专利名称：基于机器视觉的液压传动式果树疏花机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于农业机械领域，具体涉及一种果树疏花机，尤其涉及一种基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，所述疏花机适用于苹果树、桃树、梨树等果树的疏花作业。
背景技术：
果树栽培的目的是收获果实，而果实的形状、大小和品质则是衡量果实优劣的重要指标。针对果树进行疏花作业可以调节树体养分的相对平衡，有利于提高果品的产量和质量。据统计，通过疏花能够节约至少40%的多余花蕾爆放产生的果树养分的损耗，使果树养分可以集中供给未疏落的花和幼果。通过对果树进行疏花作业，一方面减少了果园施肥量，降低了生产成本；另一方面确保未疏落的花果不再脱落，并且促使保存下来的果实大小均匀，提高了果实的产量和品质，从而提高了经济收益。然而，果树疏花是农业生产中季节性强、劳动强度大且作业要求高的一个重要环节。传统的农业生产中，人们普遍采用手工对果树进行疏花作业，这种疏花方式不但速度慢、效率低、疏花缓冲期短，而且对劳动力需求量较大，劳动力成本高。化学疏花疏果技术在我国果园中的应用也较为普遍，但这种方法容易造成果实农药残留和生态环境污染。随着人们对食品安全的重视和生态农业的发展需求，近年来，疏花疏果作业的机械化配套技术得到了一定的发展。目前，常用的疏花疏果机大多数是采用刀片式单疏花头的结构，结构简单，提高了作业效率，但作业角度不能调节且作业范围小。专利申请201210132716.8公开了 “用于果树疏花的便携式电动设备”，包括电源、控制开关、手柄、电机、伸缩杆以及疏花棒；所述手柄固定连接在所述伸缩杆的尾部，且所述电机容纳于所述手柄与所述伸缩杆之间的杆体内；所述疏花棒可旋转地连接在所述伸缩杆的头部，并通过联动杆连接至所述电机的输出轴，疏花棒的表面上穿插有多根尼龙线。专利申请201110103322.5公开了 “一种超声波对靶电动疏花疏果机”，包括工作架、转轴、疏花疏果胶条组、超声波传感器组、疏花疏果电动机、角度调节机构、伸缩杆和控制机构；所述工作架为一侧开口的框形结构，工作架的开口侧设置转轴，转轴上设置疏花疏果胶条组，转轴一端设置疏花疏果电动机，工作架上设有超声波传感器组，角度调节机构和伸缩杆分别设于工作架开口侧下方端面上，伸缩杆一端与工作架连接，另一端为手持端，手持端设置控制机构。然而，现有的疏花设备往往具备以下缺陷:(I)需要大量、反复的田间试验来确定机械装置中各个作业参数的最优值，降低了果农的经济效益，从而严重影响了果农种植果树的积极性；(2)不能将疏花装置与目标花朵精确匹配，从而在一定程度上降低了疏花作业的准确度。
实用新型内容针对现有技术的不足和实际应用的需要，本实用新型提供了一种基于机器视觉的液压传动式果树 疏花机。[0005]本实用新型的技术方案是:基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，包括中央控制器、液压装置、图像采集装置和疏花装置，所述中央控制器与液压装置、图像采集装置分别相连，并通过液压装置驱动疏花装置；所述疏花装置包括转轴和设置在转轴上的疏花胶条，所述转轴的上端与支撑上横梁固定连接，所述转轴的下端与支撑下横梁固定相连，所述支撑上横梁和支撑下横梁之间还设有支撑立柱；所述疏花装置通过定轴与横向移动导杆相连；所述液压系统包括液压缸a、液压缸b和液压马达，所述转轴通过液压马达与中央控制器相连，所述支撑立柱通过液压缸b与横向移动导杆固定相连以实现疏花装置的旋转运动，所述横向移动导杆通过液压缸a与横向移动导轨滑动相连以实现疏花装置的横向移动。优选的是，所述疏花胶条交错分布在转轴的两侧，所述疏花胶条采用弹性模量为
7.84 8.80 X IO3MPa的弹性材料，所述疏花胶条的直径为2 8mm，长度为150 450mm，所述相邻疏花胶条的间距为10 80mm。优选的是，所述疏花胶条的材质是橡胶、尼龙、塑料或者聚乙烯中的一种或几种。优选的是，所述图像采集装置设置在滑杆上，所述滑杆与支撑立柱固定相连；所述中央控制器中设置有图像采集卡，并通过图像采集卡与图像采集装置相连。优选的是，所述图像采集装置与滑杆之间设有滑套，以实现图像采集装置沿滑杆的上下移动和转动；中央控制器设置在固定支座上，并通过数据线与计算机相连。液压系统的工作原理:电动机提供动力，使得液压泵将液压油从油箱里吸出。通过过滤器和减压阀分别传送到三位四通电磁换向阀a、三位四通电磁换向阀b以及伺服阀。通过中央控制器控制三位四通电磁换向阀a，来控制液压油进入液压缸a的方式，从而通过控制液压缸a的进给工作实现疏花装置的横向移动。通过中央控制器控制三位四通电磁换向阀b，来控制液压油进入液压缸b的方式，从而通过控制液压缸b的进给工作实现疏花装置绕定轴的旋转运动。通过中央控制器控制伺服阀，来控制液压油进入液压马达的流量，从而通过控制液压马达的转 速实现设置在转轴上的胶条的运动。本实用新型还公开了一种基于随机模型虚拟实验和机器视觉的果树疏花方法，包括以下三个步骤:(一)建立随机模型，进行虚拟实验，得到使疏花机获得最佳疏花效果的相应参数；①建立果树花朵分布的三维虚拟模型:根据公式(I)和公式(2)建立果树花朵分布的马尔科夫链随机模型，可视化处理得到果树花朵分布的三维虚拟模型；dj(u) =P(St+U+1 Φ j, St+U_v=j, v=0,...，u-2|St+1=j, St Φ j), u=l, 2,… (I)hi{y) =P{Xt =y S1 ==1(2)
V其中:d为状态占据分布随机函数，决定停留在状态j的时间u ；i和j为状态；u、V和t为时间；S为状态过程函数；X为随机事件函数；b为S和X决定的概率函数；②建立果树疏花设备的三维虚拟模型；③计算分析两个模型之间的相互作用，得到使疏花机获得最佳疏花效果的相应参数:(a)将步骤①和步骤②建立的两个模型导入多体动力学分析系统中；[0021](b)设置相关参数:根据胶条的材料特性、几何参数特性、分布特性、胶条的长度以及花朵的材料特性分别设定相应参数；根据果树疏花装置的实际情况定义各零部件之间的约束类型；根据液压马达施加的驱动力设定转轴的转速；(c)进行计算，并得到计算结果:疏花末端执行件端点的速度，疏花末端执行件在花朵上的作用力、力矩以及作用位点，疏花的位置和数量，每束花枝上的疏花数目和座花率；(d)根据公式(3)对步骤(C)得到计算结果进行评价，当综合影响指数ISZ为12 42时，得到使疏花机获得最佳疏花效果的相应参数，即胶条的直径、胶条的长度、相邻胶条的间距以及距转轴的转速:
权利要求1.基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，其特征在于:包括中央控制器(14)、液压装置、图像采集装置(12)和疏花装置，所述中央控制器(14)与液压装置、图像采集装置(12)分别相连，并通过液压装置驱动疏花装置；所述疏花装置包括转轴(7)和设置在转轴(7)上的疏花胶条(9)，所述转轴(7)的上端与支撑上横梁(6)固定连接，所述转轴(7)的下端与支撑下横梁(11)固定相连，所述支撑上横梁(6 )和支撑下横梁(11)之间还设有支撑立柱(5);所述疏花装置通过定轴(10)与横向移动导杆(I)相连；所述液压系统包括液压缸a(3)、液压缸b (4)和液压马达(8)，所述转轴(7)通过液压马达(8)与中央控制器(14)相连，所述支撑立柱(5 )通过液压缸b (4 )与横向移动导杆(I)固定相连以实现疏花装置的旋转运动，所述横向移动导杆(I)通过液压缸a (3)与横向移动导轨(2)滑动相连以实现疏花装置的横向移动。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，其特征在于:所述疏花胶条(9)交错分布在转轴(7)的两侧，所述疏花胶条(9)采用弹性模量为7.84 8.80 X IO3 MPa的弹性材料，所述疏花胶条(9)的直径为2 8 mm，长度为150 450 mm,所述相邻疏花胶条(9)的间距为10 80 mm。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，其特征在于:所述疏花胶条(9)的材质是橡胶、尼龙、塑料或聚乙烯中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，其特征在于:所述图像采集装置(12)设置在滑杆(16)上，所述滑杆(16)与支撑立柱(5)固定相连；所述中央控制器(14)中设置有图像采集卡(13)，并通过图像采集卡(13)与图像采集装置(12)相连。
5.根据权利要求4·所述的基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，其特征在于:所述图像采集装置(12)与滑杆(16)之间设有滑套，以实现图像采集装置沿滑杆(16)的上下移动和转动；中央控制器(14)设置在固定支座(15)上，并通过数据线与计算机相连。
专利摘要基于机器视觉的液压传动式果树疏花机，包括中央控制器、液压装置、图像采集装置和疏花装置，所述中央控制器与液压装置、图像采集装置分别相连，并通过液压装置驱动疏花装置；所述疏花装置包括转轴和设置在转轴上的疏花胶条，所述转轴的上端与支撑上横梁固定连接，所述转轴的下端与支撑下横梁固定相连，所述支撑上横梁和支撑下横梁之间还设有支撑立柱；所述疏花装置通过定轴与横向移动导杆相连。采用本实用新型所述的果树疏花设备与特定的疏花方法相结合，避免了确定疏花设备作业参数的大量、反复的田间试验，减少了不必要的试验过程，从而提高了果农的经济效益，保护了果农种植果树的积极性。
文档编号A01G3/08GK203120538SQ201320067849
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者胡彩旗, 隋仁东 申请人:青岛农业大学