一种速生人工林修枝机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种速生人工林修枝机器人及其控制方法，所述速生人工林修枝机器人包括攀爬单元、锯切单元、连接块和控制器；所述的锯切单元通过连接块与攀爬单元活动连接；所述的攀爬单元和锯切单元均与控制器连接；所述的连接块上并列设有两对弧形长孔；所述的攀爬单元设有螺纹连接孔；所述的弧形长孔与螺纹连接孔通过连接螺钉连接固定。本发明专利技术攀爬单元上的螺纹连接孔可与连接块上不同的弧形长孔进行连接，从而可以调整锯切单元与攀爬单元的连接角度，进而使得攀爬单元在夹持待修枝树干时，锯切单元上的导板能够紧贴树干，且可与树干圆周相切，使得修枝后树干不留侧枝茬桩，切口平滑，达到良好修枝效果。达到良好修枝效果。达到良好修枝效果。

【技术实现步骤摘要】
一种速生人工林修枝机器人及其控制方法


[0001]本专利技术属于林业机械
，涉及一种速生人工林修枝机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]桉树，因具有生长快，轮伐期短，木材产量高等特点，已成为我国华南地区最主要的人工造林树种，是缓解木材资源严重不足的优良树种。桉树速生人工林的侧枝茂密而细小，栽培9~15个月郁闭度可达0.8以上，此时树冠下层的阳光条件变差，下层枝变为消耗枝，并逐渐干枯脱落，在树干上形成死节、空洞，严重影响胶合板的品质。如修去一些竞争枝和密集枝，既能改善林分内通风和光照条件、减少水分蒸腾和降低养分消耗、促进生长、防止病虫害发生，又能减少死节和空洞等木材缺陷的形成，对培育高干、优质桉树无节材具有重要意义。桉树无节良材显著提高木材利用率，也促进了木材的多元化加工利用，如实木家具，甚至胶合板面板。因此，培育桉树无节良材是促进桉树产业升级的一项关键技术。
[0003]我国桉树速生人工林种植面积不断扩大，但速生人工林的管理方式落后，特别是其修枝问题。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。目前，我国很多地区存在修枝方法不当甚至不修枝等现象，其主要原因是林区修枝工具较为落后，存在安全性差、劳动强度大、修枝效率低下、修枝高度达不到要求等问题。
[0004]目前，速生人工林常用修枝机械有手持式、车载式等多种形式。手持式修枝机器分为无动力和有动力两种，手持式无动力修枝工具有手锯、砍刀等，能方便快捷地修剪细小枝条，并且造价低廉，使用简单，其修枝高度只有4
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6米左右，但桉树生长速度非常快，2年生时可达8m以上，因此存在修枝高度不足的问题；手持式有动力修枝工具以小型汽油机为动力，通过软轴传动带动链锯或圆锯片工作，其结构简单，工作效率高，当此类修剪机均存在操纵杆重，锯切振动幅度较大，汽油机噪声大，不能满足对工作舒适性的要求。车载式修枝机是一种劳动强度较小，工作效率高，安全可靠和作业条件好的园林机械，但主要应用于城市行道树的修枝工作，对于道路不便或林木较为密集的地方，尤其在山地营造的人工林，车载式修枝机无法展开，因而不适宜林业生产需求。
[0005]近年来，国内不少高校、科研院所以及生产企业设计开发了一些爬树修枝机器人，如CN202111156500.0公开了一种爬树修枝机器人，包括上机架、电锯、下机架和驱动机构，其中：上机架的一端与下机架的一端连接，电锯设置在上机架上，驱动机构倾斜设置在上机架上，上机架的另一端和下机架的另一端基于螺杆连接，上机架、下机架和螺杆基于树干形成一个封闭的圈；驱动机构包括固定座、驱动电机、第一驱动轮和第二驱动轮，驱动电机与第一驱动轮、第二驱动轮传动连接，驱动电机、第一驱动轮以及第二驱动轮设置在固定座上。本专利技术实施例将电锯以及驱动机构设置在同一侧，通过重力作用使上机架与下机架卡住树的主干，由驱动电机带动驱动轮在树上爬升，电锯清理树上的树枝。如大多数爬树修枝机器人一样，该技术方案的电锯和机架的连接方式唯一并且固定，不能根据树干圆周形状大小调整电锯位置，存在着电锯上的导板无法紧贴树干，修枝后留下茬桩，修枝不彻底的问
题，不符合速生人工林培育修枝要求。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了符合速生人工林生长规律的一种锯切单元与攀爬单元连接可调，减少修枝后留下茬桩的现象，修枝彻底的速生人工林修枝机器人。
[0007]本专利技术的技术方案如下：一种速生人工林修枝机器人，包括攀爬单元、锯切单元、连接块和控制器；所述的锯切单元通过连接块与攀爬单元活动连接；所述的攀爬单元和锯切单元均与控制器连接；所述的连接块上并列设有两对弧形长孔；所述的攀爬单元设有螺纹连接孔；所述的弧形长孔与螺纹连接孔通过连接螺钉连接固定。
[0008]作为进一步技术改进，以上所述的攀爬单元包括可开合的环形框架、夹紧件、驱动件和电源；所述的环形框架为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；所述的夹紧件设有四组，两两对向布置在环形框架的上方；所述的驱动件设有四组，与夹紧件位置对应设置于环形框架的下方；所述的电源为锂电池；所述的锂电池分别与夹紧件和驱动件连接，为夹紧件和驱动件供电；所述的控制器安装于环形框架上；所述的夹紧件和驱动件分别与控制器连接。在控制器的作用下，调整夹紧件工作状态，使装置夹紧树干；再通过控制器的控制，调整驱动件工作状态，使装置沿着树干向上或向下攀爬，电源分别为夹紧件和驱动件供电。
[0009]作为进一步技术改进，每组以上所述的夹紧件包括电动推杆、滑动底座、支架、被动轮和力传感器；所述的电动推杆安装于环形框架上方；所述的滑动底座固定于电动推杆的两侧，并设有供电动推杆活动端伸缩运动的凹槽；所述的滑动底座的上表面还设有导轨；所述的支架与电动推杆的活动端固定连接，且支架底端沿着导轨与滑动底座滑动连接；所述的螺纹连接孔设于支架的上表面；所述的被动轮与支架可拆卸连接；所述的力传感器安装于被动轮上，与控制器连接；所述的电动推杆与锂电池连接，由锂电池供电。对树干进行夹紧时，电动推杆向树干方向伸长，带动支架沿着导轨在滑动底座上方同向滑动，从而使得支架上的被动轮靠近并贴靠在树干上；在周向上的四组夹紧件同时向树干方向进行运动，实现了装置对树干的夹紧动作；同理，电动推杆反向缩回时，实现了装置对树干的松弛分离动作；力传感器检测被动轮上的受力情况。
[0010]作为进一步技术改进，每组以上所述的驱动件包括驱动轮和蜗轮蜗杆型的减速电
机；所述的减速电机的输出端与驱动轮连接；所述的减速电机与锂电池连接，由锂电池供电；所述的减速电机与控制器连接。减速电机驱动着驱动轮运动，从而带动夹紧件上的被动轮运动；减速电机关闭后，蜗轮蜗杆型的减速电机能实现自锁，让装置悬停在树干上。
[0011]作为进一步技术改进，以上所述的锯切单元为电锯；所述的电锯包括减速箱、锯切电机、刀具底座、压盖、导板、链条和切齿，刀具电池；所述的刀具底座与减速箱固定连接；所述的导板通过压盖固定在刀具底座上；所述的锯切电机分别与刀具电池、减速箱和控制器连接，由刀具电池供电；所述的链条包绕着导板外周，且链条通过链轮与减速箱的输出端连接；所述的链条上均布有切齿；所述的连接块与减速箱的底部固定连接。通过连接块固定好锯切单元的位置，促使导板与树干圆周相切，且紧贴树干；锯切电机受控制器控制启动后，减速箱开始工作，通过链轮驱动链条转动，从而带动切齿沿着导板外周转动，遇到枝条后进行切割锯除；控制器控制锯切电机停止工作时，停止锯切。电锯结构与常规电锯结构相似。
[0012]作为进一步技术改进，以上所述的电锯还包括辅助片；所述的辅助片安装于导板背面，底端固定于刀具底座上；所述的辅助片的顶部低于导板的最高点，且顶部为圆弧状。由于电锯上的导板是贴着树干圆周方向切除侧枝，在侧枝被切割后仍未完全脱落时，辅助片可对侧枝起辅助支撑的作用，促使侧枝更容易被直接切割断裂，避免侧枝脱落撕裂树皮，也能防止在树干径级变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种速生人工林修枝机器人，其特征在于：包括攀爬单元、锯切单元、连接块（9）和控制器（8）；所述的锯切单元通过连接块（9）与攀爬单元活动连接；所述的攀爬单元和锯切单元均与控制器（8）连接；所述的连接块（9）上并列设有两对弧形长孔（18）；所述的攀爬单元设有螺纹连接孔；所述的弧形长孔（18）与螺纹连接孔通过连接螺钉连接固定。2.根据权利要求1所述的速生人工林修枝机器人，其特征在于：所述的攀爬单元包括可开合的环形框架（1）、夹紧件、驱动件（7）和电源（6）；所述的环形框架（1）为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；所述的夹紧件设有四组，两两对向布置在环形框架（1）的上方；所述的驱动件（7）设有四组，与夹紧件位置对应设置于环形框架（1）的下方；所述的电源（6）为锂电池；所述的锂电池分别与夹紧件和驱动件（7）连接，为夹紧件和驱动件（7）供电；所述的控制器（8）安装于环形框架（1）上；所述的夹紧件和驱动件（7）分别与控制器（8）连接。3.根据权利要求2所述的速生人工林修枝机器人，其特征在于：每组所述的夹紧件包括电动推杆（4）、滑动底座（3）、支架（2）、被动轮（5）和力传感器；所述的电动推杆（4）安装于环形框架（1）上方；所述的滑动底座（3）固定于电动推杆（4）的两侧，并设有供电动推杆（4）活动端伸缩运动的凹槽；所述的滑动底座（3）的上表面还设有导轨；所述的支架（2）与电动推杆（4）的活动端固定连接，且支架（2）底端沿着导轨与滑动底座（3）滑动连接；所述的螺纹连接孔设于支架（2）的上表面；所述的被动轮（5）与支架（2）可拆卸连接；所述的力传感器安装于被动轮（5）上，与控制器（8）连接；所述的电动推杆（4）与锂电池连接，由锂电池供电。4.根据权利要求2所述的速生人工林修枝机器人，其特征在于：每组所述的驱动件（7）包括驱动轮和蜗轮蜗杆型的减速电机；所述的减速电机的输出端与驱动轮连接；所述的减速电机与锂电池连接，由锂电池供电；所述的减速电机与控制器（8）连接。5.根据权利要求1所述的速生人工林修枝机器人，其特征在于：所述的锯切单元为电锯；所述的电锯包括减速箱（11）、锯切电机（17）、刀具底座（12）、压盖（14）、导板（15）、链条和切齿，刀具电池（10）；所述的刀具底座（12）与减速箱（11）固定连接；所述的导板（15）通过压盖（14）固定在刀具底座（12）上；所述的锯切电机（17）分别与刀具电池（10）、减速箱（11）和控制器（8）连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：任世奇，卢翠香，刘媛，伍琪，李昌荣，韦振道，郭东强，唐庆兰，邓紫宇，陈升侃，陈健波，姜英，
申请(专利权)人：广西壮族自治区林业科学研究院，
类型：发明
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