CN102668898B - 一种高空剪枝机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高空剪枝机械手，包括：高空剪枝机械部分、电气监控系统、动力装置。所述的高空剪枝机械部分包括可移动轮式车架、桅杆式升降台、旋转台、臂架式机械臂、末端旋转盘、剪枝锯。高空剪枝机械部分为剪枝工作提供了的高空操作平台，采用电动推杆和直流减速电机作为执行元件，实现桅杆式升降台的升降、臂架式机械臂的折叠、旋转台和末端旋转盘的角度变化以及圆盘锯的旋转和移动，以此操作平台高度升降、剪枝姿态调整和剪枝操作。电气监控系统实现机械手剪枝端的实时视频采集与显示、执行元件的驱动与控制。本发明结构新颖、机动性强，解决了现有的高空剪枝作业劳动强度大、效率低、安全性差等问题，可实现安全、高效、精确剪枝。

Description

一种高空剪枝机械手

技术领域

本发明涉及一种应用于园林管理的林业机械，尤其涉及用于高空作业的一种高空剪枝机械手，能够实现高空剪枝作业的实时剪枝作业视频监控和精准遥控操作。

背景技术

目前，园林及林场等部门的高空剪枝作业中，4米以下的作业可采用手持式的加长剪枝器，但由于其刚度不足，存在剪枝刀晃动，难以精确定位且劳动强度大等问题。而4米以上的高空剪枝通常采用高空作业车载人剪枝，存在效率低，升降台易倾翻的问题且易发生工作人员触电或从高空摔下等事故。而且，现有的高空剪枝作业形式单一，操作复杂，效率低且易受环境的限制无法对隐蔽处的病残枝进行有效的剪除清理。基于以上问题，现代剪枝作业迫切要求发明一种能够灵活地穿梭于林地之间，操作简便，高效率且修剪高度可达13米以上的林业高空精准剪枝机械。

经对现有技术文献检索发现，中国发明专利“高空剪枝锯”，申请号200910182963.7，该专利公开了一种剪枝机械：其装置由锯杆、锯片构成。锯杆由外杆和套装在外杆内的芯杆构成。芯杆与外杆为移动副，采用分节式机构，多杆连接。工作时，通过芯杆与外杆的相对移动实现剪枝高度的变化。锯片为链锯，其套装在与外杆相固接的锯架上，通过传动轴使链锯单向循环运动，实现锯树动作。该装置虽然可实现8--10米的空中剪枝，但是仍然存在明显的缺点：（1）锯杆的升降及移动必须由工作人员亲自操作，工作强度大、效率低。（2）链锯无法实现精确定位且工作过程中易出现晃动等问题。

发明内容

为解决现有高空剪枝作业劳动强度大、工作效率低、操作不便等技术问题，本发明提供一种能够实现实时剪枝作业视频监控和精准控制的高空剪枝机械手。

本项发明所采用的技术方案是：一种高空剪枝机械手，包括：高空剪枝机械部分、电气监控系统、动力装置。高空剪枝机械部分为剪枝工作提供了的高空操作平台，采用电动推杆和直流减速电机作为执行元件，实现桅杆式升降台的升降、臂架式机械臂的折叠、旋转台的角度变化以及圆盘锯的旋转和移动，以此操作平台高度升降、剪枝姿态调整和剪枝操作。电气监控系统实现机械手剪枝端的实时视频采集与显示、执行元件的驱动与控制。动力装置为电气监控系统和执行元件提供工作电源。

所述的高空剪枝机械部分包括可移动轮式车架、桅杆式升降台、旋转台、臂架式机械臂、末端旋转盘、剪枝锯。所述的桅杆式升降台焊接在可移动轮式车架的前部。所述的旋转台通过螺栓固定在末节桅杆的支撑板上；所述的臂架式机械臂通过转台与旋转台相铰接，所述的末端旋转盘通过螺栓固接在臂架式机械臂的末节上，剪枝锯通过螺栓固定在末端旋转盘的另一端面上。所述的末端旋转盘可实现剪枝锯转动角度的调整以顺应树枝生长角度。所述的动力装置固定在可移动轮式车架的后部。

所述的桅杆式升降台由五级矩形导向桅杆、链轮链条传动机构、导向滑块及电动推杆组成，电动推杆的直线运动驱动链轮链条传动机构，使每级矩形导向桅杆升高。

所述的臂架式机械臂包含三节节臂，采用顺时针R型折叠方式卷合；第一节臂的一端铰接在转台上，另一端通过第一连杆机构与第二节臂铰接，第二节臂的另一端通过第二连杆机构与第三节臂铰接。第一电动推杆用于驱动第一节臂相对于转台在垂直方向上转动，转动角度为0-90度。第二电动推杆通过驱动第一连杆机构使第一节臂与第二节臂之间相互折叠和展开，转动角度为0—180度。第三电动推杆的驱动与第二电动推杆相似。

所述的剪枝锯由导向装置、剪枝锯驱动电机、圆盘锯、杠杆机构组成。圆盘锯安装在杠杆机构上，其旋转由剪枝锯驱动电机通过剪枝锯驱动链条驱动。杠杆机构的另一端与第四电动推杆相连，工作时，第四电动推杆推动杠杆机构并带动高速旋转的圆盘锯缓慢移动，将进入导向装置与圆盘锯之间的树枝锯断。

所述的电气监控系统包括操作台、监控摄像头、无线接收机、控制器、显示器、电动推杆及直流减速电机。所述的操作台与显示器固定在与可移动轮式车架相固接的首节桅杆上，监控摄像头安装在剪枝锯的前端。无线接收机与显示器相连，实现视频信号的无线传输和摄像头监控画面的显示。操作台提供控制按钮和摇杆，与控制器联接，作为控制器的控制参数输入接口，控制器安装在操作台内部，为各驱动元件提供驱动控制。

所述的动力装置由发电机及蓄电池组成，为电气监控系统、驱动电机和电动推杆提供工作电源。

本发明所述该高空剪枝机械手的工作原理是：桅杆式升降机构相邻两导柱之间的顶部和底部分别安装有导向滑块，电动推杆头部和固定于矩形导向柱顶部的链轮链条机构铰接，电动推杆通过顶推链轮链条机构实现各级矩形导向桅杆的升降。旋转台固接在末节桅杆上，由驱动电机带动可实现360°的剪枝角度变化。臂架式机械臂与旋转台铰接，采用顺时针R型折叠方式卷合，工作过程中，电动推杆推动臂架式机械臂逆时针展开。桅杆式升降机构及机械臂的运动过程中，位于剪枝锯前端的摄像头可采集运动图像，通过无线接收机将实时画面传输到显示器，方便工作人员依照画面操纵机械手运动和末端旋转盘的角度，实现剪枝锯的精确定位和姿态调整。剪枝过程中，剪枝锯的导向装置可将树枝牢牢钳住。圆盘锯通过链条由电动机带动旋转，且圆盘锯与杠杆机构相连，电动推杆推动杠杆机构并带动圆盘锯缓慢移动锯断树枝，最终达到安全、高效、精确剪枝的目的。

所述高空剪枝的具体工作流程步骤如下：步骤1：检查各机构是否有连接松动及损坏，检查通过后启动机器，将机器移动到指定工作区域；步骤2：操控高空剪枝机械手，通过实时监控完成桅杆的升降、旋转台的转动、机械臂的伸展和末端旋转盘的转动，将剪枝锯定位到精确位置，完成驱动剪枝锯剪枝；步骤3：如果剪枝锯剪的工作已完成，执行步骤4；否则，移动机械进入下一工作区域，重复步骤2操作；步骤4：收缩机械臂及升降桅杆，关闭动力装置。

本发明林业高空剪枝机械的有益效果是：1) 结构新颖、机动灵活、便于存放与拆装；2) 实现剪枝高度和剪枝锯姿态精确可调，剪枝高度可达13—15米，剪枝作业半径大；3) 操作人员可位于工作台上随机运动并控制操作台，使得操作简便、安全高效；4) 安装有监控装置，可实现机械手工作和剪枝锯附近的树枝的实时监控，通过遥控装置控制机械手的位置和姿态以及剪枝锯工作状态，完成对剪枝过程的精准控制。

附图说明。

图1是本发明处于未工作状态下的整体图。

图2是本发明处于工作状态下的伸展图。

图3是机械臂的结构图。

图4是机械剪枝锯的结构图。

图中：1. 可移动轮式车架 2.站立台 3.发电机 4.蓄电池 5.操作台 6.桅杆式升降台 7.支撑板 8.旋转台 9. 臂架式机械臂10.剪枝锯 11.桅杆 12.转台 13.第一节臂  14.第二节臂  15.第三节臂  16.第一电动推杆 17.第二电动推杆 18.第三电动推杆19.第一连杆机构  20.第二连杆机构 21.导向装置 22.圆盘锯 23.第四电动推杆 24.杠杆机构 25.外壳 26．剪枝锯驱动电机 27.剪枝锯驱动链条 28.监控摄像头29.显示器 30.无线接收机 31.末端旋转盘。

具体实施方式。

 图1为高空剪枝机械的整体外观图，它由可移动轮式车架（1）、发电机（3）、蓄电池（4）、操作台（5）、桅杆式升降台（6）、旋转台（8）、臂架式机械臂（9）、剪枝锯（10）组成。非工作状态下桅杆（11）与臂架式机械臂（9）处于折叠状态，此状态下机身高度为2.2米，可移动轮式车架（1）长度为2.8米，宽度为1米。桅杆（11）与臂架式机械臂（9）拟采用铝合金材料，整个机械体积小、重量轻、机动灵活、便于存放。由于整机的底座部分重量较重，而臂架式机械臂的重量相对较轻，因此该机不容易发生倾倒现象。 

图2为本高空剪枝机械处于工作状态下的伸展图。桅杆式升降台（6）含有五根桅杆（11），每根桅杆（11）的长度拟为1.8—2米。臂架式机械臂（9）与旋转台（8）连接，通过支撑板（7）固定在桅杆（11）上。臂架式机械臂（9）由三节节臂组成，采用R型折叠方式顺时针卷合，由电动推杆驱动其实现逆时针伸展。在桅杆（11）与臂架式机械臂（9）完全处于伸展状态时，剪枝机械的工作高度可达13--15米。

在图3中，臂架式机械臂（9）由三条节臂构成，采用R型折叠方式顺时针卷合。第一节臂（13）的一端铰接在转台（12）上，另一端通过第一连杆机构（19）与第二节臂（14）铰接，第二节臂（14）的另一端通过第二连杆机构（20）与第三节臂（15）铰接。第一电动推杆（16）用于驱动第一节臂（13）相对于转台（12）在垂直方向上转动，转动角度为0—90度。第二电动推杆（17）通过驱动第一连杆机构（19）使第一节臂（13）与第二节臂（14）之间相互折叠和展开，转动角度为0—180度。第三电动推杆（18）的驱动原理与第二电动推杆（17）相似。当臂架式机械臂横向展开时，其作业半径较大，可达3米以上。

图4为机械剪枝锯的结构图。其末端装有监控摄像头（28），可采集机械运动时的树枝和剪枝锯的图像,并通过无线接收机（30）将实时画面传输到显示器（29，工作人员可依据图像调整剪枝锯的高度和姿态。导向装置（21）的作用在于牢牢钳住将被切断的树枝。圆盘锯（22）安装在杠杆机构（24）上，其旋转由剪枝锯驱动电机（26）通过剪枝锯驱动链条（27）驱动。杠杆机构（24）的另一端与第四电动推杆（23）相连，工作时，第四电动推杆（23）推动杠杆机构（24）并带动高速旋转的圆盘锯（22）缓慢移动，将进入导向装置（21）与圆盘锯（22）之间的树枝锯断，最终达到锯断树枝的目的。由于采用圆盘锯切断树枝，因而可以实现较大直径的树枝的修剪。

Claims (2)

1.一种高空剪枝机械手，其特征是它包括：高空剪枝机械部分、电气监控系统、动力装置；高空剪枝机械部分为剪枝工作提供了的高空操作平台，采用电动推杆和直流减速电机作为执行元件，实现桅杆式升降台的升降、臂架式机械臂的折叠、旋转台的角度变化以及圆盘锯的旋转和移动，以此完成操作平台高度升降、剪枝姿态调整和剪枝操作；电气监控系统实现机械手剪枝端的实时视频采集与显示、执行元件的驱动与控制；动力装置为电气监控系统和执行元件提供工作电源；

所述的高空剪枝机械部分包括可移动轮式车架、桅杆式升降台、旋转台、臂架式机械臂、末端旋转盘、剪枝锯；其中，所述的桅杆式升降台焊接在可移动轮式车架的前部；所述的旋转台通过螺栓固定在末节桅杆的支撑板上；所述的臂架式机械臂通过转台与旋转台相铰接，所述的末端旋转盘通过螺栓固接在臂架式机械臂的末节上，剪枝锯通过螺栓固定在末端旋转盘的另一端面上；所述的末端旋转盘可实现剪枝锯转动角度的调整以顺应树枝生长角度；所述的动力装置固定在可移动轮式车架的后部；

所述的桅杆式升降台由五级矩形导向桅杆、链轮链条传动机构、导向滑块及电动推杆组成；其中，电动推杆的直线运动驱动链轮链条传动机构，使每级矩形导向桅杆升高；

所述的臂架式机械臂包含三节节臂，采用顺时针R型折叠方式卷合；其中，第一节臂的一端铰接在转台上，另一端通过第一连杆机构与第二节臂铰接，第二节臂的另一端通过第二连杆机构与第三节臂铰接；第一电动推杆用于驱动第一节臂相对于转台在垂直方向上转动，转动角度为0-90度；第二电动推杆通过第一连杆机构驱动第一节臂与第二节臂之间相互折叠和展开，转动角度为0—180度；第三电动推杆通过驱动第二连杆机构使第二节臂与第三节臂之间相互折叠和展开；

所述的剪枝锯由导向装置、剪枝锯驱动电机、圆盘锯、杠杆机构组成；其中，圆盘锯安装在杠杆机构上，其旋转由剪枝锯驱动电机通过剪枝锯驱动链条驱动；杠杆机构的另一端与第四电动推杆相连，工作时，第四电动推杆推动杠杆机构并带动高速旋转的圆盘锯缓慢移动，将进入导向装置与圆盘锯之间的树枝锯断；

所述的电气监控系统包括操作台、监控摄像头、无线接收机、控制器、显示器、电动推杆及直流减速电机；其中，所述的操作台与显示器固定在与可移动轮式车架相固接的首节桅杆上，监控摄像头安装在剪枝锯的前端；无线接收机与显示器相连，实现视频信号的无线传输和摄像头监控画面的显示；操作台提供控制按钮和摇杆，与控制器联接，作为控制器的控制参数输入接口，控制器安装在操作台内部，为各驱动元件提供驱动控制；

所述的动力装置由发电机及蓄电池组成，为电气监控系统、驱动电机和电动推杆提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种高空剪枝机械手，其特征是高空剪枝的具体工作流程步骤如下：

步骤1：检查各机构是否有连接松动及损坏，检查通过后启动机器，将机器移动到指定工作区域；

步骤2：操控高空剪枝机械手，通过实时监控完成桅杆的升降、旋转台的转动、机械臂的伸展和末端旋转盘的转动，将剪枝锯定位到精确位置，完成驱动剪枝锯剪枝；

步骤3：如果剪枝锯剪的工作已完成，执行步骤4；否则，移动机械进入下一工作区域，重复步骤2操作；

步骤4：收缩机械臂及升降桅杆，关闭动力装置。

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