本发明专利技术公开一种基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置与方法，上位机运用三维定位方法确定苗木中心位置以及需要修剪的位置坐标，通过采集到的苗木的主视图与侧视图，拟合出苗木的中心位置，以中心位置建立三维坐标系，上位机自动生成苗木修剪模型，并自动生成修剪的坐标位置，根据相交形成的参考点选取与模型相切的面，然后扫描这些切面并让锯齿与这些面重合，不仅能保证全方位无死角的覆盖整个苗木，而且提高了修剪的连续性和精度，让用户自己选择参数建立苗木三维立体图像，可以根据不同的苗木品种选择不同的修剪形状而不会产生单一效果，微处理器控制五个自由度的机械臂上的锯齿根据坐标进行切割，修剪精度高。
【技术实现步骤摘要】
基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置与方法
本专利技术涉及苗木修剪
，具体是基于三维定位的规则形状苗木自动修剪技术，运用三维定位的方法自动修剪出规则形状的苗木，提高苗木修剪的智能化水平。
技术介绍
在绿化景观工程中，对苗木进行正确的修剪和整形工作是一项很重要的养护管理技术。在园林绿化养护管理中对苗木进行适当、合理的修剪，不仅可以让苗木得到更好的生长，同时也能调节树势、创造和保持合理的树冠结构，形成优美的树姿，从而提高苗木的观赏性能，起到美化环境的作用,由此可以看出苗木的修剪很重要。目前，苗木修剪装置大部分还是手持式的机械装置，例如中国专利公开号为CN107667700A提出的一种高效苗圃修剪装置，解决了现有设备修剪效率低的问题，但是其自动化程度低，还是需要大量人力操作。中国专利公开号为CN110301246A公布的一种行道树智能修剪设备，能够自动修剪行道树，而且通过放置槽可将修剪下来的树叶收集起来，能够方便人们清理修剪下来的树叶，降低了人工成本，但是在修剪过程中，采用单一弧形修剪结构，只能对行道树进行修剪，对于其他品种苗木则不能使用，而且不能根据苗木实际的形状大小进行修剪。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置与方法，根据单个苗木实际的形状进行任意规则形状修剪，提高苗木修剪的智能化水平。本专利技术所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置采用的技术方案是：最下方是智能小车，智能小车包括小车承载板和电动轮，小车承载板布置在电动轮上方，电动轮通过控制线连接微处理器，微处理器通过WIFI模块与上位机关联，小车承载板上表面的后方固定连接机械臂固定件，机械臂固定件的上表面固定连接一号步进电机的壳体，一号步进电机输出轴是垂直向上的一号步进电机丝杆，一号步进电机丝杆上啮合水平布置的滚珠滑台，滚珠滑台的前上方固定连接一号伸缩电机的壳体，一号伸缩电机的输出轴是前后水平的一号伸缩电机推杆，一号伸缩电机推杆的前端固定连接二号伸缩电机的壳体，二号伸缩电机的输出轴是左右水平的二号伸缩电机推杆，二号伸缩电机推杆的最左端固定连接一号舵机的本体，一号舵机的输出轴是水平向左伸出的一号舵机齿轮轴，一号舵机齿轮轴的最左端连接前后水平的二号舵机本体，二号舵机的转轴为水平向后伸出的二号舵机齿轮轴，二号舵机齿轮轴的最后端连接电动马达的本体，电动马达的转轴为垂直向下伸出的电动马达转轴，电动马达转轴的最下端同轴固定套装锯齿；一号舵机本体的上方固定设有二号步进电机，二号步进电机的转轴垂直朝上且固定连接二号摄像机，小车承载板上表面的前方设置一号摄像机，一号摄像机的镜头正对前方路面，一号摄像机和二号摄像机分别经信号线连接微处理器；微处理器通过控制线分别连接一号步进电机、二号步进电机、一号伸缩电机、二号伸缩电机，一号舵机、二号舵机和电动马达。所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置的自动修剪方法采用的技术方案是包括以下步骤：步骤1)：微处理器控制电动轮向前行驶，控制一号伸缩电机、二号伸缩电机伸长，根据苗木的平均高度控制一号步进电机旋转，使二号摄像机完整地采集到路边苗木的主视图并传输至微处理器；步骤2)：微处理器控制一号伸缩电机伸长，当二号摄像机采集的图像表明其位于两株苗木中间时，微处理器控制一号伸缩电机停止伸长且控制二号伸缩电机向左伸长，控制二号步进电机旋转90使二号摄像机镜头正对着苗木侧面以采集苗木侧视图并传输给微处理器，微处理器将苗木主视图和侧视图通过WIFI模块发送给上位机；步骤3)：微处理器控制一号步进电机工作使滚珠滑台向下移动到最底部，控制一号伸缩电机、二号伸缩电机收缩使一号伸缩电机推杆、二号伸缩电机推杆至最短处，以此时锯齿的圆心为原点建立三维坐标系XYZ，X轴前后方向水平，Y轴左右方向水平，Z轴垂直于地面；步骤4)：上位机根据苗木的主视图和侧视图拟合出各自的中心点，由主视图的中心点和侧视图的中心点映射出苗木中心点；步骤5)：上位机以所述的苗木中心点为原点建立三维坐标系X1Y1Z1，建立任意规则形状苗木修剪模型，得到规则形状苗木修剪模型表面点坐标；步骤6)：上位机将所述的规则形状苗木修剪模型表面点坐标同步到三维坐标系XYZ中，将规则形状苗木修剪模型表面点与坐标系原点相连形成一条直线，垂直于该直线且与修剪模型表面点重合的面即为苗木修剪切面，根据苗木修剪切面与地面形成的夹角计算出修剪角度；步骤7)：上位机将修剪模型表面点坐标和修剪角度发送至微处理器，微处理器控制一号步进电机、一号伸缩电机、二号伸缩电机、一号舵机和二号舵机工作，使锯齿与所述的苗木修剪切面重合，依次修剪。本专利技术与已有方法和技术相比，具有如下优点：1、本专利技术采用上位机和微处理器相结合的方法，其中在上位机运用三维定位的方法确定苗木的中心位置以及需要修剪的位置坐标，微处理器控制机械臂用扫描式的修剪方法对苗木进行修剪。通过采集到的苗木的主视图与侧视图，拟合出苗木的中心位置，以中心位置建立三维坐标系，根据用户选择的苗木参数，上位机自动生成苗木修剪模型，并自动生成修剪的坐标位置，微处理器控制机械臂上的锯齿根据坐标进行切割，这种方法省去了人工定中心位置，修剪精度高。2、本专利技术提出的一种全新扫描式修剪方法，根据相交形成的参考点选取与模型相切的面，然后扫描这些切面并让锯齿与这些面重合，这种扫描式修剪方法不仅能保证全方位无死角的覆盖整个苗木，而且提高了修剪的连续性和精度，打造出精致苗木形状。3、本专利技术能够让用户自己选择参数建立苗木三维立体图像，可以根据不同的苗木品种选择不同的修剪形状而不会产生单一效果，不仅能实现根据单个苗木实际的形状进行任意规则形状修剪，而且解决了在实际修剪过程中关于苗木中心定位、需要修剪的位置坐标以及修剪方法等关键问题，用五个自由度的机械臂让锯齿到达待修剪苗木的任意位置和任意角度，高度自动化。附图说明图1是本专利技术所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置的结构示意图；图2是图1所示装置的规则形状苗木自动修剪方法流程图；图3是苗木中心三维定位示意图；图4是苗木主视图中心定位示意图；图5是球形苗木坐标建立和修剪模型示意图；图6是矩形苗木坐标建立和修剪模型示意图；图7是扫描式自动修剪球形苗木示意图。附图中各部件的序号和名称：1、一号摄像机，2、小车承载板，3、电动轮，4、微处理器，5、机械臂固定件，6、一号步进电机，7、一号步进电机丝杆，8、滚珠滑台，9、滑台导轨，10、一号伸缩电机，11、一号伸缩电机推杆，12、二号伸缩电机，13、二号伸缩电机推杆，14、二号摄像机，15、二号步进电机，16、一号舵机齿轮轴，17、锯齿，18、电动马达，19、二号舵机，20、WIFI模块，21、上位机，22、一号舵机，23、二号舵机齿轮轴，24、电动马达转轴，25、苗木主视图，26、枝叶部分的图像，27、枝叶图像平分线，28、主视图坐标轴，29、三维坐标系，30、球形苗木修剪切面一，31、球形苗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置，最下方是包括额小车承载板(2)和电动轮(3)的智能小车，小车承载板(2)布置在电动轮(3)上方，电动轮(3)通过控制线连接微处理器(4)，微处理器(4)通过WIFI模块(20)与上位机(21)关联，其特征是：小车承载板(2)上表面的后方固定连接机械臂固定件(5)，机械臂固定件(5)的上表面固定连接一号步进电机(6)的壳体，一号步进电机(6)输出轴是垂直向上的一号步进电机丝杆(7)，一号步进电机丝杆(7)上啮合水平布置的滚珠滑台(8)，滚珠滑台(8)的前上方固定连接一号伸缩电机(10)的壳体，一号伸缩电机(10)的输出轴是前后水平的一号伸缩电机推杆(11)，一号伸缩电机推杆(11)的前端固定连接二号伸缩电机(12)的壳体，二号伸缩电机(12)的输出轴是左右水平的二号伸缩电机推杆(13)，二号伸缩电机推杆(13)的最左端固定连接一号舵机(22)的本体，一号舵机(22)的输出轴是水平向左伸出的一号舵机齿轮轴(16)，一号舵机齿轮轴(16)的最左端连接前后水平的二号舵机(19)本体，二号舵机(19)的转轴为水平向后伸出的二号舵机齿轮轴(23)，二号舵机齿轮轴(23)的最后端连接电动马达(18)的本体，电动马达(18)的转轴为垂直向下伸出的电动马达转轴(24)，电动马达转轴(24)的最下端同轴固定套装锯齿(17)；一号舵机(22)本体的上方固定设有二号步进电机(15)，二号步进电机(15)的转轴垂直朝上且固定连接二号摄像机(14)，小车承载板(2)上表面的前方设置一号摄像机(1)，一号摄像机(1)的镜头正对前方路面，一号摄像机(1)和二号摄像机(14)分别经信号线连接微处理器(4)；微处理器(4)通过控制线分别连接一号步进电机(6)、二号步进电机(15)、一号伸缩电机(10)、二号伸缩电机(12)，一号舵机(22)、二号舵机(19)和电动马达(18)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置，最下方是包括额小车承载板(2)和电动轮(3)的智能小车，小车承载板(2)布置在电动轮(3)上方，电动轮(3)通过控制线连接微处理器(4)，微处理器(4)通过WIFI模块(20)与上位机(21)关联，其特征是：小车承载板(2)上表面的后方固定连接机械臂固定件(5)，机械臂固定件(5)的上表面固定连接一号步进电机(6)的壳体，一号步进电机(6)输出轴是垂直向上的一号步进电机丝杆(7)，一号步进电机丝杆(7)上啮合水平布置的滚珠滑台(8)，滚珠滑台(8)的前上方固定连接一号伸缩电机(10)的壳体，一号伸缩电机(10)的输出轴是前后水平的一号伸缩电机推杆(11)，一号伸缩电机推杆(11)的前端固定连接二号伸缩电机(12)的壳体，二号伸缩电机(12)的输出轴是左右水平的二号伸缩电机推杆(13)，二号伸缩电机推杆(13)的最左端固定连接一号舵机(22)的本体，一号舵机(22)的输出轴是水平向左伸出的一号舵机齿轮轴(16)，一号舵机齿轮轴(16)的最左端连接前后水平的二号舵机(19)本体，二号舵机(19)的转轴为水平向后伸出的二号舵机齿轮轴(23)，二号舵机齿轮轴(23)的最后端连接电动马达(18)的本体，电动马达(18)的转轴为垂直向下伸出的电动马达转轴(24)，电动马达转轴(24)的最下端同轴固定套装锯齿(17)；一号舵机(22)本体的上方固定设有二号步进电机(15)，二号步进电机(15)的转轴垂直朝上且固定连接二号摄像机(14)，小车承载板(2)上表面的前方设置一号摄像机(1)，一号摄像机(1)的镜头正对前方路面，一号摄像机(1)和二号摄像机(14)分别经信号线连接微处理器(4)；微处理器(4)通过控制线分别连接一号步进电机(6)、二号步进电机(15)、一号伸缩电机(10)、二号伸缩电机(12)，一号舵机(22)、二号舵机(19)和电动马达(18)。
2.根据权利要求1所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置，其特征是：一号伸缩电机推杆(11)、二号伸缩电机推杆(13)的中心轴在同一水平面上相互垂直相交，一号舵机齿轮轴(16)的中心轴与二号伸缩电机推杆(13)的中心轴重合，二号舵机齿轮轴(23)与一号舵机齿轮轴(16)的中心轴在同一水平面上相互垂直相交。
3.根据权利要求1所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置，其特征是：滚珠滑台(8)的右侧是上下垂直的滑台导轨(9)，滑台导轨(9)下端固定连接于小车承载板(2)，滑台导轨(9)侧壁上设有凹槽，滚珠滑台(8)侧壁上设有与所述凹槽相配合的导轨。
4.一种如权利要求1所述的基于三维定位的规则形状苗木自动修剪装置的自动修剪方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1)：微处理器(4)控制电动轮(3)向前行驶，控制一号伸缩电机(10)、二号伸缩电机(12)伸长，根据苗木的平均高度控制一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张荣标，李龙兴，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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