CN103222394B - 一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手 - Google Patents

Abstract

一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手，包括固定安装在承载车上的旋转底盘，固定安装在旋转底盘上端面的底座，与底座铰接的大臂，与大臂铰接的后臂，与后臂末端连接的过载防护机构，与过载防护机构连接的前臂，铰接在前臂末端的小臂连接架，安装在小臂连接架上的转轴，固定在转轴末端的小臂，铰接在小臂末端的修剪刀头连接架，以及固定于修剪刀头连接架下方的修剪刀头，还包括用于驱动大臂前后摆动的大臂推杆，用于驱动后臂上下俯仰的后臂推杆，用于驱动小臂上下翻转的小臂推杆，以及用于驱动转轴旋转的旋转动力马达。本发明具有修剪载荷的过载保护功能，根据不同的修剪类型更换不同的刀具，能够实现任意形状的景观树木的修剪与造型。

Description

一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手

技术领域

本发明涉及一种用于道路绿篱、园艺景观树木等修剪造型的机器，具体是一种能够自动对绿篱、园艺景观树木进行平面、波浪面、圆锥状、圆柱状、圆球状等任意形状进行修剪造型的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手。 

背景技术

绿化修剪是一项繁重的工作，特别是手持式修剪，绿化工人手持或背负绿篱修剪机进行修剪作业，体力消耗大，工作效率低，比如修剪一棵直径1.2米的圆球，需要2～3个修剪工人一起花费5～10分钟来进行，而修剪较高的圆柱、圆锥形等的树木，还需要搭建台架等，更加费时费力，此外机器的噪声及震动对修剪工人的身体健康造成较大危害。自动化修剪机的出现，有效的解决了上述问题。 

目前公开的能够实现自动造型修剪的自动化修剪机不多，中国专利201010262342.2提供了一种六自由度绿篱苗木修剪机械手,包括主回转机构、修剪刀总成,该机械手还设有固定于牵引车辆上的由底座、旋转部件、升降部件、伸缩部件组成的支撑机构,在支撑机构的前端固装有能做回转运动的主回转机构,其输出轴端与水平机械臂固定连接,水平机械臂的前端与竖直机械臂连接,竖直机械臂的前端设有腕关节,腕关节的输出端固装有修剪刀总成,控制系统采用ARM系列处理器为核心的控制模块,自动控制水平机械臂、竖直机械臂、腕关节及主回转机构联合运作,使修剪刀在空间走出各种轨迹,实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面、波浪面等多种造型的修剪作业。该技术采用的圆柱坐标的机械手方案，存在的缺点是结构不紧凑，作业覆盖范围小，并且由于造型修剪和平面修剪均采用同一种刀具，在进行造型修剪时，修剪效率较低。 

中国专利201210359881.7提供了一种五自由度绿篱苗木修剪机，包括安装在承载车前方的修剪机械手姿位调整台，安装在修剪机械手姿位调整台上的且能360°回转的旋转底座，升降机构固定安装在所述旋转底座上，固定于所述升降机构的升降架且能随升降架上升或下降的伸缩机构，固定于伸缩机构前端并能驱动修剪刀头进行360°旋转的修剪刀头旋转装置，安装于修剪刀头旋转装置上的竖直起降机构，固定于竖直起降机构下端且随竖直起降机构抬高或降低的修剪刀头倾斜度调整关节，安装在修剪刀头倾斜度调整关节输出轴端的修剪刀头。该修剪机能够实现道路绿化带、园林景观树木的多种造型模式修剪，修剪过程自动完成，自动化程度高，机械结构简洁，能够降低绿篱苗木修剪的劳动强度、提高工作效率。 

此外，由于修剪过程中，一些不可预定的因素会导致修剪机承受比正常修剪作业更大的载荷，比如，修剪刀具磨损，切割到比设计的最大允许树枝直径更大的树枝，修剪行进速度 过快等，均导致切割阻力急剧增加。过大的切割阻力将会致使修剪机的零件寿命缩短甚至发生断裂、破损等灾难性后果。 

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种能够自动对绿篱、园艺景观树木进行平面、波浪面、圆锥状、圆柱状、圆球状等任意形状进行修剪造型的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手。并且结构简单，作业覆盖范围广，能够防止修剪过程中遇到的不可预定的过大的作用力损坏修剪机的关键零部件，保障了机器及机器周围人员的安全。 

本发明采用以下技术方案达到上述目：一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手，包括旋转底盘、底座，大臂、后臂、前臂、小臂连接架、小臂、大臂推杆、后臂推杆和小臂推杆，还包括过载防护机构和修剪刀头，具体连接方式为： 

所述旋转底盘固定安装在承载车上，旋转底盘上安装有旋转底盘动力马达，底座固定安装在旋转底盘的上端面，大臂的底端与底座铰接，大臂的上端与后臂的后端铰接，大臂推杆的下端与底座铰接，大臂推杆的上端与大臂铰接，后臂推杆的下端与大臂铰接，后臂推杆的上端与后臂铰接，后臂的前端与过载防护机构连接，过载防护机构与前臂的后端连接，前臂的前端与小臂连接架的中部铰接，小臂推杆的后端与前臂铰接，小臂推杆的前端与小臂连接架的上端铰接，小臂连接架上固定有旋转动力马达，小臂连接架的下端设有转轴，转轴与小臂连接架旋转连接，转轴与旋转动力马达输出轴连接，转轴的下端与小臂的后端固定连接，小臂的前端与修剪刀头连接架铰接，修剪刀头连接架的下方与修剪刀头固定连接。 

所述过载防护机构包括过载防护机构连接座、第一级弹簧、第一级预紧螺栓、第一级连接头、第一级连接头销钉、第一级前臂销钉、前臂，还包括第二级弹簧、第二级预紧螺栓、第二级连接头、第二级连接头销钉、第二级后臂销钉和后臂，前臂通过第一销钉与过载防护机构连接座铰接，后臂通过第二销钉与过载防护机构连接座铰接，第一级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座一侧的螺栓孔，第二级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座另一侧的螺栓孔，第一级连接头一端的螺纹孔与第一级预紧螺栓连接，第一级连接头另一端设有第一级连接头销钉，第一级弹簧一端与第一级连接头销钉连接，第一级弹簧的另一端与第一级前臂销钉连接，第一级前臂销钉固定在前臂的侧方。第二级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座一侧的螺栓孔，第二级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座另一侧的螺栓孔，第二级连接头一端的螺纹孔与第二级预紧螺栓连接，第二级连接头另一端设有第二级连接头销钉，第二级弹簧一端与第二级连接头销钉连接，第二级弹簧的另一端与第二级后销钉连接，第二级后臂销钉固定在后臂的侧方。 

所述修剪刀头根据平面修剪作业和造型修剪作业，采用两种不同的修剪刀具，当进行平面修剪时，采用中国专利201210359877.0所公开的一种具有排枝功能的绿篱修剪刀具，当进行造型修剪时，采用中国专利201320012517.3所提供的一种可自动调节形态的绿篱整体造型刀具。 

本发明具有以下显著优点： 

1、采用关节型的六自由度机械手方案，具有结构紧凑，修剪作业覆盖范围大的优点， 此外，六个自由度的机械手能够控制修剪刀头在空间进行任意轨迹的运动，可以将绿篱树木修剪成圆柱状、圆锥状、圆球状、平面、波浪面等任意形状。 

2、采用弹簧、预紧螺栓等构成的过载防护机构，能够防止修剪过程中遇到的不可预定的过大作用载荷对机器造成的损害，保障了机器的安全。此外采用两级的防护结构，使修剪机具有双向的过载防护功能。 

3、根据平面修剪或是造型修剪，选用两种不同刀具的方案，提高了工作的效率。 

附图说明

图1为本发明所述的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手的结构示意图。 

图2为本发明所述的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手的平面前视图。 

图3为图1中A部件的示意图。 

图4为图1中A部件的剖视图。 

图5为本发明进行造型修剪时使用一种能够自动调节形态的绿篱整体造型刀具示意图。 

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 

参照附图1和图2，一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手，包括旋转底盘1、底座3，大臂4、后臂7、前臂8、小臂连接架22、小臂转轴23、小臂24、大臂推杆5、后臂推杆6和小臂推杆21，修剪刀头调整推杆25，还包括过载防护机构和修剪刀头26，具体连接方式为： 

所述旋转底盘1固定安装在承载车上，旋转底盘1上安装有旋转底盘动力马达2，底座3固定安装在旋转底盘1的上端面，大臂4的底端与底座3铰接，大臂4的上端与后臂7的后端铰接，大臂推杆6的下端与底座3铰接，大臂推杆6的上端与大臂4铰接，后臂推杆6的下端与大臂4铰接，后臂推杆6的上端与后7臂铰接，后臂7的前端与过载防护机构连接，过载防护机构与前臂15的后端连接，前臂15的前端与小臂连接架22的中部铰接，小臂推杆21的后端与前臂15铰接，小臂推杆21的前端与小臂连接架22的上端铰接，小臂连接架22上固定有旋转动力马达20，小臂连接架22的下端设有小臂转轴23，小臂转轴23与小臂连接架22旋转连接，小臂转轴23与旋转动力马达20输出轴连接，小臂转轴23的下端与小臂24的后端固定连接，小臂24的前端与修剪刀头连接架26铰接，修剪刀头连接架26的下方与修剪刀头27固定连接。 

参照图3和图4，所述过载防护机构包括过载防护机构连接座9、第一级弹簧13、第一级预紧螺栓11、第一级连接头12、第一级连接头销钉28、第一级前臂销钉14、前臂15，还包括第二级弹簧16、第二级预紧螺栓18、第二级连接头17、第二级连接头销钉29、第二级后臂销钉8和后臂7，前臂15通过第一销钉19与过载防护机构连接座9铰接，后臂7通过第二销钉10与过载防护机构连接座9铰接，第一级预紧螺栓穿11插过过载防护机构连接座9一侧的螺栓孔，第二级预紧螺栓18穿插过过载防护机构连接座9另一侧的螺栓孔，第一级连接头12一端的螺纹孔与第一级预紧螺栓11连接，第一级连接头12另一端设有第一级连接头销钉28，第一级弹簧13一端与第一级连接头销钉28连接，第一级弹簧13的另一端与 第一级前臂销钉14连接，第一级前臂销钉14固定在前臂15的侧方。第二级预紧螺栓18穿插过过载防护机构连接座9一侧的螺栓孔，第二级预紧螺栓18穿插过过载防护机构连接座9另一侧的螺栓孔，第二级连接头17一端的螺纹孔与第二级预紧螺栓18连接，第二级连接头17另一端设有第二级连接头销钉29，第二级弹簧16一端与第二级连接头销钉29连接，第二级弹簧16的另一端与第二级后销钉8连接，第二级后臂销钉8固定在后臂7的侧方。 

所述修剪刀头根据平面修剪作业和造型修剪作业，采用两种不同的修剪刀具，当进行平面修剪时，包括两种刀具，采用来自中国专利201210359877.0所公开的一种具有排枝功能的绿篱修剪刀具，当进行造型修剪时，采用中国专利201320012517.3所提供的一种可自动调节形态的绿篱整体造型刀具。 

进行修剪作业时，本发明所述的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手控制修剪刀头在空间进行任意轨迹的行走，实现圆柱形、圆锥形、圆球形等几何形状的造型修剪。 

当进行平面、波浪面的修剪时，需要配合承载车的前行，为避免承载车逆向行驶，沿着承载车行进方向看去，若为路边绿化带修剪，本发明所述的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手通过旋转底座转至承载车右侧，控制修剪刀头的倾斜度，配合承载车的前行即可进行面修剪，当一些因素导致修剪作用力过大时，并且大过第二级弹簧产生的预紧力矩时，前臂及过载防护机构连接座可绕第二销钉偏转一定角度；若为道路中央隔离带修剪时，本发明所述的可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手通过旋转底座转至承载车右侧，当一些因素导致修剪作用力过大时，并且大过第一级弹簧产生的预紧力矩时，前臂可绕第一销钉偏转一定角度。 

Claims (1)

1.一种可快速重构的多功能绿篱苗木修剪机械手，包括具有排枝功能的绿篱修剪刀具或者可自动调节形态的绿篱整体造型刀具并通过修剪刀头连接架与修剪机械手连接，其特征在于：还包括旋转底盘、底座，大臂、后臂、前臂、小臂连接架、小臂、大臂推杆、后臂推杆、小臂推杆以及过载防护机构，具体连接方式为：

所述旋转底盘固定安装在承载车上，旋转底盘上安装有旋转底盘动力马达，底座固定安装在旋转底盘的上端面，大臂的底端与底座铰接，大臂的上端与后臂的后端铰接，大臂推杆的下端与底座铰接，大臂推杆的上端与大臂铰接，后臂推杆的下端与大臂铰接，后臂推杆的上端与后臂铰接，后臂的前端与过载防护机构连接，过载防护机构与前臂的后端连接，前臂的前端与小臂连接架的中部铰接，小臂推杆的后端与前臂铰接，小臂推杆的前端与小臂连接架的上端铰接，小臂连接架上固定有旋转动力马达，小臂连接架的下端设有转轴，转轴与小臂连接架旋转连接，转轴与旋转动力马达输出轴连接，转轴的下端与小臂的后端固定连接，小臂的前端与修剪刀头连接架铰接，修剪刀头连接架的下方与修剪刀头固定连接，

所述过载防护机构包括过载防护机构连接座、第一级弹簧、第一级预紧螺栓、第一级连接头、第一级连接头销钉、第一级前臂销钉、前臂，还包括第二级弹簧、第二级预紧螺栓、第二级连接头、第二级连接头销钉、第二级后臂销钉和后臂，前臂通过第一销钉与过载防护机构连接座铰接，后臂通过第二销钉与过载防护机构连接座铰接，第一级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座一侧的螺栓孔，第一级连接头一端的螺纹孔与第一级预紧螺栓连接，第一级连接头另一端设有第一级连接头销钉，第一级弹簧一端与第一级连接头销钉连接，第一级弹簧的另一端与第一级前臂销钉连接，第一级前臂销钉固定在前臂的侧方，第二级预紧螺栓穿插过过载防护机构连接座另一侧的螺栓孔，第二级连接头一端的螺纹孔与第二级预紧螺栓连接，第二级连接头另一端设有第二级连接头销钉，第二级弹簧一端与第二级连接头销钉连接，第二级弹簧的另一端与第二级后臂销钉连接，第二级后臂销钉固定在后臂的侧方。

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