智能化自动测树机器人的制作方法

本实用新型属于林业测量学技术领域，具体涉及一种智能化自动测树机器人。

背景技术：

长期以来，我国林业资源管理的机械化程度较低，自动化水平不高，在进行森林资源调查管理时通常还是采用轮尺和围尺进行样地调查，并靠人工进行测量和记录，再将数据输入到计算机。同时这种人工的调查方式不仅会在调查过程中对林地造成破坏，而且对工作人员来说也会有潜在的危险，如对于较高部位的树干信息，需要工作人员爬上树才能获取时，这不但会消耗工作者很大的体力和时间，还存在着极大的危险性。

目前树木测量仪器大多功能单一，分为树木测径仪、树木测高仪及gps定位仪，国内技术落后，大多以结构和功能简单，笨重不利于便携的直尺、弯轮尺进行测量，造成生产力落后，工作效率低下的状况。

为了减轻野外工作强度，提高工作效率，在现有的爬树机器人的基础上，提出智能化自动化的树木测量机器人，无需人工攀爬树干即能测量树木不同高度处的树干直径。

技术实现要素：

实用新型目的：针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种智能化自动测树机器人，实现对树干高度及树干截面直径或周长的自动化测量，代替人工操作，提高工作效率，减轻野外工作强度。

技术方案：为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

智能化自动测树机器人，包括攀爬装置、测量装置和控制器；所述攀爬装置和测量装置均和控制器连接；所述攀爬装置上连接有测量装置，测量装置包括固定在攀爬装置上的支撑杆，支撑杆上设有可开合的卡箍一和卡箍二，卡箍一和卡箍二与支撑杆铰接，卡箍一和卡箍二的连接处设有螺杆螺母，两者通过螺杆螺母连接并调节大小；在卡箍一的内壁上设置有弧形气囊一，弧形气囊一与卡箍一的内壁贴合；在卡箍二的内壁上设置有弧形气囊二，弧形气囊二与卡箍二的内壁贴合；在弧形气囊一的中间位置外壁上设有压力传感器一和距离传感器；在弧形气囊二的中间位置外壁上设有压力传感器二和距离传感器接收端；所述压力传感器一、压力传感器二和距离传感器均与控制器连接；所述支撑杆上设置有为弧形气囊充气的充气装置，弧形气囊一和弧形气囊二上均设有电子气阀开关，所述充气装置和电子气阀开关与控制器连接。

进一步地，所述支撑杆与卡箍连接处设置有高度测量器，高度测量器与控制器连接。

进一步地，所述攀爬装置包括设置在测量装置下的伸缩部件和触脚装置，支撑杆与伸缩部件为一体结构；触脚装置设置在卡箍一和卡箍二上，触脚装置包括机械臂，机械臂上端通过连接电机控制机械臂的伸展，机械臂的端头设有爪片；触脚装置具有7个，3个设置在卡箍一上，3个设置在卡箍二上，1个设置在卡箍一和卡箍二的连接处，触脚装置之间角度为45°，卡箍一边缘与卡箍二边缘的两个触脚装置之间为90°；相隔的4个触脚装置朝下，相隔的3个触脚装置朝上。

进一步地，测量装置上任意平面的四个方向内设置横竖水平仪各两个，八个水平仪与控制器连接。

进一步地，卡箍一和卡箍二在支撑杆一端连接有弹簧，弹簧将卡箍一与卡箍二进行了连接。

进一步地，所述弧形气囊一长度为卡箍一长度的1/2-2/3，弧形气囊二长度为卡箍二长度的1/2-2/3。

进一步地，所述弧形气囊一的长度等于卡箍一的长度；弧形气囊二的长度等于卡箍二的长度；所述压力传感器一的数量有三个，分别设置在弧形气囊一的两端和中间位置；所述压力传感器二的数量有三个，分别设置在弧形气囊二的两端和中间位置；所述距离传感器的数量有三个，设置位置和三个压力传感器一的位置相同；对应的距离传感器接收端数量有三个，位置和三个压力传感器二的位置一致。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型能够自动化测量树干的高度和周长，无需人工操作，提高工作效率，减轻野外工作强度。本实用新型能够自动调节弧形气囊与树干的接触松紧程度，配合压力传感器和距离传感器最大程度的测量出贴合树干表面时的截面周长或直径；弧形气囊三对压力传感器和距离传感器最大程度的精确测量扁平树干的周长；水平仪的设置可以测量树干的倾斜度；并且测量装置与攀爬装置分开设置，两者互不干扰，保证测量工作的精准度；通过对攀爬装置的改进，触脚装置和测量装置设为一体，减少整个机器人的体积，实现快速爬树。

附图说明

图1是本实用新型的结构图；

图2是图1测量装置的俯视剖面图；

图3是本实用新型的侧视图；

图4是图3的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1和2所示，本实用新型公开一种智能化自动测树机器人，包括攀爬装置1、测量装置2和控制器3。攀爬装置1和测量装置2均和控制器3连接。

攀爬装置1上连接有测量装置2，测量装置2包括固定在攀爬装置1上的支撑杆21，支撑杆21上设有可开合的卡箍一22和卡箍二23，卡箍一22和卡箍二23与支撑杆21铰接，卡箍一22和卡箍二23的连接处设有螺杆螺母7，两者通过螺杆螺母7连接并调节大小；在卡箍一22的内壁上设置有弧形气囊一24，弧形气囊一24与卡箍一22的内壁贴合；在卡箍二23的内壁上设置有弧形气囊二25，弧形气囊二25与卡箍二23的内壁贴合；在弧形气囊一24的中间位置外壁上设有压力传感器一26和距离传感器27；在弧形气囊二25的中间位置外壁上设有压力传感器二28和距离传感器接收端29；压力传感器一26、压力传感器二28和距离传感器27均与控制器3连接；支撑杆21上设置有为弧形气囊充气的充气装置4，弧形气囊一24和弧形气囊二25上均设有电子气阀开关(图中未标示)，充气装置4和电子气阀开关与控制器3连接。

支撑杆21与卡箍连接处设置有高度测量器，高度测量器与控制器3连接。

本实用新型的攀爬装置可以选择现有的爬树机器人，为了减少整体装置的体积，本实用新型对现有的攀爬装置1进行了改进，具体结构如图3和4所示，包括设置在测量装置2下的伸缩部件11，支撑杆21与伸缩部件11为一体结构；在卡箍一22和卡箍二23上设有触脚装置，触脚装置包括机械臂12，机械臂12上端通过连接电机控制机械臂12的伸展，实现与树干的接触和分离，机械臂12的端头设有爪片14。电机与控制器连接，整个触脚装置与现有的机械臂12一致，采用轻量合金构件，减轻整个触脚装置的重量，且体积微小。爪片14采用若干弯刀状齿，能够更好的抓紧树干表面。伸缩部件11为现有的爬树机器人中的电动伸缩杆或者液动伸缩杆，配合触脚装置爬树。

如图4所示，触脚装置具有7个(分别为触脚装置30、31、32、33、34、35、36)，3个设置在卡箍一22上，3个设置在卡箍二23上，1个设置在卡箍一22和卡箍二23的连接处，7个触脚装置之间角度为45°，触脚装置31、32(即卡箍一22边缘的触脚装置31和卡箍二23边缘的触脚装置32)之间角度为90°；其中触脚装置30、31、32、33朝下，触脚装置34、35、36朝上，7个触脚装置和伸缩部件11配合，实现快速爬树，并且整体装置体积较小，移动指令完成、或者不使用时机械臂12会折叠缩回各个位置，减小触脚装置的体积。

本实用新型的卡箍一22和卡箍二23采用宽度为10-15cm的金属宽板，满足测量的同时，可以安装3个电机及机械臂12。

本实用新型改进的攀爬装置1和现有的爬树机器人的工作原理相同，4个朝下的触脚装置抱紧树干，3个朝上的触脚装置张开，伸缩部件11自动伸出，带动测量装置上移，然后3个朝上的触脚装置抱紧树干，4个朝下的触脚装置张开，伸缩部件11收回，实现整个上移爬树。

本实用新型的工作原理：测量开始时，将攀爬装置固定和测量装置2固定在树干上，依据树干大小调节卡箍上的螺杆螺母7，固定好后，通过控制器3控制攀爬装置爬树，由于弧形气囊未充气，所以卡箍与树干不接触，不妨碍攀爬装置的运动，高度测量器测量卡箍处的高度信息并将信号传输给控制器3，当攀爬高度达到要求时，控制器3控制攀爬装置1停止，控制器3控制充气装置4为弧形气囊充气，使得卡箍内壁的弧形气囊贴合树干表面，压力传感器接收弧形气囊与树干之间的压力，当压力值达到预设值时，控制器3接收到压力信号，并向距离传感器27发送信号，距离传感器27与距离传感器接收端29配合测量两者之间的距离即为此处树干直径，通过直径可计算出树干周长。控制器3将采集到的树干周长、高度信息进行存储。测量结束后，控制器3控制电子气阀卡关打开进行放气处理，放气结束后，控制器3控制攀爬装置1继续爬树，进行下一高度处树干的测量。

本实用新型能够自动调节弧形气囊与树干的接触松紧程度，配合压力传感器和距离传感器27最大程度的测量出贴合树干表面时的截面周长或直径。若采用现有的爬树机器人作为本实用新型的攀爬装置，那么测量装置2与攀爬装置1分开，两者互不干扰，保证测量的精度。

在测量装置2上任意一水平面的四个方向内设置横竖水平仪各两个，共八个，八个水平仪与控制器3连接。目的为在遇到非笔直的树木时，还可以计算出树木的倾斜程度。

卡箍一22和卡箍二23在支撑杆21一端连接有弹簧5，弹簧5将卡箍一22与卡箍二23进行了连接，加强了卡箍的稳固性。

弧形气囊一24长度为卡箍一22长度的1/2-2/3，弧形气囊二25长度为卡箍二23长度的1/2-2/3。保证弧形气囊的长度多的包裹树干。

弧形气囊一24的长度等于卡箍一22的长度；弧形气囊二25的长度等于卡箍二23的长度；压力传感器一26的数量有三个，分别设置在弧形气囊一24的两端和中间位置；压力传感器二28的数量有三个，分别设置在弧形气囊二25的两端和中间位置；距离传感器27的数量有三个，设置位置和三个压力传感器一26的位置相同；对应的距离传感器接收端29数量有三个，位置和三个压力传感器二28的位置一致。由此一来，弧形气囊可以包裹整个树干，防止遇到扁平树干时，仅仅依靠一对距离传感器27与距离传感器接收端29测量直径会出现偏差。三对距离传感与距离传感器接收端29配合后可以采集三对直径信号，发送给控制器3进行计算周长，使得周长的计算更加精确。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。