CN106888825A - 一种爬树打枝机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬树打枝机器人，包括：爬树机构、打枝机构，其中所述爬树机构，包括爬树液压装置，其上、下两端分别设置一组伸缩杆与固定杆；保持其中一组的伸缩杆与固定杆抱紧树干、另一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动，从而实现整体机构的上下运动；所述打枝机构，包括外齿圈、内圈、链锯机构、液压机构，链锯机构通过液压机构固定设置于外齿圈；通过电机驱动外齿圈两侧小齿轮，从而带动外齿圈绕着内圈转动，与此同时启动外齿圈上的链锯机构使其绕着树干打枝，通过液压机构调节链锯机构与树干之间的距离。本发明爬树打枝机器人节省了人力资源且工作效率高，对工作环境适应能力强。

Description

一种爬树打枝机器人

技术领域

本发明涉及林业树木打枝技术领域，特别是一种爬树打枝机器人。

背景技术

目前，国内外树木打枝修剪机械有手持背负式、车载式和自动式等多种形式。

手持背负式打枝机是现在主流使用工具，分为无动力和有动力两种。为有动力打枝机配套的动力有气动、液压传动、电动、小型汽油机和小型柴油机等。根据工作装置又分为剪刀式、液压剪式、圆锯片式、往复锯条式和导板链锯机构式。传动轴一般是套在铝合金薄壁硬管中，但也有伸缩杆式和软轴式的，如：专利CN201521072959.2号公开的《手持式工作器具》中通过延长杆可以帮助园林操作工人对较高的植被顶端进行充分有效的修剪和整修，减少操作工人劳动强度。

车载式打枝机是在较大型拖拉机上侧置液压折叠臂，臂端配有可以往复运动的液压剪，用于修剪大面积树冠、灌木丛或地面杂草，有的还通过车载自动升降台，将人送往不同高度位置进行人工打枝修剪。

以上两种打枝机虽然可以对树枝进行有效的剪除，但由于受到地形约束，并且浪费了大量人力物力资源，因此很难大规模使用推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够节省人力物力资源的爬树打枝机器人，并且工作效率高，对工作环境适应能力强。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种爬树打枝机器人，包括：爬树机构、打枝机构，其中：

所述爬树机构，包括爬树液压装置，该爬树液压装置的上、下两端分别设置一组伸缩杆与固定杆；保持其中一组的伸缩杆与固定杆抱紧树干、另一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动；同理将原来松开树干的一组伸缩杆与固定杆抱紧树干，原来抱紧树干的一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动，从而实现整体机构的上下运动；

所述打枝机构，包括外齿圈、内圈、链锯机构、液压机构，链锯机构通过液压机构固定设置于外齿圈；通过电机驱动外齿圈两侧小齿轮，从而带动外齿圈绕着内圈转动，与此同时启动外齿圈上的链锯机构使其绕着树干打枝，通过液压机构调节链锯机构与树干之间的距离。

作为一种具体示例，所述爬树机构具体如下：

上端的一组伸缩杆与固定杆，包括：上内伸缩杆、第一小齿轮、第一电机、上固定杆、连接第一电机与上固定杆的第一连接件、第二电机、连接第二电机与上内伸缩杆的第二连接件、第二小齿轮、上外伸缩杆；

下端的一组伸缩杆与固定杆，包括：下内伸缩杆、第三小齿轮、第三电机、下固定杆、连接第三电机与下固定杆的第三连接件、第四电机、连接第四电机与下内伸缩杆的第四连接件、第四小齿轮、下外伸缩杆；

爬树液压装置包括第一液压缸和第一液压杆；所述上固定杆固定设置于第一液压杆的顶部，下固定杆固定设置于第一液压缸的底部，且上固定杆与下固定杆分布于液压装置柱体相对的两侧。

作为一种具体示例，所述打枝机构通过第八连接件固定于爬树机构的液压装置上，该打枝机构包括外齿圈、第二液压缸、第二液压杆、链锯机构、连接链锯机构与第二液压杆的第五连接件、第五小齿轮、第五电机、第六电机、上内圈、下内圈、连接第五电机与下内圈的第六连接件、连接第六电机与下内圈的第七连接件、第六小齿轮；

第二液压缸固定于外齿圈上，第二液压杆与第二液压缸配套；第五电机、第六电机设置于外齿圈相对的两侧，该两个电机同时转动，通过第五小齿轮、第六小齿轮，带动外齿圈绕着上内圈与下内圈联合体做圆周运动，同时启动链锯机构实现打枝功能；通过第二液压杆在第二液压缸上伸缩调整链锯机构与树干的距离。

作为一种具体示例，所述上端的一组伸缩杆与固定杆中，上固定杆、上外伸缩杆均为L型结构，上外伸缩杆通过上内伸缩杆平行设置于上固定杆外侧，且上外伸缩杆、上固定杆相向的表面设置三棱锥结构；所述第一电机通过第一小齿轮驱动上内伸缩杆沿着平行于上固定杆自由端的方向移动，第二电机通过第二小齿轮驱动上外伸缩杆沿着垂直于上固定杆自由端的方向移动，从而实现抱紧与松开树干；

所述下端的一组伸缩杆与固定杆与上端的一组伸缩杆与固定杆结构相同，且关于中心对称。

作为一种具体示例，所述外齿圈、上内圈与下内圈均设有缺口，使树干置于圆心位置；所述外齿圈绕着上内圈与下内圈联合体做顺时针或者逆时针圆周运动，链锯机构能够绕着树干旋转一周。

作为一种具体示例，所述爬树机构的一个移动周期如下：

首先，由固定在第一连接件上的第一电机通过第一小齿轮驱动上内伸缩杆，以及固定在第二连接件上的第二电机通过第二小齿轮驱动上外伸缩杆，使上外伸缩杆远离树干，同时第一液压杆通过在第一液压缸上伸缩，实现向上爬动；

其次，由第一连接件上的第一电机通过第一小齿轮驱动上内伸缩杆，以及固定在第二连接件上的第二电机通过第二小齿轮驱动上外伸缩杆，使上外伸缩杆靠近树干，并通过上外伸缩杆和上固定杆表面的三棱锥结构抱紧树干；

然后，由第三连接件上的第三电机通过第三小齿轮驱动下内伸缩杆，以及固定在第四连接件上的第四电机通过第四小齿轮驱动下外伸缩杆，使下外伸缩杆远离树干，同时第一液压缸通过在第一液压杆上伸缩，实现向上爬动；

最后，由第三连接件上的第三电机通过第三小齿轮驱动下内伸缩杆，以及固定在第四连接件上的第四电机通过第四小齿轮驱动下外伸缩杆，使下外伸缩杆靠近树干，并通过下外伸缩杆和下固定杆表面的三棱锥结构抱紧树干。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用可伸缩式攀爬杆，可在一定不同粗细的树木之间工作；(2)运用范围极其广泛，适合大型机械不便使用，而且人工成本高效率低的情况，尤其是很多特殊作业环境；(3)运用环绕式打枝机构，可快速实现竖向范围内快速打枝，打枝迅速，工作效率高；(4)结构简单，操作方便，成本低廉，安全可靠，使用、运输非常方便。

附图说明

图1为本发明爬树打枝机器人的整体结构图。

图2为本发明爬树打枝机器人的爬树机构示意图。

图3为本发明爬树打枝机器人的打枝机构示意图。

图4为本发明爬树打枝机器人的爬树机构与打枝机构连接件示意图。

具体实施方式

本发明的爬树打枝机器人主要分为爬树机构与打枝机构两个部分，整体结构如图1，包括：爬树机构、打枝机构，其中：

所述爬树机构，包括爬树液压装置，该爬树液压装置的上、下两端分别设置一组伸缩杆与固定杆；保持其中一组的伸缩杆与固定杆抱紧树干、另一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动；同理将原来松开树干的一组伸缩杆与固定杆抱紧树干，原来抱紧树干的一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动，从而实现整体机构的上下运动；

所述打枝机构，包括外齿圈、内圈、链锯机构、液压机构，链锯机构通过液压机构固定设置于外齿圈；通过电机驱动外齿圈两侧小齿轮，从而带动外齿圈绕着内圈转动，与此同时启动外齿圈上的链锯机构使其绕着树干打枝，通过液压机构调节链锯机构与树干之间的距离。

实施例

本发明的爬树打枝机器人的爬树机构如图2，打枝机构如图3，爬树机构与打枝机构连接件如图4。

结合图2，作为一种具体示例，所述爬树机构具体如下：

上端的一组伸缩杆与固定杆，包括：上内伸缩杆1、第一小齿轮2、第一电机3、上固定杆5、连接第一电机3与上固定杆5的第一连接件4、第二电机6、连接第二电机6与上内伸缩杆1的第二连接件7、第二小齿轮8、上外伸缩杆9；

下端的一组伸缩杆与固定杆，包括：下内伸缩杆15、第三小齿轮14、第三电机18、下固定杆10、连接第三电机18与下固定杆10的第三连接件17、第四电机12、连接第四电机12与下内伸缩杆15的第四连接件13、第四小齿轮16、下外伸缩杆11；

爬树液压装置包括第一液压缸19和第一液压杆20；所述上固定杆5固定设置于第一液压杆20的顶部，下固定杆10固定设置于第一液压缸19的底部，且上固定杆5与下固定杆10分布于液压装置柱体相对的两侧。

进一步地，所述上端的一组伸缩杆与固定杆中，上固定杆5、上外伸缩杆9均为L型结构，上外伸缩杆9通过上内伸缩杆1平行设置于上固定杆5外侧，且上外伸缩杆9、上固定杆5相向的表面设置三棱锥结构；所述第一电机3通过第一小齿轮2驱动上内伸缩杆1沿着平行于上固定杆5自由端的方向移动，第二电机6通过第二小齿轮8驱动上外伸缩杆9沿着垂直于上固定杆5自由端的方向移动，从而实现抱紧与松开树干；

所述下端的一组伸缩杆与固定杆与上端的一组伸缩杆与固定杆结构相同，且关于中心对称。

进一步地，所述爬树机构的一个移动周期如下：

首先，由固定在第一连接件4上的第一电机3通过第一小齿轮2驱动上内伸缩杆1，以及固定在第二连接件7上的第二电机6通过第二小齿轮8驱动上外伸缩杆9，使上外伸缩杆9远离树干，同时第一液压杆20通过在第一液压缸19上伸缩，实现向上爬动；

其次，由第一连接件4上的第一电机3通过第一小齿轮2驱动上内伸缩杆1，以及固定在第二连接件7上的第二电机6通过第二小齿轮8驱动上外伸缩杆9，使上外伸缩杆9靠近树干，并通过上外伸缩杆9和上固定杆5表面的三棱锥结构抱紧树干；

然后，由第三连接件17上的第三电机18通过第三小齿轮14驱动下内伸缩杆15，以及固定在第四连接件13上的第四电机12通过第四小齿轮16驱动下外伸缩杆11，使下外伸缩杆11远离树干，同时第一液压缸19通过在第一液压杆20上伸缩，实现向上爬动；

最后，由第三连接件17上的第三电机18通过第三小齿轮14驱动下内伸缩杆15，以及固定在第四连接件13上的第四电机12通过第四小齿轮16驱动下外伸缩杆11，使下外伸缩杆11靠近树干，并通过下外伸缩杆11和下固定杆10表面的三棱锥结构抱紧树干。

结合图3，作为一种具体示例，所述打枝机构通过第八连接件34固定于爬树机构的液压装置上，该打枝机构包括外齿圈21、第二液压缸22、第二液压杆23、链锯机构25、连接链锯机构25与第二液压杆23的第五连接件24、第五小齿轮26、第五电机27、第六电机32、上内圈29、下内圈30、连接第五电机27与下内圈30的第六连接件28、连接第六电机32与下内圈30的第七连接件31、第六小齿轮33；

第二液压缸22固定于外齿圈21上，第二液压杆23与第二液压缸22配套；第五电机27、第六电机32设置于外齿圈21相对的两侧，该两个电机同时转动，通过第五小齿轮26、第六小齿轮33，带动外齿圈21绕着上内圈29与下内圈30联合体做圆周运动，同时启动链锯机构25实现打枝功能；通过第二液压杆23在第二液压缸22上伸缩调整链锯机构25与树干的距离，以利于更好的打枝，然后重复上述爬树与打枝工作即可。

进一步地，所述外齿圈21、上内圈29与下内圈30均设有缺口，使树干置于圆心位置；所述外齿圈21绕着上内圈29与下内圈30联合体做顺时针或者逆时针圆周运动，链锯机构25能够绕着树干旋转一周。

本发明专利可采用无线通讯模块接收信号，修枝高度可达十米以上，适合在速生林间进行修枝作业，并且自动化程度高，工作效率高，对工作环境适应能力强。此外，该爬树打枝机器人可以设置安全控制按钮，当爬树打枝机器人处于危险工作或者运输等状态下，可通过控制按钮将爬树打枝机器人设定为暂停工作模式，爬树打枝机器人不会启动工作，确保爬树打枝机器人在工作和运输的稳定性，便于工作和运输。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种爬树打枝机器人，其特征在于，包括：爬树机构、打枝机构，其中：

所述爬树机构，包括爬树液压装置，该爬树液压装置的上、下两端分别设置一组伸缩杆与固定杆；保持其中一组的伸缩杆与固定杆抱紧树干、另一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动；同理将原来松开树干的一组伸缩杆与固定杆抱紧树干，原来抱紧树干的一组伸缩杆与固定杆松开树干，通过爬树液压装置使松开树干的一组伸缩杆与固定杆上下移动，从而实现整体机构的上下运动；

所述打枝机构，包括外齿圈、内圈、链锯机构、液压机构，链锯机构通过液压机构固定设置于外齿圈；通过电机驱动外齿圈两侧小齿轮，从而带动外齿圈绕着内圈转动，与此同时启动外齿圈上的链锯机构使其绕着树干打枝，通过液压机构调节链锯机构与树干之间的距离。

2.根据权利要求1所述的爬树打枝机器人，其特征在于，所述爬树机构具体如下：

上端的一组伸缩杆与固定杆，包括：上内伸缩杆(1)、第一小齿轮(2)、第一电机(3)、上固定杆(5)、连接第一电机(3)与上固定杆(5)的第一连接件(4)、第二电机(6)、连接第二电机(6)与上内伸缩杆(1)的第二连接件(7)、第二小齿轮(8)、上外伸缩杆(9)；

下端的一组伸缩杆与固定杆，包括：下内伸缩杆(15)、第三小齿轮(14)、第三电机(18)、下固定杆(10)、连接第三电机(18)与下固定杆(10)的第三连接件(17)、第四电机(12)、连接第四电机(12)与下内伸缩杆(15)的第四连接件(13)、第四小齿轮(16)、下外伸缩杆(11)；

爬树液压装置包括第一液压缸(19)和第一液压杆(20)；所述上固定杆(5)固定设置于第一液压杆(20)的顶部，下固定杆(10)固定设置于第一液压缸(19)的底部，且上固定杆(5)与下固定杆(10)分布于液压装置柱体相对的两侧。

3.根据权利要求1所述的爬树打枝机器人，其特征在于，所述打枝机构通过第八连接件(34)固定于爬树机构的液压装置上，该打枝机构包括外齿圈(21)、第二液压缸(22)、第二液压杆(23)、链锯机构(25)、连接链锯机构(25)与第二液压杆(23)的第五连接件(24)、第五小齿轮(26)、第五电机(27)、第六电机(32)、上内圈(29)、下内圈(30)、连接第五电机(27)与下内圈(30)的第六连接件(28)、连接第六电机(32)与下内圈(30)的第七连接件(31)、第六小齿轮(33)；

第二液压缸(22)固定于外齿圈(21)上，第二液压杆(23)与第二液压缸(22)配套；第五电机(27)、第六电机(32)设置于外齿圈(21)相对的两侧，该两个电机同时转动，通过第五小齿轮(26)、第六小齿轮(33)，带动外齿圈(21)绕着上内圈(29)与下内圈(30)联合体做圆周运动，同时启动链锯机构(25)实现打枝功能；通过第二液压杆(23)在第二液压缸(22)上伸缩调整链锯机构(25)与树干的距离。

4.根据权利要求2所述的爬树打枝机器人，其特征在于，所述上端的一组伸缩杆与固定杆中，上固定杆(5)、上外伸缩杆(9)均为L型结构，上外伸缩杆(9)通过上内伸缩杆(1)平行设置于上固定杆(5)外侧，且上外伸缩杆(9)、上固定杆(5)相向的表面设置三棱锥结构；所述第一电机(3)通过第一小齿轮(2)驱动上内伸缩杆(1)沿着平行于上固定杆(5)自由端的方向移动，第二电机(6)通过第二小齿轮(8)驱动上外伸缩杆(9)沿着垂直于上固定杆(5)自由端的方向移动，从而实现抱紧与松开树干；

所述下端的一组伸缩杆与固定杆与上端的一组伸缩杆与固定杆结构相同，且关于中心对称。

5.根据权利要求3所述的爬树打枝机器人，其特征在于，所述外齿圈(21)、上内圈(29)与下内圈(30)均设有缺口，使树干置于圆心位置；所述外齿圈(21)绕着上内圈(29)与下内圈(30)联合体做顺时针或者逆时针圆周运动，链锯机构(25)能够绕着树干旋转一周。

6.根据权利要求4所述的爬树打枝机器人，其特征在于，所述爬树机构的一个移动周期如下：

首先，由固定在第一连接件(4)上的第一电机(3)通过第一小齿轮(2)驱动上内伸缩杆(1)，以及固定在第二连接件(7)上的第二电机(6)通过第二小齿轮(8)驱动上外伸缩杆(9)，使上外伸缩杆(9)远离树干，同时第一液压杆(20)通过在第一液压缸(19)上伸缩，实现向上爬动；

其次，由第一连接件(4)上的第一电机(3)通过第一小齿轮(2)驱动上内伸缩杆(1)，以及固定在第二连接件(7)上的第二电机(6)通过第二小齿轮(8)驱动上外伸缩杆(9)，使上外伸缩杆(9)靠近树干，并通过上外伸缩杆(9)和上固定杆(5)表面的三棱锥结构抱紧树干；

然后，由第三连接件(17)上的第三电机(18)通过第三小齿轮(14)驱动下内伸缩杆(15)，以及固定在第四连接件(13)上的第四电机(12)通过第四小齿轮(16)驱动下外伸缩杆(11)，使下外伸缩杆(11)远离树干，同时第一液压缸(19)通过在第一液压杆(20)上伸缩，实现向上爬动；

最后，由第三连接件(17)上的第三电机(18)通过第三小齿轮(14)驱动下内伸缩杆(15)，以及固定在第四连接件(13)上的第四电机(12)通过第四小齿轮(16)驱动下外伸缩杆(11)，使下外伸缩杆(11)靠近树干，并通过下外伸缩杆(11)和下固定杆(10)表面的三棱锥结构抱紧树干。