[发明专利]一种树木几何整形修剪机器人系统及其作业方法

说明书

发明公开了一种树木几何整形修剪机器人系统及其作业方法，所述修剪机器人系统包括履带移动底盘、安装在履带移动底盘上的修剪机械臂和控制柜、用于驱动修剪机械臂的液压系统、感知导航系统以及布置在控制柜中的运算控制系统，修剪机器人可根据感知导航系统采集的周围环境与自身信息精准控制底盘的移动及修剪机械臂的姿态刀位，并实时追踪单树或树墙，一次或多次自适应调整姿态刀位环绕单树或树墙完成自动化修剪工作；本发明不仅适用于规范化果园、园林的统一树墙修剪作业，还适用于完成各种室外复杂环境下的非规则几何整形修剪任务，提高了作业效率并且大幅降低运营成本，同时保证了修剪作业的安全性。

技术领域

本发明涉及自动化机器人的技术领域，尤其是指一种树木几何整形修剪机器人系统及其作业方法。

背景技术

树木修剪作业是果园生产或园林维护过程中最重要的环节及属于劳动密集型工作，修剪作业需求贯穿了整个树枝生长环节。通过合理的修剪，可展示树木的艺术效果及构建标准化果园或园林，也可调控树枝的生长速度和方向以及分枝数量和角度，从而改善其通风透光条件、使得成龄果树优质、高产、稳产。

目前，树木整形修剪工作大多数仍然靠着人工手握修剪刀或者背负电动、气动修剪机具进行，劳动强度较大并且存在一定安全隐患。大型标准化果园或园林的粗枝修剪则交付给搭载修剪机具的拖拉机上进行，修剪刀具常见为往复式刀条及圆盘锯片两种，虽然实现了机械化作业，但是由于拖拉机较为庞大的体积，需增加为其留出行驶的路径宽度，从而缩小了树木栽种面积，并且仍然需要人工辅助操作，且对于人工操作要求较高。全自动化的修剪作业在草坪修剪领域较为常见，但在树木修剪领域鲜见报道，树木修剪的作业场景为空间修剪，与草坪的平面修剪有本质区别。

发明专利201610221814.7提出了一种全自动树枝修剪机器人及修剪方法，在于双目视觉导航定位后采用抱住树干或树枝进行旋转切割的修剪作业，具有新颖性但是缺点是在室外环境下，如果仅靠相机视觉进行导航，环境光照很大程度上影响着导航质量，同时夹抱枝干的修剪形式不适于大规模作业。

发明专利201710079996.3提出了一种智能树木修剪机器人及设备，具体为一种搭载修剪刀具的四轴飞行器，具有一定便携性，但是以无人机作为移动载具存在着一定安全隐患，也不适用于大规模修剪作业。

发明专利201810271399.5提出了一种沿地线行走高压输电线路走廊树枝修剪机器人及控制方法，作业场景在于修剪高压输电路线走廊的树枝，以避免引起输电线路安全事故。该发明实用性强，修剪效率高，但仅限于在特定场景工作。

为提高修剪效率、降低人工劳动强度及运营成本，亟需设计一种适用于多场景、全自动、高效且可靠的树木整形修剪机器人。

发明内容

本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种树木几何整形修剪机器人系统及其作业方法，在现场构建的局域地图信息下联动履带移动底盘与修剪机械臂协同作业，实现自动化作业，不仅能够提高作业效率并且大幅降低运营成本，同时也可保证修剪作业的安全性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种树木几何整形修剪机器人系统，包括修剪机器人以及与所述修剪机器人通讯连接的控制终端，所述修剪机器人包括履带移动底盘、安装在履带移动底盘上的修剪机械臂、控制柜和用于驱动修剪机械臂的液压系统，该修剪机器人系统还包括感知导航系统以及布置在控制柜中的运算控制系统，所述感知导航系统包括双目视觉相机、激光雷达、超声波雷达、GNSS惯性组合导航仪及编码器，所述双目视觉相机和激光雷达通过支架安装在控制柜上，两者配合检测修剪机器人的周围环境信息，所述超声波雷达安装在履带移动底盘处，用于补充检测区域及避障，所述GNSS惯性组合导航仪安装在修剪机器人处，用于输出修剪机器人的绝对定位坐标、角速度、加速度及航向角，所述编码器有多个分别安装在修剪机械臂和履带移动底盘处，用于感知修剪机械臂和履带移动底盘的状态，所述运算控制系统分别与感知导航系统和液压系统通讯连接，能够根据采集感知导航系统的周围环境信息和修剪机器人的自身状态信息控制履带移动底盘的移动及修剪机械臂的姿态刀位。