开云优惠体育网页版入口

专利名称：一种酿酒葡萄株间双边除草装置及检测控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410672609.7

专利申请（专利权）人：宁夏大学
权利人地址：宁夏回族自治区银川市西夏区贺兰山西路489号

专利发明（设计）人：高德华,张冲,马伏龙,李进海,杨术明,李茂强,陈云,高垚垚,王昱潭,曲爱丽,王泊栋,杨雪强

专利摘要：本发明公开一种酿酒葡萄株间双边除草装置及检测控制方法，涉及葡萄除草机械技术领域，包括：底盘，底盘立柱上设置有光栅，支撑板设置于底盘立柱的内侧面，避障电机设置于支撑板上，其输出端连接有避障转轴，刀具连接板与转轴连接，刀具连接板的下表面固定设置有主刀具；光栅能够检测葡萄藤的三维位置信息并发送给ROS平台，ROS平台能够根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机转动，调节主刀具的位置。一方面能够实现葡萄藤的避让功能，避免刀具损伤葡萄植株，另一方面也可以根据葡萄藤的实际情况在避让的前提下尽量减小主刀具与葡萄藤之间的距离，缩小避障空间，加强对葡萄根附近的杂草清理，进而提高整体的除草效果。

主权利要求：
1.一种酿酒葡萄株间双边除草检测控制方法，其特征在于，应用酿酒葡萄株间双边除草装置，所述酿酒葡萄株间双边除草装置，包括：底盘(1)，所述底盘(1)底部具有驱动轮(3)，所述底盘(1)上设置有底盘立柱(2)，所述底盘立柱(2)上设置有光栅(4)；
支撑板(5)，所述支撑板(5)设置于所述底盘立柱(2)的内侧面；
避障电机(6)，所述避障电机(6)设置于所述支撑板(5)上，其输出端连接有避障转轴(7)；
刀具连接板(8)，所述刀具连接板(8)与所述避障转轴(7)连接，所述刀具连接板(8)的下表面固定设置有主刀具(9)；所述光栅(4)能够检测葡萄藤的三维位置信息并发送给ROS平台，所述ROS平台能够根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机(6)转动，调节主刀具(9)的位置；
仿地形弹簧(10)，所述支撑板(5)包括顶板(501)、底板(502)、侧板(503)和横板(504)，所述侧板(503)的上下两端分别与所述顶板(501)和所述底板(502)固定连接，所述顶板(501)、底板(502)和侧板(503)形成安装腔室，所述横板(504)位于所述安装腔室内并与所述侧板(503)固定连接；所述避障电机(6)固定设置于所述底板(502)上，所述避障转轴(7)穿过所述横板(504)并向所述顶板(501)延伸，所述避障转轴(7)的端头与限位板(11)固定连接；所述避障转轴(7)通过键销与刀具连接板(8)连接，连接处位于所述横板(504)和所述限位板(11)之间，所述避障转轴(7)能够带动所述刀具连接板(8)转动且所述刀具连接板(8)能够在竖直方向与所述避障转轴(7)滑动；所述仿地形弹簧(10)套设于所述避障转轴(7)上，其上下两端分别与所述限位板(11)及所述刀具连接板(8)固定连接；
推杆(12)，所述推杆(12)固定设置于所述底盘立柱(2)上并位于所述顶板(501)的上方，所述推杆(12)的输出端朝下并与所述顶板(501)固定连接；
滑块(13)，所述滑块(13)设置于所述侧板(503)的外侧面，所述底盘立柱(2)沿竖直方向设置有滑轨(14)，所述滑块(13)与滑轨(14)滑动连接，所述推杆(12)能够带动所述支撑板(5)沿所述滑轨(14)移动；
副刀具(15)，所述刀具连接板(8)向所述主刀具(9)的后方延伸形成延伸部(801)，所述副刀具(15)设置于所述延伸部(801)上，所述副刀具(15)为犁耙刀；
所述光栅(4)具有n个间距80mm的光轴，能够检测80*(n?1)mm以下葡萄藤的三维位置信息，ROS平台使用单片机的n个I/O口与n个光轴的信号线连接，当有葡萄藤遮挡光轴时对应的I/O置为0；所述主刀具(9)有两组，两组所述主刀具(9)相对于所述底盘(1)的中轴线对称设置；
酿酒葡萄株间双边除草检测控制方法包括以下步骤：
S1：以底盘(1)自走的方向为X轴，水平方向垂直于X轴的方向为Y轴，竖直方向垂直于X轴的方向为Z轴建立三维坐标系；
S2：以相邻两光轴为一个检测单元，当葡萄藤遮挡光轴时，葡萄藤在X轴方向的位置信息通过自走速度*单片机I/O置为0的时间得出，葡萄藤在Y轴方向的位置信息通过光线速度*单片机I/O置为1的时间得出，葡萄藤在Z轴方向的位置信息通过80*单片机机I/O置为0的数量计算得出；根据葡萄藤在X轴、Y轴和Z轴的位置信息获得n个检测单元的葡萄藤位置信息，相邻两个检测单元的葡萄藤位置信息组合形成n?1段葡萄藤的三维位置信息，各段葡萄藤的三维位置信息组合得到整个葡萄藤的三维位置信息；
S3：ROS平台根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机(6)的转角、转速、保持时间与复位时间。
2.根据权利要求1所述的一种酿酒葡萄株间双边除草检测控制方法，其特征在于，光轴数量为8个。 说明书 : 一种酿酒葡萄株间双边除草装置及检测控制方法技术领域[0001] 本发明涉及葡萄除草机械技术领域，特别是涉及一种酿酒葡萄株间双边除草装置及检测控制方法。背景技术[0002] 葡萄除草的方式有化学除草、人工除草、机械除草、生物除草等等。其中，化学除草会对土壤环境造成污染，影响葡萄生长，并且有可能残留在葡萄表面；人工除草虽然除草精准，但是消耗人力巨大、效率低，不适宜大面积种植除草；生物除草效率低、耗时长；机械除草能够避免以上三种方式存在的缺陷，因此在葡萄种植中得到了广泛应用。[0003] 现有的葡萄除草机械一般采用单边除草方式，例如，在牵引装置上加装除草设备，使用单边刀具进行除草。刀具避障所需空间大，对葡萄根附近的杂草清理效果较差，而且，单边刀具多为切割类刀具，对葡萄藤的损伤大，如避障不及时就会直接割除葡萄藤，造成损失。此外，现有的葡萄除草机械对地形的适应性较差，导致其应用场景受限，除草效果进一步受到影响。[0004] 有鉴于此，如何提供一种除草效果好，能够主动避让葡萄藤，实现仿地形功能的葡萄除草机械，是本领域人员亟需解决的技术问题。发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种酿酒葡萄株间双边除草装置及检测控制方法，以解决现有技术存在的问题，降低避障空间，提高葡萄除草效果，主动避让葡萄藤，能够实现仿地形功能。[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种酿酒葡萄株间双边除草装置，包括：[0007] 底盘，所述底盘底部具有驱动轮，所述底盘上设置有底盘立柱，所述底盘立柱上设置有光栅；[0008] 支撑板，所述支撑板设置于所述底盘立柱的内侧面；[0009] 避障电机，所述避障电机设置于所述支撑板上，其输出端连接有避障转轴；[0010] 刀具连接板，所述刀具连接板与所述转轴连接，所述刀具连接板的下表面固定设置有主刀具；所述光栅能够检测葡萄藤的三维位置信息并发送给ROS平台，所述ROS平台能够根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机转动，调节主刀具的位置。[0011] 进一步的，还包括：[0012] 仿地形弹簧，所述支撑板包括顶板、底板、侧板和横板，所述侧板的上下两端分别与所述顶板和所述底板固定连接，所述顶板、底板和侧板形成安装腔室，所述横板位于所述安装腔室内并与所述侧板固定连接；[0013] 所述避障电机固定设置于所述底板上，所述避障转轴穿过所述横板并向所述顶板延伸，所述避障转轴的端头与限位板固定连接；所述避障转轴通过键销与刀具连接板连接，连接处位于所述横板和所述限位板之间，所述避障转轴能够带动所述刀具连接板转动且所述刀具连接板能够在竖直方向与所述避障转轴滑动；所述仿地形弹簧套设于所述避障转轴上，其上下两端分别与所述限位板及所述刀具连接板固定连接。[0014] 进一步的，还包括：[0015] 推杆，所述推杆固定设置于所述底盘立柱上并位于所述顶板的上方，所述推杆的输出端朝下并与所述顶板固定连接；[0016] 滑块，所述滑块设置于所述侧板的外侧面，所述底盘立柱沿竖直方向设置有滑轨，所述滑块与滑轨滑动连接，所述推杆能够带动所述支撑板沿所述滑轨移动。[0017] 进一步的，还包括：[0018] 副刀具，所述刀具支撑架向所述主刀具的后方延伸形成延伸部，所述副刀具设置于所述延伸部上，所述副刀具为犁耙刀。[0019] 进一步的，所述光栅具有n个间距80mm的光轴，能够检测80*(n?1)mm以下葡萄藤的三维位置信息，ROS平台使用单片机的n个I/O口与n个光轴的信号线连接，当有葡萄藤遮挡光轴时对应的I/O置为0。[0020] 进一步的，所述主刀具有两组，两组所述主刀具相对于所述底盘的中轴线对称设置。[0021] 本发明还提供一种酿酒葡萄株间双边除草检测控制方法，应用所述酿酒葡萄株间双边除草装置，包括以下步骤：[0022] S1：以底盘自走的方向为X轴，水平方向垂直于X轴的方向为Y轴，竖直方向垂直于X轴的方向为Z轴建立三维坐标系；[0023] S2：以相邻两光轴为一个检测单元，当葡萄藤遮挡光轴时，葡萄藤在X轴方向的位置信息通过自走速度*单片机I/O置为0的时间得出，葡萄藤在Y轴方向的位置信息通过光线速度*单片机I/O置为1的时间得出，葡萄藤在Z轴方向的位置信息通过80*单片机机I/O置为0的数量计算得出；根据葡萄藤在X轴、Y轴和Z轴的位置信息获得n个检测单元的葡萄藤位置信息，相邻两个检测单元的葡萄藤位置信息组合形成n?1段葡萄藤的三维位置信息，各段葡萄藤的三维位置信息组合得到整个葡萄藤的三维位置信息；[0024] S3：ROS平台根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机的转角、转速、保持时间与复位时间。[0025] 优选的，光轴数量为8个。[0026] 本发明公开了以下技术效果：[0027] 1.本申请通过光栅和ROS平台对葡萄藤的三维位置信息进行检测，结合避障转轴和避障电机能够根据检测到的葡萄藤三维位置信息调节主刀具的位置，一方面能够实现葡萄藤的避让功能，避免刀具损伤葡萄植株，另一方面也可以根据葡萄藤的实际情况在避让的前提下尽量减小主刀具与葡萄藤之间的距离，缩小避障空间，加强对葡萄根附近的杂草清理，进而提高整体的除草效果。[0028] 2.刀具设置在刀具连接板上，刀具连接板上设置仿地形弹簧，当主刀具移动至地面较高的区域时，刀具连接板上移压缩弹簧，当主刀具移动至平地时，弹簧伸展、主刀具复位，对地形的适应力强，可实现仿地形效果，应用于各种使用场景；此外，主刀具后方还设置有副刀具，副刀具采用犁耙刀，主刀具不需要深入土中，只需要清理土上的杂草，而犁耙刀可以将草根翻出，主刀具与副刀具配合可大大加强除草效果。[0029] 3.葡萄藤的三维位置信息通过光栅光轴和ROS平台检测获得，检测响应速度快，检测精度高，还可以根据葡萄藤的高度灵活设置光轴数量，进一步提高适用范围。附图说明[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0031] 图1为本发明整体结构示意图；[0032] 图2为主刀具连接结构示意图；[0033] 图3为支撑板与滑轨连接示意图；[0034] 图4为三维坐标系构建示意图；[0035] 图5为避障转轴控制方法流程图；[0036] 图6为主刀具与葡萄藤之间的相对位置对比图；[0037] 其中，1、底盘；2、底盘立柱；3、驱动轮；4、光栅；5、支撑板；501、顶板；502、底板；503、侧板；504、横板；6、避障电机；7、避障转轴；8、刀具连接板；801、延伸部；9、主刀具；10、仿地形弹簧；11、限位板；12、推杆；13、滑块；14、滑轨；15、副刀具。具体实施方式[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0039] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0040] 参照图1?图6，本发明实施例提供一种酿酒葡萄株间双边除草装置，包括：[0041] 底盘1，底盘1底部具有驱动轮3，驱动轮3由驱动电机带动，为底盘1提供自走动力，底盘1上对称设置有底盘立柱2，底盘立柱2上设置有光栅4，两个底盘立柱2上的光栅4相对设置，检测区域位于底盘1内侧；[0042] 支撑板5，支撑板5设置于底盘立柱2的内侧面；[0043] 避障电机6，避障电机6设置于支撑板5上，其输出端朝上并连接有避障转轴7；[0044] 刀具连接板8，刀具连接板8与转轴连接，刀具连接板8的下表面固定设置有主刀具9，主刀具9由刀盘和均匀布置的刀爪组成，刀爪上设置除草刷，通过与杂草摩擦、剐蹭即可实现除草；光栅4能够检测葡萄藤的三维位置信息并发送给ROS平台，ROS平台能够根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机6转动，调节主刀具9的位置。[0045] 如图2所示，在本实施例中还包括：[0046] 仿地形弹簧10，支撑板5包括顶板501、底板502、侧板503和横板504，侧板503的上下两端分别与顶板501和底板502固定连接，顶板501、底板502和侧板503形成安装腔室，横板504位于安装腔室内并与侧板503固定连接；[0047] 避障电机6固定设置于底板502上，避障转轴7穿过横板504并向顶板501延伸，避障转轴7的端头与限位板11固定连接；避障转轴7通过键销与刀具连接板8连接，连接处位于横板504和限位板11之间，避障转轴7能够带动刀具连接板8转动且刀具连接板8能够在竖直方向与避障转轴7滑动；仿地形弹簧10套设于避障转轴7上，其上下两端分别与限位板11及刀具连接板8固定连接。[0048] 如图1和图3所示，在本实施例中还包括：[0049] 推杆12，推杆12固定设置于底盘立柱2上并位于顶板501的上方，推杆12的输出端朝下并与顶板501固定连接；[0050] 滑块13，滑块13设置于侧板503的外侧面，底盘立柱2沿竖直方向设置有滑轨14，滑块13与滑轨14滑动连接，推杆12能够带动支撑板5沿滑轨14移动从而实现刀具连接板8和主刀具9上下移动。当主刀具9工作时，通过推杆12带动主刀具9接近地面，并能够调整主刀具9与底面之间的距离，当主刀具9不工作时通过推杆12带动主刀具9远离地面。[0051] 如图2所示，还包括：[0052] 副刀具15，刀具支撑架向主刀具9的后方延伸形成延伸部801，副刀具15设置于延伸部801上，副刀具15为犁耙刀。[0053] 在本实施例中，光栅4具有8个间距80mm的光轴，能够检测560mm以下葡萄藤的三维位置信息，ROS平台使用单片机的8个I/O口与8个光轴的信号线连接，当有葡萄藤遮挡光轴时对应的I/O置为0。主刀具9有两组，两组主刀具9相对于底盘1的中轴线对称设置。[0054] 酿酒葡萄株间双边除草检测控制方法具体包括以下步骤：[0055] S1：以底盘1自走的方向为X轴，水平方向垂直于X轴的方向为Y轴，竖直方向垂直于X轴的方向为Z轴建立三维坐标系如图4所示；[0056] S2：如图4和图5所示，以相邻两光轴为一个检测单元，当葡萄藤遮挡光轴时，葡萄藤在X轴方向的位置信息通过自走速度*单片机I/O置为0的时间得出，葡萄藤在Y轴方向的位置信息通过光线速度*单片机I/O置为1的时间得出，葡萄藤在Z轴方向的位置信息通过80*单片机机I/O置为0的数量计算得出；根据葡萄藤在X轴、Y轴和Z轴的位置信息获得8个检测单元的葡萄藤位置信息，相邻两个检测单元的葡萄藤位置信息组合形成7段葡萄藤的三维位置信息，各段葡萄藤的三维位置信息组合得到整个葡萄藤的三维位置信息；[0057] S3：ROS平台根据葡萄藤的三维位置信息控制避障电机6的转角、转速、保持时间与复位时间。[0058] 如图6所示(右侧为本实施例除草方法，左侧为传统除草方法)，采用本实施例除草方法与传统除草方法相比，刀具能够避让葡萄藤且刀具与葡萄藤之间的距离更近，能够实时改变两个主刀具9的避障中轴线，减小主刀具9与葡萄藤之间的距离，缩小避障空间，加强对葡萄根附近的杂草清理，进而提高整体的除草效果，此外，在本实施例中两个主刀具9由两个避障转轴7独立控制转角，可适应多种葡萄藤形状，保证除草彻底。[0059] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0060] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2024-05-28

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118614173B