一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法技术

本发明专利技术公开了一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，包括：安装固定：将爬树机器人安装在待修剪树木的树干上；调整螺旋升角：调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，并选定一个角度位置；爬树修枝：控制爬树机器人以一定的螺旋升角绕着树干表面向上爬升，同时控制电动链锯工作进行修枝；中途调整螺旋升角：修剪过程中，根据待修剪枝干的实际位置情况随时调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，改变螺旋升角；完成修枝：爬树机器人修剪完成后，控制电动链锯关闭，取下爬树机器人。本发明专利技术通过调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，控制爬树轨迹，实用性高，能够提高速生林修枝效率，降低林业工作人员的劳动强度。

A controllable trajectory based pruning method for robot climbing trees

The invention discloses a tree climbing pruning method of a controllable trajectory robot, which includes: installation and fixing: installing the tree climbing robot on the trunk of the tree to be pruned; adjusting the spiral elevation angle: adjusting the angle between the driving wheel of the tree climbing robot and the trunk axis, and selecting an angle position; tree climbing pruning: controlling the tree climbing machine. The robot climbs up around the trunk surface at a certain spiral angle, and controls the work of electric chain saw to prune. In the process of pruning, according to the actual position of the trunk to be pruned, the angle between the driving wheel and the trunk axis of the tree climbing robot is adjusted at any time to complete the pruning. Branch: after the tree climbing robot is pruned, the electric chain saw is controlled to close and the climbing robot is taken off. By adjusting the angle between the driving wheel of the tree climbing robot and the axis of the tree trunk, the tree climbing trajectory is controlled and the practicability is improved. The tree climbing robot can improve the efficiency of tree pruning and reduce the labor intensity of forestry workers.

【技术实现步骤摘要】
一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法
本专利技术属于林业机械领域，涉及一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法。
技术介绍
速生林是轮伐周期短的人工林，在工业造纸领域需求较大，由于其速生优势，材质好，造林成活率高等优良特性，因而具有很好的经济价值。对速生林进行合理的修枝可以促进树木的生长，提高树木的通直度、圆度、抗弯强度及木材的韧性，改善林木的生长环境和林木防火条件，增强上部光合作用。我国速生林种植面积不断扩大，但速生林的修枝方式落后，很多地区仍旧通过人工手持工具进行修枝，劳动量大、修枝效率低且修剪较高的树木时具有危险性；有些地区采用爬树机器人进行修枝，但是运用现有方法进行爬树修枝的过程中，爬树机器人爬升的螺旋角不可控、爬树轨迹不可控，需要考虑树干直径的大小与链锯长度之间的关系，不能根据待修剪树木的树干情况控制修枝的轨迹，进而造成林业工作人员的修枝效率低、修枝劳动强度大等问题，对速生林大面积种植的经济效益产生了不良影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，通过调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，控制爬树轨迹，实用性高，能够提高速生林修枝效率，降低林业工作人员的劳动强度。本专利技术为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，包括以下步骤：安装固定：将爬树机器人安装在待修剪树木的树干上，使爬树机器人的驱动轮贴紧树干表面；调整螺旋升角：调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，并选定一个角度位置；爬树修枝：控制爬树机器人的驱动轮转动，爬树机器人以一定的螺旋升角绕着树干表面向上爬升，同时控制爬树机器人的电动链锯工作，使电动链锯随着爬树机器人的爬升进行修枝；中途调整螺旋升角：修剪过程中，根据待修剪枝干的实际位置情况随时调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，以改变螺旋升角；完成修枝：爬树机器人修剪到一定高度时，控制电动链锯关闭，然后控制爬树机器人沿着树干向下攀爬，直到林业工作人员站立位置，关停爬树机器人的驱动轮，取下爬树机器人，以备下次使用。中途调整螺旋升角时，先控制爬树机器人的驱动轮停止转动，再重复进行调整螺旋升角动作，使爬树机器人的驱动轮与树干轴线形成新的夹角，然后重复进行爬树修枝动作。爬树机器人包括驱动模块、电池控制器模块、电动链锯模块和钢丝锁紧手摇器模块；驱动模块设有三个，各驱动模块的结构相同且围绕树干成环形均匀间隔设置，各个驱动模块之间的间隙分别记为第一间隔位置、第二间隔位置和第三间隔位置；驱动模块包括驱动架体、电机支架、轮毂电机、直线电机和转向推杆，所述驱动架体为T形框架结构，所述电机支架通过销轴铰接在驱动架体的中部，轮毂电机即为驱动轮，轮毂电机的轮轴转动连接在电机支架上且轮毂电机的轮毂与树干滚动接触，所述直线电机水平设置且直线电机的一端固定在驱动架体的一侧内侧壁上，转向推杆的一个端部与直线电机的活动杆一端铰接，转向推杆的另一个端部铰接在电机支架的外侧壁上；电池控制器模块设置在第一间隔位置，电池控制器模块包括电池架体，电池架体内固定安装有控制器和用于向轮毂电机供电的蓄电池，蓄电池与控制器通过导线电连接，控制器分别与各个驱动模块中的轮毂电机通过导线电连接；电动链锯模块设置在第二间隔位置，电动链锯模块包括链锯架体和固定安装在链锯架体上的电动链锯，电动链锯的锯刀朝向树干顶部；钢丝锁紧手摇器模块设置在第三间隔位置，钢丝锁紧手摇器模块包括手摇器架体和固定安装在手摇器架体上的钢丝锁紧手摇器；电池架体、链锯架体、手摇器架体和各驱动模块的驱动架体分别通过弹簧连接为一体，钢丝锁紧手摇器通过钢丝分别与两侧的驱动模块中的驱动架体相连接。优选地，所述驱动架体的T形框架结构由相互垂直设置的竖框架和横支架组成，竖框架为方形结构且与树干轴线平行设置，横支架水平设置于竖框架的外侧中部且横支架的两端分别与竖框架的左右两侧板固定连接。优选地，所述电机支架为凹槽形结构，电机支架的敞口朝向树干，电机支架的外侧板通过销轴与横支架铰接。优选地，每个驱动模块中的轮毂电机的数量均为两个，电机支架的外侧板上向朝向树干的一侧固定连接有隔板，所述隔板将电机支架分为两个安装空间，所述两个轮毂电机分别位于两个安装空间内。优选地，电池架体、链锯架体、手摇器架体和各驱动模块的驱动架体之间分别连接的弹簧各为两根。采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过在修枝的过程中控制爬树机器人的爬树轨迹，即调整爬树机器人的螺旋上升角从而可以修剪树干上任意位置上的树枝，不用考虑树干直径的大小与链锯长度的关系，实用性较高，避免了林业工作人员攀爬到树干高处修剪树枝，避免了攀爬过程中的危险，并且能够提高修剪效率。本专利技术中的爬树机器人采用模块化设计，结构简单可靠，随着爬树机器人的螺旋上升，电动链锯修剪树枝；创新点在于可以通过控制轮毂电机与树干轴线之间的夹角大小，调整爬树机器人的螺旋上升角从而可以修剪树干上任意位置上的树枝，不用考虑树干直径的大小与链锯长度的关系。本专利技术中爬树机器人的各驱动模块中均设置有两个轮毂电机，向上攀爬修枝时更加稳定，本专利技术中爬树机器人的各模块之间设置的两根弹簧可增强各模块之间连接的稳固性和树干直径变化时的可适应性。综上，本专利技术易于操作，结构简单，成本低，实现了自动化爬树修枝，适于在速生林间进行修枝作业，能够提高速生林大面积种植的经济效益，降低林业工作人员的劳动强度，提高速生林修枝效率，对速生林产业发展具有重要作用。附图说明图1是本专利技术中爬树机器人的俯视结构示意图；图2是图1的主视结构示意图；图3是图2的右视结构示意图；图4是本专利技术中爬树机器人的立体结构示意图之一；图5是本专利技术中爬树机器人的立体结构示意图之二；图6是本专利技术中爬树机器人的电机支架与树干之间形成的夹角示意图。具体实施方式本专利技术的一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，包括以下步骤：安装固定：将爬树机器人安装在待修剪树木的树干上，使爬树机器人的驱动轮贴紧树干表面；调整螺旋升角：调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，并选定一个角度位置；爬树修枝：控制爬树机器人的驱动轮转动，爬树机器人以一定的螺旋升角绕着树干表面向上爬升，同时控制爬树机器人的电动链锯工作，使电动链锯随着爬树机器人的爬升进行修枝；中途调整螺旋升角：修剪过程中，根据待修剪枝干的实际位置情况随时调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，以改变螺旋升角；中途调整螺旋升角时，先控制爬树机器人的驱动轮停止转动，再重复进行调整螺旋升角动作，使爬树机器人的驱动轮与树干轴线形成新的夹角，然后重复进行爬树修枝动作；完成修枝：爬树机器人修剪到一定高度时，控制电动链锯关闭，然后控制爬树机器人沿着树干向下攀爬，直到林业工作人员站立位置，关停爬树机器人的驱动轮，取下爬树机器人，以备下次使用。如图1至图6所示，本专利技术的爬树机器人包括驱动模块1、电池控制器模块2、电动链锯模块3和钢丝锁紧手摇器模块4；驱动模块1设有三个，各驱动模块1的结构相同且围绕树干5成环形均匀间隔设置，各个驱动模块1之间的间隙分别记为第一间隔位置、第二间隔位置和第三间隔位置；如图2所示，驱动模块1包括驱动架体101、电机支架102、轮毂电机103、直线电机104和转向推杆105，所述驱动架体101为T形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，其特征在于：包括以下步骤：安装固定：将爬树机器人安装在待修剪树木的树干上，使爬树机器人的驱动轮贴紧树干表面；调整螺旋升角：调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，并选定一个角度位置；爬树修枝：控制爬树机器人的驱动轮转动，爬树机器人以一定的螺旋升角绕着树干表面向上爬升，同时控制爬树机器人的电动链锯工作，使电动链锯随着爬树机器人的爬升进行修枝；中途调整螺旋升角：修剪过程中，根据待修剪枝干的实际位置情况随时调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，以改变螺旋升角；完成修枝：爬树机器人修剪到一定高度时，控制电动链锯关闭，然后控制爬树机器人沿着树干向下攀爬，直到林业工作人员站立位置，关停爬树机器人的驱动轮，取下爬树机器人，以备下次使用。

【技术特征摘要】
1.一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，其特征在于：包括以下步骤：安装固定：将爬树机器人安装在待修剪树木的树干上，使爬树机器人的驱动轮贴紧树干表面；调整螺旋升角：调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，并选定一个角度位置；爬树修枝：控制爬树机器人的驱动轮转动，爬树机器人以一定的螺旋升角绕着树干表面向上爬升，同时控制爬树机器人的电动链锯工作，使电动链锯随着爬树机器人的爬升进行修枝；中途调整螺旋升角：修剪过程中，根据待修剪枝干的实际位置情况随时调整爬树机器人的驱动轮与树干轴线之间的角度，以改变螺旋升角；完成修枝：爬树机器人修剪到一定高度时，控制电动链锯关闭，然后控制爬树机器人沿着树干向下攀爬，直到林业工作人员站立位置，关停爬树机器人的驱动轮，取下爬树机器人，以备下次使用。2.根据权利要求1所述的一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，其特征在于：中途调整螺旋升角时，先控制爬树机器人的驱动轮停止转动，再重复进行调整螺旋升角动作，使爬树机器人的驱动轮与树干轴线形成新的夹角，然后重复进行爬树修枝动作。3.根据权利要求1或2所述的一种可控轨迹的机器人爬树修枝方法，其特征在于：爬树机器人包括驱动模块、电池控制器模块、电动链锯模块和钢丝锁紧手摇器模块；驱动模块设有三个，各驱动模块的结构相同且围绕树干成环形均匀间隔设置，各个驱动模块之间的间隙分别记为第一间隔位置、第二间隔位置和第三间隔位置；驱动模块包括驱动架体、电机支架、轮毂电机、直线电机和转向推杆，所述驱动架体为T形框架结构，所述电机支架通过销轴铰接在驱动架体的中部，轮毂电机即为驱动轮，轮毂电机的轮轴转动连接在电机支架上且轮毂电机的轮毂与树干滚动接触，所述直线电机水平设置且直线电机的一端固定在驱动架体的一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，任雁，
申请(专利权)人：河南林业职业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41