一种高效葡萄树自动选择修剪装置
技术领域
本发明涉及修剪领域，更具体的说，尤其涉及一种高效葡萄树自动选择修剪装置。
背景技术
葡萄是世界上产量第二大的栽培水果，它口感酸甜，含有丰富的矿物质和氨基酸，受到人们的喜爱。葡萄的主要生产国家有意大利、法国、中国、美国、土耳其和阿根廷等。近十年以来，无论是在种植规模、生产量、优质高效的标准化栽培模式和管理技术，中国都有了迅猛的发展，中国已经是世界葡萄生产大国了。随着科技的进步和全球经济的迅速发展，葡萄多了很多食用方法，例如制作成葡萄酒、葡萄干、葡萄罐头等，因而对于葡萄的需求量和质量要求大大提高。
虽然最近十年以来，我国葡萄种植业有了较大的进步与发展，但是我国葡萄种植园内机械化程度仍然较低，就比如葡萄的枝条修剪工作都要人工来完成。而人工操作效率低下，耗时耗力。而且，最近几年来工人的人工成本的大幅度提升，使大量依靠人工劳动的葡萄种植园种植成本也产生了较大的上升，导致了果农的收益降低。因此，若要提高果农葡萄种植收益，当务之急还是设计使用适用于葡萄种植园的机械装置，用机械来代替人工。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了结构合理、工作高效的一种高效葡萄树自动选择修剪装置。
本发明的技术方案如下：
一种高效葡萄树自动选择修剪装置，其特征在于，包括可移动底座，所述可移动底座上固定设置机箱，所述机箱上固定设置机械臂模块，所述机械臂模块上固定设置葡萄枝条视觉识别模块，所述葡萄枝条视觉识别模块上固定设置末端执行器模块，所述可移动底座能够带动整个装置进行移动，通过葡萄枝条视觉识别模块识别周边枝条位置，并通过机械臂带动末端执行器模块到相应的坐标点进行剪枝运动。
所述的一种高效葡萄树自动选择修剪装置，其特征在于，所述可移动底座采用履带轮驱动，所述机箱内设有步进电机，所述步进电机带动履带轮的主动轮转动，再由主动轮带动履带轮运动，从而使可移动底座实现移动。
所述的一种高效葡萄树自动选择修剪装置，其特征在于，所述机械臂模块包括第一立柱、第一导轨滑块、第一滚珠丝杠副、第一导轨、第一底板、皮带轮、皮带、第一步进电机、第二导轨、第二滚珠丝杠副、第二导轨滑块、第二立柱、第二底板、第二步进电机、横板、第三导轨、第三滚珠丝杠副、第三导轨滑块及伸缩气缸；所述第一导轨、第二导轨、第三导轨分别固定设置在第一底板、第二底板、横板上，所述第一立柱、第二立柱分别固定在第一底板、第二底板上，所述横板与第一立柱及第二立柱固定连接，所述第一导轨滑块配合设置在第一导轨上，所述第二导轨滑块配合设置在第二导轨上，所述第三导轨滑块配合设置在第三导轨上；所述第一滚珠丝杠副及第二滚珠丝杠副上分别设有皮带轮，所述皮带轮之间设有皮带，所述第一步进电机与皮带轮传动连接；所述第二步进电机与第三滚珠丝杠副传动连接；所述伸缩气缸固定第三导轨滑块上。
所述的一种高效葡萄树自动选择修剪装置，其特征在于，所述葡萄枝条视觉识别模块包括第一CCD工业摄像机、第一摄像机支撑架、第二CCD工业摄像机及第二摄像机支撑架，所述第一摄像机支撑架及第二摄像机支撑架固定在伸缩气缸上，所述第一CCD工业摄像机、第二CCD工业摄像机分别固定在第一摄像机支撑架、第二摄像机支撑架上。
所述的一种高效葡萄树自动选择修剪装置，其特征在于，所述末端执行器模块包括三相异步电机、电机齿轮、右传动齿轮、左传动齿轮、右连杆机构、左连杆机构、左刀片机构及右刀片机构，所述右传动齿轮与电机齿轮相啮合，所述左传动齿轮与右传动齿轮相啮合，所述右连杆机构、左连杆机构分别与左刀片机构、右刀片机构相连。
本发明的有益效果是：
1)本装置设计动力为电力和气压传动，整个装置动力部分由电机和气缸组成，传动部分采用丝杆副等效率较高的机械装置，能源利用率高，且使用的电力能源为可再生能源，有助于节省能源；
2）装置的机械臂模块可以通过直线运动的线性组合完成X,Y,Z三轴方向的运动，灵活性更好。
3）装置的葡萄枝条视觉识别模块能够对其对周边环境信息进行获取，从而完成作业位置的判断，进一步提高了工作效率。
4）装置的末端执行器模块采用齿轮传统，结构简单，适合在复杂的葡萄果树环境中工作，大大减少了枝条与机构卡死的可能性。
5）装置的可移动底座模块采用履带车底座，牵引力高，复杂路况通过性强，能够更好的适应不同的地形。
附图说明
图1为本发明的整体侧面结构示意图；
图2为本发明的整体正面结构示意图；
图3为本发明的整体俯视结构示意图；
图4为本发明的机械臂模块结构示意图；
图5为本发明的葡萄枝条视觉识别模块结构示意图；
图6为本发明的末端执行器模块结构示意图；
图中：1-可移动底座，2-机箱，3-机械臂模块，4-葡萄枝条视觉识别模块，5-末端执行器模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
如图1-5所示，一种高效葡萄树自动选择修剪装置，包括可移动底座1、机箱2、机械臂模块3、葡萄枝条视觉识别模块4及末端执行器模块5。
可移动底座模块1采用履带来带动机械装置前行，动力来源于步进电机，机械臂模块3安装在可移动底座1的上部中央位置处，具有 3 自由度，可在作业范围内灵活运动。用于剪枝的末端执行器5安装在机械臂模块3的上方，由机械臂带动其运动到控制系统判断的坐标点进行剪枝运动，在机械臂模块3的上方还设计有用于识别周边枝条位置的葡萄枝条视觉识别模块3，识别系统通过他对周边环境信息进行获取，从而完成作业位置的判断。所述可移动底座模块1与机箱2之间通过螺栓螺母连接，所述机械臂模块3螺栓螺母固定在与机箱2上，所述机械臂模块3与葡萄枝条视觉识别模块4通过螺栓螺母连接，所述葡萄枝条视觉识别模块4与末端执行器模块5通过螺栓螺母连接。
可移动底座模块1通过机箱2中的步进电机带动主动轮转动，再由主动轮带动履带运动，从而使可移动底座实现移动功能，同时可采用左右主动轮差速的方法，使可移动底座完成转向功能。
机械臂模块3包括第一立柱31、第一导轨滑块32、第一滚珠丝杠副33、第一导轨34、第一底板35、皮带轮36、皮带37、第一步进电机38、第二导轨39、第二滚珠丝杠副310、第二导轨滑块311、第二立柱312、第二底板313、第二步进电机314、横板315、第三导轨316、第三滚珠丝杠副317、第三导轨滑块318及伸缩气缸319；所述第一导轨34、第二导轨39、第三导轨316分别固定设置在第一底板35、第二底板313、横板315上，所述第一立柱31、第二立柱312分别固定在第一底板35、第二底板313上，所述横板315与第一立柱31及第二立柱312固定连接，所述第一导轨滑块32配合设置在第一导轨34上，所述第二导轨滑块311配合设置在第二导轨39上，所述第三导轨滑块318配合设置在第三导轨316上；所述第一滚珠丝杠副33及第二滚珠丝杠副310上分别设有皮带轮36，所述皮带轮36之间设有皮带37，所述第一步进电机38与皮带轮36传动连接；所述第二步进电机314与第三滚珠丝杠副317传动连接；所述伸缩气缸319固定第三导轨滑块318上。
工作时，第一步进电机38驱动，采用皮带轮36和皮带37带动第一滚珠丝杠副33和第二滚珠丝杠副310同时转动，解决了两个丝杠副同步运动的问题。第一滚珠丝杠副33和第二滚珠丝杠副31转动带动第一导轨滑块32和第二导轨滑块311在第一导轨34和第二导轨39上同步运动。之后，第二步进电机314驱动，带动第三滚珠丝杠副317转动，随即带动第三导轨滑块318在第三导轨316上移动。伸缩气缸319可完成竖直方向的运动，综上所述，机械臂模块可以通过直线运动的线性组合完成X,Y,Z三轴方向的运动。
葡萄枝条视觉识别模块3包括第一CCD工业摄像机41、第一摄像机支撑架42、第二CCD工业摄像机43、第二摄像机支撑架44。所述第一摄像机支撑架42和第二摄像机支撑架44通过螺栓固定伸缩气缸321上，所述第一CCD工业摄像机41和第二CCD工业摄像机43通过螺栓分别固定在第一摄像机支撑架42和第二摄像机支撑架44上。第一CCD工业摄像机41和第二CCD工业摄像机43通过伸缩气缸319调整高度完成图像的采集，内部处理器完成图像的二值化并判断芽点，进一步判断剪枝点。
末端执行器模块5包括三相异步电机51、电机齿轮52、右传动齿轮53、左传动齿轮54、右连杆机构55、左连杆机构56、左刀片机构57、右刀片机构58。所述右传动齿轮53与电机齿轮52相啮合，所述左传动齿轮54与右传动齿轮53相啮合，所述右连杆机构55，左连杆机构56和左刀片机构57，右刀片机构58相连。执行器的动力部分由三相异步电机51提供，通过电机齿轮52将力矩传递给右传动齿轮53，两个相同且啮合的传动齿轮啮合转动，带动右连杆机构55和左连杆机构56运动，连杆机构再带动左刀片机构57与右刀片机构58合拢剪切运动，完成剪枝动作。整个装置结构简单，适合在复杂的葡萄果树环境中工作，大大减少了枝条与机构卡死的可能性，适合本装置。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
