一种高度可调节的割草机、系统及方法与流程
本发明涉及割草机领域，具体涉及一种高度可调节的割草机、系统及方法。
背景技术：
割草机(lawnmower)又称除草机、剪草机、草坪修剪机等。割草机是一种用于修剪草坪、植被等的机械工具，它是由刀盘、发动机、行走轮、行走机构、刀片、扶手、控制部分组成。
刀盘装在行走轮上，刀盘上装有发动机，发动机的输出轴上装有刀片，刀片利用发动机的高速旋转在速度方面提高很多，节省了除草工人的作业时间，减少了大量的人力资源。
目前市场中大部分割草机功能单一，利用电动机带动刀座以高速旋转的方式进行割草，然而割草机无法根据所欲割草的高度来对刀座进行高度的调节，只能割出固定高度的草，从而实用性不高，且割草后需要人工处理草坪，增加了劳动强度，且利用电动机带动刀座以高速旋转的方式进行割草时会产生强烈的振动，并发出噪音。此外传统的割草设备由人工识别收割界限和避开“危险”区域，导致经常被陷入水潭或者泥坑中，经过浸泡的电子元器件很容易老化，减少了设备本身的使用寿命。
为此，本发明设计一种高度可调节的割草机、系统及方法。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高度可调节的割草机，解决割草机无法调节不同高度且割草后需人工处理，增加劳动强度的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种高度可调节的割草机，包括底板，所述底板的顶部左侧设置有手推架，所述底板的顶部右侧设置有割草箱，所述割草箱的左侧壁连接有第一抽风机，所述底板的底部连接有抽草口，且抽草口贯穿底板与第一抽风机连接，所述割草箱的内腔上端设置有支撑板，所述支撑板的底部右侧连接有挡板，所述支撑板的顶部左侧设置有碎料电机，所述碎料电机的下侧动力输出端连接有转动板，且转动板位于支撑板的下方，且转动板位于挡板的左侧，所述转动板的底部连接有连接杆，所述连接杆的外壁设置有碎料刀，所述支撑板的顶部右侧设置有驱动电机，所述驱动电机的顶部动力输出端套接有主动轮，所述主动轮的右侧啮合连接有从动轮，所述从动轮的内腔插接有丝杆，且丝杆的底部贯穿支撑板，且丝杆位于挡板的右侧，所述丝杆的外壁螺接有内螺纹板，且内螺纹板的右侧伸出割草箱的右侧壁，所述内螺纹板的左侧插接有活动杆，且活动杆位于丝杆的左侧，所述内螺纹板的右侧底部设置有割草电机，所述割草电机的底部动力输出端设置有割草刀，所述底板的底部设置有万向轮，所述底板的顶部后侧设置有储料箱，且储料箱位于割草箱的后侧，所述储料箱与割草箱之间连接有第二抽风机。
优选的，所述底板由减振板和减振橡胶垫组合而成。
优选的，所述底板采用降噪减振底座，包括降噪箱，由吸音面板和隔音层组合而成；所述吸音面板内腔设有吸音孔，且吸音孔呈阵列状排布；所述降噪箱的前后两侧底部对称设有支撑杆，两组所述支撑杆之间对称设有连接板，所述降噪箱的底部四角设有固定件，且固定件位于支撑杆和连接板交接处的顶部，所述固定件与降噪箱之间螺接有紧固螺母，所述降噪箱的顶部设有移动板块，所述移动板块包括前移动板块和后移动板块，所述移动板块的顶部设置有紧扣件，所述降噪箱的内腔上端设置有支撑板，所述支撑板的左右两侧固接有滑块，所述降噪箱内腔的左右两侧壁对称设有滑轨，且滑块与滑轨滑动连接，所述降噪箱的内腔底部左右两侧对称设有伸缩杆，且伸缩杆的顶部与支撑板的底部固接，所述伸缩杆的伸缩端外壁套接有第一减振弹簧，所述支撑板的底部中心处设有固定块，所述固定块的前后两侧壁均铰接有活动杆，所述活动杆的底部活动连接有内螺纹活动块，所述内螺纹活动块的下端内腔插接有丝杆，且丝杆的两端分别与降噪箱的内腔左右两侧壁活动连接，所述丝杆与降噪箱的连接处设有转动轴承；所述内螺纹活动块的上端插接有滑动杆，且滑动杆的两端分别与降噪箱的内腔左右两侧壁固接，所述丝杆的外壁套接有两组第二减振弹簧，且两组第二减振弹簧分别位于两组内螺纹活动块与降噪箱内腔两侧壁之间，两组所述活动杆中心处连接有拉力弹簧，所述支撑板的顶部设有驱动电机。
优选的，所述紧扣件包括滑动卡扣和卡扣槽，且滑动卡扣和卡扣槽分别位于前移动板块和后移动板块的顶部。
优选的，所述连接杆的外壁设置有碎料刀，且碎料刀呈阵列状排布。
优选的，所述割草箱的右侧壁开设有与内螺纹板相配合的让位槽。
优选的，所述第二抽风机的抽风口和出风口分别与割草箱和储料箱连接。
优选的，所述碎料电机的输出端和丝杆与支撑板的连接处均设有转动轴承。
第二方面，本发明还提供一种割草系统，包括上述的割草机；还包括：
确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线的处理装置；
在割草作业过程中实时显示收割区域地形图像，割草机的实时定位信息、收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑及割草机的运动路线的显示装置；
安装在割草机上，将割草机的实时定位信息反馈给显示装置在收割区域地形图像进行显示的实时定位装置；
所述处理装置中设置有：
界限确定单元，根据收割区域地形图像确定收割区域的界限；
图像分割单元，对收割区域地形图像进行分割，获得所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；所述图像分割单元对收割区域地形图像进行分割，具体是：
将收割区域地形图像的二值化后，提取出图像中的中心至边缘灰度值递增的像素区域，以及中心至边缘灰度值递减的像素区域，再从中选择以像素区域中心为中心、以
计算提取出各候选区域后图像中其余像素的灰度平均值；
计算提取出的各候选区域的灰度平均值，若与计算出的图像中其余像素的灰度平均值的差值小于设定阈值，则将对应的像素区域从候选区域中剔除；否则，将对应的像素区域保留在候选区域中；
保留在候选区域中的像素区域，即所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
路线规划模块：根据收割区域的界限和收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑，规划割草机的运动路线，输出给显示装置。
第三方面，本发明还提供一种割草方法，利用上述割草系统，该方法包括：
确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线；
在割草作业过程中实时显示收割区域地形图像，割草机的实时定位信息、收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑及割草机的运动路线；
所述确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线，具体包括：
根据收割区域地形图像确定收割区域的界限；
对收割区域地形图像进行分割，获得所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
对收割区域地形图像进行分割，具体包括：
将收割区域地形图像的二值化后，提取出图像中的中心至边缘灰度值递增的像素区域，以及中心至边缘灰度值递减的像素区域，再从中选择以像素区域中心为中心、以
计算提取出各候选区域后图像中其余像素的灰度平均值；
计算提取出的各候选区域的灰度平均值，若与计算出的图像中其余像素的灰度平均值的差值小于设定阈值，则将对应的像素区域从候选区域中剔除；否则，将对应的像素区域保留在候选区域中；
保留在候选区域中的像素区域，即所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
割草作业中，将驱动电机打开，通过主动轮和从动轮的啮合连接，带动丝杆的转动，实现调节内螺纹板上下运动，以调节割草电机的高度，通过底板底部的抽草口将收割后的碎草经由第一抽风机抽至割草箱的内腔，支撑板顶部的碎料电机带动转动板转动，从而带动连接杆和碎料刀的转动，从而破碎抽进的草料，挡板将碎料空间固定，破碎后的草料经由第二抽风机抽至储料箱中储藏，减小了工作人员的劳动强度，参考规划出的合理运动路线及割草机的实时定位信息调节收割方向，再通过调节收割电机的收割高度，完成收割。
本发明的有益效果为：本发明能解决割草机无法调节不同高度且割草后需人工处理，增加劳动强度的问题以及传统割草工作无法预先规划路线的问题。本发明结构设计合理，一方面通过驱动电机带动丝杆转动，内螺纹板通过丝杆的转动，可以上下移动，从而使割草电机可以上下移动，使得割草的高度可以调节，可以收割不同高度的草；同时通过底板由减振板和减振橡胶垫组合而成或者本发明的采用降噪减振底座进行减振；另一方面通过第一抽风机将割倒后的草抽进割草箱中，经由碎料电机带动的碎料刀破碎后，由第二抽风机抽进储料箱中储存，方便便捷，且减小了劳动强度。同时，本发明提供的割草系统及方法中通过对收割区域地形图像进行特定方式的分割，得到收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑，依据此分割结果规划的割草机运动路线合理准确，且能够在割草过程中避开收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑和根据实时定位信息调整运动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式中的割草机结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中割草机侧视图；
图3是本发明具体实施方式中降噪减振底座结构示意图；
图4是本发明具体实施方式中降噪减振底座侧视图；
图5是图3中a的局部放大图；
图6是本发明具体实施方式中降噪箱的内部结构示意图；
图7是本发明具体实施方式中割草系统框图；
图中：1-底板、1-101吸音面板、1-102隔音层、2-手推架、3-割草箱、4-第一抽风机、5-抽草口、6-支撑板、7-挡板、8-碎料电机、9-转动板、10-连接杆、11-碎料刀、12-驱动电机、13-主动轮、14-从动轮、15-丝杆、16-内螺纹板、17-活动杆、18-割草电机、19-割草刀、20-万向轮、21-储料箱、22-第二抽风机、1-1-降噪箱、1-2-支撑杆、1-3-连接板、1-4-固定件、1-5-紧固螺母、1-6-移动板块、1-601-前移动板块、1-602-后移动板块、1-7-紧扣件、1-701滑动卡扣、1-702卡扣槽、1-8-支撑板、1-9-滑块、1-10-滑轨、1-11-伸缩杆、1-12-第一减振弹簧、1-13-固定块、1-14-活动杆、1-15-内螺纹活动块、1-16-丝杆、1-17-滑动杆、1-18-第二减振弹簧、1-19-拉力弹簧、1-20-驱动电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1-2：一种高度可调节的割草机，包括底板1，底板1的顶部左侧设置有手推架2，手推架2外壁套接有防滑套，减小工作人员推动割草机，手推手推架滑动的可能，底板1的顶部右侧设置有割草箱3，割草箱3的左侧壁连接有第一抽风机4，底板1的底部连接有抽草口5，且抽草口5贯穿底板1与第一抽风机4连接，割草箱3的内腔上端设置有支撑板6，支撑板6的底部右侧连接有挡板7，支撑板6的顶部左侧设置有碎料电机8，碎料电机8的下侧动力输出端连接有转动板9，且转动板9位于支撑板6的下方，且转动板9位于挡板7的左侧，转动板9的底部连接有连接杆10，连接杆10的外壁设置有碎料刀11，碎料刀11呈阵列状排布，碎料刀11将割过的草粉碎，便于后续处理，支撑板6的顶部右侧设置有驱动电机12，驱动电机12的顶部动力输出端套接有主动轮13，主动轮13的右侧啮合连接有从动轮14，从动轮14的内腔插接有丝杆15，且丝杆15的底部贯穿支撑板6，碎料电机8的输出端和丝杆15与支撑板6的连接处均设有转动轴承，通过转动轴承使得碎料电机8的输出端和丝杆15转动更灵活，且丝杆15位于挡板7的右侧，丝杆15的外壁螺接有内螺纹板16，且内螺纹板16的右侧伸出割草箱3的右侧壁，割草箱3的右侧壁开设有与内螺纹板16相配合的让位槽，使内螺纹板16的高度便于调节，便于割草电机18高度的调节，内螺纹板16的左侧插接有活动杆17，且活动杆17位于丝杆15的左侧，内螺纹板16的右侧底部设置有割草电机18，割草电机18的底部动力输出端设置有割草刀19，底板1的底部设置有万向轮20，底板1的顶部后侧设置有储料箱21，且储料箱21位于割草箱3的后侧，储料箱21与割草箱3之间连接有第二抽风机22，第二抽风机22的抽风口和出风口分别与割草箱3和储料箱21连接，便于将打碎后的草，经由出料箱储存。
上述实施例中所提到的碎料电机8、驱动电机12和割草电机18均为市场上易得到的电器元件，且驱动电机12为正反转电机，且碎料电机8、驱动电机12和割草电机18均为本领域技术人员所掌握的成熟技术，在本实施例中仅对其进行使用，未对其结构和功能进行改变，且碎料电机8、驱动电机12和割草电机18均设有与其相配套的控制开关，开关位置可以根据实际使用情况来做具体的限定。
上述实施例所提到的底板1，可以由减振板和减振橡胶垫组合而成，减轻割草时机器差生的振动，造成工作人员推动割草机时的不适，也可以采用一种降噪减振底座，参看图3-6，包括降噪箱1-1，降噪箱1-1由吸音面板1-101和隔音层1-102组合而成，两组降噪材料的组合使降噪的效果更好，吸音面板1-101为厚度4～8mm厚的钢板，且吸音面板1-101内腔设有吸音孔，且吸音孔呈阵列状排布，钢板结构密度大，稳定性好，可以保证了进入降噪箱中的声音难以折射出，吸音孔可以增加音波进入降噪箱中，较少外部音波的传播，隔音层1-102为厚度为10～20mm厚的石膏板，石膏板为常见的材料，价格低，隔音效果好，并且能降低成本，降噪箱1的前后两侧底部对称设有支撑杆1-2，两组支撑杆1-2之间对称设有连接板1-3，降噪箱1-1的底部四角设有固定件1-4，且固定件1-4位于支撑杆1-2和连接板1-3交接处的顶部，固定件1-4与降噪箱1-1之间螺接有紧固螺母1-5，降噪箱1-1的顶部设有移动板块1-6，移动板块1-6包括前移动板块1-601和后移动板块1-602，移动板块1-6的顶部设置有紧扣件1-7，紧扣件1-7包括滑动卡扣1-701和卡扣槽1-702，且滑动卡扣1-701和卡扣槽1-702分别位于前移动板块1-601和后移动板块1-602的顶部，通过滑动卡扣1-701和卡槽1-702可以方便移动板块1-6的打开和关闭，降噪箱1-1的内腔上端设置有支撑板1-8，支撑板1-8的左右两侧固接有滑块1-9，降噪箱1-1内腔的左右两侧壁对称设有滑轨1-10，且滑块1-9与滑轨1-10滑动连接，降噪箱1-1的内腔底部左右两侧对称设有伸缩杆1-11，且伸缩杆1-11的顶部与支撑板1-8的底部固接，伸缩杆1-11的伸缩端外壁套接有第一减振弹簧1-12，支撑板1-8的底部中心处设有固定块1-13，固定块1-13的前后两侧壁均铰接有活动杆1-14，活动杆1-14的底部活动连接有内螺纹活动块1-15，内螺纹活动块1-15的下端内腔插接有丝杆1-16，所述丝杆1-16与降噪箱1-1的连接处设有转动轴承，保证丝杆1-16可以在降噪箱1-1的内腔中转动，且丝杆1-16的两端分别与降噪箱1-1的内腔左右两侧壁活动连接，内螺纹活动块1-15的上端插接有滑动杆1-17，且滑动杆1-17的两端分别与降噪箱1-1的内腔左右两侧壁固接，丝杆1-16的外壁套接有两组第二减振弹簧1-18，且两组第二减振弹簧1-18分别位于两组内螺纹活动块1-15与降噪箱1-1内腔两侧壁之间，两组活动杆1-14中心处连接有拉力弹簧1-19，支撑板1-8的顶部设有驱动电机1-20。
在割草机工作的时候，会产生振动和噪音，通过降噪箱1-1内腔中支撑板1-8底部支撑的伸缩杆1-11和伸缩杆1-11外壁套接的第一减振弹簧1-12对割草机的支撑和减振，进行第一次减振，当受到的振动力会继续向下传播时，支撑板1-8通过两侧壁的滑块1-9和滑轨1-10的滑动连接使支撑板1-8向下滑动，此时，支撑板1-8底部的固定块1-13会再通过两组活动杆1-14向两侧传递振动力，活动杆1-14会推动内螺纹活动块1-15在丝杆1-16和滑动杆1-17上向两边移动，同时内螺纹活动块1-15压缩第二减振弹簧1-18给内螺纹活动块1-15向外的阻力进行第二次减振，在两组活动杆1-14向两边打开的同时，拉力弹簧1-19会两组活动杆1-14向中间靠近的拉力，使振动力分散，通过两次减振使减振的效果更佳，在割草机工作时，产生的噪音会通过降噪箱内腔的吸音面板1-101和隔音层1-102对噪音的吸收和折射，吸音孔可以增加音波进入降噪箱中，使较少外部音波的传播，降低内部电机发出的噪音向外的传播，降低噪音污染，同时固定件1-4通过紧固螺母1-5可以加大对降噪箱1-1的固定，移动板块1-6可以通过滑动卡扣1-601和卡槽1-602的配合卡扣和打开，方便对降噪箱1-1的打开和关闭，支撑杆1-2和连接板1-3的连接，起到了对降噪箱1-1的连接作用。
上述的高度可调节的割草机的割草方法，首先将驱动电机12打开，通过主动轮13和从动轮14的啮合连接，带动丝杆15的转动，从而使得可以调节内螺纹板16上下运动，从而调节割草电机18的高度，割草刀19收割一定高度的草，底板1底部的抽草口5，将收割后的碎草经由第一抽风机4抽至割草箱3的内腔，支撑板6顶部的碎料电机8带动转动板9转动，从而带动连接杆10和碎料刀11的转动，从而破碎抽进的草料，挡板7将碎料空间固定，防止碎草飞舞到其他空间，影响其他部件的工作，破碎后的草料经由第二抽风机22抽至储料箱21中储藏，减小了工作人员的劳动强度，工作人员只需推着手推架2，通过万向轮20调节收割方向，再调节割草电机18的收割高度，就能将草收割。
本发明实施方式还提供一种割草系统，如图7所示，包括上述的割草机；还包括：
确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线的处理装置；
在割草作业过程中实时显示收割区域地形图像，割草机的实时定位信息、收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑及割草机的运动路线的显示装置；
安装在割草机上，将割草机的实时定位信息反馈给显示装置在收割区域地形图像进行显示的实时定位装置；
处理装置中设置有：
界限确定单元，根据收割区域地形图像确定收割区域的界限；
图像分割单元，对收割区域地形图像进行分割，获得所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；所述图像分割单元对收割区域地形图像进行分割，具体是：
将收割区域地形图像的二值化后，提取出图像中的中心至边缘灰度值递增的像素区域，以及中心至边缘灰度值递减的像素区域，再从中选择以像素区域中心为中心、以
计算提取出各候选区域后图像中其余像素的灰度平均值；
计算提取出的各候选区域的灰度平均值，若与计算出的图像中其余像素的灰度平均值的差值小于设定阈值，则将对应的像素区域从候选区域中剔除；否则，将对应的像素区域保留在候选区域中；
保留在候选区域中的像素区域，即所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
路线规划模块：根据收割区域的界限和收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑，规划割草机的运动路线，输出给显示装置。
通过界限确定单元和图像分割单元实现收割区域界限和收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑的确定，其中界限确定单元的确定，可以通过无人机获取的收割区域地形图像进行图像处理后确定即可。收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑的确定为技术难点，因从无人机获取的收割区域地形图像中无法直接获得障碍物或者水沟、水坑的准确位置信息，因此需要对收割区域地形图像进行图像分割，将障碍物或者水沟、水坑从图像中分割出来，经过分析可知，水沟、水坑的灰度往往比收割物(例如草、麦子等)的灰度低，而障碍物(例如土坡、石头)又往往比收割物的灰度高，总之，灰度值明显低于或者明显高于收割物灰度的部分，则很有可能是障碍物或者水沟、水坑，因此，先将收割区域地形图像的二值化，提取出图像中的中心至边缘灰度值递增的像素区域，以及中心至边缘灰度值递减的像素区域，再从中选择以像素区域中心为中心、以
本实施方式还提供一种割草方法，利用上述割草系统，该方法包括：
确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线；
在割草作业过程中实时显示收割区域地形图像，割草机的实时定位信息、收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑及割草机的运动路线；
所述确定收割区域的界限及收割区域中地表障碍物或者地表凹陷的水沟或水坑，并规划出合理运动路线，具体包括：
根据收割区域地形图像确定收割区域的界限；
对收割区域地形图像进行分割，获得所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
对收割区域地形图像进行分割，具体包括：
将收割区域地形图像的二值化后，提取出图像中的中心至边缘灰度值递增的像素区域，以及中心至边缘灰度值递减的像素区域，再从中选择以像素区域中心为中心、以
计算提取出各候选区域后图像中其余像素的灰度平均值；
计算提取出的各候选区域的灰度平均值，若与计算出的图像中其余像素的灰度平均值的差值小于设定阈值，则将对应的像素区域从候选区域中剔除；否则，将对应的像素区域保留在候选区域中；
保留在候选区域中的像素区域，即所述收割区域中地表障碍物或者所述地表凹陷的水沟或水坑；
割草作业中，将驱动电机打开，通过主动轮和从动轮14的啮合连接，带动丝杆15的转动，实现调节内螺纹板16上下运动，以调节割草电机18的高度，通过底板1底部的抽草口5将收割后的碎草经由第一抽风机4抽至割草箱3的内腔，支撑板6顶部的碎料电机8带动转动板9转动，从而带动连接杆10和碎料刀11的转动，从而破碎抽进的草料，挡板7将碎料空间固定，破碎后的草料经由第二抽风机22抽至储料箱21中储藏，减小了工作人员的劳动强度，参考规划出的合理运动路线及割草机的实时定位信息调节收割方向，再通过调节收割电机18的收割高度，完成收割。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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