CN106982654A - 一种单目识别式棉花打顶机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种单目识别式棉花打顶机，包括扶禾装置、打顶与升降装置、牵引与支撑装置、图像采集处理装置、动力装置和机架，其特征在于扶禾装置位于机架的下端与机架连接，图像采集处理装置设在扶禾挡板内端，打顶与升降装置设在机架板的下端，可进行棉株顶端打顶追踪，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置连接，本发明的打顶与升降装置中的升降装置采用钢丝滑轮组与弹簧相结合的结构，打顶刀具为一带锯齿定刀具和定滑轮构成，该定刀具辅以扶禾装置以形成有支撑切割，能耗小，切割稳定，图像采集处理装置是由相机和卤素灯组成，采用单目相机进行图像采集，经过图像处理后可以得到棉株高度信息，进而调节刀具高度，进行棉花打顶工作。

Description

一种单目识别式棉花打顶机

技术领域

本发明为一种用于棉花打顶的机械设备，特别涉及一种基于单目识别系统的棉花打顶机，属于农业机械领域。

背景技术

棉花打顶是指通过去掉棉花顶尖，从而消除棉花的顶端生长优势的过程。由于新疆地区入冬时间较早，棉花的生长周期较短，因此需要通过去除顶端优势抑制主茎枝叶生长，所以棉花打顶是棉花整枝工作的中心环节。通过打顶，使得生殖器官充分生长，减少无效的主茎枝叶等对水分、营养的消耗，从而促使棉株早结铃，多结铃，使得棉株生长趋势能呈现塔形，便于充分光合作用，提高棉株产量，并有利于机械采收。

国外棉花打顶机出现较早，但是由于国外的生物科技发展很快，药物打顶逐渐代替了机械打顶，然而新疆地区土地本就比较贫瘠，药物打顶对于土地的伤害较大，显然不适合，所以机械打顶是棉花打顶发展的主要趋势。

我国对棉花打顶机的研究起步较国外晚，目前，打顶机的打顶机构主要有滚筒式和甩刀式，两者均为无支撑切割，能耗大，现有的棉花打顶机仿形方式主要为：机械接触式，红外线感应式和超声波感应式，机械接触式干扰较多，精度不高，田间光线复杂，红外感应式则需要较高要求的光干扰环境，所以很难实现其作用，超声波感应式，可靠性，以及精度均较高，但是没有方向感应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足，提供一种棉株高度可精确仿形，实施效果好，解决棉花打顶问题的一种单目识别式棉花打顶机。

本发明为一种单目识别式棉花打顶机，包括扶禾装置、打顶与升降装置、牵引与支撑装置、图像采集处理装置、动力装置和机架，其特征在于扶禾装置位于机架的下端与机架连接，图像采集处理装置设在扶禾挡板内端，打顶与升降装置设在机架板的下端，可进行棉株顶端打顶追踪，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置连接。

所述的机架包括后梁、横梁、前梁和机架板，上述的后梁与前梁用四个横梁固定在一起组成整个机架，机架板安装在横梁的后下方，用于安放其他零部件。

所述的动力装置包括固定梁、锥齿轮组、带轮传动组，齿轮变向传动组，上述的锥齿轮组工作时与拖拉机动力输出装置相连接，拖拉机动力轴与锥齿轮组相连接，锥齿轮组另一端与带轮相连接，带轮通过传动带将部分动力传递给部分扶禾单体，剩余部分动力给齿轮变向传动组，从而改变转向，使得余下部分扶禾单体反向转动，为实现扶禾单体的啮合运动提供动力。

所述的图像采集处理装置包括五组图像采集室，每组图像采集室由四个均布的卤素灯和一个CCD相机组成，CCD相机设置在采集室中间，四个卤素灯分布在CCD相机四周，以实现均匀的光线分布。

所述的扶禾装置包括分形板、扶禾板、连接板、带橡胶锭的橡胶套、宽带轮、宽传动带、主动带轮轴、从动带轮轴、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、带座轴承，扶禾板竖着连接在机架板左右两侧的下端，分形板连接在一对相错的扶禾板前后两端，主动带轮轴上固定着带座轴承，上端连接在带轮，下端连接在两个宽带轮和一个主动齿轮，带座轴承连接在机架板下端，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮轴一端通过带座轴承连接在机架板内侧，从动齿轮轴上套有从动齿轮和一个带轮，通过传动带带动另一侧从动带轮轴上的带轮，使得主动带轮轴与另一侧从动带轮轴的转向相反，从而让棉株收拢，从动带轮轴一端通过带座轴承连接在机架板内侧，轴上连接着两个宽带轮，宽传动带连接在主动带轮轴上的宽带轮和同一侧从动带轮轴上的宽带轮上，带橡胶锭的橡胶套套在宽传动带上，连接板置于两宽带轮之间。

所述的打顶与升降装置包括钢丝固定栓、定滑轮、动滑轮、钢丝绕组、弹簧、齿轮传动组、绕组传动轴、锯齿割刀、可控电机、电机固定板，钢丝固定栓固定在扶禾板内侧右上端，定滑轮固定在扶禾板内侧左上端且在钢丝固定栓正左端，动滑轮连接在锯齿割刀左右两端，锯齿割刀横跨在一对扶禾板矩形槽中，可在槽中上下滑动，弹簧一端连接在锯齿割刀一侧的下方，另一端连接在矩形槽下方，绕组传动轴连接在扶禾板内侧左下端且在定滑轮正下方，钢丝绕组和绕组齿轮均固定在绕组传动轴上，绕组齿轮与电机齿轮啮合，电机齿轮连接着可控电机，可控电机与电机固定板连接，电机固定板连接在扶禾板内侧，钢丝绳一端缠在钢丝绕组上，另一端绕过定滑轮和动滑轮，固定在钢丝固定栓上，当电机收到信号时通过齿轮传动组带动钢丝绕组转动一定圈数，使得钢丝绳收紧或放开一定长度，带动动滑轮上升或下降一定高度，从而实现锯齿割刀的精确升降，而由于扶禾装置使得棉株固定且向锯齿割刀以一定速度靠近，从而实现了有支撑切割的动作。

所述的牵引与支撑装置包括牵引板、机架副梁和地轮，人字形的机架副梁设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板的前侧，牵引板固定在前悬架的中部，机架副梁与左右两侧的牵引板通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连，两个橡胶轮胎通过转轴连接在机架侧板连段，对整个打顶机起支撑作用。

本发明的仿形机构为滑轮组机构，采用单目机械视觉识别，通过CCD相机采集图像信息，然后对图像进行分割和特征提取，从而得出棉花的高度信息，一对的扶禾板使得通过的棉株能与扶禾板形成明显的前景和后景，便于图像分割。通过控制系统接收到棉花顶端的高度信息，然后控制可控电机转动，通过钢丝绳，使得割刀上升或下降一定高度，进而实现对棉花顶端的仿形切割。

通过在打顶与升降装置中的升降部分采用电机驱动方式，克服了一般棉花当棉株前后高度差异较大时而刀口升降速度不够而导致的漏切现象，且打顶刀具为一带锯齿定刀具和定滑轮构成，该定刀具自身职能上下移动，辅以扶禾装置以形成有支撑切割，比甩刀式或滚筒式等无支撑切割方式，具有功耗小纵向切割长度短，实施性强等有益效果。

附图说明

图1为本发明的整机俯视图；

图2为本发明的整机结构示意图；

图3为单目视觉灯室布置俯视图；

图4为一组扶禾升降打顶结构俯视图；

图5为扶禾升降打顶单体结构示意图；

图中所示：1为地轮，2为后梁，3为横梁，4为前梁，5为机架副梁，6为主动带轮轴，7为带轮，8为机架板，9为传动带，10为锯齿割刀，11为带橡胶锭的橡胶套，12为连接板，13为分形板，14为牵引板，15为锥齿轮传动组，16为固定梁，17为侧板，18为扶禾板，19为灯室壁，20为卤素灯，21为CCD相机，22为从动齿轮轴，23为主动齿轮，24为带座轴承，25为从动齿轮，26为宽带轮，27为绕组齿轮，28为弹簧，29为钢丝绕组，30为动滑轮，31为矩形槽，32为钢丝固定栓，33为定滑轮，34为绕组传动轴，35为电机固定板，36为宽传动带，37为从动带轮轴，38为电机齿轮，39为可控电机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：参照附图一种单目识别式棉花打顶机，包括扶禾装置、打顶与升降装置、牵引与支撑装置、图像采集处理装置、动力装置和机架，其特征在于扶禾装置位于机架的下端与机架连接，图像采集处理装置设在扶禾挡板内端，打顶与升降装置设在机架板的下端，可进行棉株顶端打顶追踪，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置连接。

实施例2：

本实例与实施例1的区别在于所述的机架包括后梁2、横梁3、前梁4和机架板8，上述的后梁2与前梁3用四个横梁4固定在一起组成整个机架，机架板8安装在横梁3的后下方，用于安放其他零部件。

实施例3：

本实例与实施例1的区别在于所述的动力装置包括固定梁16、锥齿轮组15、带轮传动组7，变向主动齿轮23与从动齿轮25传动组，上述的锥齿轮组15工作时与拖拉机动力输出装置相连接，拖拉机动力轴与锥齿轮组15相连接，锥齿轮组另一端与带轮7相连接，带轮通过传动带9将部分动力传递给部分扶禾单体，使得主动带轮轴6转动，剩余部分动力通过主动齿轮23与从动齿轮25组合的变向传动组，从而改变转向，使得从动带轮轴37反向转动，为实现扶禾单体的啮合运动提供动力。

实施例4：

本实例与实施例1的区别在于所述的图像采集处理装置包括五组图像采集室，每组图像采集室由四个均布的卤素灯20和一个CCD相机21组成，CCD相机21设置在采集室中间，四个卤素灯20分布在CCD相机21四周，以实现均匀的光线分布。

实施例5：

本实例与实施例1的区别在于所述的打顶与升降装置包括钢丝固定栓32、定滑轮33、动滑轮30、钢丝绕组29、弹簧28、绕组齿轮27、电机齿轮38、绕组传动轴34、锯齿割刀10、可控电机39、电机固定板35，钢丝固定栓32固定在扶禾板18内侧右上端，定滑轮33固定在扶禾板18内侧左上端且在钢丝固定栓32正左端，动滑轮30连接在锯齿割刀10左右两端，锯齿割刀10横跨在一对扶禾板18矩形槽中，可在槽中上下滑动，弹簧28一端连接在锯齿割刀一侧的下方，另一端连接在矩形槽下方，绕组传动轴34连接在扶禾板18内侧左下端且在定滑轮33正下方，钢丝绕组29和绕组齿轮27均固定在绕组传动轴34上，绕组齿轮27与电机齿轮38啮合，电机齿轮38连接着可控电机39，可控电机39与电机固定板35连接，电机固定板35连接在扶禾板18内侧，钢丝绳一端缠在钢丝绕组29上，另一端绕过定滑轮33和动滑轮30，固定在钢丝固定栓32上，当电机39收到信号时通过齿轮传动组带动钢丝绕组转动一定圈数，使得钢丝绳收紧或放开一定长度，带动动滑轮30上升或下降一定高度，从而实现锯齿割刀10的精确升降，而由于扶禾装置使得棉株固定且向锯齿割刀10以一定速度靠近，从而实现了有支撑切割的动作。

实施例6：

本实例与实施例1的区别在于所述的扶禾装置包括分形板13、扶禾板18、连接板12、带橡胶锭的橡胶套11、宽带轮26、宽传动带36、主动带轮轴6、从动带轮轴37、主动齿轮23、从动齿轮25、从动齿轮轴22、带座轴承24，扶禾板18竖着连接在机架板8左右两侧的下端，分形板13连接在一对相错的扶禾板18前后两端，主动带轮轴6上固定着带座轴承24，上端连接在带轮7，下端连接在两个宽带轮26和一个主动齿轮23，带座轴承24连接在机架板8下端，主动齿轮23与从动齿轮25啮合，从动齿轮轴22一端通过带座轴承24连接在机架板8内侧，从动齿轮轴37上套有从动齿轮25和一个带轮7，通过传动带9带动另一侧从动带轮轴上的带轮7，使得主动带轮轴6与另一侧从动带轮轴37的转向相反，从而让棉株收拢，从动带轮轴37一端通过带座轴承24连接在机架板8内侧，轴上连接着两个宽带轮26，宽传动带连接在主动带轮轴6上的宽带轮26和同一侧从动带轮轴上的宽带轮26上，带橡胶锭的橡胶套11套在宽传动带36上，连接板置于两宽带轮之间。

实施例7：

本实例与实施例1的区别在于所述的牵引与支撑装置包括牵引板14、机架副梁5和地轮1，人字形的机架副梁14设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板14的前侧，牵引板固定在前梁的中部，机架副梁5与左右两侧的牵引板14通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连，两个橡胶轮胎1通过转轴连接在机架侧板17连段，对整个打顶机起支撑作用。

上述实施例仅为本发明的较佳的实例而已，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.本发明为一种单目识别式棉花打顶机，包括扶禾装置、打顶与升降装置、牵引与支撑装置、图像采集处理装置、动力装置和机架，其特征在于，扶禾装置设在机架的下方，打顶与升降装置设在扶禾侧板内端，牵引装置设在机架的前部与拖拉机的牵引装置相连接，图像采集处理装置固定在扶禾侧板内端，动力装置设在机架的正前方与拖拉机的动力输出轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的机架包括后梁（2）、横梁（3）、前梁（4）和机架板（8)，上述的后梁(2)与前梁(3)用四个横梁(4)固定在一起组成整个机架，机架板(8)安装在横梁(3)的后下方，用于安放其他零部件。

3.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的动力装置包括固定梁（16）、锥齿轮组（15）、带轮传动组（7），变向主动齿轮（23）与从动齿轮（25）传动组，上述的锥齿轮组（15）工作时与拖拉机动力输出装置相连接，拖拉机动力轴与锥齿轮组（15）相连接，锥齿轮组另一端与带轮（7）相连接，带轮通过传动带（9）将部分动力传递给部分扶禾单体，使得主动带轮轴（6）转动，剩余部分动力通过主动齿轮（23）与从动齿轮（25）组合的变向传动组，从而改变转向，使得从动带轮轴（37）反向转动，为实现扶禾单体的啮合运动提供动力。

4.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的图像采集处理装置包括五组图像采集室，每组图像采集室由四个均布的卤素灯（20）和一个CCD相机（21）组成，CCD相机（21）设置在采集室中间，四个卤素灯（20）分布在CCD相机（21）四周，以实现均匀的光线分布。

5.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的打顶与升降装置包括钢丝固定栓（32）、定滑轮（33）、动滑轮（30）、钢丝绕组（29）、弹簧（28）、绕组齿轮（27）、电机齿轮（38）、绕组传动轴（34）、锯齿割刀（10）、可控电机（39）、电机固定板（35），钢丝固定栓（32）固定在扶禾板（18）内侧右上端，定滑轮（33）固定在扶禾板（18）内侧左上端且在钢丝固定栓（32）正左端，动滑轮（30）连接在锯齿割刀（10）左右两端，锯齿割刀（10）横跨在一对扶禾板（18）矩形槽中，可在槽中上下滑动，弹簧（28）一端连接在锯齿割刀一侧的下方，另一端连接在矩形槽下方，绕组传动轴（34）连接在扶禾板（18）内侧左下端且在定滑轮（33）正下方，钢丝绕组（29）和绕组齿轮（27）均固定在绕组传动轴（34）上，绕组齿轮（27）与电机齿轮（38）啮合，电机齿轮（38）连接着可控电机（39），可控电机（39）与电机固定板（35）连接，电机固定板（35）连接在扶禾板（18）内侧，钢丝绳一端缠在钢丝绕组（29）上，另一端绕过定滑轮（33）和动滑轮（30），固定在钢丝固定栓（32）上，当电机（39）收到信号时通过齿轮传动组带动钢丝绕组转动一定圈数，使得钢丝绳收紧或放开一定长度，带动动滑轮（30）上升或下降一定高度，从而实现锯齿割刀（10）的精确升降，而由于扶禾装置使得棉株固定且向锯齿割刀（10）以一定速度靠近，从而实现了有支撑切割的动作。

6.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的扶禾装置包括分形板（13）、扶禾板（18）、连接板（12）、带橡胶锭的橡胶套（11）、宽带轮（26）、宽传动带（36）、主动带轮轴（6）、从动带轮轴（37）、主动齿轮（23）、从动齿轮（25）、从动齿轮轴（22）、带座轴承（24），扶禾板（18）竖着连接在机架板（8）左右两侧的下端，分形板（13）连接在一对相错的扶禾板（18）前后两端，主动带轮轴（6）上固定着带座轴承（24），上端连接在带轮（7），下端连接在两个宽带轮（26）和一个主动齿轮（23），带座轴承（24）连接在机架板（8）下端，主动齿轮（23）与从动齿轮（25）啮合，从动齿轮轴（22）一端通过带座轴承（24）连接在机架板（8）内侧，从动齿轮轴（37）上套有从动齿轮（25）和一个带轮（7），通过传动带（9）带动另一侧从动带轮轴上的带轮（7），使得主动带轮轴（6）与另一侧从动带轮轴（37）的转向相反，从而让棉株收拢，从动带轮轴（37）一端通过带座轴承（24）连接在机架板（8）内侧，轴上连接着两个宽带轮（26），宽传动带连接在主动带轮轴（6）上的宽带轮（26）和同一侧从动带轮轴上的宽带轮（26）上，带橡胶锭的橡胶套（11）套在宽传动带（36）上，连接板置于两宽带轮之间。

7.根据权利要求1所述的一种单目识别式棉花打顶机，其特征在于所述的牵引与支撑装置包括牵引板（14）、机架副梁（5）和地轮（1），人字形的机架副梁（14）设在机架的前部并通过螺栓固定在牵引板（14）的前侧，牵引板固定在前梁的中部，机架副梁（5）与左右两侧的牵引板（14）通过三点悬挂结构与拖拉机的牵引装置用销钉相连，两个橡胶轮胎（1）通过转轴连接在机架侧板（17）连段，对整个打顶机起支撑作用。