可，方便设备的选择；相比于现有技术中的一个高度调节机构和一个旋转机构实现对植物三个方向进行剪切，并且旋转结构多为机械臂，本实用新型的装置结构更加稳固、造价更低、易于推广。

所述修剪刀具包括舵机平台、设于所述舵机平台上的第一舵机架、通过所述第一舵机架固定于所述舵机平台上的第一舵机、与所述第一舵机的输出端连接的延伸臂、固定于所述延伸臂上的第二舵机架、固定于所述第二舵机架上的第二舵机、与所述第二舵机的输出端连接的直流电机架、与所述直流电机架固定连接的直流电机、以及与所述直流电机输出端连接的刀片。

为了实现更好的修剪，通过设计第一舵机使刀片能够在水平方向上旋转，从而满足水平方向上刀片的角度要求，满足对植物的前后左右四个方向的修剪需求；通过设计第二舵机使刀片能够在竖直方向上旋转，使得刀片能够满足竖直方向上刀片的角度要求，满足对植物的上方和下方的修剪需求。

所述支撑架包括由支撑型材构成的长方体状的框架结构、安装于该框架结构的竖直侧面上的挡板、以及设于竖直的支撑型材上的连接组件；所述X方向移动机构和Y方向移动机构安装于所述连接组件上。

采用长方体结构的支撑架，结构更加稳固；采用框架式结构，方便安装和拆卸，可以根据地形以及植物的具体大小，现场安装支撑架以及相应的组件，满足社区或公园等大型的造型植物景观的修剪需求。

所述X方向移动机构和Y方向移动机构均包括设于驱动电机、平行设置的两个驱动光杆、设于所述两个驱动光杆上的同步轮、通过同步轮配套安装于所述两个驱动光杆上的同步带、设于所述同步带上的同步带滑块、以及与所述两个驱动光杆平行的移动光杆，该移动光杆一端固定于所述同步带滑块上，另一端滑动安装于所述挡板上，所述同步带与所述驱动光杆垂直；所述移动光杆上滑动安装有光杆滑块，所述Z方向移动机构与所述X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接。

为例提高同步带滑块移动的稳定性和安全性，所述X方向移动机构和Y方向移动机构还包括两端固定于所述挡板上的滑块承载光杆，所述同步带滑块滑动安装于所述滑块承载光杆上。

所述同步带滑块上设有与所述同步带卡接的S型凹槽，该S型凹槽的槽宽与所述同步带的厚度匹配，所述同步带配套安装于该S型凹槽中。

所述Z方向移动机构包括移动平台、丝杆组件和Z方向驱动电机；所述移动平台与所述X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接；所述移动平台与丝杆组件的丝杆滑块固定连接，所述丝杆组件的上部与所述Z方向驱动电机连接，下部与所述修剪刀具连接。

所述丝杆组件包括置于所述移动平台上方的Z方向驱动电机固定板、置于所述移动平台下方的修剪刀具固定板、设于所述Z方向驱动电机固定板和修剪刀具固定板之间的丝杆和导向杆、以及配套连接于所述丝杆上的丝杆滑块。

所述连接组件包括配套安装于竖向的支撑型材顶部的型材套件，以及固定于所述型材套件上的扣件；所述型材套件上设有所述驱动电机的支撑结构，所述扣件上设有安装所述驱动光杆的卡扣。

位于所述支撑架底部的支撑型材中两个相对放置的支撑型材由四段通过双通铰链连接的型材零件构成，使得能够将结构折叠，减少占地面积。

本实用新型中采用传动带带动修剪刀具在X方向和Y方向移动，采用丝杆控制修剪刀具在Z方向上移动，该结构简单、方便安装、部件均为常用零件、容易获得。

本实用新型还包括与所述园林机器人中的驱动电机以及舵机连接的控制系统，向控制系统中输入X、Y、Z方向的坐标值，控制X方向和Y方向的驱动电机以及 Z方向的驱动电机，则可以实现修剪刀具定位到合适的坐标值；同时，通过控制舵机，调节修剪刀具在水平方向以及竖直方向的刀片角度，对植物进行修剪。

其中，本实用新型采用的驱动电机均为步进电机。

本实用新型的工作原理为：

由四根铝型材围成加工区域，四根铝型材作为支撑，通过特殊设计的型材套件将驱动光杆、滑块承载光杆以及移动光杆固定在一定高度。X方向移动机构和Y 方向移动机构设置相同，由驱动电机通过带动驱动光杆转动，使得同步轮转动，配套安装在同步轮上的同步带移动，带动同步带滑块沿X方向或者Y方向直线运动，同步带滑块再带动移动光杆移动，由于修剪刀具与移动光杆上的滑块滑动连接，只能沿着移动光杆滑动，所以修剪刀具在移动光杆的作用下，实现X方向或者Y方向直线运动。在实际使用中，可以先采用X方向移动机构调节修剪刀具的X向坐标，使得修剪刀具在Y方向移动机构的移动光杆上滑动到设定的X坐标值，然后 Y方向移动机构调节修剪刀具的Y向坐标，使得修剪刀具在X方向移动机构的移动光杆上滑动到设定的Y坐标值；也可以先调节Y坐标，再调节X坐标。在Z方向移动机构中，移动平台通过丝杆滑块与加工区域的两根光杆连接，形成加工轨道，由放置在一个移动件上的丝杆电机驱动。放置在移动平台上的丝杆电机驱动修剪刀具上下运动，即实现Z方向的移动。本实用新型通过三台驱动电机实现刀具三维方向的位置移动，将刀具移动至合适的位置。

修剪刀具在第一舵机的带动下调节方向，配合植物前后左右方向的修剪需求，在第二舵机的带动下调节方向，配合植物上部和下部的修剪需求。

采用控制系统对三台电机以及两个舵机进行控制，根据具体形状设计修剪刀具在不同时间点的位置，即运动轨迹，将这些位置的xyz坐标输入控制系统，通过控制系统驱动相应的电机将修剪刀具输送至特定坐标的位置，并且调节舵机调节刀片的角度，完成植物的修剪。

本实用新型的装置可以配合三维重建系统以及嵌入式系统完成3D打印，通过三维重建系统获得景观植物的三维模型，在通过嵌入式系统在三维模型中提取出三维坐标点，将这些三维坐标点作为数据传输给控制系统，通过控制系统控制本实用新型中的机械结构完成对植物的修剪。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)该设备通过三个直线移动机构控制修剪刀具在三个方向上移动，并且移动机构采用电机和同步带组件，零件简单易得，造价低，经济实用；

(2)设计方便拆卸的框架式支架，各个移动机构能够快速安装到框架式支架上，使得本实用新型的装置能够现场组装和拆卸，满足社区或公园等大型的造型植物景观的修剪需求；因此，本实用新型可以设计为大尺寸结构，(如车载型产品、固定式大型产品)，便于市政园林部门进行对造型绿化的维护和制作；能够适应不同尺寸的目标植物，增强实用新型的适用性；

(3)本实用新型可以设计为小型化的园林机器人，作为家用园林机器人提供给个人客户和植物设计爱好者进行造型盆栽植物的加工。

(4)该装置的自动化程度高，通过控制系统控制本实用新型中的动力驱动电机以及舵机，实现刀片的三维坐标定位以及刀片修剪角度的调节，大大减少了加工的时间，提高了生产效率，尤其是对于制作大型的造型植物，避免了人员因登高作业而产生的安全隐患；

(5)本实用新型的装置可以配合现有的三维重建技术以及嵌入式系统，实现对植物的3D打印式的修剪；

(6)X方向移动机构和Y方向移动机构中与同步带安装于同步带滑块的S型凹槽中，二者卡接牢靠，又容易安装拆卸。

(7)整体支撑架结构中，底部相对设置的支撑型材分四段并使用双通铰链连接，能够将结构折叠，减少占地面积；四周采用侧板将整根型材固定，保证了工作时结构的稳定性；侧板使得设备成为一个相对密闭的结构，将加工区域与外界隔离开，保证了加工的安全性；X方向移动机构和Y方向移动机构的部件通过型材套件以及卡扣可拆卸安装于支撑架上，能够快速组装拆卸，减少了螺栓螺母的使用，防止由于小零件的掉落引发的危险。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中X方向移动机构和Y方向移动机构的结构示意图；

图3为本实用新型中同步带滑块的结构示意图；

图4为本实用新型中连接组件的结构示意图；

图5为本实用新型中Z方向移动机构的结构示意图；

图6为本实用新型中修剪刀具的旋转机构的结构示意图；

图7为本实用新型中修剪刀具的修剪机构的结构示意图；

图8为本实用新型中底部的支撑型材的结构示意图；

图中，1为支撑型材，11为双通铰链，2为挡板，3为连接组件，31为型材套件，32为扣件，41为X向驱动电机，42为X向驱动光杆，43为X向同步带，44 为X向同步带滑块，441为S型凹槽，45为X向移动光杆，46为X向光杆滑块， 47为X向滑块承载光杆，51为Y向驱动电机，52为Y向驱动光杆，53为Y向同步带，54为Y向同步带滑块，55为Y向移动光杆，56为Y向光杆滑块，57为Y 向滑块承载光杆，6为Z方向移动机构，61为Z方向驱动电机，62为移动平台， 63为Z方向驱动电机固定板，64为修剪刀具固定板，65为丝杆，66为导向杆， 67为丝杆滑块，7为修剪刀具，71为舵机平台，72为第一舵机架，73为第一舵机， 74为延伸臂，75为第二舵机架，76为第二舵机，77为直流电机架，78为直流电机，79为刀片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

一种基于3D打印的园林机器人，如图1所示，包括支撑架和修剪刀具7，其特征在于，还包括设于支撑架上的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构6，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；修剪刀具7固定于Z方向移动机构 6的下端；Z方向移动机构6分别与X方向移动机构和Y方向移动机构滑动连接。

支撑架1包括由支撑型材1构成的长方体状的框架结构、安装于该框架结构的竖直侧面上的挡板2、以及设于竖直的支撑型材1上的连接组件3；X方向移动机构和Y方向移动机构安装于连接组件3上。位于支撑架1底部的支撑型材中两个相对放置的支撑型材由四段通过双通铰链11连接的型材零件构成，如图8所示。整体支撑架结构中，底部相对设置的支撑型材分四段并使用双通铰链连接，能够将结构折叠，减少占地面积；四周采用侧板将整根型材固定，保证了工作时结构的稳定性；侧板使得设备成为一个相对密闭的结构，将加工区域与外界隔离开，保证了加工的安全性；X方向移动机构和Y方向移动机构的部件通过型材套件以及卡扣可拆卸安装于支撑架上，能够快速组装拆卸，减少了螺栓螺母的使用，防止由于小零件的掉落引发的危险。

X方向移动机构和Y方向移动机构的结构相同：X方向移动机构和Y方向移动机构均包括设于驱动电机、平行设置的两个驱动光杆、设于两个驱动光杆上的同步轮、通过同步轮配套安装于两个驱动光杆上的同步带、设于同步带上的同步带滑块、与两个驱动光杆平行的移动光杆、以及两端固定于挡板2上的滑块承载光杆，同步带滑块滑动安装于滑块承载光杆上，移动光杆一端固定于滑块上，另一端滑动安装于挡板2上，同步带与驱动光杆垂直；移动光杆上滑动安装有光杆滑块，Z方向移动机构6与X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接。

具体地，如图2所示，X方向移动机构中，包括设于连接组件3上的X向驱动电机41，平行设置的两个X向驱动光杆42，X向驱动光杆42带动X向同步带 43移动，进而带动X向同步带滑块44移动，进而带动X向移动光杆45直线移动，X向移动光杆45上设有可以沿X向移动光杆45轴向滑动的X向光杆滑块46，由X向光杆滑块46带动Z方向移动机构6在Y向移动光杆55上滑动，实现X方向移动，为了保证X向同步带滑块44的运动稳定性，设有两端固定于挡板2上的 X向滑块承载光杆47，X向同步带滑块44在X向滑块承载光杆47上滑动。Y方向移动机构中，包括设于连接组件3上的Y向驱动电机51，平行设置的两个Y向驱动光杆52，Y向驱动光杆52带动Y向同步带53移动，进而带动Y向同步带滑块54移动，进而带动Y向移动光杆55直线移动，Y向移动光杆55上设有可以沿Y向移动光杆55轴向滑动的Y向光杆滑块56，由Y向光杆滑块56带动Z 方向移动机构6在X向移动光杆45上滑动，实现Y方向移动，为了保证Y向同步带滑块54的运动稳定性，设有两端固定于挡板2上的Y向滑块承载光杆57，Y 向同步带滑块54在Y向滑块承载光杆57上滑动。

其中，同步带滑块的结构如图3所示，以X同步带滑块44为例，X同步带滑块44上设有与X向同步带43卡接的S型凹槽441，该S型凹槽441的槽宽与X 向同步带43的厚度匹配，X向同步带43配套安装于该S型凹槽441中。

连接组件3包括设于支撑型材1上的型材套件31和安装于该型材套件上的扣件32，如图4所示，型材套件31上设有支撑X方向移动机构和Y方向移动机构中的驱动电机的平台，扣件32上设有供光杆穿过安装的通孔。

如图5所示，Z方向移动机构6包括移动平台62、丝杆组件和Z方向驱动电机61；移动平台62于X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接；移动平台62与丝杆组件的丝杆滑块67固定连接，丝杆组件的上部与Z方向驱动电机61连接，下部与修剪刀具7连接，其中，丝杆65组件包括置于移动平台62 上方的Z方向驱动电机61固定板、置于移动平台62下方的修剪刀具固定板64、设于Z方向驱动电机固定板63和修剪刀具固定板64之间的丝杆65和导向杆66、以及配套连接于丝杆65上的丝杆滑块67

如图6所示，修剪刀具7包括舵机平台71、设于舵机平台71上的第一舵机架 72、通过第一舵机架72固定于舵机平台71上的第一舵机73、与第一舵机73的输出端连接的延伸臂74、固定于延伸臂74上的第二舵机架75、固定于第二舵机架 75上的第二舵机76、与第二舵机76的输出端连接的直流电机架77、与直流电机架77固定连接的直流电机78、以及与直流电机78输出端连接的刀片79。

本实施例的装置还包括与园林机器人中的驱动电机以及舵机连接的控制系统，并且在挡板2上提供了安装收纳盒的螺丝孔，该收纳盒用来放置控制设备所需要的各类驱动板，控制系统通过三台电机实现三维的位置移动。

本实施例的设备通过三个直线移动机构控制修剪刀具在三个方向上移动，并且移动机构采用电机和传送带组件，零件简单易得，造价低，经济实用；设计方便拆卸的框架式支架，各个移动机构能够快速安装到框架式支架上，使得本实用新型的装置能够现场组装和拆卸，满足社区或公园等大型的造型植物景观的修剪需求；因此，本实用新型可以设计为大尺寸结构，(如车载型产品、固定式大型产品)，便于市政园林部门进行对造型绿化的维护和制作；能够适应不同尺寸的目标植物，增强实用新型的适用性；本实用新型可以设计为小型化的园林机器人，作为家用园林机器人提供给个人客户和植物设计爱好者进行造型盆栽植物的加工。该装置的自动化程度高，通过控制系统控制本实用新型中的动力驱动电机以及舵机，实现刀片的三维坐标定位以及刀片修剪角度的调节，大大减少了加工的时间，提高了生产效率，尤其是对于制作大型的造型植物，避免了人员因登高作业而产生的安全隐患；本实用新型的装置可以配合现有的三维重建技术以及嵌入式系统，实现对植物的3D打印式的修剪。

实施例2

本实施例的结构与实施例1中的结构相同，具体为实施例1的工作原理：

由四根铝型材围成加工区域，四根铝型材作为支撑，通过特殊设计的型材套件将驱动光杆、滑块承载光杆以及移动光杆固定在一定高度。X方向移动机构和Y 方向移动机构设置相同，由驱动电机通过带动驱动光杆转动，使得同步轮转动，配套安装在同步轮上的同步带移动，带动同步带滑块沿X方向或者Y方向直线运动，同步带滑块再带动移动光杆移动，由于修剪刀具与移动光杆上的滑块滑动连接，只能沿着移动光杆滑动，所以修剪刀具在移动光杆的作用下，实现X方向或者Y方向直线运动。在实际使用中，可以先采用X方向移动机构调节修剪刀具的X向坐标，使得修剪刀具在Y方向移动机构的移动光杆上滑动到设定的X坐标值，然后 Y方向移动机构调节修剪刀具的Y向坐标，使得修剪刀具在X方向移动机构的移动光杆上滑动到设定的Y坐标值；也可以先调节Y坐标，再调节X坐标。在Z方向移动机构中，移动平台通过丝杆滑块与加工区域的两根光杆连接，形成加工轨道，由放置在一个移动件上的丝杆电机驱动。放置在移动平台上的丝杆电机驱动修剪刀具上下运动，即实现Z方向的移动。本实用新型通过三台驱动电机实现刀具三维方向的位置移动，将刀具移动至合适的位置。

修剪刀具在第一舵机的带动下调节方向，配合植物前后左右方向的修剪需求，在第二舵机的带动下调节方向，配合植物上部和下部的修剪需求。

采用控制系统对三台电机以及两个舵机进行控制，根据具体形状设计修剪刀具在不同时间点的位置，即运动轨迹，将这些位置的xyz坐标输入控制系统，通过控制系统驱动相应的电机将修剪刀具输送至特定坐标的位置，并且调节舵机调节刀片的角度，完成植物的修剪。

本实用新型的装置可以配合三维重建系统以及嵌入式系统完成3D打印，通过三维重建系统获得景观植物的三维模型，在通过嵌入式系统在三维模型中提取出三维坐标点，将这些三维坐标点作为数据传输给控制系统，通过控制系统控制本实用新型中的机械结构完成对植物的修剪。

3D打印的软件控制方法

为了智能检测出物体大小，可以采用机器视觉相关技术，为了降低成本可以采用了两个单目USB摄像头构成双目摄像头。首先使用“双目摄像头”对物体进行拍摄，然后运用opencv对图片进行灰度，二值化，去燥等一系列处理，再提取轮廓处理，选取面积最大的轮廓作为物体轮廓，找出轮廓最边缘的点(左右摄像头所拍图片的点一一对应)，然后再根据标定后获得的投影矩阵构造三元函数方程组，再使用根据最小二乘法求解出对应点世界坐标系的坐标。最后根据最边缘点的世界坐标系坐标计算出物体的物理尺寸。

三维重建系统

三维重建软件：三维重建软件使用开源的Bundler、CMVS-PMVS组合的形式进行多视图三维重建。Bundler利用一系列无序图片生成场景的稀疏点云，并且估计每一幅图片的相机参数(内参和外参)。CMVS-PMVS可以利用已知图片以及图片对应相机参数来进行稠密的三维重建。三维重建所得的三维模型拥有可观的三维坐标点，但仍有坐标点缺失的情况出现。对于图片的数量和质量具有一定要求。针对这种情况，三维重建软件引入SFM算法(SFM算法是一种基于各种收集到的无序图片进行三维重建的离线算法，挑选出合适的图片。)先从图片中提取焦距信息，然后利用SIFT等特征提取算法去提取图像特征，再去计算两张图片特征点之间的距离进行特征点的匹配，从而找到特征点匹配个数达到要求的图像。如果有特征点可以在这样的匹配中传递下去，一直被检测到，那么就可以形成轨迹。

三维重建软件引入SFM算法之后能够用合适的图片合成三维模型，大大提高了三维模型的质量和三维坐标的精度。最后得到的三维模型格式为.ply格式，可以导成.stl、.xyz等三维模型格式。

关于三维重建技术，三维重建技术的方法也有很多。目前已运用的三维重建技术有以下几个：①传统的三维重建主要是依靠昂贵的三维扫描设备，并且需要被扫描的目标保持一段时间的稳定。②.基于深度相机的三维重建：基于深度相机的三维重建现有产品有以下几种：(1)结构光，这个技术的代表产品是Kinect一代，它的传感器芯片用的是PrimeSense公司的。PrimeSense现在是苹果旗下的公司。 (2)TOF，time-of-flight，代表产品是Kinect二代。(3)双目摄像头，代表产品是Google Tango以及Leap Motion，前者配有四台摄像头，后者有两个。③.基于图像的三维重建：由于基于深度相机会受到红外距离的限制，如kinect支持的距离为0.5-5m，而且容易产生空洞，所以比较适合室内场景，目前应用最多的是机器人Visual SLAM方面。但是从三维重建的实际应用角度来看，不够方便，目前工业界用的最多的方法应该是基于图像的三维几何重建了，其主要步骤包括局部特征匹配，动态结构,多视点立体、曲面重建、表面纹理等。

这种方法主要需要解决的问题是判断相机的姿态(位置和方向)。通过对照片特征的检测与匹配，得到相机的姿态，并计算出稀疏的场景三维点云。目前比较好的技术主要有：VisualSFM、OpenMVG、Bundler、MVE

嵌入式系统：

嵌入式系统的作用是提取三维模型中的三维坐标点并控制机械结构。主要运用的编程语言是Python，嵌入式系统选择Ubuntu。嵌入式系统转换三维模型格式为 data.txt格式。再通过读取data.txt文件(里面每一行都是由空格分隔的x，y，z坐标。)提取三维坐标点。得到的三维坐标点存在误差和错误，为了避免三维坐标点出错影响最终提取结果，用Python对坐标进行列表处理。再对列表进行删除和顺序排列，最终得到合适的三维坐标点。

嵌入式系统对机器人内部空间进行定义X、Y、Z轴和原点，定义完全后，依据提取后的坐标点控制步进电机带动同步带，进行X、Y、Z轴方向上的运动。整套程序运用Python，防止由于其他语言代码多易出错，且Python编写此程序结构简单运用方便，提高嵌入式系统在基于三维重建和3D打印的园林机器人中的工作效率和最终运用效果。

如今嵌入式系统的发展相对成熟，现状如下：

工业控制

基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、 16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是8位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。

交通管理

在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。

信息家电

这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。

家庭智能管理系统

水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。

POS网络及电子商务

公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard,CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。

环境工程与自然

水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。

机器人

嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。

本实施例的园林机器人作为机械结构部分与三维重建软件和嵌入式系统组成基于三维重建和3D打印的园林机器人体系。用户将想要的植物景观造型以图片的形式导入三维重建软件。由三维重建软件合成三维模型。将导出的三维模型导入嵌入式系统。嵌入式系统对三维模型进行处理，转换成三维坐标点。同时嵌入式系统又控制机械结构部分。机械结构部分依据三维坐标点对植物景观进行修剪。

结合三维重建软件和嵌入式系统的园林机器人体系，具有以下优点：(1)、三维重建技术：现有造型园林加工工具依旧需要依靠人力控制，这对使用者的园林知识和经验有相当高的要求，针对这种现状我们使用了三维重建技术，能够准确地将植物切削成需要的造型。只需要将足够多的目标造型图片导入三维重建软件再连接到嵌入式系统和机械终端就可以实现自动化切削还原，无需拥有足够的专业知识，简化了造型园林的加工步骤，降低了造型植物的制作门槛。(2)、模块化机械结构：当下针对社区、公园等地的大型造型植物景观加工依旧依靠人力修剪，效率低且需要大量专业人员。本实用新型使用可拆卸重组的模块化结构，针对社区或公园等大型的造型植物景观，可通过现场组装结构的方式进行加工。能够适应不同尺寸的目标植物，增强实用新型的适用性。并且使用三维坐标定位的机械切削方式，大大减少了加工的时间，提高了生产效率，尤其是对于制作大型的造型植物，避免了人员因登高作业而产生的安全隐患。(3)、成套体系(兼具硬件系统和软件系统)：采用软件和硬件结合的方式，区别于单一的硬件修剪园林和固定模式的自动园林机器人，解决了园林打理复杂、费时间和修剪技术要求高的问题。缓解了园林行业专业技术人员短缺的现状，为园林设计和规划的长期发展做出贡献。(4)、个性化定制园林操作简易使用灵活：相比于手工修剪园林需要长期学习和实践，而现有园林机器人使用难度较高且固定模式。本实用新型操作简单且能够个性化定制，填补了学习修剪园林所需要的时间和难度。带来的社会效益是为城市精细化管理提供一种智能化方案。带来的经济效益是让更多人了解和融入园林行业，带动园林行业的发展。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的园林机器人，包括支撑架和修剪刀具(7)，其特征在于，还包括设于所述支撑架上的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构(6)，X方向、Y方向和Z方向两两垂直；所述修剪刀具(7)固定于所述Z方向移动机构(6)的下端；所述Z方向移动机构(6)分别与所述X方向移动机构和Y方向移动机构滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述修剪刀具(7)包括舵机平台(71)、设于所述舵机平台(71)上的第一舵机架(72)、通过所述第一舵机架(72)固定于所述舵机平台(71)上的第一舵机(73)、与所述第一舵机(73)的输出端连接的延伸臂(74)、固定于所述延伸臂(74)上的第二舵机架(75)、固定于所述第二舵机架(75)上的第二舵机(76)、与所述第二舵机(76)的输出端连接的直流电机架(77)、与所述直流电机架(77)固定连接的直流电机(78)、以及与所述直流电机(78)输出端连接的刀片(79)。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述支撑架包括由支撑型材(1)构成的长方体状的框架结构、安装于该框架结构的竖直侧面上的挡板(2)、以及设于竖直的支撑型材(1)上的连接组件(3)；所述X方向移动机构和Y方向移动机构安装于所述连接组件(3)上。

4.根据权利要求3所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述X方向移动机构和Y方向移动机构均包括设于驱动电机、平行设置的两个驱动光杆、设于所述两个驱动光杆上的同步轮、通过同步轮配套安装于所述两个驱动光杆上的同步带、设于所述同步带上的同步带滑块、以及与所述两个驱动光杆平行的移动光杆，该移动光杆一端固定于所述同步带滑块上，另一端滑动安装于所述挡板(2)上，所述同步带与所述驱动光杆垂直；所述移动光杆上滑动安装有光杆滑块，所述Z方向移动机构(6)与所述X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述X方向移动机构和Y方向移动机构还包括两端固定于所述挡板(2)上的滑块承载光杆，所述同步带滑块滑动安装于所述滑块承载光杆上。

6.根据权利要求5所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述同步带滑块上设有与所述同步带卡接的S型凹槽，该S型凹槽的槽宽与所述同步带的厚度匹配，所述同步带配套安装于该S型凹槽中。

7.根据权利要求4所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述Z方向移动机构(6)包括移动平台(62)、丝杆组件和Z方向驱动电机(61)；所述移动平台(62)与所述X方向移动机构和Y方向移动机构的光杆滑块固定连接；所述移动平台(62)与丝杆组件的丝杆滑块(67)固定连接，所述丝杆组件的上部与所述Z方向驱动电机(61)连接，下部与所述修剪刀具(7)连接；所述丝杆(65)组件包括置于所述移动平台(62)上方的Z方向驱动电机固定板(63)、置于所述移动平台(62)下方的修剪刀具固定板(64)、设于所述Z方向驱动电机固定板(63)和修剪刀具固定板(64)之间的丝杆(65)和导向杆(66)、以及配套连接于所述丝杆(65)上的丝杆滑块(67)。

8.根据权利要求4所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，所述连接组件(3)包括配套安装于竖向的支撑型材顶部的型材套件，以及固定于所述型材套件上的扣件；所述型材套件上设有所述驱动电机的支撑结构，所述扣件上设有安装所述驱动光杆的卡扣。

9.根据权利要求3所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，位于所述支撑架底部的支撑型材中两个相对放置的支撑型材由四段通过双通铰链连接的型材零件构成。

10.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的园林机器人，其特征在于，还包括与所述园林机器人中的驱动电机以及舵机连接的控制系统。

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