三棱柱形电驱动树枝修剪机器人制造技术

本技术提供一种上升、切削同时进行，无电缆全电驱动，结构简单可靠，效率高，可避免线缆绕树的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，其三棱柱形主体框架的第一侧面与第二侧面固定相连，第三侧面的一侧与第二侧面的一侧铰接，第三侧面的另一侧与第一侧面的侧部之间以可拆卸的弹性结构相连；主体框架的三个侧面内侧均设置有转动的轮轴，在各轮轴上设置有上下两个行走轮；各轮轴相对于主体框架轴线的倾斜方向一致，且倾斜角度相等，为3‑15°；在主体框架上设置驱动电机，驱动电机的输出轴与一个轮轴转动，各轮轴上的行走轮沿树干外周滚动，使得主体框架绕树干螺旋上升或下降；在主体框架的上部设置链锯；链锯的切割链条向上延伸；在主体框架上电池。

Three edged cylindrical electrically driven tree pruning robot

This technology provides a rising and cutting at the same time, no cable electric drive, simple and reliable structure, high efficiency, can avoid three prismatic electric cable driven around the tree branch pruning robot, a first side and a second side third prismatic body frame is fixedly connected, the hinged side side and the second side of the third side. Connected with the elastic structure between the lateral side of the other side of the first and third side with removable; three sides inside the main frame are provided with a rotating shaft, the axle is arranged on the upper and lower two walking wheels; the wheel axis tilt direction relative to the axis of the main frame, and the inclination angle equal. 3 15 degrees; a driving motor arranged on the main frame, the drive motor output shaft and a shaft rotation, the walking wheel axle along the trunk of peripheral rolling, making the body The frame is spiraling or descending around the trunk; the upper part of the main frame is provided with chain saw; the cutting chain of the chain saw extends upwards; and the battery is on the main frame.

【技术实现步骤摘要】
三棱柱形电驱动树枝修剪机器人
本技术涉及三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，尤其对杨树的树枝进行修剪的机器人。
技术介绍
国外对树木修枝剪枝机械的研究起步较早，主要以经济发达的美、日、德、法、英、意大利、澳大利亚、荷兰、以色列等为代表。早在20世纪初期，西方国家就已开始在林区养护培植中始有应用；但那时主要是使用简单的机械式刀剪类工具，柴油和汽油提供动力的小型背负机械。从20世纪80年代开始，各种林区培植剪枝专用机械才纷纷面世，如剪枝刀、剪枝机、智能剪枝机器手等，林业木材蓄积率逐步进入了快速发展时期。典型代表，如美国、瑞典生产的手动式无动力装置整枝机。其主要原理是在改进普通剪枝锯的基础之上，对原有机械增加了一个能够伸缩的机器“手臂”，它能对8米左右的树干进行高空作业。目前在具有一定程度自动化高空剪枝领域，比较成熟的有ARS、小松公司、斯蒂尔公司等一些公司生产的剪枝锯；此类装置以汽油作为动力装置。该装置工作时振动较小，剪枝效果好且剪切口对树木的损伤较小、有效高度在6cm左右；剪枝锯的有效半径在21cm左右。但该类机械不但成本较高，维修及保养费用也普遍较高；而且要求工作人员有一定的专业技能。由于这类机械的作业高度较低，而其严重不符合中国林业的需要。随着科技的不断进步。国际上一些公司着手研制出能进行高空机械剪枝的自动化机械并且成果显著。典型代表如日本的星灵公司制造的半自动攀爬式剪枝机械，它运用了无线控制；采用链式锯条及低压攀爬轮胎；机械上下树的时候采用遥控方式；但该装置的局限性较强，它在较直的树干进行作业，但对于弯曲较大的树干则无法工作。还有就是欧洲生产的一种能够自动升降来实现高空剪枝作业的萨斯马升降平台，它是将剪枝机械固定在多个平台之上，作业各个平台受其独立的液压控制而互不影响；它可达高度在5-6m左右、水平面延展在8m左右。还有一款阿富龙升降平台，也是利用液压进行控制。另外还有钢索式升降平台，它利用绞盘来实现升降功能，它作业的高度在20m左右，但他们都略显笨重且自动化程度较低。对于国内而言，大都以手动式半自动化的方式进行作业，剪枝机械的研究尚处于起步阶段。目前上市的产品自动化程度较低，而且型号单一，工作效率不理想。孙坤龙等研制的5XY-5型用于高空剪枝的剪枝装置采用小功率的汽油机提供动力；工作原理主要是套筒式高速锁式装置来使伸缩臂进行工作，然后三角带减速，经由传动齿轮带动泵式结构驱动液压装置使剪枝部件工作。该装置的作业高度可达5-6m，剪枝锯的有效直径为3cm。还有就是采用背负式的高空剪枝机及集多种功能于一身的小型高空剪枝机，此类装置几乎都以小功率汽油机提供动力，通过三角带或者其他类型的链式装置使锯结构进行剪枝作业。该类装置的成本较低且结构较为简单；作业时机械的可视角度比较理想，剪枝对树木的损伤较小且作业时安全功能较好；维修成本较小。但该类剪枝机械振动较强，手动装置较重,这个设计有待进一步提高。目前，在国内处于前沿的是由伊春市林业局重点项目研制的遥控式攀爬式剪枝机械,其主要设计采用遥控的方式。该剪枝机械能沿树干上下攀爬，并在遥控作用下可实现修剪数目高枝，动力采用的是汽油发动机。而树枝修剪机器人所执行的主要功能便是对树木进行剪枝。剪枝机器人在工作过程中就做上下运动，代替人工修剪树枝。剪枝机器人在模仿人类修剪树枝，能取代人爬到树上，大大降低了人工剪枝所引发的潜在危险，批量作业时，可以成倍的提高效率，节约时间成本。东北林业大学徐军等人研究的剪枝机器人使用MS320F2407ADSP作为控制芯片并采用模糊PID控制的工作原理，利用异步电机来驱动机器人的各个部分协调工作，实现攀爬树干的功能。在夹紧电机的作用下，机器人的驱动轮式结构能根据树干的变化而自动地调整，始终保持着夹紧树干这一重要功能的实现。当机器人上升到工作高度时，夹紧电机则“抱死”在树干以防止机体下滑或坠落，动作较为繁琐。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种上升、切削同时进行，无电缆全电驱动，结构简单可靠，效率高，可避免线缆绕树的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人。本技术所述的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，其三棱柱形主体框架的第一侧面与第二侧面固定相连，第三侧面的一侧与第二侧面的一侧铰接，第三侧面的另一侧与第一侧面的侧部之间以可拆卸的弹性结构相连；主体框架的三个侧面内侧均设置有转动的轮轴，在各轮轴上设置有上下两个行走轮；各轮轴相对于主体框架轴线的倾斜方向一致，且倾斜角度相等，为3-15°；在主体框架上设置驱动电机，驱动电机的输出轴与一个轮轴通过传动机构相连，驱动该轮轴转动，各轮轴上的行走轮沿树干外周滚动，使得主体框架绕树干螺旋上升或下降；在主体框架的上部设置链锯；链锯的切割链条向上延伸；在主体框架上设置用于向驱动电机和链锯电机供电的电池。本技术的有益效果：使用时，先打开第三侧面，移动本机器人使得需要剪枝的树木的树干位于第一侧面与第二侧面之间，然后关闭第三侧面，把第三侧面与第一侧面以弹性结构相连，使得各行走轮在弹性结构的作用下夹紧树干。然后启动驱动电机，通过传动机构驱动一根轮轴，使得该轮轴上的行走轮（该轮轴上的行走轮为主动轮，其他轮轴上的行走轮是被动轮）转动。由于各轮轴与树干的轴向方向倾斜，所以各行走轮也与树干轴向方向倾斜，随着行走轮的转动，主体框架绕树干螺旋上升，切割链条随着主体框架螺旋上升，当碰到位于树干周向的树枝时，即对树枝进行锯切，完成修剪。修剪完成后，驱动电机反向转动，主体框架即绕树干螺旋下降。本技术用圆内切三角形的原理以三点接触树干的某一截面，而沿树干方向是两点支撑，整体框架简单可靠，符合稳定设计准则；以电池为驱动电机和链锯电机供电，无需从地面接线，当主体框架绕树干转动时不会有线缆缠树问题。以电池作为动力源，便于为启停、控制及通讯部件提供电源。以弹性结构把第一侧面与第三侧面相连，使得各行走轮能够对树干产生一定的夹紧力，且能够适用于不同直径的树木。各轮轴上有上下两个行走轮，三根轮轴上共六个行走轮，即使本机器人整体质量分布不均匀，主体框架的轴向仍能够保持与树干同轴而不会倾斜。上述的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，在主体框架上部设置先导装置，先导装置在垂直于主体框架轴线的方向上位于链锯的内侧或外侧；先导装置包括设置在主体框架上的向上延伸的先触板和固定板，先触板在主体框架的切向方向（与经过主体框架轴线的平面相垂直的方向）可相对于固定板移动，在先触板与固定板之间设置有常态时使得先触板在主体框架切向方向上远离固定板的压缩弹簧；在链锯电机的电源电路中连接有控制链锯电机启停的微动开关；微动开关固定在先触板与固定板之间；当主体框架绕树干螺旋上升时，先触板比切割链条先触碰到需要修剪的树枝，先触板克服压缩弹簧的弹力而沿主体框架切向向固定板移动，触动微动开关，链锯电机电源接通，链锯启动；随着主体框架的螺旋上升，链锯切割树枝；切割完成后，先触板在压缩弹簧的作用下远离固定板，微动开关复位，锯链停止运转。采用先导装置，使得链锯在快接触到树枝时才启动，在锯断树枝后停止，有效的节约了电能。上述的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，所述可拆卸的弹性结构是：在靠近第三侧面与第一侧面的邻接处的第三侧面上开有挂钩孔，用于钩住所述挂钩孔的挂钩通过拉伸弹簧与第一侧面相连；或者，第一侧面上开有挂钩孔，本文档来自技高网...

【技术保护点】
三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，其特征是：树枝修剪机器人整体上大致呈三棱柱形，其三棱柱形主体框架的第一侧面与第二侧面固定相连，第三侧面的一侧与第二侧面的一侧铰接，第三侧面的另一侧与第一侧面的侧部之间以可拆卸的弹性结构相连；主体框架的三个侧面内侧均设置有转动的轮轴，在各轮轴上设置有上下两个行走轮；各轮轴相对于主体框架轴线的倾斜方向一致，且倾斜角度相等，为3‑15°；在主体框架上设置驱动电机，驱动电机的输出轴与一个轮轴通过传动机构相连，驱动该轮轴转动，各轮轴上的行走轮沿树干外周滚动，使得主体框架绕树干螺旋上升或下降；在主体框架的上部设置电动链锯；链锯的切割链条向上延伸；在主体框架上设置用于向驱动电机和链锯电机供电的电池。

【技术特征摘要】
1.三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，其特征是：树枝修剪机器人整体上大致呈三棱柱形，其三棱柱形主体框架的第一侧面与第二侧面固定相连，第三侧面的一侧与第二侧面的一侧铰接，第三侧面的另一侧与第一侧面的侧部之间以可拆卸的弹性结构相连；主体框架的三个侧面内侧均设置有转动的轮轴，在各轮轴上设置有上下两个行走轮；各轮轴相对于主体框架轴线的倾斜方向一致，且倾斜角度相等，为3-15°；在主体框架上设置驱动电机，驱动电机的输出轴与一个轮轴通过传动机构相连，驱动该轮轴转动，各轮轴上的行走轮沿树干外周滚动，使得主体框架绕树干螺旋上升或下降；在主体框架的上部设置电动链锯；链锯的切割链条向上延伸；在主体框架上设置用于向驱动电机和链锯电机供电的电池。2.如权利要求1所述的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，其特征是：在主体框架上部设置先导装置，先导装置在垂直于主体框架轴线的方向上位于链锯的内侧或外侧；先导装置包括设置在主体框架上的向上延伸的先触板和固定板，先触板在主体框架的切向方向可相对于固定板移动，在先触板与固定板之间设置有常态时使得先触板在主体框架切向方向上远离固定板的压缩弹簧；在链锯电机的电源电路中连接有控制链锯电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金鹏，王兆，龚云荷，高宇，王晶，胡裕，陈青，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32