CN101647372A - 组合式电动修剪机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于道路绿化带修剪、景观苗木造型和草坪修剪的多功能组合式电动修剪机，包括电力系统、控制系统、承载机构、升降机构、修剪机构，采用蓄电池或蓄电池、太阳能电池的双电力系统，以微电脑自动控制修剪模式，实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业，具有自动化程度高、适应性广，便于推广使用、节约资源，保护环境等特点。

Description

组合式电动修剪机

技术领域

本发明涉及一种用于道路绿化带修剪、景观苗木造型和草坪修剪的多功能组合式电动修剪机。

技术背景

目前，对城市公园、道路绿化带、景观苗木造型以及高速公路上绿化植物的修剪整型主要是依靠工人的作业经验和使用各种绿篱修剪机，其中使用较为普遍的是手推式或背负式修剪机，该类机器重量约为5-10公斤，作业时操作者一直处于持重状态，尤其是修剪低位或高位绿篱时，操作者还必须弯腰或举起修剪机进行，劳动强度比较大，而且工作时机器产生的振动和噪音也较大，长时间操作不利于身体健康；另外，该机完全凭借操作者的修剪技术和责任心来确保修剪的平整度及造型效果，不仅增添了工作难度，修剪质量也难以保证。据统计，一个有经验的员工，每小时只能修剪约50～60平方符合修剪质量要求的绿篱，而修剪一个半圆或圆球造型约需20～30分钟才能完成，费力且效率低；特别是城市道路两侧或高速公路上长达几十公里甚至上百公里的隔离绿化带，也大多是采用人工修剪的方式，每次养护都需要投入大量的人力物力，修剪工作量大，而且存在人身危险。鉴于上述情况，近年来，人们对修剪机的结构进行了许多改进，出现了车载式修剪机，很好地改善了工人的劳动强度。

公开文献也报道过一些修剪机，例如：

1.中国专利：手推式草坪修剪机(申请号：200820034691)，申请(专利权)人：许岩，它涉及人工手推运行的机动草坪修剪机领域。上把手、下把手和机壳连接在一起，车轮组件通过支撑板安装连接在机壳上；张紧轮传动组件和发动机组件分别安装在机壳上；工作头组件安装在机壳的前下底板上；有机玻璃护板安装在机壳前端。本手推式草坪修剪机修剪草坪效率高，一人手推操作即可。

2.中国专利：背负式可调高枝修剪机(申请号：02239477)，申请(专利权)人：全腊珍、李志红、高英武，一种用于修剪树枝的背负式可调高枝修剪机由动力、背架、软轴、伸缩杆、锯片等组成。工作时，动力通过软轴、锥齿轮带动锯片旋转而切割树枝。调整伸缩杆可切割6米以下φ150mm粗的树枝。

3.中国专利：组合式万能自动绿色修剪机(专利号：02158332)，申请(专利权)人：张茂华，一种组合式万能自动绿色修剪机。它主要包括电动脚踩两用三轮车，立柱、机体和手握式造型器。用动力镍氢电池为全机的动力。在三轮车一侧设导向轮、拉力弹簧，实现自动延路牙石前进。在三角架和前叉上设选角盘、定向孔和可接收遥控指令的微型电机，以确定或遥控选择前进方向。在立柱底部用液压使机体升降。电机通过传动带、蜗杆、蜗轮、主齿轮、选择齿轮、定向齿轮、内齿齿轮、螺旋管、滑板、三角杆、杠杆、直角叉、游块的协调配合完成刀片往返动作；通过管轴、游轴和传动索的相互配合完成动刀片旋转动作。造型器有两种刀片，一种圆盘式是修剪阔叶树用的，一种梳齿型长条刀片是修剪针叶树用的。在变角弯头和造型器总程内都采用索传动解决其可以任意弯曲。此机可修剪任意形状。实现无人操作。

4.中国专利：一种车载式机械手型修剪机(专利号：200620130380)，申请(专利权)人：郭正义，一种车载式机械手型修剪机，包括可固定于牵引车辆上的折叠式升降机械臂，在工作时，该机械臂的前臂展开呈水平状态，在前臂的前端固装有由一水平回转机构驱使的可在水平面上做回转运动的水平伸缩机构，该水平伸缩机构有一可在水平面上伸缩移动的水平移位臂，水平移位臂的前端设有修剪机械手。本机可在机动车辆牵引下，通过控制系统发出指令驱动各运动机构实现对高速公路中央及道路两侧的绿化隔离带及一些具有几何造型的绿化植物进行修剪及整形，作业安全，自动化程度高，操作简单，修剪效率高；绿篱的水平面、垂直面和绿篱表面的平整度以及植物的几何造型均由本机自动控制，所以修剪质量有保障。

上述公开文献报道的修剪方式仍然有一些存在的不足之处，如前两种不但需要操作者劳动强度大、体力劳动繁重，而且效率低，后两种设备结构复杂、成本高，而且对于修剪质量还是不太理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现道路绿化带修剪、景观苗木修剪、草坪修剪等功能，无须作业人员直接操纵修剪机构，具有劳动强度低、工作效率高的多功能组合式电动修剪机。

本发明的技术方案如下：

组合式电动修剪机的主要部件包括电力系统、控制系统、承载机构、行走机构、升降机构和修剪机构，电力系统和控制系统安装在承载机构内，修剪机构和升降机构通过横梁安装在承载机构侧面，行走机构安装在承载机构底部，承载机构上设有控制平台。

所述的电力系统电源采用蓄电池或者蓄电池加补充的太阳能电池，蓄电池可以采用48V、40A.H动力蓄电池和12V、20A.H动力蓄电池，太阳能电池置于承载机构顶部作为修剪机的辅助电力。

所述的控制系统是以单片机或微电脑为控制核心的系统，它包括CPU、电源管理芯片、光电隔离部件、存储器、驱动模块、位置传感器，其中电源管理芯片是保证控制系统和CPU有稳定的电源；光电隔离部件可以屏蔽干扰信号，防止强电干扰控制信号；位置传感器是将修剪机构所在位置的信号输入CPU；驱动模块是将CPU输出的控制信号控制修剪机构；CPU是指挥中心，可以采用类似ARM9系列微处理器或单片机。控制原理为：控制系统从键盘和控制台按钮捕获修剪类型及其相关参数，再根据参数生成相应的控制算法，然后CPU计算出各控制电机的脉冲数和脉冲发送频率，调用驱动例程，然后向各电机发送脉冲，在发送脉冲的过程中，实时判断脉冲发送是否结束，当系统计算出应发脉冲为零时，修剪作业停止。

所述的控制平台上有电压表、电流表、手自动转换开关、急停按钮、输入键盘、液晶显示屏、牵引模式转换开关、修剪模式转换开关、故障指示灯组、系统电源锁。上述控制开关与CPU相连，具体作用如下：电压表和电流表可以实时监测修剪机电力系统的状态；手自动开关可以实现修剪工作的全手动操作和自动修剪的简便切换；急停按钮可以防止系统发生故障时产生不必要的更大的损失；显示屏实时显示系统各部件的工作状态和工作参数，便于操作者全面掌握机器的运行状况；牵引模式转换开关包含行走模式、修剪模式，其中修剪模式预设有“绿化带平面修剪、绿化带斜面修剪、景观苗木球形修剪、景观苗木柱形修剪、草坪修剪、特殊模式”等模式，特殊模式可以根据用户的要求定制；故障指示灯组配合显示器更加明确地指示故障的范围、原因等；系统电源锁负责整个系统电力的开关。

所述的承载机构是三轮或者四轮电动小车，带有方向机，上面安装有座椅，车上还安装有修剪机构总成升降卷线器(或卷绕电机)、导轨和控制平台，通过滑轮和传递到升降机构。承载机构充分考虑了操作者的使用舒适性、安全性、工作稳定性等要求。修剪机构总成通过升降机安装在承载机构侧面，修剪机构围绕中心可以展开、折叠，使得机器使用更加方便、安全，存放空间得较好的优化。

所述的行走机构是安装在承载机构底部的轮子以及驱动机构，使用蓄电池的电能使得承载机构能够前进、转弯或后退。

所述的修剪机构包括电机、修剪机构总成，肩架角度调整部件、电信号转接部件、伸缩部件和修剪刀盘部件，肩架角度调整部件、主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件共同组成空间四自由度机械手臂，修剪机构的电机通过电信号转接部件接收系统发出的指令，肩架角度调整部件实现修剪角度调整，机械手臂的主、副旋转部件自动调整修剪轨迹，通过修剪刀盘部件实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业。修剪机构总成包括：肩架角度调整部件、电信号转接部件、主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件、刀架转位部件、刀盘直线运动部件、修剪刀盘等。肩架通过俯仰转轴与横梁连接，电信号转接部件安装在主支架旋转轴上，主旋转支架安装在主支架旋转轴底部，副旋转支架通过转轴与主旋转支架连接，伸缩机构安装在副旋转支架上。修剪刀盘使用高速钢材质，前刀刃为直边型，后刀刃为渐开线型，齿数为4-6齿的盘状刀具。

所述的升降机构包括电机、升降机、它采用双导轨、四轮定位、钢丝提升的方式，通过卷线机的收放实现修剪系统的上升和下降，在升降机构中设有自锁装置73，保证使用的安全。升降钢丝两端绕过换向滑轮后分别固定在卷线机和四轮定位升降机上，通过摇动升降机摇把实现修剪机构总成的升降；四轮定位升降机的四个定位滚轮放置在导轨的导向槽内，横梁上固定板和下固定板固定在升降机上，卷线机收放钢丝的过程既是修剪机构总成的升降过程，升降过程结束后，升降机的自锁装置将保持修剪机构高度不变；横梁可以绕俯仰转轴旋转，当横梁旋转至极限时，通过自锁装置将横梁锁紧，保证修剪机在非工作状态时的安全；修剪机构可以跟随升降机在不同的高度修剪，实现低至草坪，高至道路景观苗木、园林景观苗木等不同高度的修剪，升降的动力可以为手动，也可以为电动，这根据用户定制而有所不同，在升降机构中有自锁装置，保证使用的安全。当用户操作卷线机时，打开自锁，钢丝通过滑轮拉起升降机，升降机的定位滚轮在导轨的导向槽中滚动。

以上所述的横梁为可选折弯式或者不可折弯式，折弯式横梁可以实现斜面修剪；反之为平面修剪。

本发明所述的组合式电动修剪机在工作时由控制系统捕获修剪类型和参数并计算出相关的修剪数据，操作者通过承载机构，根据不同的修剪高度，实现低至草坪，高至道路景观苗木、园林景观苗木等的修剪作业。

本发明具有以下优点：

1.自动化程度高。采用蓄电池为动力源，解决了空气污染和噪音污染的问题；以微电脑自动控制修剪模式，由于本修剪机通过控制系统发出指令，驱动各运动机构一升降机构可实现升降机的上升和下降运动；修剪机构实现以直线或一定的角度的旋转运动轨迹的任意形状的修剪及整形作业，具有作业效率高、修剪质量好，作业安全，操作简单、省力方便，等特点。采用新颖的升降机构和修剪机构，可以实现道路绿化带修剪、景观苗木修剪、草坪修剪等功能；操作人员无须直接操作修剪机构，劳动强度大大降低；采用微电脑自动控制修剪模式，工作效率大大提高。

2.适应性广，便于推广使用。既能适合于街道绿化带修剪、景观苗木造型和草坪修剪，也可对高速公路中间隔离带、公路两侧的绿化带以及一些具有绿篱的水平面、垂直面、特殊几何造型的绿化植物进行修剪及整形，实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业，尤其是一些复杂的形状，其修剪得到的美感效果，是人工所远远不能代替的。

3.节约资源。由于采用蓄电池为主动力，太阳能电池补充，能源利用效率大大提高，而且很好地解决了空气污染和噪音污染的问题，保护了我们的环境卫生。

附图说明

图1为本发明组合式电动修剪机的结构示意图。

图2为控制系统示意图。

图3为控制台平面图。

图4为升降机构工作示意图。

图5为肩架调整机构示意图。

图6为主副旋转支架工作示意图。

图7为修剪刀盘示意图。

图8为半径调节机构示意图。

图9为刀架工作示意图。

具体实施方式

图1所示的修剪机的动力采用我国自行研制的车用48V、40AH动力电池2和12V、20AH车用动力电池3；四轮小车4为带有方向机5的电动车。太阳能电池1置于承载机构顶部作为修剪机的辅助电力。

图2所示的控制系统包括CPU 55、电源管理芯片56、光电隔离部件57、存储器58、驱动模块59、位置传感器49，其中CPU是ARM9系列微处理器。控制原理为：控制系统从键盘和控制台按钮捕获修剪类型及其相关参数，再根据参数生成相应的控制算法，然后计算出各控制电机的脉冲数和脉冲发送频率，调用驱动例程，然后向各电机发送脉冲，在发送脉冲的过程中，实时判断脉冲发送是否结束，当系统计算出应发脉冲为零时，修剪作业停止。

图3的控制台中，控制平台上有电压表60、电流表61、手自动转换开关62、急停按钮63、输入键盘64、液晶显示屏65、牵引模式转换开关66、修剪模式转换开关67、故障指示灯组68、系统电源锁69。电压表与系统电源并联，电流表与电源锁和电源串联，各控制按钮与CPU连接，CPU不断地采样控制按钮的状态，以判断采用何种控制方式，故障灯与CPU连接，根据指令显示系统状态。

承载机构是在四轮小车上安装有方向机5、座椅6、总成升降卷线器(或卷绕电机)7、导轨8、控制平台9、保护电缆用的拖链33；升降钢丝36两端绕过换向滑轮11后分别固定在卷线机7和四轮定位升降机12上，通过摇动升降机摇把实现修剪机构总成的升降；四轮定位升降机的四个定位滚轮37放置在导轨的导向槽38内，横梁上固定板39和下固定板40固定在升降机上，上固定板上设有横梁固定销孔35，销钉41穿过不同位置的销孔使横梁13定位于不同的位置，横梁可以围绕中心转轴34旋转，当修剪机处于非工作状态时，横梁旋转到后极限位置，通过横梁锁紧装置42固定横梁；对于组合折弯式横梁，其上安装有分度盘16通过销钉43穿过销孔44固定机械手臂，钢索18绕过滑轮14和滑轮15与卷线机(或卷绕电机)10和机械手臂的肩架17相连；肩架上安装有主旋转电机19，在主旋转轴46上安装有滑环20，动力电缆和信号电缆通过滑环与控制系统连接；主旋转支架22固定在主旋转轴上，副旋转支架23通过二级转轴47与主旋支架相连；主旋支架上有卷绕电机21，钢丝24通过万向滑轮48缠绕在转轴上；副旋转支架为梯形螺纹筒，梯形伸缩螺杆25旋进螺筒内，在螺杆外端部安装有同步带轮29，同步带30挂在带轮上，电机32通过同步带31与螺杆相连，位置传感器49安装在螺筒上，刀架26通过转轴50与螺杆连接，刀架上有直线导轨51，修剪电机28和刀片27通过滑块52安装在导轨上，滑块通过牵引带53与牵引电机54相连。

图4所示的升降机构的工作原理为：升降机12通过钢丝36绕过换向滑轮11后与卷线器7相连，升降机12由四个金属滚轮37定位与导轨8的导向槽38中，滚轮内装有轴承76，转动卷线器7的转轮，将钢丝36缠绕在卷轴77上，即可实现升降机12的上升，然后用自锁装置73锁紧卷轴77；打开自锁装置73，反向转动卷轴77，即可实现升降机12的下降。

图5所示为修剪机肩架17角度调节装置，钢丝18绕过滑轮14、15与卷线机10连接，卷线机10的使用原理同上，在横梁上安装有分度盘16，分度盘上有两排交叉均匀分布的销孔44，肩架围绕转轴旋转一定角度后，使用销钉43固定肩架，释放钢丝的张力。

图6所示为主旋转支架22和副旋转支架23的工作原理，主旋转电机19可以带动主支架正转或者反转，副支架通过钢丝24与卷绕电机21的卷轴连接，卷绕电机21正转或者反转的时候，副旋转支架23将按图示箭头的方向围绕转轴47旋转。

图7所示为修剪刀盘(27)，修剪刀盘的有4-6个刀齿，刀齿的前刀刃74为直边，后刀刃75渐开线型。

图8所示为半径调节机构的工作原理，伸缩螺杆25与副旋转支架23通过螺纹连接，螺杆端部安装同步带轮29，其中一根螺杆上还安装有同步带31，通过同步带31与步进电机32连接，电机转动时，两根螺杆的同步旋转通过同步带30来实现旋入或旋出。

本修剪机可以进行半径自动调节、升降调节时，位置传感器49将位置信号传回控制系统，并在液晶显示器65中实时显示出来。

图9所示为刀架26的工作原理，刀架可以围绕转轴50旋转，当刀架平面与主旋转支架所在平面平行时，主要进行球形修剪和直立面修剪，当刀架所在平面与主支架所在平面成锐角时，进行斜面的修剪，当刀架平面与主旋转支架所在平面垂直时，进行水平面的修剪。滑块52安装在电机座72上并套在导轨51上，修剪电机28和刀盘27均装在电机座72上，钢丝53同时与电机座72和电机54的转轴连接，当电机54转动时，拖动电机座72进行往复直线运动。

修剪时卷线机7收放钢丝36的过程既是修剪机构总成的升降过程，升降过程结束后，升降机的自锁装置73将保持修剪机构高度不变；横梁可以绕俯仰转轴45旋转，当横梁旋转至极限时，通过自锁装置73将横梁锁紧，保证修剪机在非工作状态时的安全；机械臂肩架17可以围绕转轴16旋转，肩架通过销钉43插入销孔44固定肩架；肩架以下的动力电缆和信号电缆通过滑环转接；主旋转支架22围绕转轴46旋转形成主旋转，副旋转支架23在电机21的拖动下围绕转轴47旋转，形成副旋转，主旋转和副旋转的合运动实现球形造型；螺杆25在电机32的拖动下实现修剪半径的的调节(伸缩运动)，升降机的升降运动与主旋转运动和伸缩运动的合运动实现圆锥造型；升降运动和主运动的合运动实现圆柱造型；刀架26通过轴承70和轴承座71与螺杆连接，并可以围绕转轴50转动，滑块52在电机54的拖动下可以在滑轨51上进行往复直线运动，当刀片与副支架垂直、主、副支架垂直，肩架与横梁在同一直线上时，主旋转运动和滑块的直线运动的合运动实现平面的修剪；当肩架与横梁成一定夹角时、刀片与副支架垂直、主、副支架垂直时，主旋转运动和滑块的直线运动的合运动实现斜面的修剪。

下面以球形修剪的实施例来说明修剪机的工作过程：

打开系统电源锁(69)，启动修剪机，将修剪机移动到即将修剪的苗木旁边，使主支架旋转轴(46)和球心的连线与地面垂直，通过修剪模式按钮67选择球形修剪模式，模式的选择在液晶显示器65上显示，由键盘64输入需要的修剪半径，按下键盘64上的回车键，系统自动选择修剪球形的函数进行计算，根据以上参数，系统向各运动机构发出指令，电机32自动调节修剪的半径，启动修剪电机28和主旋转电机19，使修剪机构作圆周运动，同时卷绕电机21启动，副旋转支架23围绕转轴47旋转，配合主旋转形成球面，作业时，升降机构自动进行高度调节，则得到景观苗木球的修剪形状，关闭系统电源锁69，修剪机关闭，一个修剪工作流程完成。

Claims (9)

1.一种组合式电动修剪机，其特征在于：它的主要部件包括电力系统、控制系统、承载机构、行走机构、升降机构和修剪机构，电力系统和控制系统安装在承载机构内，修剪机构和升降机构通过横梁安装在承载机构侧面，行走机构安装在承载机构底部，承载机构上设有控制平台。

2、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的电力系统电源采用蓄电池(2)或蓄电池加补充的太阳能电池，太阳能电池(1)置于承载机构顶部作为修剪机的辅助电力。

3、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的控制系统是以单片机或微电脑为控制核心的系统，它包括CPU(55)、电源管理芯片(56)、光电隔离部件(57)、存储器(58)、驱动模块(59)、位置传感器(49)，其中电源管理芯片是保证控制系统和CPU有稳定的电源；光电隔离部件(57)用于屏蔽干扰信号，位置传感器是将修剪机构所在位置的信号输入CPU，驱动模块是将CPU输出的控制信号控制修剪机构。

4、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的控制平台上有电压表(60)、电流表(61)、手自动转换开关(62)、急停按钮(63)、输入键盘(64)、液晶显示屏(65)、牵引模式转换开关(66)、修剪模式转换开关(67)、故障指示灯组(68)和系统电源锁(69)，电压表与系统电源并联，电流表与电源锁和电源串联，各控制按钮与CPU连接，CPU不断地采样控制按钮的状态，以判断采用何种控制方式，故障灯与CPU连接，根据指令显示系统状态。

5、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的承载机构是三轮、四轮小车(4)，或是带有方向机(5)的电动车，上面安装有方向盘(5)、座椅(6)，车上还安装总成升降卷线器或卷绕电机(7)、导轨(8)和控制平台(9)，通过滑轮和传递到升降机构。

6、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的行走机构是安装在承载机构底部的轮子以及驱动机构。

7、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的修剪机构包括电机、修剪机构总成，肩架角度调整部件、电信号转接部件、伸缩部件和修剪刀盘部件，修剪机构总成包括：肩架角度调整部件、电信号转接部件、主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件、刀架转位部件、刀盘直线运动部件、刀架和修剪刀盘，肩架通过俯仰转轴(45)与横梁(13)连接，电信号转接部件(20)安装在主支架旋转轴(46)上，主旋转支架(22)安装在主支架旋转轴底部，副旋转支架通过转轴(47)与主旋转支架连接，伸缩机构(25)安装在副旋转支架上，修剪刀盘(27)前刀刃(74)为直边型，后刀刃(75)为渐开线型，齿数为4-6齿的盘状刀具。

8、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的升降机构包括电机、升降机，它采用双导轨、四轮定位、钢丝提升的方式，通过卷线机(10)的收放实现修剪系统的上升和下降，在升降机构中设有自锁装置(73)。

9、根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于：所述的横梁(13)为可选折弯式或者不可折弯式，折弯式横梁为斜面修剪；不可折弯式为平面修剪。

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