本發(fā)明涉及果樹的疏花，特別是涉及一種主干疏層型果園疏花裝置、定枝裝置及其方法。

背景技術：

1、梨、桃、蘋果等果樹約有百分之十幾的花能夠成果便可以達到豐產(chǎn)，其中，多余的花序需要進行疏除，以節(jié)約樹體養(yǎng)分。疏花疏果能夠減小果樹大小年差異和提升果實品質(zhì)，是果園生產(chǎn)必不可少的一項農(nóng)藝環(huán)節(jié)。

2、目前，傳統(tǒng)的人工疏果方法耗工費時，浪費樹體養(yǎng)分，已不適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。而常見的花序疏除方式包括化學疏除劑噴施方法，但是這種方式不僅污染環(huán)境，且藥劑易受噴施時間、配制濃度和作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，實際田間作業(yè)中較少采用。另外，常見的花序疏除方式還包括隨機擊打式的機械化疏花方法，雖能夠提升作業(yè)效率和降低勞動力成本，但無法實現(xiàn)無人化精準疏花作業(yè)，且還需要后期人工優(yōu)選定果的輔助。

3、此外，主干型栽培是國內(nèi)近幾年新興的一種宜機化果樹種植模式，無需高昂的棚架搭建成本，就能夠很好的實現(xiàn)傳統(tǒng)果園的宜機化改造，尤受廣大果農(nóng)喜愛，已成為國內(nèi)果園種植模式發(fā)展的新方向標。目前市場上雖有機械化單軸甩繩式疏花機與之匹配，但此機型為隨機擊打式作業(yè)。因為受枝條阻擋，所以其疏花繩難以完全擊打到果樹冠層內(nèi)部，且果樹冠徑越大擊打效果越差，后期還需要依靠人工優(yōu)選定果來完成整個疏花疏果環(huán)節(jié)的作業(yè)。例如，如專利號為zl202310246050.7和zl202310246049.4，只能用于y型棚架果園，且裝置需要借助棚架專有的軌道結(jié)構(gòu)運行。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種主干疏層型果園疏花裝置、定枝裝置及其方法，能夠?qū)崿F(xiàn)主干型果園的無人化精準疏花作業(yè)。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種主干疏層型果園疏花裝置，包括：底盤、驅(qū)動裝置、疏花單元和行走裝置；所述驅(qū)動裝置安裝在所述底盤內(nèi)，且所述驅(qū)動裝置的輸出軸延伸至所述底盤外，并與所述疏花單元相連接；所述疏花單元位于所述底盤上；所述行走裝置安裝在所述底盤的側(cè)壁上；所述行走裝置和所述驅(qū)動裝置皆與所述底盤中的總成箱連接；

3、所述疏花單元包括固定支架、轉(zhuǎn)盤、第一導軌模組、第二導軌模組和疏花執(zhí)行器；所述轉(zhuǎn)盤的一側(cè)與所述驅(qū)動裝置相連接；所述固定支架的一端與所述轉(zhuǎn)盤的另一側(cè)相連接，所述固定支架的另一端與所述第一導軌模組的一端相連接；所述第二導軌模組的一側(cè)與所述第一導軌模組滑動設置；所述第一導軌模組垂直于所述第二導軌模組和所述底盤；所述疏花執(zhí)行器滑動安裝在所述第二導軌模組的另一側(cè)；

4、所述疏花執(zhí)行器包括外殼、底框、多個連接桿、多個疏花執(zhí)行器底板葉片、疏花執(zhí)行器底板葉片電機和疏花組件；

5、所述外殼通過滑動塊滑動連接所述第二導軌模組；所述外殼包括頂部、底部、封閉端和開口端；所述頂部和底部相對設置；所述封閉端和開口端分別位于所述頂部和底部的兩側(cè)；果樹支干能夠順著所述開口端至所述封閉端的路徑方向從所述開口端進入至所述外殼內(nèi)；

6、所述底框安裝在所述外殼的底部上；多個所述連接桿沿著所述底框的長度方向分別安裝在所述底框相對的側(cè)壁上；所述疏花執(zhí)行器底板葉片的兩側(cè)分別轉(zhuǎn)動連接多個所述連接桿的側(cè)壁；所述疏花執(zhí)行器底板葉片電機安裝在所述底框的側(cè)壁上，且輸出軸與所述疏花執(zhí)行器底板葉片連接；

7、所述疏花組件位于所述外殼內(nèi)部，且兩側(cè)分別與所述外殼的內(nèi)側(cè)壁滑動連接；所述疏花組件的一端靠近頂部；所述疏花組件的另一端靠近所述底部，且與所述疏花執(zhí)行器底板葉片保留預定間距。

8、進一步的，所述疏花組件包括疏花架、疏花控制器、藥箱、噴頭、推桿支架、電動推桿、推桿電機、疏刷電機、疏刷和圖像采集裝置；所述外殼相對的內(nèi)側(cè)壁上設有軌道，所述疏花架的外側(cè)壁與所述軌道滑動連接；所述疏花控制器安裝在所述疏花架的兩側(cè)，用于控制所述疏花架在所述軌道上進行滑動；所述藥箱安裝在所述疏花架上，所述藥箱靠近果樹支干的一側(cè)設有噴頭；所述推桿支架安裝在所述疏花架上，且位于所述藥箱一側(cè)；所述電動推桿的固定端與所述推桿支架連接，伸縮端與所述疏刷電機連接；所述疏刷電機的輸出軸與所述疏刷的一端相連接；所述疏刷的另一端用于對果樹支干進行疏花作業(yè)；所述圖像采集裝置安裝在所述疏花架上，且位于疏刷的一側(cè)，所述圖像采集裝置與所述疏花控制器連接；所述推桿電機、所述藥箱和所述疏刷電機皆與所述疏花控制器相連接。

9、進一步的，所述圖像采集裝置包括攝像頭和多個照明燈；所述攝像頭與所述疏花控制器相連，且位于多個所述照明燈之間。

10、進一步的，所述第一導軌模組包括縱向模組支架、縱向模組、縱向?qū)к?、縱向模組電機和縱向模組傳動帶；所述第二導軌模組包括橫向模組支架、橫向模組、橫向?qū)к?、橫向模組電機和橫向模組傳動帶；

11、所述縱向模組支架安裝在所述縱向模組的一端；所述縱向模組的另一端與所述固定支架相連接；所述縱向模組電機安裝在所述縱向模組支架上，且輸出軸與所述縱向模組傳動帶中的帶輪相連接；所述縱向模組傳動帶安裝在所述縱向模組上；所述縱向?qū)к壈惭b在所述縱向模組上；所述橫向模組的一側(cè)與所述縱向模組傳動帶固定連接，且所述橫向模組滑動安裝在所述縱向?qū)к壣?；所述橫向模組支架安裝在所述橫向模組的一端；所述橫向模組電機安裝在所述橫向模組支架上，且輸出軸與所述橫向模組傳動帶中的帶輪相連接；所述橫向模組傳動帶安裝在所述橫向模組的另一側(cè)上；所述橫向?qū)к壈惭b在所述橫向模組上；所述疏花執(zhí)行器與所述橫向模組傳動帶固定連接，且所述疏花執(zhí)行器通過滑動塊滑動安裝在所述橫向?qū)к壣稀?/p>

12、進一步的，所述第一導軌模組通過角度調(diào)節(jié)裝置與所述第二導軌模組相連接；

13、所述角度調(diào)節(jié)裝置包括滑塊、角度調(diào)節(jié)電機、主動齒輪、從動齒輪以及固定塊；

14、所述滑塊的一側(cè)滑動安裝在所述第一導軌模組上；所述角度調(diào)節(jié)電機安裝在所述滑塊上，且輸出軸與所述主動齒輪相連接；所述主動齒輪和所述從動齒輪安裝在所述滑塊的另一側(cè)；所述主動齒輪的側(cè)壁與所述從動齒輪的側(cè)壁相嚙合；所述從動齒輪遠離所述滑塊的一側(cè)與所述固定塊的一端相連接；所述固定塊的另一端與所述第二導軌模組相連接。

15、此外，本發(fā)明還提出一種主干疏層型果園疏花方法，采用如上述所述的主干疏層型果園疏花裝置，具體包括如下：

16、啟動所述主干疏層型果園疏花裝置，移動至待疏花果樹的一側(cè)，將疏花執(zhí)行器完全包裹所述待疏花果樹一側(cè)中的第一層果樹支干，并對所述第一層果樹支干進行疏花作業(yè)；

17、通過調(diào)整所述疏花執(zhí)行器的位置，直至所述待疏花果樹一側(cè)上的所有層果樹支干疏花完畢；

18、所述主干疏層型果園疏花裝置根據(jù)果園路線行駛至所述待疏花果樹的另一側(cè)時，重復以上操作，直至完成待疏花果樹全部的疏花作業(yè)。

19、進一步的，所述啟動所述主干疏層型果園疏花裝置，移動至待疏花果樹的一側(cè)，將疏花執(zhí)行器完全包裹所述待疏花果樹一側(cè)中的第一層果樹支干，并對所述第一層果樹支干進行疏花作業(yè)，具體包括：啟動所述主干疏層型果園疏花裝置，行駛至待疏花果樹一側(cè)的第一位置點；驅(qū)動所述疏花執(zhí)行器，直至所述待疏花果樹的第一層果樹支干被所述疏花執(zhí)行器完全包裹，隨后對所述第一層果樹支干進行疏花作業(yè)；

20、所述通過調(diào)整所述疏花執(zhí)行器的位置，直至所述待疏花果樹一側(cè)上的所有層果樹支干疏花完畢，具體包括：通過升高所述疏花執(zhí)行器，直至沿著所述第一層果樹支干豎直方向上的所有層果樹支干均疏花作業(yè)后，將所述疏花執(zhí)行器移動至所述待疏花果樹一側(cè)的第二位置點，重復所述第一位置點的疏花作業(yè)，直至所述待疏花果樹一側(cè)的所有果樹支干疏花完畢；

21、所述疏花作業(yè)，具體包括：作業(yè)時，先對待疏花的果樹支干進行全景圖像拍攝，并將拍攝的全景圖像傳輸至疏花控制器；所述疏花控制器根據(jù)所述拍攝的全景圖像控制所述疏花執(zhí)行器對所述待疏花的果樹支干進行疏花作業(yè)；

22、所述疏花作業(yè)，具體還包括：所述疏花控制器通過圖像處理算法將果樹支干劃分為多個分區(qū)sn，n為正整數(shù)；計算sn區(qū)第m號花序質(zhì)心點的位置以及所述第m號花序質(zhì)心點周邊幼葉的葉面積am，并以每個sn區(qū)所保留的第1號花序質(zhì)心點為基準，對sn區(qū)其他花序點進行疏花作業(yè)，其中，m為正整數(shù)；

23、判斷am是否小于葉面積閾值a；當am＜a時，所述疏花執(zhí)行器的疏刷運行至第m號花序質(zhì)心點位置進行旋轉(zhuǎn)擊打動作；當am≥a時，所述疏花執(zhí)行器的噴頭運行至第m號花序質(zhì)心點位置進行噴霧動作。

24、此外，本發(fā)明還提出一種定枝裝置，包括：多個固定架、多個定枝支架和多個定位件；多個所述固定架圍繞果樹主干形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，以包絡所述果樹主干；所述固定架遠離所述果樹主干的外側(cè)壁設有多個安裝孔，所述定枝支架呈預定角度插接在所述安裝孔內(nèi)；所述定位件穿過所述固定架，用于對所述定枝支架的安裝角度進行定位；

25、所述固定架與果樹主干之間的空隙填充有填充劑；

26、所述填充劑包括泡沫填充劑；

27、所述固定架包括半弧形結(jié)構(gòu)；

28、多個所述固定架通過緊固螺栓連接。

29、此外，本發(fā)明還提出一種定枝方法，采用如上述所述的定枝裝置，具體包括如下：

30、將單層果樹枝條按照夾角θ分為多個，將固定架固定于第一層與地面之間，以及相鄰層之間；

31、根據(jù)所述夾角θ將定枝支架固定于所述固定架外側(cè)壁上，再將果樹支干固定于所述定枝支架上。

32、進一步的，將單棵果樹支干層定枝為ij、kl、mn、qt、uv五個水平層，果樹支干層離地高度h1、h2、h3、h4、h5；將單棵果樹每層支干以水平輻射狀定形為oa、ob、oc、od、oe、of、og、oh八根，果樹支干夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8；定枝時，首先，通過修剪和嫁接將單層果樹枝條按照果樹支干夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8，改造成oa、ob、oc、od、oe、of、og、oh八條；然后，固定架分別固定于ij與地面之間、ij與kl之間、kl與mn之間、mn與qt之間、qt與uv之間的適當高度位置，按照果樹支干夾角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8將定枝支架固定于固定架的外側(cè)壁；果樹支干通過繩子系于定枝支架之上，果樹支干長度l通過剪斷枝條控制。

33、通過上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

34、本實施通過底盤、驅(qū)動裝置、疏花單元和行走裝置的設置，不同于地面隨機擊打式作業(yè)機型，能夠針對隨機擊打式疏花作業(yè)的弊端，聯(lián)合路徑導航、機器視覺圖像處理以及滑動模組精準控制，實現(xiàn)了主干型果園的無人化精準疏花作業(yè)。通過路徑導航(例如使用電磁導航方法和slam方法等)實現(xiàn)果園s形單行程全范圍一對一定點式機械化疏花作業(yè)；還通過機器視覺圖像處理實現(xiàn)對果樹枝條、花序、幼葉的智能識別、定位與計算，并在果樹支干相對位置恒定的條件下實現(xiàn)了對滑動模組、疏花執(zhí)行器的精準控制。

35、此外，本實施例中機器視覺圖像處理方法應用的對象是長度相同、直線度高的單根果樹枝條，而且相機對果樹枝條(包括花序、幼葉)全景圖像的采集是在近距離單色背景下進行的。這些精細化作業(yè)方法相比于以往單棵果樹全景圖像拍攝，在果樹花序識別準確度、位置/面積計算精度上有了質(zhì)的提升，方便了下位機作業(yè)動作的精準實現(xiàn)。而且，由于物理擊打容易傷及果樹幼葉，化學疏除劑噴施影響果品健康，本實施例能夠針對這一問題，通過花序幼葉葉面積疏花動作選擇性決策方法，最大限度的平衡了兩種疏花方式。進一步的，本實施例的主干疏層型果園疏花裝置在疏花作業(yè)過程中能夠記錄保留花序的精確位置信息，為后期果園智能化套袋、智能化采摘作業(yè)的實現(xiàn)以及單位面積果實產(chǎn)量評估提供算法接口。

36、另外，為配合智能化精準疏花作業(yè)的順利實施，本實施例還通過定枝裝置和定枝方法，將不利于精準疏花作業(yè)的凌亂枝條改造成分層結(jié)構(gòu)，而且將各層枝條定型為方便本實施例中主干疏層型果園疏花裝置作業(yè)的輻射狀。相比于宜機化作業(yè)的高價位棚架式改造，不僅省去了棚架材料成本和人工搭建成本，而且本實施例的定枝裝置可拆卸、可更換以及可維修，能夠根據(jù)果樹的樹齡、長勢及時的進行加裝和位置改動，作業(yè)靈活性遠高于外形結(jié)構(gòu)固定不變的棚架結(jié)構(gòu)。