CN215123657U - 一种基于机器视觉的振动机械除草装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于机器视觉的振动机械除草装置，涉及农业机械领域，具体应用于农业领域多种作物的田间智能除草。该装置由三点悬挂、机体、视觉部分、执行机构组成。该装置可适用于多种农作物的不同生长周期的除草作业。同时本实用新型采用传统农机三点悬挂挂接方式，可以搭载在多种田间行走平台，并且能够适应于多种复杂的田间环境。本装置应用机器视觉技术，在装置上部署视觉识别系统，通过摄像头对苗草的识别与定位后，控制末端执行装置进行避苗除草。同时本装置创新采用振动齿梳震碎土壤将草搂到土表的方式，对垄台的破坏降到最低，同时起到了疏松土壤的效果，减少了化学除草剂用量,保护生态环境，提高除草效率，降低了除草伤苗率。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种基于机器视觉的振动机械除草装置，涉及农业机械领域，具体应用于农业领域多种作物的田间智能除草。
背景技术
农田杂草是一种分布面积广、生命力顽强的植物，它一直存在于人类农耕过程的始末，是自然界中适应性最强、最繁茂的植物之一。杂草会与农作物争夺水分、养分、光照和空间，又或者间接传播病虫害，这都会严重影响农作物的生长发育，降低农产品品质，减少作物产量，给农业生产带来极大损失，同时又增加了管理用工和生产成本。根据统计,我国杂草危害面积庞大,单种作物的减少产量可达上亿千克。由此可见杂草的生长严重危害了我国农业的发展和农产品的质量,因此我们必须采取有效地方式对农田杂草进行防除,以保证我国农产品的产量和质量。因此，为克服杂草对农业生产的危害，目前国内外现有除草方式主要为人力除草，机械除草，化学除草，生物除草，国内外研究机构还有对激光除草、电流除草的研究但是目前技术仍不成熟。由于人力除草效率低，耗时耗力，已经不适合现代农业的发展。化学除草省时省力,除草效率比较高,所以化学除草法很受广大农民的欢迎,成为目前的主要除草方式。但是目前化学除草采用粗放型“地毯式”“广幅式”除草剂投放方式，造成了严重的除草剂资源浪费和生态环境污染。过量的农药投入导致面源污染和环境持续恶化，不仅直接增加农业生产成本，也间接增加环境治理成本。机械除草作业是旱作农业可持续发展的一项关键性生产技术，是利用各种耕、翻、耙、中耕松土等措施在播种前、出苗前及各生育期等不同时期进行除草，能杀除已出土的杂草或将草籽深埋，或将地下茎翻出地面使之干死或冻死。这是我国北方旱区目前使用最为普遍的措施。近年来随着人们保护环境意识的提升，人们迫切希望解决化学除草带来的环境污染以及作物的农药残留等问题，因此机械除草作为一项真正做到无污染除草的作业方法被迫切需要，随着我国科技水平的高速发展，对于机械除草的要求也在不断提高。传统的机械除草限制多，株间的杂草铲除技术不够完善伤苗率较高，并且除草的效果不够理想，许多种类的杂草生命力顽强，强度不够的机械化作业远远不能达到所需要求。结合机器视觉的智能除草装备就这样应运而生，与农业机械化要求相符合,与精准农业技术相一致,实现了农田除草的机械化、自动化和智能化,大大降低了农民劳动强度,减少了化学除草剂用量,保护生态环境，提高除草效率，降低了伤苗率。
本实用新型针对现有机械除草的除草效果不佳、伤苗率较高的背景下，创新设计了一种基于机器视觉的振动机械除草装置，该装置可适用于多种农作物的不同生长周期的除草作业。同时本实用新型采用传统农机三点悬挂挂接方式，可以搭载在多种田间行走平台，并且能够适应于多种复杂的田间环境。本装置应用机器视觉技术，在装置上部署视觉识别系统，通过摄像头对苗草的识别与定位后，控制末端执行装置进行避苗除草。同时本装置创新采用振动齿梳震碎土壤将草搂到土表的方式，对垄台的破坏降到最低，同时起到了疏松土壤的效果。
发明内容
传统除草机械除草效果差、伤苗率高、作业效果不佳，为了克服传统除草机械存在的各种问题，本实用新型创新设计了一种基于机器视觉的振动机械除草装置，该装置可适用于多种农作物的不同生长周期的除草作业。同时本实用新型采用传统农机三点悬挂挂接方式，可以搭载在多种田间行走平台，并且能够适应于多种复杂的田间环境。并且伴随着智能农业时代的到来，农业与智能化相结合成为了推动农业进步的动力源，智能化的结合使农业作业更加的高效率、高质量、高精确。
为了实现上述的目的，本实用新型所提供的技术方案是一种基于机器视觉的振动机械除草装置，其特征在于，装置由三点悬挂、机体、视觉部分、执行机构组成，三点悬挂由挂接固定板1、悬挂臂2、悬挂臂固定端3、悬挂下端4 组成，机体由方钢骨架5、箱体背板6、中心控制箱7、合页8、箱体顶板9、箱体侧面板10、箱体拆卸面板11、摇摆电机固定座12组成，视觉部分由固定弯曲板13、旋转架14、摄像头安装座15、摄像头16组成，执行机构由摇摆电机座17、立式轴承18、光轴19、电机20、减速器21、短杆22、长杆23、摇摆杆 24、末端执行器杆25、齿梳固定座26、齿梳27、弹簧28、开槽刀29、振动电机固定座30、振动电机31、振动电机防尘壳32组成，其中挂接固定板1焊接在方钢骨架5上，悬挂臂固定端3和悬挂下端4焊接在挂接固定板1上，悬挂臂2通过螺栓与悬挂臂固定端3连接，箱体背板6和箱体侧面板10通过焊接与方钢骨架5相连，箱体顶板9通过合页8与方钢骨架5相连，两两之间使用螺栓固定，摇摆电机固定座12和中心控制箱7通过螺栓固定在箱体背板6上，箱体拆卸面板11通过螺栓固定在方钢骨架5上，一对固定弯曲板13按照一定距离焊接在箱体背板6上，旋转架14通过螺栓与固定弯曲板13形成铰接，摄像头16通过螺栓固定在摄像头安装座15上，摄像头安装座15通过螺栓固定在旋转架14上，摇摆电机座17通过螺栓固定在摇摆电机固定座12上，电机20与减速器21通过螺栓连接在一起，减速器21通过螺栓固定在摇摆电机座17上，一对立式轴承18通过螺栓与摇摆电机座17固定，光轴19穿过两个立式轴承18 末端与摇摆杆24固定，短杆22一端固定在减速器轴上，另一端通过螺栓与长杆23形成铰接，长杆23另一端通过螺栓与摇摆杆24形成铰接，末端执行器杆25通过螺栓固定在摇摆杆24上，齿梳固定座26通过螺栓与末端执行器杆25固定，振动电机31安装在振动电机固定座30上，振动电机防尘壳32与振动电机固定座30装配后通过螺栓将振动电机部分固定在齿梳27上，齿梳27通过螺栓与齿梳固定座26形成过盈配合，弹簧28穿过固定齿梳的螺栓安装在齿梳27与齿梳固定座26的空隙之间提高齿梳27的振动效果，开槽刀29通过螺栓固定在齿梳固定座26上。
整机通过悬挂臂2、悬挂臂固定端3、悬挂下端4构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头16位于苗带上方进行苗草识别与苗草定位，当检测到株间有杂草后，在控制系统的驱动下，电机20带动减速器21旋转，进而带动短杆 22、长杆23、摇摆杆24组成的往复连杆机构，将两个末端执行器由高处避苗状态向下摆进入到入土工作态，两个交错的末端执行器入土后通过振动齿梳27将杂草根部土壤震碎后杂草没有附着，随后被向前行进的振动齿梳27从土中搂出来，当末端执行器将近苗的根系时，在摇摆电机与往复连杆机构的带动下末端执行器被摆向高处脱离土壤，完成对杂草的铲除以及对作物的规避。
本实用新型与现有技术比较，有如下优点和有益效果：本实用新型针对现在农业机械除草技术不够成熟而研制，其适用范围广，适应于多种作物的不同生长周期的除草作业，与机器视觉技术结合可精准实现对作物根系的规避，大大降低了除草过程中的伤苗率，创新采用振动齿梳搂草的方式同时疏松土质改善了作物的生长环境，采用摇摆式的规避方式能够大大节省空间并且提高避苗率，振动齿梳将杂草根部附着的土壤震松之后在向前行进的过程中将杂草搂到土表，这种方式可以适用于铲除各种不同类型的杂草，对杂草杀伤效果更加完全，而且采用纯机械除草方式不使用除草剂，在最大程度上减少除草过程对环境的污染符合人们对除草过程中减少对环境污染的要求。
附图说明
图1为本实用新型的简图
图2为本实用新型的侧视图
图3为本实用新型的主视图
图4为本实用新型的主要功能部件的简图
具体实施方式
为了实现上述的目的，本实用新型所提供的技术方案是一种基于机器视觉的振动机械除草装置，其特征在于，装置由三点悬挂、机体、视觉部分、执行机构组成，三点悬挂由挂接固定板1、悬挂臂2、悬挂臂固定端3、悬挂下端4 组成，机体由方钢骨架5、箱体背板6、中心控制箱7、合页8、箱体顶板9、箱体侧面板10、箱体拆卸面板11、摇摆电机固定座12组成，视觉部分由固定弯曲板13、旋转架14、摄像头安装座15、摄像头16组成，执行机构由摇摆电机座17、立式轴承18、光轴19、电机20、减速器21、短杆22、长杆23、摇摆杆 24、末端执行器杆25、齿梳固定座26、齿梳27、弹簧28、开槽刀29、振动电机固定座30、振动电机31、振动电机防尘壳32组成，其中挂接固定板1焊接在方钢骨架5上，悬挂臂固定端3和悬挂下端4焊接在挂接固定板1上，悬挂臂2通过螺栓与悬挂臂固定端3连接，箱体背板6和箱体侧面板10通过焊接与方钢骨架5相连，箱体顶板9通过合页8与方钢骨架5相连，两两之间使用螺栓固定，摇摆电机固定座12和中心控制箱7通过螺栓固定在箱体背板6上，箱体拆卸面板11通过螺栓固定在方钢骨架5上，一对固定弯曲板13按照一定距离焊接在箱体背板6上，旋转架14通过螺栓与固定弯曲板13形成铰接，摄像头16通过螺栓固定在摄像头安装座15上，摄像头安装座15通过螺栓固定在旋转架14上，摇摆电机座17通过螺栓固定在摇摆电机固定座12上，电机20与减速器21通过螺栓连接在一起，减速器21通过螺栓固定在摇摆电机座17上，一对立式轴承18通过螺栓与摇摆电机座17固定，光轴19穿过两个立式轴承18 末端与摇摆杆24固定，短杆22一端固定在减速器轴上，另一端通过螺栓与长杆23形成铰接，长杆23另一端通过螺栓与摇摆杆24形成铰接，末端执行器杆 25通过螺栓固定在摇摆杆24上，齿梳固定座26通过螺栓与末端执行器杆25固定，振动电机31安装在振动电机固定座30上，振动电机防尘壳32与振动电机固定座30装配后通过螺栓将振动电机部分固定在齿梳27上，齿梳27通过螺栓与齿梳固定座26形成过盈配合，弹簧28穿过固定齿梳的螺栓安装在齿梳27与齿梳固定座26的空隙之间提高齿梳27的振动效果，开槽刀29通过螺栓固定在齿梳固定座26上。
整机通过悬挂臂2、悬挂臂固定端3、悬挂下端4构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头16位于苗带上方进行苗草识别与苗草定位，当检测到株间有杂草后，由控制系统驱动，电机(20)带动减速器(21)旋转，进而带动短杆(22)、长杆(23)、摇摆杆(24)组成的往复连杆机构，实现末端执行器高处避苗状态与入土工作态的往复转换。
Claims (3)
1.一种基于机器视觉的振动机械除草装置，其特征在于，装置由三点悬挂、机体、视觉部分、执行机构组成，三点悬挂由挂接固定板(1)、悬挂臂(2)、悬挂臂固定端(3)、悬挂下端(4)组成，机体由方钢骨架(5)、箱体背板(6)、中心控制箱(7)、合页(8)、箱体顶板(9)、箱体侧面板(10)、箱体拆卸面板(11)、摇摆电机固定座(12)组成，视觉部分由固定弯曲板(13)、旋转架(14)、摄像头安装座(15)、摄像头(16)组成，执行机构由摇摆电机座(17)、立式轴承(18)、光轴(19)、电机(20)、减速器(21)、短杆(22)、长杆(23)、摇摆杆(24)、末端执行器杆(25)、齿梳固定座(26)、齿梳(27)、弹簧(28)、开槽刀(29)、振动电机固定座(30)、振动电机(31)、振动电机防尘壳(32)组成，其中挂接固定板(1)焊接在方钢骨架(5)上，悬挂臂固定端(3)和悬挂下端(4)焊接在挂接固定板(1)上，悬挂臂(2)通过螺栓与悬挂臂固定端(3)连接，箱体背板(6)和箱体侧面板(10)通过焊接与方钢骨架(5)相连，箱体顶板(9)通过合页(8)与方钢骨架(5)相连，两两之间使用螺栓固定，摇摆电机固定座(12)和中心控制箱(7)通过螺栓固定在箱体背板(6)上，箱体拆卸面板(11)通过螺栓固定在方钢骨架(5)上，一对固定弯曲板(13)按照一定距离焊接在箱体背板(6)上，旋转架(14)通过螺栓与固定弯曲板(13)形成铰接，摄像头(16)通过螺栓固定在摄像头安装座(15)上，摄像头安装座(15)通过螺栓固定在旋转架(14)上，摇摆电机座(17)通过螺栓固定在摇摆电机固定座(12)上，电机(20)与减速器(21)通过螺栓连接在一起，减速器(21)通过螺栓固定在摇摆电机座(17)上，一对立式轴承(18)通过螺栓与摇摆电机座(17)固定，光轴(19)穿过两个立式轴承(18)末端与摇摆杆(24)固定，短杆(22)一端固定在减速器轴上，另一端通过螺栓与长杆(23)形成铰接，长杆(23)另一端通过螺栓与摇摆杆(24)形成铰接，末端执行器杆(25)通过螺栓固定在摇摆杆(24)上，齿梳固定座(26)通过螺栓与末端执行器杆(25)固定，振动电机(31)安装在振动电机固定座(30)上，振动电机防尘壳(32)与振动电机固定座(30)装配后通过螺栓将振动电机部分固定在齿梳(27)上，齿梳(27)通过螺栓与齿梳固定座(26)形成过盈配合，弹簧(28)穿过固定齿梳的螺栓安装在齿梳(27)与齿梳固定座(26)的空隙之间提高齿梳(27)的振动效果，开槽刀(29)通过螺栓固定在齿梳固定座(26)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的振动机械除草装置，其特征是：整机通过悬挂臂(2)、悬挂臂固定端(3)、悬挂下端(4)构成的三点悬挂与车载平台进行挂接，摄像头(16)位于苗带上方进行苗草识别与苗草定位，由控制系统驱动，电机(20)带动减速器(21)旋转，进而带动短杆(22)、长杆(23)、摇摆杆(24)组成的往复连杆机构，实现末端执行器高处避苗状态与入土工作态的往复转换。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的振动机械除草装置，其特征是：两个交错的执行部件的覆盖宽度为一垄宽，可实现对株间行间杂草的全覆盖，开槽刀(29)固定在齿梳固定座(26)的前端，从高处摆落时开槽刀(29)先触地切开土表，为齿梳(27)入地开槽，齿梳(27)与齿梳固定座(26)和固定螺栓之间过盈配合，并且使用弹簧(28)穿插在齿梳(27)与齿梳固定座(26)的空隙间为齿梳(27)创造机械振动盈余。
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| CN114700927A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-05 | 浙江理工大学 | 并联机械臂与柔性机械手的组合式除草机器人及控制方法 |
| CN116250523A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-06-13 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于机器视觉的智能激光除草装置及除草方法 |
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