一种基于图像识别的树障自动清除机器人及使用方法
专利汇可以提供一种基于图像识别的树障自动清除机器人及使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于 图像识别 的树障自动清除 机器人 及使用方法，它包括机械结构和控制系统，所述机械结构包括用于环抱并抓紧树干的抓紧机构，所述抓紧机构安装在用于攀爬树干和对整个机械结构进行 支撑 的攀爬与 位姿 调整机构，所述抓紧机构上安装有用于防止机器人坠落的防坠机构，所述攀爬与位姿调整机构上固定安装有用于对树障进行 修剪 清除的修剪机构；所述控制系统包括传感与检测子系统、通讯传输子系统、运动控制子系统、动 力 供应子系统和遥控操作子系统。可避免人工攀爬所造成安全、清障不彻底等问题，大大提高电力部 门 的工作效率。，下面是一种基于图像识别的树障自动清除机器人及使用方法专利的具体信息内容。
1.一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：它包括机械结构和控制系统，所述机械结构包括用于环抱并抓紧树干的抓紧机构（10），所述抓紧机构（10）安装在用于攀爬树干和对整个机械结构进行支撑的攀爬与位姿调整机构（20），所述抓紧机构（10）上安装有用于防止机器人坠落的防坠机构（30），所述攀爬与位姿调整机构（20）上固定安装有用于对树障进行修剪清除的修剪机构（40）；所述控制系统包括传感与检测子系统、通讯传输子系统、运动控制子系统、动力供应子系统和遥控操作子系统。
2.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述抓紧机构（10）采用双半环结构，它包括具有自锁功能的第一蜗轮蜗杆电机（101），所述第一蜗轮蜗杆电机（101）固定安装在攀爬与位姿调整机构（20）的机身框架（202）顶部，所述第一蜗轮蜗杆电机（101）的输出轴通过连接支架（102）与阶梯轴（103）固定相连，所述阶梯轴（103）的顶端通过带座轴承（105）支撑在第一U型支架（104）的顶部，所述U型支架（104）固定安装在机身框架（202）的顶部，所述阶梯轴（103）上通过键配合安装有环抱臂（106），所述环抱臂（106）的末端通过第一安装支座（109）固定安装有第一安装法兰（107），所述第一安装法兰（107）上通过法兰固定安装有第一全向轮（108）。
3.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述攀爬与位姿调整机构（20）包括机身框架（202），所述机身框架（202）的顶部固定安装有顶部安装板（201）、中层安装板（203）和底层安装板（204），所述机身框架（202）贴近树木表面的一侧固定安装有用于攀爬的主动轮（205），所述主动轮（205）通过第二安装法兰（206）与直流电机（209）的输出轴固定相连，所述直流电机（209）通过安装板（208）固定安装在机身框架（202）上，所述主动轮（205）上安装有减震器（211），所述减震器（211）通过减震器支架（210）固定在机身框架（202）上。
4.根据权利要求3所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述主动轮（205）采用麦克拉姆全向轮，所述麦克拉姆全向轮用于驱动整个机器人沿树木表面直线爬升、直线下降、沿树木环绕左转、右转以及左螺旋爬升、右螺旋爬升、左螺旋下降和右螺旋下降八种运动形式，其中沿树木环绕左转、右转两种运动形式用于调整位姿，避开稀疏树枝以及调整修剪角度；第一全向轮（108）采用90°全向轮，作为攀爬的从动轮，用于实现沿树木表面圆周平移和自转。
5.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述防坠机构（30）包括用于和抓紧机构（10）的环抱臂（106）套装相连的安装套管（301），所述安装套管（301）的顶部固定安装有安装底板（302），所述安装底板（302）上平行安装有导轨（304），所述导轨（304）上通过滑块（303）滑动配合有第二安装支架（309），所述第二安装支架（309）与用于驱动其沿着导轨（304）滑动的丝杆传动机构相连，所述丝杆传动机构包括固定在第二安装支架（309）上的步进电机（306），所述第一步进电机（306）的输出轴通过联轴器（307）固定安装有丝杆（308），所述丝杆（308）的另一端支撑在轴承座（310）上，所述丝杆（308）与安装在第二安装支架（309）上的螺母套构成丝杆传动配合，所述第二安装支架（309）的立板上固定安装有第二U型支架（311），所述第二U型支架（311）上通过转轴（312）铰接有摩擦轮安装板（313），所述摩擦轮安装板（313）之间安装有多个平行布置的摩擦轮（314）。
6.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述修剪机构（40）包括固定在攀爬与位姿调整机构（20）的机身框架（202）顶部的线性模组（402），所述线性模组（402）包括第二步进电机（401），所述第二步进电机（401）的输出轴与传动丝杆相连，所述传动丝杆与模组滑块（403）上螺母套构成丝杆传动配合并驱动直线滑动，所述模组滑块（403）的顶部固定安装有固定支架（404），所述固定支架（404）上通过旋转轴（407）支撑安装有旋转支架（405），所述旋转支架（405）上通过连接法兰（408）固定安装有电锯固定支架（409），所述电锯固定支架（409）上固定安装有电动链条锯（410），所述旋转轴（407）与用于驱动其转动的第二蜗轮蜗杆电机（406）相连。
7.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述传感与检测子系统由红外传感器、激光测距传感器、超声波传感器和CCD传感器构成；所述激光测距传感器共有两个分别安装在机器人两侧固定导轨滑块上，所述滑块与同步带相连，并通过电机带动同步带以及滑块移动，测量时，通过电机带动同步带以及滑块移动，取两侧激光测距传感器最小测量值，再通过两个激光测距传感器之间的安装距离减去最小测量值即可得到树木直径；
所述机器人底部安装有用于测量其高度的激光测距传感器，通过计算可得机器人所在高度的数目直径；
所述机器人的顶部安装有用于识别树枝的超声波传感器与红外传感器；
所述机器人的不同位置安装有多个用于识别障碍的CCD传感器；
所述通讯传输子系统采用局域网通讯的方式进行通讯与数据传输，覆盖的地理范围符合使用要求、具有低误码率、低时延、数据传输率为1 20Mbps；在机器人上搭载WIFI模块创~
建热点，通过移动终端连接热点，输入ip和端口号，然后连接即可建立通讯。
8.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述运动控制子系统包括分别安装在第一蜗轮蜗杆电机（101）、直流电机（209）、第一步进电机（306）、第二步进电机（401）和第二蜗轮蜗杆电机（406）上的电机驱动板，所述电机驱动板与机器人控制器通讯相连，所述机器人控制器接收到传感与检测子系统的各传感器信息判断后生成的运动控制指令或接收到平板发送的指令后执行相应运动控制程序控制电机的运行或接收到平板发送的指令后执行相应运动控制程序控制电机的运行；
所述动力供应子系统由动力电池以及降压电路组成，通过降压电路将电源电压稳压到各个用电元器件的标准电压对整个机器人提供动力。
9.根据权利要求1所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人，其特征在于：所述遥控操作子系统包括移动平板终端，机器人与移动平板终端建立通讯后，通过平板上操作控制界面的来控制机器人实现位姿调整，并控制修剪机构对树障进行修剪；通过视频窗口观察机器人运行状况以及树障状况，通过信息反馈窗口监测机器人各项状态数据，传感器数据是否正常，查看离地面高度以及读取当前高度的数目直径；也能够自动运行让机器人自动到达一定的位置越过简单的树障，当有警示信息时再人工干预操作。
10.采用权利要求1-9任意一项所述一种基于图像识别的树障自动清除机器人的使用方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤1：操作人员携带该机器人，到达需要清理的树木处；
步骤2：打开机器人电源，使用操控移动平板终端连接机器人建立的无线热点，打开控制界面，控制抓紧机构（10）张开，将机器人贴近树木，使树干在抓紧机构（10）之间，控制抓紧机构（10）闭合；
步骤3：控制机器人沿树干向上移动至需要修剪的树枝处，调整机器人位姿以及电动链条锯（410）角度，使电动链条锯（410）平面处于竖直方向，旋转到一定位置，机器人向上攀爬，电动链条锯（410）与树枝接触，切割树枝；
步骤4：通过视频窗口观察机器人运行状况以及树障状况，通过信息反馈窗口监测机器人各项状态数据，传感器数据是否正常，查看离地面高度以及读取当前高度的数目直径；如树冠部分对输电线路线路构成威胁，控制电机驱动防坠机构（30）夹紧树干，电动链条锯（410）调节到水平位置，线性模组（402）驱动电动链条锯（410）水平移动切割树干，去除掉树冠部分；
步骤5：完成清除任务后控制机器人下降至树下，控制抓紧机构（10）张开，将机器人取下。
一种基于图像识别的树障自动清除机器人及使用方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述机器人的顶部安装有用于识别树枝的超声波传感器与红外传感器；
所述机器人的不同位置安装有多个用于识别障碍的CCD传感器；
所述通讯传输子系统采用局域网通讯的方式进行通讯与数据传输，覆盖的地理范围符合使用要求、具有低误码率、低时延、数据传输率为1 20Mbps；在机器人上搭载WIFI模块创~
建热点，通过移动终端连接热点，输入ip和端口号，然后连接即可建立通讯。
步骤2：打开机器人电源，使用操控移动平板终端连接机器人建立的无线热点，打开控制界面，控制抓紧机构张开，将机器人贴近树木，使树干在抓紧机构之间，控制抓紧机构闭合；
步骤3：控制机器人沿树干向上移动至需要修剪的树枝处，调整机器人位姿以及电动链条锯角度，使电动链条锯平面处于竖直方向，旋转到一定位置，机器人向上攀爬，电动链条锯与树枝接触，切割树枝；
步骤4：通过视频窗口观察机器人运行状况以及树障状况，通过信息反馈窗口监测机器人各项状态数据，传感器数据是否正常，查看离地面高度以及读取当前高度的数目直径；如树冠部分对输电线路线路构成威胁，控制电机驱动防坠机构夹紧树干，电动链条锯调节到水平位置，线性模组驱动电动链条锯水平移动切割树干，去除掉树冠部分；
步骤5：完成清除任务后控制机器人下降至树下，控制抓紧机构张开，将机器人取下。
具体实施方式
313之间安装有多个平行布置的摩擦轮314。通过采用上述结构的防坠机构30主要是利用机器人系统动力输出，增加与树干表面的摩擦力以克服重力实现防坠功能。通过第一步进电机306驱动第二安装支架309，进而通过第二安装支架309驱动第二U型支架311，并通过第二U型支架311驱动摩擦轮安装板313，进而通过摩擦轮安装板313和摩擦轮314之间的配合，增加与树干之间的接触力，以增大系统的摩擦力。
步骤1：操作人员携带该机器人，到达需要清理的树木处；
步骤2：打开机器人电源，使用操控移动平板终端连接机器人建立的无线热点，打开控制界面，控制抓紧机构10张开，将机器人贴近树木，使树干在抓紧机构10之间，控制抓紧机构10闭合；
步骤3：控制机器人沿树干向上移动至需要修剪的树枝处，调整机器人位姿以及电动链条锯410角度，使电动链条锯410平面处于竖直方向，旋转到一定位置，机器人向上攀爬，电动链条锯410与树枝接触，切割树枝；
步骤4：通过视频窗口观察机器人运行状况以及树障状况，通过信息反馈窗口监测机器人各项状态数据，传感器数据是否正常，查看离地面高度以及读取当前高度的数目直径；如树冠部分对输电线路线路构成威胁，控制电机驱动防坠机构30夹紧树干，电动链条锯410调节到水平位置，线性模组402驱动电动链条锯410水平移动切割树干，去除掉树冠部分；
步骤5：完成清除任务后控制机器人下降至树下，控制抓紧机构10张开，将机器人取下。
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