| 标题 | 一种灌木修剪机器人 |
| 范文 | 刘富成 黄俊华 摘 要：本文介绍了一种灌木修剪机器人，主要包括顶板和可升降机架，顶板设置在可升降机架顶端，可升降机架的四角底端分别设置有行走轮，修剪电机设置在顶板上，修剪电机的输出轴向下伸出并连接修剪刀具，修剪刀具是可变形修剪刀具，且位于可升降机架的中间架空处。解决现有技术中人工修剪灌木造成的成本高昂、浪费人力、效率低下等诸多问题。 关键词：灌木修剪;可变形修剪刀具;解决问题 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.103 0 引言 目前，用作绿化的立体灌木前景非常广阔，但其修剪仍然严重依赖人工操作，而且需经常找专业人员进行修剪维护，不仅成本高昂，而且浪费人力、效率低下。本文介绍了一种灌木修剪机器人，主要包括顶板和可升降机架两部分。机器人操作简便、自动化程度高、节省成本及人力、续航时间长、转向灵活、修剪准确高效、适应性广、功能强大。 1 灌木修剪机器人结构设计 1.1 整体结构设计 本结构设计方案一种灌木修剪机器人如图1，主要由顶板和可升降机架两部分构成，顶板设置在可升降机架顶端，可升降机架中间架空，四角底端分别设置有行走轮，电池、控制器、导向传感器、机器视觉模块、激光雷达和修剪电机均设置在顶板上。 1.2 修剪刀具结构设计 修剪刀具包括多段子刀片，子刀片通过相应的舵机依次连接形成可变形修剪刀具;各舵机与控制器连接。修剪电機通过修剪电机承载盘设置在顶板的中心处，且穿过顶板的中心圆孔向下延伸。 1.3 可升降机结构设计 可升降机架包括四组支撑架，支撑架上端和顶板连接，支撑架下端通过升降机构与相应的车轮安装板连接。升降机构包括丝杠及丝杠螺母，丝杠的下端通过轴承和相应的车轮安装板连接，丝杠的上端与丝杠电机连接，丝杠螺母的两侧分别固连有套管，套管与相应支撑架固连。可升降机架的左右两侧还分别设置有侧连杆，侧连杆上还相对设置有激光雷达，该激光雷达与控制器连接以识别并确定待修剪灌木的位置。行走轮有四个，前端两行走轮是万向轮，后端两行走轮是驱动轮;驱动轮的驱动电机和控制器连接，驱动电机上设置有码盘。 2 控制系统 本设计方案一种灌木修剪机器人，控制器采用智能stm32芯片作为主控制器。导向传感器采用九轴传感器，与控制器连接。机器视觉模块采用OpenMv机器视觉模块，且通过舵机设置在顶板的右前方，机器视觉模块与控制器连接，对右前方的理想立体灌木样品拍摄不同角度的图片，从而识别出样品对应的立体灌木形状，并向控制器发送目标灌木形状信号。顶板上的激光雷达设置在顶板前端的中部以检测待修剪灌木的高度和方位，该激光雷达与控制器连接。还包括扬声器，扬声器设置在顶板上且与控制器连接。顶板的中心开有中心圆孔，顶板的四角下方分别向外延伸有连接板以与升降机架连接。 3 具体工作流程 3.1 修剪刀变形 开始工作后，舵机转动不同角度，带动OpenMv机器视觉模块对右前方的理想立体灌木样品拍摄不同角度的图片，从而识别出样品对应的立体灌木形状，然后向控制器发送目标灌木形状信号;控制器控制可变形灌木修剪刀具上的各个舵机，进而控制可变形灌木修剪刀具调整为与目标灌木形状相对应的刀具形状。 3.2 可升降平台调整 固定在机器人顶板正前方的激光雷达向机器人正前方待修剪的灌木发送激光束，通过接收反射光束并经过一定信息处理后确定待修剪灌木高度和方位，然后向控制器发送目标灌木高度信号;控制器控制升降机构的丝杠上端的丝杠电机，进而控制支撑架升降将机器人调整为与目标灌木高度相对应的高度。 3.3 灌木修剪 当机器人运动至被修剪灌木附近，控制器控制修剪电机，以一定转速转动两圈，带动智能可变形灌木修剪刀具旋转两圈，从而对机器人正下方的灌木进行修剪，将其修剪为目标形状，即完成一个工作循环;控制器控制机器人继续行进，对下一丛灌木进行修剪。 4 结语 本设计方案一种灌木修剪机器人，中间架空，为修剪灌木提供了空间，结构巧妙;修剪刀具形状可变，控制器可根据机器视觉模块识别结果将刀具调整为相应形状，从而可将灌木修剪为不同形状，显著提高了其修剪的多功能性和智能化程度。 机器人可根据激光雷达确定的待修剪灌木的高度升降到合适位置，从而实现对不同高度灌木的修剪，大大提高了该机器人对不同高度灌木修剪的适应性，进一步提高了其修剪的多功能性和智能化程度。 参考文献： [1]李名地.城市园林自动修剪机器人动力学仿真研究[J].农机化研究，2019（02）. [2]罗天洪，唐果.绿化修剪用机器人[M]. [3]林琦.园林灌木的修剪方法[J].现代园艺，2014（08）：54-55. [4]徐佩登，杨海龙，袁雨豪.一种园林灌木修剪装置. |
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