一种打顶机器人及其实现方法与流程

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种打顶机器人及其实现方法。

背景技术：

我国种植作物包括棉花、烟草等在生长期都需要打顶，打顶工作是整个作物生产过程中的关键环节，可消除顶端生长优势，促进作物的增产增收。但是目前很多作物的打顶工作多由人工完成，打顶机机械化尚不完善。而作物打顶机械化可以大大缩短作物打顶时间、提高劳动效益、降低劳动强度、增加作物产量。

现有打顶机的技术中，打顶机构主要有滚筒式和甩刀式，这两种方式均不利于作物的精确打顶；打顶机的仿形方式主要有机械接触式，红外线感应式和超声波感应式：机械接触式敏感度难以把握，精度不高；田间光线复杂，红外感应式很难实现其作用；超声波感应式，精度较好，但方向感应存在很大问题。由于打顶工作的工作情况复杂，作物生长情况不一致，导致现有技术中的打顶机械十分容易出现漏打或打顶过度的情况，很难做到精确地打顶，从而造成重复劳动或损害作物，不利于节省人力、不能够有效地提高劳动生产率和提高作物的产量和品质。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能够精确打顶、节省人力物力、提高劳动生产效率、提高作物的产量和品质的打顶机器人。

本发明的另一目的在于提供一种打顶机器人的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种打顶机器人，包括移动平台、底盘、腰部、连接杆、视觉识别系统、两关节机器人手臂、收集切割机构和中央处理器，其中，所述底盘固定在所述移动平台上，所述腰部与所述底盘活动连接，所述视觉识别系统通过所述连接杆与所述底盘相连接；所述两关节机器人手臂包括大臂和小臂，所述大臂与所述腰部相铰接，所述小臂与所述大臂相铰接；所述收集切割机构与所述小臂固定连接；所述中央处理器设置在所述底盘上，所述视觉识别系统、两关节机器人手臂和收集切割机构分别与所述中央处理器相连接；

所述收集切割机构包括拓展固定架，以及设置在所述拓展固定架内的控制机构、收集机构和切割机构，其中，所述拓展固定架与所述两关节机器人手臂的小臂相连接；所述收集机构位于所述切割机构上方；所述控制机构包括电磁铁和电磁铁推杆，所述电磁铁固定在所述拓展固定架上，所述电磁铁推杆与所述电磁铁相连接；所述收集机构包括动钳嘴、固定钳嘴和连接销，所述固定钳嘴固定在所述拓展固定架上，所述动钳嘴与所述固定钳嘴活动连接，所述动钳嘴通过所述连接销与所述电磁铁推杆相连接；所述切割机构包括动刀片和固定刀片，所述固定刀片固定在所述拓展固定架上，所述动刀片与所述固定刀片活动连接，所述动刀片通过螺栓与所述电磁铁推杆相连接；所述电磁铁与所述中央处理器相连接。

优选地，所述视觉识别系统包括两组ccd相机；设置两组ccd相机，能够通过类似双目识别的方式获取作物顶部生长状况图像，并能够准确分析获得待去除顶部的具体位置。

优选地，所述拓展固定架为框架结构；设置框架结构相对其他结构易于制造，能够提高生产效率。

优选地，所述框架结构由多块不锈钢板材焊接制成；使用不锈钢板材能够提供良好的结构强度。

优选地，所述框架结构由铝合金板材焊接制成；使用铝合金板材能够使整体重量降低，从而降低整体结构的重量。

优选地，所述底盘与所述移动平台通过紧固螺栓固定。

优选地，所述中央处理器包括单片机；单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、运行稳定等优点。

一种由上述打顶机器人的实现方法，包括下述步骤：

(1)工作时，操作人员启动打顶机器人，中央处理器控制视觉识别系统通过两组ccd相机采集作物顶部生长状况图像，并将采集到的信息传输给中央处理器，中央处理器的图像处理系统分析处理传来测信息后则获得待去除顶部的具体位置；

(2)中央处理器驱动两关节机器人手臂以及腰部运动，两关节机器人手臂的大臂和小臂摆动至适合方位，带动小臂末端连接的收集切割机构移到相应的去除位置；

(3)中央处理器控制电磁铁通电，则与电磁铁相连接的电磁铁推杆向前运动，同时带动与电磁铁推杆相连接的动刀片向前移动，动钳嘴通过连接销与电磁铁推杆相连接，因此动钳嘴也跟着同时向前移动；动刀片与固定刀片配合完成剪切之前，动钳嘴与固定钳嘴配合夹紧顶部，而后随着电磁铁推杆继续向前运动，动刀片配合固定刀片完成剪切；

(4)剪切完成后，中央处理器驱动两关节机器人手臂以及腰部运动，将已切除的顶部夹住并移动到收集箱上方，中央处理器控制电磁铁断电，则电磁铁推杆向后运动，同时带动动钳嘴和动刀片向后移动，收集切割机构恢复原位，已切除的顶部就掉在收集箱里；

(5)视觉识别系统继续采集图像并且由中央处理器分析实时图像，锁定作物下一个所需剪切的顶部后，重复打顶动作，直到全部工作完成。；

本发明的工作原理：

工作时，操作人员启动打顶机器人，中央处理器控制视觉识别系统通过两组ccd相机采集作物顶部生长状况图像，并将采集到的信息传输给中央处理器，中央处理器的图像处理系统分析处理传来测信息后则获得待去除顶部的具体位置，中央处理器驱动两关节机器人手臂以及腰部运动，两关节机器人手臂的大臂和小臂摆动至适合方位，带动小臂末端连接的收集切割机构移到相应的去除位置，中央处理器控制电磁铁通电，则与电磁铁相连接的电磁铁推杆向前运动，同时带动与电磁铁推杆相连接的动刀片向前移动，动钳嘴通过连接销与电磁铁推杆相连接，因此动钳嘴也跟着同时向前移动；动刀片与固定刀片配合完成剪切之前，动钳嘴与固定钳嘴配合夹紧顶部，而后随着电磁铁推杆继续向前运动，动刀片配合固定刀片完成剪切；剪切完成后，中央处理器驱动两关节机器人手臂以及腰部运动，将已切除的顶部夹住并移动到收集箱上方，中央处理器控制电磁铁断电，则电磁铁推杆向后运动，同时带动动钳嘴和动刀片向后移动，收集切割机构恢复原位，已切除的顶部就掉在收集箱里。视觉识别系统继续采集并且由中央处理器分析实时图像，锁定作物下一个所需剪切的顶部后，重复打顶动作，直到全部工作完成。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

本发明通过动刀片与固定刀片和动钳嘴与固定钳嘴的配合与分离，利用双目识别技术对所需打顶作物逐个精确打顶，能避免现有技术中运用旋转剪切等结构打顶对作物的损害，减低作物在打顶过程中受破坏程度，降低打顶工人劳动强度，节省人力物力，提高作物的打顶效率，从而提高作物的产量和品质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明收集切割机构的结构示意图；

图3为本发明切割机构的结构示意图。

图中附图标记为：1、两关节机器人手臂；2、拓展固定架；3、控制机构；31、电磁铁；32、电磁铁推杆；4、收集机构；41、动钳嘴；42、固定钳嘴；43、连接销；5、切割机构；51、固定刀片；52、动刀片；6、小臂；7、大臂；8、腰部；9、底盘；10、连接杆；11、视觉识别系统。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1～3所示，一种打顶机器人，包括移动平台、底盘9、腰部8、连接杆10、视觉识别系统11、两关节机器人手臂1、收集切割机构5和中央处理器，其中，所述底盘9固定在所述移动平台上，具体为所述底盘9与所述移动平台通过紧固螺栓固定，所述腰部8与所述底盘9活动连接，所述视觉识别系统11通过所述连接杆10与所述底盘9相连接，所述视觉识别系统11包括两组ccd相机，设置两组ccd相机，能够通过类似双目识别的方式获取作物顶部生长状况图像，并能够准确分析获得待去除顶部的具体位置；所述两关节机器人手臂1包括大臂7和小臂6，所述大臂7与所述腰部8相铰接，所述小臂6与所述大臂7相铰接；所述收集切割机构5与所述小臂6固定连接；所述中央处理器设置在所述底盘9上，所述视觉识别系统11、两关节机器人手臂1和收集切割机构5分别与所述中央处理器相连接，所述中央处理器包括单片机，单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、运行稳定等优点；

所述收集切割机构5包括拓展固定架2，以及设置在所述拓展固定架2内的控制机构3、收集机构4和切割机构5，其中，所述拓展固定架2为框架结构，设置框架结构相对其他结构易于制造，能够提高生产效率，其中一种实施方式为所述框架结构由多块不锈钢板材焊接制成，使用不锈钢板材能够提供良好的结构强度；另一种实施方式为所述框架结构由铝合金板材焊接制成，使用铝合金板材能够使整体重量降低，从而降低整体结构的重量；所述拓展固定架2与所述两关节机器人手臂1的小臂6相连接；所述收集机构4位于所述切割机构5上方；所述控制机构3包括电磁铁31和电磁铁推杆32，所述电磁铁31固定在所述拓展固定架2上，所述电磁铁推杆32与所述电磁铁31相连接；所述收集机构4包括动钳嘴41、固定钳嘴42和连接销43，所述固定钳嘴42固定在所述拓展固定架2上，所述动钳嘴41与所述固定钳嘴42活动连接，所述动钳嘴41通过所述连接销43与所述电磁铁推杆32相连接；所述切割机构5包括动刀片52和固定刀片51，所述固定刀片51固定在所述拓展固定架2上，所述动刀片52与所述固定刀片51活动连接，所述动刀片52通过螺栓与所述电磁铁推杆32相连接；所述电磁铁31与所述中央处理器相连接。

工作时，操作人员启动打顶机器人，中央处理器控制视觉识别系统11通过两组ccd相机采集作物顶部生长状况图像，并将采集到的信息传输给中央处理器，中央处理器的图像处理系统分析处理传来测信息后则获得待去除顶部的具体位置，中央处理器驱动两关节机器人手臂1以及腰部8运动，两关节机器人手臂1的大臂7和小臂6摆动至适合方位，带动小臂6末端连接的收集切割机构5移到相应的去除位置，中央处理器控制电磁铁31通电，则与电磁铁31相连接的电磁铁推杆32向前运动，同时带动与电磁铁推杆32相连接的动刀片52向前移动，动钳嘴41通过连接销43与电磁铁推杆32相连接，因此动钳嘴41也跟着同时向前移动；动刀片52与固定刀片51配合完成剪切之前，动钳嘴41与固定钳嘴42配合夹紧顶部，而后随着电磁铁推杆32继续向前运动，动刀片52配合固定刀片51完成剪切；剪切完成后，中央处理器驱动两关节机器人手臂1以及腰部8运动，将已切除的顶部夹住并移动到收集箱上方，中央处理器控制电磁铁31断电，则电磁铁推杆32向后运动，同时带动动钳嘴41和动刀片52向后移动，收集切割机构5恢复原位，已切除的顶部就掉在收集箱里。视觉识别系统11继续采集并且由中央处理器分析实时图像，锁定作物下一个所需剪切的顶部后，重复打顶动作，直到全部工作完成。

本发明通过动刀片与固定刀片和动钳嘴与固定钳嘴的配合与分离，利用双目识别技术对所需打顶作物逐个精确打顶，能避免现有技术中运用旋转剪切等结构打顶对作物的损害，减低作物在打顶过程中受破坏程度，降低打顶工人劳动强度，节省人力物力，提高作物的打顶效率，从而提高作物的产量和品质。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。