本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種打頂機(jī)器人及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)種植作物包括棉花、煙草等在生長(zhǎng)期都需要打頂，打頂工作是整個(gè)作物生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可消除頂端生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)作物的增產(chǎn)增收。但是目前很多作物的打頂工作多由人工完成，打頂機(jī)機(jī)械化尚不完善。而作物打頂機(jī)械化可以大大縮短作物打頂時(shí)間、提高勞動(dòng)效益、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、增加作物產(chǎn)量。

現(xiàn)有打頂機(jī)的技術(shù)中，打頂機(jī)構(gòu)主要有滾筒式和甩刀式，這兩種方式均不利于作物的精確打頂；打頂機(jī)的仿形方式主要有機(jī)械接觸式，紅外線感應(yīng)式和超聲波感應(yīng)式：機(jī)械接觸式敏感度難以把握，精度不高；田間光線復(fù)雜，紅外感應(yīng)式很難實(shí)現(xiàn)其作用；超聲波感應(yīng)式，精度較好，但方向感應(yīng)存在很大問題。由于打頂工作的工作情況復(fù)雜，作物生長(zhǎng)情況不一致，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中的打頂機(jī)械十分容易出現(xiàn)漏打或打頂過(guò)度的情況，很難做到精確地打頂，從而造成重復(fù)勞動(dòng)或損害作物，不利于節(jié)省人力、不能夠有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種能夠精確打頂、節(jié)省人力物力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)的打頂機(jī)器人。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種打頂機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種打頂機(jī)器人，包括移動(dòng)平臺(tái)、底盤、腰部、連接桿、視覺識(shí)別系統(tǒng)、兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂、收集切割機(jī)構(gòu)和中央處理器，其中，所述底盤固定在所述移動(dòng)平臺(tái)上，所述腰部與所述底盤活動(dòng)連接，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)所述連接桿與所述底盤相連接；所述兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂包括大臂和小臂，所述大臂與所述腰部相鉸接，所述小臂與所述大臂相鉸接；所述收集切割機(jī)構(gòu)與所述小臂固定連接；所述中央處理器設(shè)置在所述底盤上，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)、兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂和收集切割機(jī)構(gòu)分別與所述中央處理器相連接；

所述收集切割機(jī)構(gòu)包括拓展固定架，以及設(shè)置在所述拓展固定架內(nèi)的控制機(jī)構(gòu)、收集機(jī)構(gòu)和切割機(jī)構(gòu)，其中，所述拓展固定架與所述兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的小臂相連接；所述收集機(jī)構(gòu)位于所述切割機(jī)構(gòu)上方；所述控制機(jī)構(gòu)包括電磁鐵和電磁鐵推桿，所述電磁鐵固定在所述拓展固定架上，所述電磁鐵推桿與所述電磁鐵相連接；所述收集機(jī)構(gòu)包括動(dòng)鉗嘴、固定鉗嘴和連接銷，所述固定鉗嘴固定在所述拓展固定架上，所述動(dòng)鉗嘴與所述固定鉗嘴活動(dòng)連接，所述動(dòng)鉗嘴通過(guò)所述連接銷與所述電磁鐵推桿相連接；所述切割機(jī)構(gòu)包括動(dòng)刀片和固定刀片，所述固定刀片固定在所述拓展固定架上，所述動(dòng)刀片與所述固定刀片活動(dòng)連接，所述動(dòng)刀片通過(guò)螺栓與所述電磁鐵推桿相連接；所述電磁鐵與所述中央處理器相連接。

優(yōu)選地，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)包括兩組ccd相機(jī)；設(shè)置兩組ccd相機(jī)，能夠通過(guò)類似雙目識(shí)別的方式獲取作物頂部生長(zhǎng)狀況圖像，并能夠準(zhǔn)確分析獲得待去除頂部的具體位置。

優(yōu)選地，所述拓展固定架為框架結(jié)構(gòu)；設(shè)置框架結(jié)構(gòu)相對(duì)其他結(jié)構(gòu)易于制造，能夠提高生產(chǎn)效率。

優(yōu)選地，所述框架結(jié)構(gòu)由多塊不銹鋼板材焊接制成；使用不銹鋼板材能夠提供良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

優(yōu)選地，所述框架結(jié)構(gòu)由鋁合金板材焊接制成；使用鋁合金板材能夠使整體重量降低，從而降低整體結(jié)構(gòu)的重量。

優(yōu)選地，所述底盤與所述移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)緊固螺栓固定。

優(yōu)選地，所述中央處理器包括單片機(jī)；單片機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

一種由上述打頂機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)方法，包括下述步驟：

(1)工作時(shí)，操作人員啟動(dòng)打頂機(jī)器人，中央處理器控制視覺識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)兩組ccd相機(jī)采集作物頂部生長(zhǎng)狀況圖像，并將采集到的信息傳輸給中央處理器，中央處理器的圖像處理系統(tǒng)分析處理傳來(lái)測(cè)信息后則獲得待去除頂部的具體位置；

(2)中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂以及腰部運(yùn)動(dòng)，兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的大臂和小臂擺動(dòng)至適合方位，帶動(dòng)小臂末端連接的收集切割機(jī)構(gòu)移到相應(yīng)的去除位置；

(3)中央處理器控制電磁鐵通電，則與電磁鐵相連接的電磁鐵推桿向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與電磁鐵推桿相連接的動(dòng)刀片向前移動(dòng)，動(dòng)鉗嘴通過(guò)連接銷與電磁鐵推桿相連接，因此動(dòng)鉗嘴也跟著同時(shí)向前移動(dòng)；動(dòng)刀片與固定刀片配合完成剪切之前，動(dòng)鉗嘴與固定鉗嘴配合夾緊頂部，而后隨著電磁鐵推桿繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，動(dòng)刀片配合固定刀片完成剪切；

(4)剪切完成后，中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂以及腰部運(yùn)動(dòng)，將已切除的頂部夾住并移動(dòng)到收集箱上方，中央處理器控制電磁鐵斷電，則電磁鐵推桿向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)鉗嘴和動(dòng)刀片向后移動(dòng)，收集切割機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位，已切除的頂部就掉在收集箱里；

(5)視覺識(shí)別系統(tǒng)繼續(xù)采集圖像并且由中央處理器分析實(shí)時(shí)圖像，鎖定作物下一個(gè)所需剪切的頂部后，重復(fù)打頂動(dòng)作，直到全部工作完成。；

本發(fā)明的工作原理：

工作時(shí)，操作人員啟動(dòng)打頂機(jī)器人，中央處理器控制視覺識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)兩組ccd相機(jī)采集作物頂部生長(zhǎng)狀況圖像，并將采集到的信息傳輸給中央處理器，中央處理器的圖像處理系統(tǒng)分析處理傳來(lái)測(cè)信息后則獲得待去除頂部的具體位置，中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂以及腰部運(yùn)動(dòng)，兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的大臂和小臂擺動(dòng)至適合方位，帶動(dòng)小臂末端連接的收集切割機(jī)構(gòu)移到相應(yīng)的去除位置，中央處理器控制電磁鐵通電，則與電磁鐵相連接的電磁鐵推桿向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與電磁鐵推桿相連接的動(dòng)刀片向前移動(dòng)，動(dòng)鉗嘴通過(guò)連接銷與電磁鐵推桿相連接，因此動(dòng)鉗嘴也跟著同時(shí)向前移動(dòng)；動(dòng)刀片與固定刀片配合完成剪切之前，動(dòng)鉗嘴與固定鉗嘴配合夾緊頂部，而后隨著電磁鐵推桿繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，動(dòng)刀片配合固定刀片完成剪切；剪切完成后，中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂以及腰部運(yùn)動(dòng)，將已切除的頂部夾住并移動(dòng)到收集箱上方，中央處理器控制電磁鐵斷電，則電磁鐵推桿向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)鉗嘴和動(dòng)刀片向后移動(dòng)，收集切割機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位，已切除的頂部就掉在收集箱里。視覺識(shí)別系統(tǒng)繼續(xù)采集并且由中央處理器分析實(shí)時(shí)圖像，鎖定作物下一個(gè)所需剪切的頂部后，重復(fù)打頂動(dòng)作，直到全部工作完成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果：

本發(fā)明通過(guò)動(dòng)刀片與固定刀片和動(dòng)鉗嘴與固定鉗嘴的配合與分離，利用雙目識(shí)別技術(shù)對(duì)所需打頂作物逐個(gè)精確打頂，能避免現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)用旋轉(zhuǎn)剪切等結(jié)構(gòu)打頂對(duì)作物的損害，減低作物在打頂過(guò)程中受破壞程度，降低打頂工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力物力，提高作物的打頂效率，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明收集切割機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明切割機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)記為：1、兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂；2、拓展固定架；3、控制機(jī)構(gòu)；31、電磁鐵；32、電磁鐵推桿；4、收集機(jī)構(gòu)；41、動(dòng)鉗嘴；42、固定鉗嘴；43、連接銷；5、切割機(jī)構(gòu)；51、固定刀片；52、動(dòng)刀片；6、小臂；7、大臂；8、腰部；9、底盤；10、連接桿；11、視覺識(shí)別系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

如圖1～3所示，一種打頂機(jī)器人，包括移動(dòng)平臺(tái)、底盤9、腰部8、連接桿10、視覺識(shí)別系統(tǒng)11、兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1、收集切割機(jī)構(gòu)5和中央處理器，其中，所述底盤9固定在所述移動(dòng)平臺(tái)上，具體為所述底盤9與所述移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)緊固螺栓固定，所述腰部8與所述底盤9活動(dòng)連接，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)11通過(guò)所述連接桿10與所述底盤9相連接，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)11包括兩組ccd相機(jī)，設(shè)置兩組ccd相機(jī)，能夠通過(guò)類似雙目識(shí)別的方式獲取作物頂部生長(zhǎng)狀況圖像，并能夠準(zhǔn)確分析獲得待去除頂部的具體位置；所述兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1包括大臂7和小臂6，所述大臂7與所述腰部8相鉸接，所述小臂6與所述大臂7相鉸接；所述收集切割機(jī)構(gòu)5與所述小臂6固定連接；所述中央處理器設(shè)置在所述底盤9上，所述視覺識(shí)別系統(tǒng)11、兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1和收集切割機(jī)構(gòu)5分別與所述中央處理器相連接，所述中央處理器包括單片機(jī)，單片機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；

所述收集切割機(jī)構(gòu)5包括拓展固定架2，以及設(shè)置在所述拓展固定架2內(nèi)的控制機(jī)構(gòu)3、收集機(jī)構(gòu)4和切割機(jī)構(gòu)5，其中，所述拓展固定架2為框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置框架結(jié)構(gòu)相對(duì)其他結(jié)構(gòu)易于制造，能夠提高生產(chǎn)效率，其中一種實(shí)施方式為所述框架結(jié)構(gòu)由多塊不銹鋼板材焊接制成，使用不銹鋼板材能夠提供良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；另一種實(shí)施方式為所述框架結(jié)構(gòu)由鋁合金板材焊接制成，使用鋁合金板材能夠使整體重量降低，從而降低整體結(jié)構(gòu)的重量；所述拓展固定架2與所述兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1的小臂6相連接；所述收集機(jī)構(gòu)4位于所述切割機(jī)構(gòu)5上方；所述控制機(jī)構(gòu)3包括電磁鐵31和電磁鐵推桿32，所述電磁鐵31固定在所述拓展固定架2上，所述電磁鐵推桿32與所述電磁鐵31相連接；所述收集機(jī)構(gòu)4包括動(dòng)鉗嘴41、固定鉗嘴42和連接銷43，所述固定鉗嘴42固定在所述拓展固定架2上，所述動(dòng)鉗嘴41與所述固定鉗嘴42活動(dòng)連接，所述動(dòng)鉗嘴41通過(guò)所述連接銷43與所述電磁鐵推桿32相連接；所述切割機(jī)構(gòu)5包括動(dòng)刀片52和固定刀片51，所述固定刀片51固定在所述拓展固定架2上，所述動(dòng)刀片52與所述固定刀片51活動(dòng)連接，所述動(dòng)刀片52通過(guò)螺栓與所述電磁鐵推桿32相連接；所述電磁鐵31與所述中央處理器相連接。

工作時(shí)，操作人員啟動(dòng)打頂機(jī)器人，中央處理器控制視覺識(shí)別系統(tǒng)11通過(guò)兩組ccd相機(jī)采集作物頂部生長(zhǎng)狀況圖像，并將采集到的信息傳輸給中央處理器，中央處理器的圖像處理系統(tǒng)分析處理傳來(lái)測(cè)信息后則獲得待去除頂部的具體位置，中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1以及腰部8運(yùn)動(dòng)，兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1的大臂7和小臂6擺動(dòng)至適合方位，帶動(dòng)小臂6末端連接的收集切割機(jī)構(gòu)5移到相應(yīng)的去除位置，中央處理器控制電磁鐵31通電，則與電磁鐵31相連接的電磁鐵推桿32向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)與電磁鐵推桿32相連接的動(dòng)刀片52向前移動(dòng)，動(dòng)鉗嘴41通過(guò)連接銷43與電磁鐵推桿32相連接，因此動(dòng)鉗嘴41也跟著同時(shí)向前移動(dòng)；動(dòng)刀片52與固定刀片51配合完成剪切之前，動(dòng)鉗嘴41與固定鉗嘴42配合夾緊頂部，而后隨著電磁鐵推桿32繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，動(dòng)刀片52配合固定刀片51完成剪切；剪切完成后，中央處理器驅(qū)動(dòng)兩關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂1以及腰部8運(yùn)動(dòng)，將已切除的頂部夾住并移動(dòng)到收集箱上方，中央處理器控制電磁鐵31斷電，則電磁鐵推桿32向后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)動(dòng)鉗嘴41和動(dòng)刀片52向后移動(dòng)，收集切割機(jī)構(gòu)5恢復(fù)原位，已切除的頂部就掉在收集箱里。視覺識(shí)別系統(tǒng)11繼續(xù)采集并且由中央處理器分析實(shí)時(shí)圖像，鎖定作物下一個(gè)所需剪切的頂部后，重復(fù)打頂動(dòng)作，直到全部工作完成。

本發(fā)明通過(guò)動(dòng)刀片與固定刀片和動(dòng)鉗嘴與固定鉗嘴的配合與分離，利用雙目識(shí)別技術(shù)對(duì)所需打頂作物逐個(gè)精確打頂，能避免現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)用旋轉(zhuǎn)剪切等結(jié)構(gòu)打頂對(duì)作物的損害，減低作物在打頂過(guò)程中受破壞程度，降低打頂工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力物力，提高作物的打頂效率，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

上述為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述內(nèi)容的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。