CN117121726B - 一种阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法，棉花打顶机包括摄像头、控制器、测速传感器以及多组在左右方向上排列的打顶组件；摄像头及测速传感器连接控制器；打顶组件包括升降机构与升降座，升降座上安装有打顶装置，打顶装置具有打顶执行机构；针对每个种植行均设置有多个左右错开的打顶装置；每个打顶装置均能够独立在作业状态与非作业状态之间切换，其状态切换由控制器控制。本发明中，通过密集设置低成本的打顶装置，并根据视觉确定顶芽位置确定哪些打顶装置切换至作业状态进行打顶，可以实现精准打顶，且避免了现有技术中对植株其他部位可能造成伤害或造成不必要枝叶缠绕的问题，其控制简单，结构成本与控制成本都较低。

Description

一种阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法。

背景技术

在棉花作物的种植过程中，需要对植株顶部进行打顶作业，现有技术中，为了保证打顶成功率，需要在打顶机具的作业幅宽内密集排列打顶装置，如专利CN212367966U公开了一种打顶装置和农业设备，其包括安装基座和多个执行机构。安装基座包括沿水平方向延伸的第一安装部；多个执行机构沿水平方向间隔设置于第一安装部，任意相邻两个执行机构之间的间距大于零且小于一个执行机构的宽度；每个执行机构均包括执行驱动组件和安装于执行驱动组件的打顶组件，每个执行驱动组件均配置为在竖直平面往复运动，以带动打顶组件在竖直平面内进行打顶作业。上述方案中，通过密集排布执行机构，可以有效提升打顶成功率，但是，由于所有执行机构同时运转，容易对作物的其他位置产生误伤以及导致枝叶与执行机构缠绕等问题，导致打顶效果较差。

此外，专利CN212064976U公开了一种典型的基于视觉的打顶装置，其通过顶芽图像识别装置进行顶芽识别，并据此控制多轴机械臂对识别的顶芽进行打顶，这种方案中，虽然能够实现精准打顶，但是多轴机械臂的成本高，且调度控制复杂，也需要成本较高的控制系统进行控制，且在顶芽较为密集时，多轴机械臂的响应速度有可能跟不上。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种成本低、能够精准打顶的阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种阵列切割刀式棉花打顶机，其包括摄像头、控制器、测速传感器以及多组在左右方向上排列的打顶组件；所述摄像头及所述测速传感器连接所述控制器；所述打顶组件包括升降机构与升降座，所述升降座上安装有打顶装置，所述打顶装置具有打顶执行机构；

针对每个种植行均设置有多个左右错开的所述打顶装置；每个所述打顶装置均能够独立在作业状态与非作业状态之间切换，其状态切换由所述控制器控制。

进一步地，所述打顶装置包括相对于所述升降座固定的固定座，还包括相对于固定座转动安装有摆杆以及驱动所述摆杆往复摆动的驱动机构；所述打顶执行机构固定在所述摆杆的端部。

进一步地，所述驱动机构为电磁铁或电动推杆或气缸或油缸。

进一步地，同一所述打顶装置分成多排直线阵列排列，且属于不同排的所述打顶装置在左右方向上相互错开。

进一步地，所述打顶执行机构包括切割刀、驱动电机以及防护罩；所述防护罩为圆锥状，其罩在所述切割刀的外侧，且所述防护罩的左右两侧均具有豁口部。

进一步地，所述棉花打顶机包括总支架，所述总支架上安装有多组打顶分体组件；每组所述打顶分体组件均包括分体支架，所述分体支架上安装有两组所述打顶组件以及相对于两组所述打顶组件居中安装并向前伸出的一个所述摄像头；每组所述打顶分体组件均具有所述控制器。

进一步地，所述打顶组件还包括固定在所述分体支架上的安装板，所述安装板上安装有导向套，所述升降座上固定有与所述导向套滑动配合的导杆。

一种阵列切割刀式棉花打顶机的控制方法，其应用于上述的棉花打顶机，并由所述控制器实施，所述方法包括：

获取所述摄像头采集的图像；

根据所述图像进行识别得到每一行棉花作物的顶芽位置，所述顶芽位置包括顶芽高度与顶芽纵向位置；

控制所述升降机构运转，以使打顶装置的高度与最近的待打顶的顶芽的高度适配；

根据所述顶芽纵向位置确定顶芽的最佳切割位置，并根据最佳切割位置选定所述打顶装置；

控制选定的所述打顶装置切换至工作状态执行打顶作业，打顶完成后，使所述打顶装置复位。

有益效果：本发明的阵列切割刀式棉花打顶机及其控制方法，通过密集设置低成本的打顶装置，并根据视觉确定顶芽位置确定哪些打顶装置切换至作业状态进行打顶，可以实现精准打顶，且避免了现有技术中对植株其他部位可能造成伤害或造成不必要枝叶缠绕的问题，其控制简单，结构成本与控制成本都较低。

附图说明

图1为阵列切割刀式棉花打顶机的第一视角结构图；

图2为阵列切割刀式棉花打顶机的第二视角结构图；

图3为阵列切割刀式棉花打顶机与植株的对应关系图；

图4为打顶分体组件的结构图；

图5为打顶装置的一种布局方式图；

图6为打顶装置的第一状态图；

图7为打顶装置的第二状态图。

图中：A-打顶组件；1-升降机构；2-升降座；3-打顶装置；31-打顶执行机构；3a-切割刀；3b-驱动电机；3c-防护罩；32-固定座；33-摆杆；34-驱动机构；4-摄像头；5-控制器；6-测速传感器；7-分体支架；71-U形螺栓；8-总支架；81-挂接部；91-安装板；92-导向套；93-导杆。,

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。,

如图1-3所示的阵列切割刀式棉花打顶机，其包括总支架8，所述总支架8上安装有多组打顶分体组件；如图4所示，每组所述打顶分体组件均包括分体支架7，所述分体支架7上安装有两组打顶组件A以及相对于两组所述打顶组件A居中安装并向前伸出的一个所述摄像头4，摄像头4可以获取两路植株的图像；每组所述打顶分体组件均具有所述控制器5。所有打顶组件A在左右方向上排列。,

实际打顶作用中，各打顶分体组件独立运行，且分体支架7通过U形螺栓71连接所述总支架8。如图3所示，上述结构满足棉花的两行一间隔的种植特征，通过松开U形螺栓71可以调节分体支架的左右位置，以适应不同种植间距的棉花作物。总支架8上具有挂接部81，通过挂接部81可以连接拖拉机或高地隙喷药机等牵引机具。,

棉花打顶机还包括测速传感器6，测速传感器6用于测量机具的前进速度，其形式可以是GPS模块或用于检测牵引机具中轮子转速的霍尔传感器、编码器等形式。,

每一组打顶组件A对应于一个种植行，摄像头4采集种植行的图像，所述摄像头4及所述测速传感器6连接所述控制器5；所述打顶组件A包括升降机构1与升降座2，本实施例中所述升降机构1为油缸；所述升降座2上安装有打顶装置3，所述打顶装置3具有打顶执行机构31。所述打顶组件A还包括固定在所述分体支架7上的安装板91，所述安装板91上安装有导向套92，所述升降座2上固定有与所述导向套92滑动配合的导杆93。如此，可以保持升降座2平稳升降。,

针对每个种植行均设置有多个左右错开的所述打顶装置3；每个所述打顶装置3均能够独立在作业状态(如图7所示)与非作业状态(如图6所示)之间切换，其状态切换由所述控制器5控制。作业时，控制器5基于摄像头4采集的图像识别每个种植行中待打顶的植株顶部的位置，控制对应的打顶装置3切换至作业状态，每个所述打顶组件A中只有不超过预设数量的打顶装置3处于作业状态，预设数量可以是1、2、3，也可以根据实际需要为更多的数据。)

所述打顶装置3包括相对于所述升降座2固定的固定座32，还包括相对于固定座32转动安装有摆杆33以及驱动所述摆杆33往复摆动的驱动机构34；所述打顶执行机构31固定在所述摆杆33的端部，采用该结构，通过控制摆杆33运动，可以使打顶执行机构31在作业状态与非作业状态之间切换，处于作业状态的打顶装置3，其打顶执行机构31的位置比其他打顶装置3的打顶执行机构31的位置低，如此，处于非作业状态的打顶装置3的打顶执行机构31不会对打顶作业造成干扰以及对植株造成损伤。)

所述驱动机构34为电磁铁或电动推杆或气缸或油缸。优选为电磁铁，电磁铁具有响应快速的特征，其伸缩部能够快速伸出以及缩回，适合对打顶执行机构31进行高频状态切换。)

同一所述打顶装置3中的所有所述打顶执行机构31可以如图3所示单排直线阵列排列。优选地，如图5所示，同一所述打顶装置3分成多排直线阵列排列，且属于不同排的所述打顶装置3在左右方向上相互错开，且不同排的所述打顶装置3的作业范围在左右方向上具有重叠区域，如此，可以有效提升打顶装置3的在左右方向上的排列密度，相比于单排排列，可以有效消除相邻打顶装置3之间的切割盲区，保证打顶作业的成功率。)

所述打顶执行机构31包括切割刀3a、驱动电机3b以及防护罩3c；所述防护罩3c为圆锥状，其罩在所述切割刀3a的外侧，且所述防护罩3c的左右两侧均具有豁口部以使防护罩3c的左右宽度小于防护罩3c的最大外径。防护罩3c可以对切割刀3a进行保护，防止旁边的枝叶缠绕到切割刀3a的刀轴上。当打顶执行机构31处于非工作状态，防护罩3c的下端口平置，当打顶执行机构31处于工作状态，摆杆33转动使得打顶执行机构31也产生偏转，防护罩3c与切割刀3a的下端口均后倾(变为后高前低)，使得切割刀3a可以执行打顶作业，且防护罩3c能够挡住前方的作物枝叶使其不会卷绕至刀轴。在防护罩3c的两侧设置的豁口部，可以使防护罩3c排布更紧密，有效减少相邻切割刀3a之间的间距，进一步减少切割盲区。％

本发明还提供了一种阵列切割刀式棉花打顶机的控制方法，其应用于上述的棉花打顶机，并由所述控制器5实施，所述方法包括：％

步骤S1，获取所述摄像头4采集的图像；％

步骤S2，根据所述图像进行识别得到每一行棉花作物的顶芽位置，所述顶芽位置包括顶芽高度与顶芽纵向位置；％

步骤S3，控制所述升降机构1运转，以使打顶装置3的高度与最近的待打顶的顶芽的高度适配；％

步骤S4，根据所述顶芽纵向位置确定顶芽的最佳切割位置，并根据最佳切割位置选定所述打顶装置3；％

步骤S5，控制选定的所述打顶装置3切换至工作状态执行打顶作业，打顶完成后，使所述打顶装置3复位。％

采用上述结构，可以基于视觉根据种植行中每个顶芽的位置选定打顶装置3执行打顶作业，实现精准打顶，打顶完成后打顶执行机构31快速复位。实际选定打顶装置3时，若最接近最佳切割位置的打顶装置3的作业范围中线与最佳切割位置偏离距离在预设范围内，可以选定该最接近最佳切割位置的打顶装置3切换至作业状态；若最接近最佳切割位置的打顶装置3的作业范围中线与最佳切割位置的偏离距离在预设范围外，可以选择最佳切割位置两侧的两个打顶装置3同时切换至作业状态，以保证成功打顶。此外，若天气条件较为恶劣，顶芽来回摆动，控制器5可以根据采集的图像得到顶芽的横向摆动位置区间，并基于摆动位置区间选定多个能够打顶装置3切换至作业状态，被选中的打顶装置3的作用范围的总宽度大于横向摆动位置区间的区间宽度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种阵列切割刀式棉花打顶机，其包括摄像头（4）、控制器（5）、测速传感器（6）以及多组在左右方向上排列的打顶组件（A）；所述摄像头（4）及所述测速传感器（6）连接所述控制器（5）；所述打顶组件（A）包括升降机构（1）与升降座（2），所述升降座（2）上安装有打顶装置（3），所述打顶装置（3）具有打顶执行机构（31）；

其特征在于：

针对每个种植行均设置有多个左右错开的所述打顶装置（3）；每个所述打顶装置（3）均能够独立在作业状态与非作业状态之间切换，其状态切换由所述控制器（5）控制；作业时，控制器（5）能够基于摄像头（4）采集的图像识别每个种植行中待打顶的植株顶部的位置，控制对应的打顶装置（3）切换至作业状态；处于作业状态的打顶装置（3），其打顶执行机构（31）的位置比其他打顶装置（3）的打顶执行机构（31）的位置低；

所述打顶装置（3）包括相对于所述升降座（2）固定的固定座（32），还包括相对于固定座（32）转动安装有摆杆（33）以及驱动所述摆杆（33）往复摆动的驱动机构（34）；所述打顶执行机构（31）固定在所述摆杆（33）的端部；

所述打顶执行机构（31）包括切割刀（3a）、驱动电机（3b）以及防护罩（3c）；所述防护罩（3c）为圆锥状，其罩在所述切割刀（3a）的外侧，且所述防护罩（3c）的左右两侧均具有豁口部。

2.根据权利要求1所述的阵列切割刀式棉花打顶机，其特征在于，所述驱动机构（34）为电磁铁或电动推杆或气缸或油缸。

3.根据权利要求1所述的阵列切割刀式棉花打顶机，其特征在于，同一所述打顶装置（3）分成多排直线阵列排列，且属于不同排的所述打顶装置（3）在左右方向上相互错开。

4.根据权利要求1所述的阵列切割刀式棉花打顶机，其特征在于，所述棉花打顶机包括总支架（8），所述总支架（8）上安装有多组打顶分体组件；每组所述打顶分体组件均包括分体支架（7），所述分体支架（7）上安装有两组所述打顶组件（A）以及相对于两组所述打顶组件（A）居中安装并向前伸出的一个所述摄像头（4）；每组所述打顶分体组件均具有所述控制器（5）。

5.根据权利要求4所述的阵列切割刀式棉花打顶机，其特征在于，所述打顶组件（A）还包括固定在所述分体支架（7）上的安装板（91），所述安装板（91）上安装有导向套（92），所述升降座（2）上固定有与所述导向套（92）滑动配合的导杆（93）。

6.一种阵列切割刀式棉花打顶机的控制方法，其应用于权利要求1-5任一项所述的棉花打顶机，并由所述控制器（5）实施，其特征在于，所述方法包括：

获取所述摄像头（4）采集的图像；

根据所述图像进行识别得到每一行棉花作物的顶芽位置，所述顶芽位置包括顶芽高度与顶芽纵向位置；

控制所述升降机构（1）运转，以使打顶装置（3）的高度与最近的待打顶的顶芽的高度适配；

根据所述顶芽纵向位置确定顶芽的最佳切割位置，并根据最佳切割位置选定所述打顶装置（3）；

控制选定的所述打顶装置（3）切换至工作状态执行打顶作业，打顶完成后，使所述打顶装置（3）复位。