CN110199706A - 一种人工智能绿化修剪机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工智能绿化修剪机，通过设置驱动轮、剪叉升降平台和多维度机械臂，并将电动锯安装在多维度机械臂的一端，可以通过驱动轮带动整个绿化修剪机移动，通过剪叉升降平台带动多维度机械臂升降，并通过多维度机械臂角度与位置的调整，实现电动锯在任意方向上的角度和位置的调整，从而能够应对复杂的绿化植物的造型，本发明还通过设置采集绿化植物三维图像模型数字信息的3D相机和监测各部件工作状态的状态监测装置，使控制系统能够实时得知绿化修剪机需要修剪的绿化植物的三维图像信息和各部件的所处状态，从而根据修剪需求对各部件进行控制，完成自动修剪塑形工作，降低了人工劳动负担，提高了修剪效率。

Description

一种人工智能绿化修剪机

技术领域

本发明涉及修剪机技术领域，特别是指一种人工智能绿化修剪机。

背景技术

绿化栽种植物以改善环境的活动，指的是栽植防护林、路旁树木、农作物以及居民区和公园内的各种植物等，绿化包括国土绿化、城市绿化和道路绿化等，绿化可改善环境卫生并在维持生态平衡方面起多种作用。绿化的修剪不仅能够统一和谐环境观感，在生长期修剪还可以防止它们徒长，促进新芽的分化，为来年生长准备，然而目前绿化植物的修剪多方式是“砍头式”的平直修剪或简单几何图形修剪，虽然在观感上达成统一和谐，但已经无法满足人日渐提高的审美需求，因此现在出现了越来越多复杂美观的卡通造型、动物造型和抽象造型的绿化植物，但是这样的造型目前只能够通过人工操作方式实现，并且手艺要求极高，塑造造型的效率比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种人工智能绿化修剪机，用于解决以上提出的技术问题。

基于上述目的本发明提供的一种人工智能绿化修剪机，包括：

底座；

两个平行的驱动轮，分别安装在底座的底部两侧；

剪叉升降平台，安装在底座的顶部；

多维度机械臂，安装在剪叉升降平台的顶部；

电动锯，安装在多维度机械臂的一端；

检测系统，包括：

3D相机，安装在剪叉升降平台顶端的一侧，用于采集绿化植物的三维图像模型数字信息；

状态监测装置，分别安装在驱动轮、剪叉升降平台、多维度机械臂和电动锯处，用于测量驱动轮、剪叉升降平台、多维度机械臂和电动锯处的工作状态；

控制系统，与检测系统电连接，用于接收3D相机采集的绿化植物的三维图像模型数字信息，控制驱动轮带动底座移动，控制剪叉升降平台升降，带动多维度机械臂调整角度与位置，控制电动锯启停，对绿化植物进行修剪。

优选地，驱动轮内设有带动其转动的轮殻电机，剪叉升降平台内设有带动其升降的电动缸电机，多维度机械臂中设有带动其转动和移动的机械臂电机，电动锯中设有带动其转动的锯齿电机，轮殻电机、电动缸电机、机械臂电机和锯齿电机均与控制系统电连接。

优选地，状态检测装置包括至少四组增量型编码器，各增量型编码器分别嵌套固定在轮殻电机、电动缸电机、机械臂电机和锯齿电机的电机转子端。

优选地，控制系统包括：

处理芯片，与3D相机电连接，用于处理3D相机采集的三维图像模型数字信息；

微控制器，与处理芯片电连接，用于读取处理芯片处理后的信息，并根据预先设置的修剪需求，生成控制信号；

驱动芯片，用于接收微控制器生成的控制信号，驱动驱动轮、剪叉升降平台、多维度机械臂和电动锯动作。

优选地，处理芯片采用图形处理GPU芯片，微控制器采用32F102C8型32位微控制器，驱动芯片集成有CMOS控制电路和DMOS功率器。

优选地，3D相机采用ToF相机模组。

优选地，驱动轮的邻侧设有万向轮，万向轮与底座活动连接。

优选地，驱动轮的顶部外侧面设有挡泥板，挡泥板与底座固定连接。

从上面所述可以看出，本发明提供的人工智能绿化修剪机，通过设置驱动轮、剪叉升降平台和多维度机械臂，并将电动锯安装在多维度机械臂的一端，可以通过驱动轮带动整个绿化修剪机移动，通过剪叉升降平台带动多维度机械臂升降，并通过多维度机械臂角度与位置的调整，实现电动锯在任意方向上的角度和位置的调整，从而能够应对复杂的绿化植物的造型，本发明还通过设置采集绿化植物三维图像模型数字信息的3D相机和监测各部件工作状态的状态监测装置，使控制系统能够实时得知绿化修剪机需要修剪的绿化植物的三维图像信息和各部件的所处状态，从而根据修剪需求对各部件进行控制，完成自动修剪塑形工作，降低了人工劳动负担，提高了修剪效率。

附图说明

图1为本发明实施例的人工智能绿化修剪机结构示意图；

图2为本发明实施例的人工智能绿化修剪机模控制连接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

一种人工智能绿化修剪机，包括底座1，底座1的底部两侧分别安装有相互平行的驱动轮4，底座1的顶部安装有剪叉升降平台2，剪叉升降平台2的顶部安装有多维度机械臂9，多维度机械臂9的一端安装有电动机，本人工智能绿化修剪机还包括检测系统，检测系统包括3D相机8，3D相机8安装在剪叉升降平台2顶端的一侧，用于采集绿化植物的三维图像模型数字信息，检测系统中还包括状态监测装置，状态监测装置分别安装在驱动轮4、剪叉升降平台2、多维度机械臂9和电动锯10处，用于测量驱动轮4、剪叉升降平台2、多维度机械臂9和电动锯10的工作状态，本人工智能绿化修剪机中还设有控制系统，与检测系统电连接，用于接收3D相机8采集的绿化植物的三维图像模型数字信息，控制驱动轮4带动底座1移动，控制剪叉升降平台2升降，带动多维度机械臂9调整角度与位置，控制电动锯10启停，对绿化植物进行修剪。

本发明通过设置驱动轮4、剪叉升降平台2和多维度机械臂9，并将电动锯10安装在多维度机械臂9的一端，可以通过驱动轮4带动整个绿化修剪机移动，通过剪叉升降平台2带动多维度机械臂9升降，并通过多维度机械臂9角度与位置的调整，实现电动锯10在任意方向上的角度和位置的调整，从而能够应对复杂的绿化植物的造型，本发明还通过设置采集绿化植物三维图像模型数字信息的3D相机8和监测各部件工作状态的状态监测装置，使控制系统能够实时得知绿化修剪机需要修剪的绿化植物的三维图像信息和各部件的所处状态，从而根据修剪需求对各部件进行控制，完成自动修剪塑形工作，降低了人工劳动负担，提高了修剪效率。

在本发明的实施例中，驱动轮4内设有带动其转动的轮殻电机5，剪叉升降平台2内设有带动其升降的电动缸电机，多维度机械臂9中设有带动其转动和移动的机械臂电机，电动锯10中设有带动其转动的锯齿电机，轮殻电机5、电动缸电机、机械臂电机和锯齿电机均与控制系统电连接。

在本发明的实施例中，为了精确而有效地对各部件的工作状态进行监测，状态监测装置包括至少四组增量型编码器，各增量型编码器分别嵌套固定在轮殻电机5、电动缸电机、机械臂电机和锯齿电机的电机转子端。

在本发明的实施例中，控制系统包括处理芯片，与3D相机8电连接，用于处理3D相机8采集的三维图像模型数字信息，微控制器与处理芯片电连接，用于读取处理芯片处理后的信息，并根据预先设置的修剪需求，生成控制信号，驱动芯片用于接收微控制器生成的控制信号，驱动驱动轮4、剪叉升降平台2、多维度机械臂9和电动锯10动作。

在本发明的实施例中，处理芯片接收到3D相机8采集的三维图像模型数字信息时，首先进行信息预处理，具体可以为：根据需要修剪的绿化植物的颜色，记为目标色，将三维图像模型的颜色按照单色通道分类，分别为目标色通道和对比色通道，将对比色通道调整为透明度30％后，分析三维图像模型的色阶构成，设置目标色色阶阈值，当三维图像模型的目标色色阶低于该阈值时，则处理芯片不对三维图像模型数字信息进行进一步处理，当三维图像模型的目标色色阶高于该阈值时，处理芯片对三维图像模型数字信息进行进一步处理，以目标色容差70为颜色簇，提取该颜色簇构成的图形的轮廓形状、高度、枝干分布起伏信息数据，发送给微控制器，微控制器将图形的轮廓形状、高度、枝干分布起伏信息数与预先设置的修剪需求进行比对，得出模拟修剪路线，并根据状态监测装置测得的驱动轮4、剪叉升降平台2、多维度机械臂9和电动锯10的工作状态，发出控制信号，通过驱动芯片对驱动轮4、剪叉升降平台2、多维度机械臂9和电动锯10发出控制指令，控制各部件完成修剪工作。

在本发明的实施例中，处理芯片采用图形处理GPU芯片，微控制器采用32F102C8型32位微控制器，驱动芯片集成有CMOS控制电路和DMOS功率器，其中图形处理GPU芯片为单指令，多数据运算的设备，采用了数量众多的计算单元和超长的运算流水线进行图像领域的加速运算，可以处理采集的绿化植被三维图像信息的复杂逻辑运算和相关多种数据的类型运算。

在本发明的实施例中，3D相机8采用ToF相机模组，能够发出调制的近红外光遇绿化植物反射，通过发射和反射的时间差及相位差换算被测物体的维度信息，结合传统相机镜头取景，获取绿化植物三维图像模型数字信息。

在本发明的实施例中，为了提高底座1的稳定性，驱动轮4的邻侧设有万向轮3，起到支撑驱动轮4侧边的作用。

在本发明的实施例中，为了在绿化修剪机移动的过程中遮挡飞溅的泥水，驱动轮4的顶部外侧面设有挡泥板6，挡泥板6与底座1通过螺栓固定连接。

在本发明的实施例中，控制系统可安装在控制箱7中，并将控制箱7安装在底座1上。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种人工智能绿化修剪机，其特征在于，包括：

底座；

两个平行的驱动轮，分别安装在所述底座的底部两侧；

剪叉升降平台，安装在所述底座的顶部；

多维度机械臂，安装在所述剪叉升降平台的顶部；

电动锯，安装在所述多维度机械臂的一端；

检测系统，包括：

3D相机，安装在所述剪叉升降平台顶端的一侧，用于采集绿化植物的三维图像模型数字信息；

状态监测装置，分别安装在所述驱动轮、所述剪叉升降平台、所述多维度机械臂和所述电动锯处，用于测量所述驱动轮、所述剪叉升降平台、所述多维度机械臂和所述电动锯处的工作状态；

控制系统，与所述检测系统电连接，用于接收所述3D相机采集的绿化植物的三维图像模型数字信息，控制所述驱动轮带动所述底座移动，控制所述剪叉升降平台升降，带动所述多维度机械臂调整角度与位置，控制所述电动锯启停，对绿化植物进行修剪。

2.根据权利要求1所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述驱动轮内设有带动其转动的轮殻电机，所述剪叉升降平台内设有带动其升降的电动缸电机，所述多维度机械臂中设有带动其转动和移动的机械臂电机，所述电动锯中设有带动其转动的锯齿电机，所述轮殻电机、所述电动缸电机、所述机械臂电机和所述锯齿电机均与所述控制系统电连接。

3.根据权利要求2所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述状态检测装置包括至少四组增量型编码器，各增量型编码器分别嵌套固定在所述轮殻电机、所述电动缸电机、所述机械臂电机和所述锯齿电机的电机转子端。

4.根据权利要求1所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述控制系统包括：

处理芯片，与所述3D相机电连接，用于处理所述3D相机采集的三维图像模型数字信息；

微控制器，与所述处理芯片电连接，用于读取所述处理芯片处理后的信息，并根据预先设置的修剪需求，生成控制信号；

驱动芯片，用于接收所述微控制器生成的控制信号，驱动所述驱动轮、所述剪叉升降平台、所述多维度机械臂和所述电动锯动作。

5.根据权利要求4所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述处理芯片采用图形处理GPU芯片，所述微控制器采用32F102C8型32位微控制器，所述驱动芯片集成有CMOS控制电路和DMOS功率器。

6.根据权利要求1所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述3D相机采用ToF相机模组。

7.根据权利要求1所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述驱动轮的邻侧设有万向轮，所述万向轮与所述底座活动连接。

8.根据权利要求1所述的人工智能绿化修剪机，其特征在于，所述驱动轮的顶部外侧面设有挡泥板，所述挡泥板与所述底座固定连接。