一种修剪机器人的智能化控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种修剪机器人的智能化控制系统及方法，本发明专利技术的系统包括控制模块、远程控制终端、位移传感器、倾角传感器和液压系统。控制模块可将远程控制终端发送的用户指令通过云端服务器传给控制模块，控制模块读取位移传感器和倾角传感器的数据和用户指令后通过计算将目标连杆的位姿转化成液压油缸的的位移，并通过继电器控制电液换向阀及液压马达，从而实现修剪机械臂的自动位姿变换和修剪和复位工作。本发明专利技术可通过远程控制软件远程控制修剪机器人的启动、停止、运动控制及修剪功能，可以实现修剪机器人在不同地形(平地、丘陵等)的自适应调节，提高了柑橘树修剪的便捷度，提高自动化程度，提高工作效率，降低劳动强度，提高经济效益。高经济效益。高经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种修剪机器人的智能化控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及农林机械智能化
，特别涉及一种修剪机器人的智能化控制系统及方法。

技术介绍

[0002]柑橘类水果在世界水果贸易中占有重要地位，是世界第一大类水果，也是我国重要的经济作物，有很高的经济价值。目前，我国柑橘种植规模和产量位居世界首位，产量占世界的1/3左右。据国家统计局数据，截止2021年我国柑橘种植面积2789千公顷，产量5399万吨均位于世界第一位，且仍处于稳定增长状态
[0003]我国柑橘果园种植面积辽阔，柑橘产地主要位于南方丘陵山地，丘陵山区地形地貌变化大、坡度大、土壤粘重，导致了我国柑橘产业快速发展的同时，柑橘果园机械化和自动化程度还比较落后。目前，国内丘陵山地柑橘生产机械与发达国家存在明显差距，受地形地貌、种植规模、生产管理方式等因素的限制，严重影响我国丘陵山地柑橘生产机械化和自动化发展。果树修剪作为柑橘生产过程的重要环节，是实现柑橘稳定增产增收的重要影响因素。受限于我国丘陵山地柑橘园地形条件，目前柑橘树修剪方式主要以人工剪枝为主，不但增加生产成本，劳动强度，影响柑橘产量，而且限制了我国柑橘生产机械化和自动化水平和农业农村经济的快速发展。由于我国柑橘园机械化和自动化程度低，大部分柑橘园位于南方丘陵山地，地势不平坦，柑橘实际生长情况存在很大区别，因此需要一款修剪宽度、高度和角度可在手机终端软件进行控制的自动化柑橘树修剪机器人，以适应不同柑橘果园环境，降低劳动强度，提高生产效率和经济效益。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对以上问题和要求，提供一种修剪机器人的智能化控制系统及方法。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种修剪机器人的智能化控制系统，包括控制模块、远程控制终端、位移传感器、倾角传感器和液压系统，所述倾角传感器设置在配套使用的修剪机器人的各关节上，所述倾角传感器用于检测各关节的转动角度并向控制模块反馈，所述位移传感器设置在修剪机器人的水平移动机架和竖直移动机架上，用于检测各部分的平移量并向控制模块反馈，所述控制模块用于接收远程控制终端发送的控制信号，结合位移传感器和倾角传感器的反馈信息，通过控制液压系统中液压阀的启停和换向使得修剪机器人的上部修剪装置、中部修剪装置和下部修剪装置移动形成预设姿态，所述远程控制终端用于根据用户设置的树形坐标向控制模块发送控制信号。
[0007]进一步的，所述控制模块用于根据用户输入的树形坐标对修剪机器人进行逆运动学结算，求解到达目标树形坐标各关节的目标坐标，之后根据各倾角传感器和位移传感器的反馈监测当前各关节的位姿，计算当前各关节的坐标与目标坐标的偏差是否在预设误差
范围内，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差在误差允许范围内，则向控制液压马达的电磁阀启动命令，开始自动修剪，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差不在预设误差范围内，则根据计算当前位置坐标与目标坐标的误差，启动各关节相应的电液换向阀，推动液压缸对各关节位置和角度进行调整，直到至机器人的当前位置坐标与目标坐标的偏差值在预设误差范围内。
[0008]进一步的，所述液压系统中的液压缸均采用闭环控制模式，控制模块用于根据当前各关节的坐标与目标坐标的偏差，计算液压缸伸缩量导致的角度或位移与目标值的偏差并进行调节，直到倾角传感器或位移传感器检测液压缸伸缩量与给定角度或位移值的偏差在误差范围内停止循环。
[0009]进一步的，所述远程控制终端内运行有远程控制系统，所述远程控制系统用于显示树高、树形宽度输入框和修剪模式选择框，并根据用户输入的树高和树形宽度或选择的修剪模式，确定树的树形坐标，将树形坐标发送到修剪机器人的控制模块；
[0010]所述远程控制系统还用于在启动按键被触发后向控制模块发送启动指令，控制模块接收到启动指令后向液压系统启动开关发送控制指令，控制开关闭合，修剪机器人启动，动力平台开始向液压系统供油；
[0011]所述远程控制系统还用于在结束修剪按钮被触发后，向控制模块发送结束修剪和复位信号。
[0012]进一步的，配套使用的修剪机器人包括上部修剪装置，中部修剪装置，下部修剪装置，上部修剪装置和下部修剪装置分别铰接在中部修剪装置上下两端，中部修剪装置通过总体角度调节机构铰接在水平移动机架上，总体角度调节机构用于根据修剪需求调整转动角度，水平移动机架安装在竖直移动机架上，用于分别带动修剪机构沿水平或竖直方向移动,竖直移动机架安装在连接架上；所有机构的转动和移动均由液压系统驱动，液压系统中液压缸的伸缩由电磁换向阀控制，在上部修剪装置，中部修剪装置和下部修剪装置中各关节处安装的倾角传感器用于监测各关节的转动角度，在水平移动机架和竖直移动机架上安装的位移传感器用于监测各部分的位移量。
[0013]一种修剪机器人的智能化控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、远程控制终端内的远程控制系统显示树高、树形宽度输入框和修剪模式选择框，并根据用户输入的树高和树形宽度或选择的修剪模式，确定树的树形坐标，将树形坐标发送到修剪机器人的控制模块；
[0015]步骤2、远程控制系统在启动按键被触发后向修剪机器人的控制模块发送启动指令，控制模块接收到启动指令后向液压系统启动开关发送控制指令，控制开关闭合，修剪机器人启动，动力平台开始向液压系统供油；
[0016]步骤3、控制模块根据用户输入的树形坐标对修剪机器人进行逆运动学结算，求解到达目标树形坐标各关节的目标坐标，之后根据各倾角传感器和位移传感器的反馈监测当前各关节的位姿，计算当前各关节的坐标与目标坐标的偏差是否在预设误差范围内，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差在误差允许范围内，则向控制液压马达的电磁阀启动命令，开始自动修剪，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差不在预设误差范围内，则根据计算当前位置坐标与目标坐标的误差，启动各关节相应的电液换向阀，推动液压缸对各关节位置和角度进行调整，直到至机器人的当前位置坐标与目标坐标的偏差值在预设
误差范围内；
[0017]步骤4、远程控制系统在结束修剪按钮被触发后，向控制模块发送结束修剪和复位信号。
[0018]本专利技术采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
[0019]本专利技术的系统可基于所开发的手机软件平台实现修剪机器人的无线远程控制功能，可使果农在修剪途中根据需要随时启动和停止修剪机，以及使机器人根据果农输入的修剪指令和传感器的数值进行对比和自适应调节修剪机器人的关节位姿，无需多一个人全程跟随操作修剪机器人，用户操作简单，系统安全可靠，可以实现修剪机器人在不同地形(平地、丘陵等)自适应的调节关节位姿至果树修剪所需要的要求，提高了柑橘修剪的自动化和智能化程度，降低劳动强度，节省人工成本，提高工作效率，提高经济效益。且本专利技术的修剪机器人的控制系统是针对通用电液系统设计的，可用于任何以电液系统为控制动力的机械，适用范围广，开发成本低，有利于大量推广使用。
[0020]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种修剪机器人的智能化控制系统，其特征在于，包括控制模块、远程控制终端、位移传感器、倾角传感器和液压系统，所述倾角传感器设置在配套使用的修剪机器人的各关节上，所述倾角传感器用于检测各关节的转动角度并向控制模块反馈，所述位移传感器设置在修剪机器人的水平移动机架和竖直移动机架上，用于检测各部分的平移量并向控制模块反馈，所述控制模块用于接收远程控制终端发送的控制信号，结合位移传感器和倾角传感器的反馈信息，通过控制液压系统中液压阀的启停和换向使得修剪机器人的上部修剪装置、中部修剪装置和下部修剪装置移动形成预设姿态，所述远程控制终端用于根据用户设置的树形坐标向控制模块发送控制信号。2.根据权利要求1所述的修剪机器人的智能化控制系统，其特征在于，所述控制模块用于根据用户输入的树形坐标对修剪机器人进行逆运动学结算，求解到达目标树形坐标各关节的目标坐标，之后根据各倾角传感器和位移传感器的反馈监测当前各关节的位姿，计算当前各关节的坐标与目标坐标的偏差是否在预设误差范围内，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差在误差允许范围内，则向控制液压马达的电磁阀启动命令，开始自动修剪，若当前各关节的位置坐标与目标坐标的偏差不在预设误差范围内，则根据计算当前位置坐标与目标坐标的误差，启动各关节相应的电液换向阀，推动液压缸对各关节位置和角度进行调整，直到至机器人的当前位置坐标与目标坐标的偏差值在预设误差范围内。3.根据权利要求1所述的修剪机器人的智能化控制系统，其特征在于，所述液压系统中的液压缸均采用闭环控制模式，控制模块用于根据当前各关节的坐标与目标坐标的偏差，计算液压缸伸缩量导致的角度或位移与目标值的偏差并进行调节，直到倾角传感器或位移传感器检测液压缸伸缩量与给定角度或位移值的偏差在误差范围内停止循环。4.根据权利要求1所述的修剪机器人的智能化控制系统，其特征在于，所述远程控制终端内运行有远程控制系统，所述远程控制系统用于显示树高、树形宽度输入框和修剪模式选择框，并根据用户输入的树高和树形宽度或选择的修剪模式，确定树的树形坐标，将树形坐标发送到修剪机器人的控制模块；所述远程控制系统还用于在启动按键被触发后向控制模块发送启动指令，控制模块接收到启动指令后向液压系统启动开关发送控制指令，控制开关闭合，修剪机器人启动，动力平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方，黄硕，沈逸君，曾浪，何仕豪，李善军，潘海兵，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：