CN108522058A - 一种电驱动的绿篱修剪装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电驱动的绿篱修剪装置，包括升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统、控制系统；整体旋转系统包括旋转底座、支撑梁、伸缩横梁、电机、减速器，支撑梁安装在旋转底座上，横梁滑套通过铰接轴铰接于支撑梁的上端，电机、减速器安装于支撑梁的外侧，电机和减速器相连接，减速器和铰接轴相连接；刀具旋转系统包括升降杆，升降杆转动式安装在伸缩横梁的末端；升降系统安装在升降杆的侧壁上，平移系统和升降系统通过滑环连接件相连接，修剪系统安装在升降系统上。一种电驱动的绿篱修剪方法，采用上述一种电驱动的绿篱修剪装置。本发明具有结构简单、能多角度修剪绿篱、修剪灵活等优点。本发明属于绿篱修剪技术领域。

Description

一种电驱动的绿篱修剪装置及方法

技术领域

本发明属于绿篱修剪技术领域，特别涉及一种电驱动的绿篱修剪装置及方法。

背景技术

绿篱在高速公路、园林绿化和城市容貌中占有重要地位。绿篱可修剪成各种造型(矩形、球形、椭圆形、圆柱形等)，并能相互组合，从而提高了观赏效果和城市的美化。在高速公路两侧绿篱起到隔离防护、遮挡对向车流灯光和防尘防噪等作用。随着人们对环境绿化工作的重视以及城市绿化面积的不断增加，人们对绿篱修剪的造型(矩形、球形、椭圆形、圆柱形等)和修剪速度的要求也越来越高。目前绿篱修剪的工作主要靠手工完成，也有不少采用绿篱修剪机进行修剪。但是人工整形修剪绿篱的速度和精准度较低，致使修剪周期过长，形状不一致，影响观赏效果和城市的容貌，而且人工修剪需要较多的劳动力资源。而现有的绿篱修剪机，比如申请号为2016203989176的发明专利中记载了一种绿篱修剪机，其利用高精度的滚珠丝杠、电机和软轴等装置有效提高了修剪的平整度，但是该机构只能修剪平面形状，不能完全满足道路两侧绿篱发展的需要。申请号为2015106885357发明专利中记载了一种全自动绿篱修剪机，其利用升降系统、旋转系统、移动系统和控制系统实现了在不同角度、不同高度的草坪上自动化作业，降低了工人的劳动强度，但是该机构的旋转机构只是能在一定的角度范围内进行摆动，无法快速达到绿篱修剪中不同造型(矩形、球形、椭圆形、圆柱形等)的要求。申请号为2010102623422发明专利中记载了一种6自由度绿篱修剪机，通过回转机构，可以实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面、波浪面等多种造型的修剪作业，具有自动化程度高等优点，但是该机构过于复杂，维修成本高，而且该修剪机构只能在一定角度内进行旋转作业，无法实现360度旋转修剪，因此本质上属于摆动时修剪机构。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种结构简单、能多角度修剪的电驱动的绿篱修剪装置。

本发明的另一目的是提供一种电驱动的绿篱修剪方法。

一种电驱动的绿篱修剪装置，包括升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统、控制系统；整体旋转系统包括旋转底座、支撑梁、伸缩横梁、电机、减速器，支撑梁安装在旋转底座上，横梁滑套套装于伸缩横梁上，横梁滑套通过铰接轴铰接于支撑梁的上端，电机、减速器安装于支撑梁的外侧，电机和减速器相连接，减速器和铰接轴相连接；控制系统安装在整体旋转系统上，并和升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统电连接；刀具旋转系统包括升降杆，升降杆转动式安装在伸缩横梁的末端；升降系统安装在升降杆的侧壁上，平移系统和升降系统通过滑环连接件相连接，修剪系统安装在升降系统上。

优选的，刀具旋转系统还包括电机、减速器、导电滑环，电机、减速器安装在伸缩横梁的末端的上面，电机和减速器相连接，升降杆通过导电滑环安装在伸缩横梁的末端，减速器和导电滑环连接，电机和控制系统电连接。

优选的，滑动连接件包括依次相接的滑动连接件上部、滑动连接件中上部、滑动连接件中下部、滑动连接件下部。

优选的，升降系统包括步进电机、减速器、竖向滚珠丝杆、竖向丝杆底座、滑动连接件上部、滑动连接件中上部，竖向丝杆底座固定在升降杆的侧壁上，步进电机、减速器安装在竖向丝杆底座的上端，竖向滚珠丝杆安装在竖向丝杆底座的上下两端之间，滑块连接件上部为丝杆螺母，丝杆螺母套装在竖向滚珠丝杆上，滑动连接件中上部设有通孔，升降杆、竖向丝杆底座穿过通孔，在竖向丝杆底座上设有竖向滑轨，在通孔和竖向滑轨接触的一面设有竖向滑轨滑块，竖向滑轨滑块嵌入竖向滑轨。

优选的，平移系统包括横向滚珠丝杆、横向丝杆底座、步进电机、减速器、滑动连接件中下部、滑动连接件下部；横向丝杆底座包括水平部分和竖向部分；滑动连接件中下部上设有通孔，水平部分穿过通孔，水平部分上设有横向滑轨，通孔和水平部分相接触的一面设有横向滑轨滑块，横向滑轨滑块嵌入横向滑轨内；滑动连接件下部为丝杆螺母，丝杆螺母套装在横向滚珠丝杆上，电机、减速器安装在横向丝杆底座的外侧，电机通过减速器驱动横向滚珠丝杆旋转，横向滚珠丝杆旋转驱动横向丝杆底座平移。

优选的，修剪系统包括刀具、电机、变速器，电机、变速器安装在横向丝杆底座的竖向部分的一侧，电机和变速器连接，刀具安装在横向丝杆底座的竖向部分的另一侧，变速器和刀具连接，电机通过变速器驱动刀具高速旋转。

优选的，控制系统包括单片机、继电器、保护电路，单片机和继电器、保护电路电连接。

优选的，升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统内均设有行程开关。

优选的，横梁滑套上也安装有电机、减速器；伸缩横梁上表面为齿条形，减速器和伸缩横梁上表面相连接，电机通过减速器驱动伸缩横梁沿着伸缩横梁的轴向移动。

一种电驱动的绿篱修剪方法，采用上述一种电驱动的绿篱修剪装置，包括如下步骤：

(1)启动装置，控制系统初始化；

(2)整体旋转装置运行，将升降杆对齐待修剪绿篱的中心；

(3)升降系统、平移系统运行，将刀具对齐待修剪绿篱的顶部；

(4)修剪系统启动运行；

(5)选择绿篱修剪形状；

(6)刀具旋转系统、升降系统、平移系统联动运行，修剪系统在联动运行的轨迹下高速修剪绿篱至(5)中选择的绿篱修剪形状；

(7)修剪完毕，关闭装置。

优选的，步骤(5)中绿篱修剪形状为矩形、球形、椭圆形、圆柱形中的一种。

本发明的优点：

(1)本发明设计升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统，能控制刀具系统在六个自由度上灵活运动、调整，因此修剪灵活、速度快，且结构简单，工作可靠；并能通过整体旋转系统实现快速定位于绿篱附近，还能将装置整体进行收缩，从而方便移动、运输。

(2)本发明通过控制系统和其他系统电连接，并对控制系统配置相应的编程，使得控制系统控制其他系统的联动，让修剪系统在联动运动下的轨迹下修剪出预定的绿篱形状，并可通过对编程的设定，修剪出多种绿篱形状，应用广泛。

(3)本发明中采用导电滑环安装升降杆，因此既能使得升降杆旋转运动，又能将传输和控制系统相连接的电流，确保控制系统稳定工作。

(4)本发明中电驱动的绿篱修剪方法，先启动装置，再将装置、刀具对待修剪绿篱进行定位，再旋转修剪形状后，通过升降系统、平移系统、整体旋转系统的联动，实现刀具沿预定轨迹运动，修剪出预定的绿篱形状，因此修剪绿篱可靠、快速，且实施方法步骤简单。

附图说明

图1为一种电驱动的绿篱修剪装置的一个视角的结构示意图。

图2为一种电驱动的绿篱修剪装置的另一个视角的结构示意图。

图3为一种电驱动的绿篱修剪装置收纳时的示意图。

图4为刀具的结构示意图。

图5为本发明中一种电驱动的绿篱修剪方法的流程示意图。

其中，1-旋转底盘，2-支撑梁，3-电机，4-减速器，5-伸缩横梁，6-升降杆，7-步进电机，8-竖向滚珠丝杆，9-横向滚珠丝杆，10-滑块连接件，11-竖向丝杆底座，12-横向丝杆底座，13-变速器，14-刀具，15-绿篱，16-滑块连接件上部，17-滑块连接件中上部，18-滑块连接件中下部，19-滑块连接件下部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

一种电驱动的绿篱修剪装置，它包括升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统、控制系统，通过升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统和控制系统的联动，操纵刀具的运动轨迹以修剪出所需的绿篱形状。

整体旋转系统用于旋转整体装置，实现整体装置大角度旋转，目的是方便整体装置的回收和运输。整体旋转系统包括旋转底盘、支撑梁、伸缩横梁、电机、减速器，旋转底盘用于将整个装置放置于地面或平台上，两根支撑横梁对称安装于旋转底盘上面。伸缩横梁通过横梁滑套安装在支撑横梁的上部，即横梁滑套两侧通过两根铰接轴分别铰接于两根支撑横梁，伸缩横梁穿过横梁滑套，并且横梁滑套套装于伸缩横梁的一端上。电机安装于支撑梁的外侧，减速器安装于横梁滑套的上面，电机和减速器相连接，减速器和横梁滑套相连接。从而电机通过减速器缓慢驱动铰接轴旋转，横梁滑套、伸缩横梁绕着铰接轴旋转，进而带动伸缩横梁上安装的其他零部件的大角度旋转。

横梁滑套上安装有电机、减速器；伸缩横梁上表面为齿条形，减速器和伸缩横梁上表面相连接。电机通过减速器驱动伸缩横梁沿着伸缩横梁的轴向移动，从而带动伸缩横梁末端的平移系统、刀具系统、升降系统一起移动，进而完成整体装置的收缩或展开。更为具体地，减速器为蜗轮蜗杆减速器，电机通过联轴器和减速器的蜗杆连接，蜗轮蜗杆减速器的蜗轮和伸缩横梁上表面啮合连接。

如图3，本发明中为装置进行整体收纳、收缩后的状态，以方便运输该修剪机构。

刀具旋转系统通过控制旋转电机的运动速度，进而控制刀具的旋转，并通过升降系统、平移系统的配合就可以控制修剪刀具的运动轨迹。刀具旋转系统包括升降杆、电机、减速器、导电滑环；升降杆的上端通过导电滑环安装于伸缩横梁的端部，电机、减速器安装于伸缩横梁的端部的上面，电机和减速器相连接，减速器和导电滑环连接。电机通过减速器驱动导电滑环旋转运动，从而带动升降杆、安装于升降杆下部的升降系统、平移系统、修剪系统旋转运动，进而带动刀具旋转运动，形成对绿篱360度角度方向的剪切。

升降系统通过控制系统和相关的驱动电路对步进电机进行正反转控制，从而使得刀具能够做上下运动。升降系统包括竖向滚珠丝杆、竖向丝杆底座、滑块连接件、电机、减速器。电机为步进电机。竖向丝杆底座固定安装于升降杆的侧面上，竖向滚珠丝杆安装于竖向丝杆底座的上下两端。竖向丝杆底座上设有竖向滑轨。滑块连接件中部设有通孔，通孔一侧设有竖向滑轨滑块，竖向滑轨滑块嵌入竖向滑轨中。滑块连接件中上部通过竖向滑轨、竖向滑轨滑块滑动式安装在竖向丝杆底座上，滑块连接件上部为丝杆螺母，丝杆螺母套装在竖向滚珠丝杆上，步进电机驱动竖向滚珠丝杆旋转，竖向滚珠丝杆旋转驱动丝杆螺母沿竖向滚珠丝杆的轴向做上下运动，进而带动滑块连接件在竖向丝杆底座上做上下运动，带动平移系统、修剪系统做上下运动。步进电机、减速器安装在竖向丝杆底座的上端，步进电机和减速器相连接，减速器通过联轴器和竖向滚珠丝杆连接。

平移系统平移刀具，使得刀具能够在水平方向上做伸缩运动；同时该平移系统也具有定位功能，即在剪切之前将刀具平移至需要修剪的绿篱上方，并通过微调平移进行精准定位，定位好之后，因此平移系统起到控制刀具运动轨迹的作用。平移系统包括横向滚珠丝杆、横向丝杆底座、电机、减速器。电机为步进电机。横向丝杆底座包括水平部分和竖向部分，水平部分和竖向部分相连接，水平部分的两端分别设有支座，横向滚珠丝杆安装在两支座上。滑块连接件中下部为通孔，滑块连接件下部为丝杆螺母。丝杆螺母套装在横向滚珠丝杆上。横向丝杆底座的水平部分穿过滑块连接中下部的通孔，并在水平部分上面设有横向滑轨，通孔和横向滑轨相接的一面上设有横向滑轨滑块，横向滑轨滑块嵌入至横向滑轨中。步进电机驱动横向滚珠丝杆旋转，由于滑块连接件固定，因此横向丝杆底座沿着横向滚珠丝杆的轴向方向移动，进而带动安装在横向丝杆底座上的修剪系统移动，实现刀具的水平移动剪切。步进电机、减速器安装在横向滚珠底座的外侧，步进电机和减速器相连接，减速器通过联轴器和横向滚珠丝杆连接。

修剪系统主要是将绿篱的枝叶剪除。修剪系统包括刀具、旋转电机、变速器。刀具安装在横向丝杆底座的竖向部分的下端的一侧，旋转电机和变速器安装在横向丝杆底座的竖向部分的下端的另一侧。旋转电机采用高转速大扭矩电机。旋转电机和变速器连接，变速器和刀具相连接。旋转电机通过变速器带动刀具高速旋转，利用刀具锋利的刀刃和大的冲击力即可按照设定的形状、轨迹剪除多余的枝叶。

控制系统控制该装置的各电机定时启动或中止，以实现刀具根据设定的绿篱形状运动、修剪出指定的形状。控制系统包括单片机、继电器、保护电路，单片机和继电器、保护电路电连接，并对单片机配合编写实现所需修剪绿篱形状(如矩形、球形、椭圆形、圆柱形等)的程序代码。控制系统和各个系统里的电机电连接，通过选择所需修剪的绿篱形状，控制系统控制各个电机启动，实现刀具六个自由度的灵活变化，进而完成对绿篱的修剪。

本实施例中，对升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统内均设置行程开关，方便对各系统进行独立的控制。

本实施例中，各减速器均采用蜗轮蜗杆减速器。

一种电驱动的绿篱修剪方法，采用上述一种电驱动的绿篱修剪装置，包括如下步骤：

(1)启动装置，控制系统初始化；

(2)整体旋转装置运行，将升降杆对齐待修剪绿篱的中心；

(3)升降系统、平移系统运行，将刀具对齐待修剪绿篱的顶部；

(4)修剪系统启动运行；

(5)选择绿篱修剪形状；

(6)刀具旋转系统、升降系统、平移系统联动运行，修剪系统在联动运行的轨迹下高速修剪绿篱至(5)中选择的绿篱修剪形状。

结合图5，说明下本装置的工作原理、过程：用户按下启动按钮，装置启动，控制系统进入系统初始化状态；整体旋转系统的电机开始运转，使得刀具开始靠近待修剪的绿篱，并驱动升降杆对齐绿篱的中心；若升降杆未对齐绿篱的中心，则整体旋转系统处于运行状态；若升降杆对齐绿篱的中心，则进入下一步，升降系统、平移系统的步进电机开始运转，开始将刀具对齐绿篱的顶部；之后，如刀具未对齐绿篱的顶部，则升降系统、平移系统继续运行，直至刀具对齐绿篱的顶部；之后，修剪系统开始运行，用户选择所需要修剪的绿篱形状；刀具旋转系统、升降系统、平移系统根据设定的程序运行，修剪系统在三者联动下的特定轨迹对绿篱进行修剪，完成修剪出指定形状的绿篱。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：包括升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统、控制系统；整体旋转系统包括旋转底座、支撑梁、伸缩横梁、电机、减速器，支撑梁安装在旋转底座上，横梁滑套套装于伸缩横梁上，横梁滑套通过铰接轴铰接于支撑梁的上端，电机、减速器安装于支撑梁的外侧，电机和减速器相连接，减速器和铰接轴相连接；控制系统安装在整体旋转系统上，并和升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统电连接；刀具旋转系统包括升降杆，升降杆转动式安装在伸缩横梁的末端；升降系统安装在升降杆的侧壁上，平移系统和升降系统通过滑环连接件相连接，修剪系统安装在升降系统上。

2.根据权利要求1所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：刀具旋转系统还包括电机、减速器、导电滑环，电机、减速器安装在伸缩横梁的末端的上面，电机和减速器相连接，升降杆通过导电滑环安装在伸缩横梁的末端，减速器和导电滑环连接，电机和控制系统电连接。

3.根据权利要求1所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：滑动连接件包括依次相接的滑动连接件上部、滑动连接件中上部、滑动连接件中下部、滑动连接件下部。

4.根据权利要求3所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：升降系统包括步进电机、减速器、竖向滚珠丝杆、竖向丝杆底座、滑动连接件上部、滑动连接件中上部，竖向丝杆底座固定在升降杆的侧壁上，步进电机、减速器安装在竖向丝杆底座的上端，竖向滚珠丝杆安装在竖向丝杆底座的上下两端之间，滑块连接件上部为丝杆螺母，丝杆螺母套装在竖向滚珠丝杆上，滑动连接件中上部设有通孔，升降杆、竖向丝杆底座穿过通孔，在竖向丝杆底座上设有竖向滑轨，在通孔和竖向滑轨接触的一面设有竖向滑轨滑块，竖向滑轨滑块嵌入竖向滑轨。

5.根据权利要求3所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：平移系统包括横向滚珠丝杆、横向丝杆底座、步进电机、减速器、滑动连接件中下部、滑动连接件下部；横向丝杆底座包括水平部分和竖向部分；滑动连接件中下部上设有通孔，水平部分穿过通孔，水平部分上设有横向滑轨，通孔和水平部分相接触的一面设有横向滑轨滑块，横向滑轨滑块嵌入横向滑轨内；滑动连接件下部为丝杆螺母，丝杆螺母套装在横向滚珠丝杆上，电机、减速器安装在横向丝杆底座的外侧，电机通过减速器驱动横向滚珠丝杆旋转，横向滚珠丝杆旋转驱动横向丝杆底座平移。

6.根据权利要求5所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：修剪系统包括刀具、电机、变速器，电机、变速器安装在横向丝杆底座的竖向部分的一侧，电机和变速器连接，刀具安装在横向丝杆底座的竖向部分的另一侧，变速器和刀具连接，电机通过变速器驱动刀具高速旋转。

7.根据权利要求1所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：控制系统包括单片机、继电器、保护电路，单片机和继电器、保护电路电连接；升降系统、平移系统、整体旋转系统、刀具旋转系统、修剪系统内均设有行程开关。

8.根据权利要求1所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：横梁滑套上也安装有电机、减速器；伸缩横梁上表面为齿条形，减速器和伸缩横梁上表面相连接，电机通过减速器驱动伸缩横梁沿着伸缩横梁的轴向移动。

9.一种电驱动的绿篱修剪方法，采用权利要求1-8任一所述一种电驱动的绿篱修剪装置，其特征在于：包括如下步骤：

(1)启动装置，控制系统初始化；

(2)整体旋转装置运行，将升降杆对齐待修剪绿篱的中心；

(3)升降系统、平移系统运行，将刀具对齐待修剪绿篱的顶部；

(4)修剪系统启动运行；

(5)选择绿篱修剪形状；

(6)刀具旋转系统、升降系统、平移系统联动运行，修剪系统在联动运行的轨迹下高速修剪绿篱至(5)中选择的绿篱修剪形状；

(7)修剪完毕，关闭装置。

10.根据权利要求9所述一种电驱动的绿篱修剪方法，其特征在于：步骤(5)中绿篱修剪形状为矩形、球形、椭圆形、圆柱形中的一种。