CN106718168A - 仿生蛇绿篱修剪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生蛇绿篱修剪装置，包括可移动的车体、用于对绿篱进行修剪的仿生蛇修剪机构以及设置于所述车体用于带动生蛇修剪机构移动的机械臂；所述仿生蛇修剪机构包括多个并列设置并依次铰接形成链状结构蛇体；每个所述蛇体上均设有修剪刀具，相邻两所述蛇体之间设有用于驱动两蛇体相对转动的转动驱动电机，本装置能够实现对绿篱多种形状、多种工况的修剪，修剪范围大、修剪稳定性和可靠性较强、自动化程度更高、修剪的连续性更好以及修剪过程中的绕障性能良好将实现绿篱修剪的无人化工作。

Description

仿生蛇绿篱修剪装置

技术领域

本发明涉及修剪机械臂领域，具体为一种仿生蛇绿篱修剪装置。

背景技术

随着人们绿化环保意识的提高，绿篱已经在城市道路绿化和高速公路中随处可见，成为城市以及公路一个重要的组成部分。其主要用于美化环境、绿化城市、降低噪声、稳定路基的结构、净化空气、保持水土、防风固沙。另外它还可以隔开道路两旁的车辆、防止车辆在夜间相向而行时造成的眩光以造成车祸事故、减少两车靠近时所产生的恐惧感以提高出行的安全性。

目前国内主要是由小型皮卡搭载专业环卫工人利用手持式的绿篱修剪机对高速公路中央隔离带的绿篱进行修剪。这种修剪方式存在效率低下，修剪时间过长、噪声太大、工人劳动强度过大、能源利用率低下，排气污染环境、工人的安全不能保障、无法保证修剪稳定性与准确性；另外也有少数车载式绿篱修剪机发展了起来，但其技术还不成熟，处于刚起步阶段，仍存在结构简单、设备笨重、性能及可靠性低，功能单一、操作空间不大、修剪过程中的绕障能力较差、修剪不连续、自动化程度较低等问题。

因此，为解决以上问题，需要一种仿生蛇绿篱修剪装置，该装置能够实现对绿篱多种形状、多种工况的修剪，修剪范围大、修剪稳定性和可靠性较强、自动化程度更高、修剪的连续性更好以及修剪过程中的绕障性能良好将实现绿篱修剪的无人化工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够实现对绿篱多种形状、多种工况的修剪，修剪范围大、修剪稳定性和可靠性较强、自动化程度更高、修剪的连续性更好以及修剪过程中的绕障性能良好将实现绿篱修剪的无人化工作的仿生蛇绿篱修剪装置。

本发明公开的仿生蛇绿篱修剪装置，包括可移动的车体、用于对绿篱进行修剪的仿生蛇修剪机构以及设置于所述车体用于带动生蛇修剪机构移动的机械臂；所述仿生蛇修剪机构包括多个并列设置并依次铰接形成链状结构蛇体；每个所述蛇体上均设有修剪刀具，相邻两所述蛇体之间设有用于驱动两蛇体相对转动的转动驱动电机；

进一步，所述机械臂包括包括肩部、臂部、肘部和腕臂；所述肩部包括固定于所述车体的托架、通过第一铰轴铰接于托架的连杆、通过第二铰轴铰接于所述连杆的短杆、通过第三铰轴铰接于所述短杆的关节块、用于驱动所述连杆相对于托架转动的第一电机、用于驱动所述短杆相对于连杆转动的第二电机以及用于驱动所述关节块相对于短杆转动的第三电机；所述第一铰轴、第二铰轴和第三铰轴相互空间垂直设置；所述臂部固定于关节块，所述仿生蛇修剪机构最末节的蛇体铰接于腕部，所述肘部前端铰接于所述臂部和腕部之间；

进一步，所述肘部包括沿机械臂纵向可转动连接的前肘和后肘以及用于驱动所述前轴相对于后肘转动的肘部电机；所述腕部铰接于前肘，所述臂部铰接于后肘；

进一步，所述车体上设有与所述蛇体一一对应的刀具驱动电机，每个刀具驱动电机通过一万向软轴驱动所述修剪刀具转动；

进一步，每个所述蛇体与其两侧的蛇体之间的两铰轴垂直交错设置；

进一步，所述修剪刀具包括圆盘状的刀体和沿刀体周向分布的锯齿；

进一步，所述蛇体为矩形块结构，蛇体的端面上一体成型有相互平行的用于安装铰轴的两耳板；

本发明的仿生蛇绿篱修剪装置，还包括控制系统；所述控制系统包括：角度传感器，一一对应设置于所述机械臂和仿生蛇修剪机构中的电机转轴上；距离传感器，设置于车体侧边，用于测量车体与隔离带的距离；视觉传感器，设置于车体前后两端，用于测量修剪过程中的各障碍物位置并监测周围环境，控制器，用于接收所述角度传感器、距离传感器和视觉传感器的信号用于控制所述车体、机械臂和仿生蛇修剪机构的动作。

本发明的有益效果是：本发明的仿生蛇绿篱修剪装置，机械臂可根据修剪需要确定其自由度和臂展，保证修剪机构能够实现在空间内自由移动实现全方位修剪，同时可以针对各种不同形状的绿篱进行修剪，仿生修剪机构包括链状结构的蛇身，整个蛇身由多个蛇体铰接形成，能够根据实际环境自由扭曲，其具有良好的越障性，因此本发明可以对复杂环境下的绿篱带进行连续修剪，同时对于不同形状的绿篱带，蛇身可提前变形成与绿篱带相匹配的形状从而一次修剪成型，另外，车体上的双目视觉传感器将周围环境信息快速反馈给控制器实现对机械臂和修剪机构的实时控制，以保证工作的可靠性以及高效率节约能源，本装置适用于各种绿化带的环卫绿化工作，具有巨大的社会和经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的肩部的结构示意图；

图3为本发明的肩部的轴测图；

图4为本发明的机械臂的结构示意图；

图5为本发明的仿生蛇修剪机构的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例的仿生蛇绿篱修剪装置包括可移动的车体、用于对绿篱进行修剪的仿生蛇修剪机构以及设置于所述车体用于带动仿生蛇修剪机构移动的机械臂；所述仿生蛇修剪机构包括多个并列设置并依次铰接形成链状结构蛇体10；每个所述蛇体10上均设有修剪刀具8，相邻两所述蛇体10之间设有用于驱动两蛇体10相对转动的转动驱动电机9，本实施例的仿生蛇绿篱修剪装置，机械臂具有七个自由度，保证修剪机构10能够实现在空间内自由移动实现全方位修剪，同时可以针对各种不同形状的绿篱进行修剪，仿生修剪机构10包括链状结构的蛇身，整个蛇身由多个蛇体10铰接形成，相邻蛇体10之间通过一转动驱动电机9使其相对转动并将转动后的两蛇体10的相对位置锁定，使蛇体10能够根据实际需要修剪的绿篱形状发生扭曲，其具有良好的越障性，因此本发明可以对复杂环境下的绿篱带进行连续修剪，同时对于不同形状的绿篱带，蛇身可提前扭曲形成与绿篱带相匹配的形状从而一次修剪成型，本装置适用于各种绿化带的环卫绿化工作，具有巨大的社会和经济效益。

本实施例中，所述机械臂包括包括肩部3、臂部4、肘部和腕臂；所述肩部3包括固定于所述车体(包括承载底盘14和车身2)的托架22、通过第一铰轴铰接于托架22的连杆21、通过第二铰轴铰接于所述连杆21的短杆20、通过第三铰轴铰接于所述短杆20的关节块19、用于驱动所述连杆21相对于托架22转动的第一电机、用于驱动所述短杆20相对于连杆21转动的第二电机以及用于驱动所述关节块19相对于短杆20转动的第三电机；所述第一铰轴、第二铰轴和第三铰轴相互空间垂直设置，所述臂部4固定于关节块19，因此，整个肩部3相当于一个球面副，臂部4通过肩部3可以相对于车体在空间内自由转动，本实施例的机械臂共有七个自由度，肩部3处的三个相互空间垂直的铰轴具有3个自由度，由三个电机(第一电机、第二电机和第三电机)协同工作驱动肩关节完成动作，所述肘部与臂部4铰接的肘关节处设有一个电机17，并通过该电机直接驱动肘部相对于臂部4转动，肘部分为前肘6与后肘5，前肘6与后肘5之间沿机械臂纵向可转动连接，并设有一个电机16驱动前肘6和后肘5相对转动，腕部7的前端与蛇身的最后一个蛇体10铰接，腕部7的后端与前肘6铰接，并分别由电机15驱动腕部7相对于前肘6和蛇体10相对转动。

本实施例中，所述车体上设有与所述蛇体10一一对应的刀具驱动电机13，每个刀具驱动电机13通过一万向软轴11驱动所述修剪刀具8转动，万向软轴11能够适应机械臂的动作而发生弯曲，并且在发生弯曲后依然能够传递动力。

本实施例中，每个所述蛇体10与其两侧的蛇体10之间的两铰轴垂直交错设置，这种布置方式保证整个蛇身能够根据所需修剪的绿篱的形状在空间内弯曲形成与之匹配的形状。

本实施例中，所述修剪刀具8包括圆盘状的刀体和沿刀体周向分布的锯齿，刀体的大小以及相邻两刀体之间的间距可根据所需修剪的绿篱的种类确定。

本实施例中，所述蛇体10为矩形块结构，蛇体10的端面上一体成型有相互平行的用于安装铰轴的两耳板，耳板上设有销孔，相邻两蛇体10的耳板相互配合后插入销轴实现二者的铰接，修剪刀具8设置在蛇体10的侧面，另外，修剪刀具8的尺寸应保证蛇身发生弯曲后不会发生干涉，确保本修剪装置工作的可靠性。

本发明的仿生蛇绿篱修剪装置，还包括控制系统；所述控制系统包括：角度传感器，一一对应设置于所述机械臂和仿生蛇修剪机构中的电机转轴上；本实施例中的电机为伺服电机，通过角度传感器采集每个伺服电机的转角从而确定机械臂和修剪机构10的形态；距离传感器12设置于车体侧边，用于测量车体与隔离带的距离，通过距离传感器12保证本修剪装置在修剪过程中，始终与绿篱隔离带保持适当的间距，视觉传感器1设置于车体前后两端的立杆上，用于测量修剪过程中的各障碍物位置并监测周围环境，当视觉传感器1检测到障碍物时，控制车体停车或者绕过障碍物，避免发生安全事故；控制器用于接收所述角度传感器、距离传感器12和视觉传感器1的信号用于控制所述车体、机械臂和仿生蛇修剪机构的动作，控制器的信号输入端可通过无线通讯的方式接收各个传感器发出的信号，其输出端信号连接于机械臂和仿生蛇修剪机构以及车体驱动轮中的各个电机，进而控制机械臂、仿生蛇修剪和车轮动作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：包括可移动的车体、用于对绿篱进行修剪的仿生蛇修剪机构以及设置于所述车体用于带动仿生蛇修剪机构移动的机械臂；

所述仿生蛇修剪机构包括多个并列设置并依次铰接形成链状结构蛇体；每个所述蛇体上均设有修剪刀具，相邻两所述蛇体之间设有用于驱动两蛇体相对转动的转动驱动电机。

2.根据权利要求1所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：所述机械臂包括包括肩部、臂部、肘部和腕臂；所述肩部包括固定于所述车体的托架、通过第一铰轴铰接于托架的连杆、通过第二铰轴铰接于所述连杆的短杆、通过第三铰轴铰接于所述短杆的关节块、用于驱动所述连杆相对于托架转动的第一电机、用于驱动所述短杆相对于连杆转动的第二电机以及用于驱动所述关节块相对于短杆转动的第三电机；所述第一铰轴、第二铰轴和第三铰轴相互空间垂直设置；所述臂部固定于关节块，所述仿生蛇修剪机构最末节的蛇体铰接于腕部，所述肘部前端铰接于所述臂部和腕部之间。

3.根据权利要求2所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：所述肘部包括沿机械臂纵向可转动连接的前肘和后肘以及用于驱动所述前轴相对于后肘转动的肘部电机；所述腕部铰接于前肘，所述臂部铰接于后肘。

4.根据权利要求3所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：所述车体上设有与所述蛇体一一对应的刀具驱动电机，每个刀具驱动电机通过一万向软轴驱动所述修剪刀具转动。

5.根据权利要求4所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：每个所述蛇体与其两侧的蛇体之间的两铰轴垂直交错设置。

6.根据权利要求1所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：所述修剪刀具包括圆盘状的刀体和沿刀体周向分布的锯齿。

7.根据权利要求1所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：所述蛇体为矩形块结构，蛇体的端面上一体成型有相互平行的用于安装铰轴的两耳板。

8.根据权利要求1所述的仿生蛇绿篱修剪装置，其特征在于：还包括控制系统；所述控制系统包括：

角度传感器，一一对应设置于所述机械臂和仿生蛇修剪机构中的电机转轴上；

距离传感器，设置于车体侧边，用于测量车体与隔离带的距离；

视觉传感器，设置于车体前后两端，用于测量修剪过程中的各障碍物位置并监测周围环境；

控制器，用于接收所述角度传感器、距离传感器和视觉传感器的信号用于控制所述车体、机械臂和仿生蛇修剪机构的动作。