CN109479551A - 一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人及其修剪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人及其修剪方法，该机器人包括挡板支撑机构、曲柄摇杆机构、定位轮定位机构、刀具机构；挡板支撑机构包括上、下、左、右四个挡板，相邻挡板之间通过铰链连接；两套曲柄摇杆机构分别位于上档板的左右两侧，用于控制机器人的一级展开/一级收拢、二级展开/二级收拢；定位轮定位机构包括两个定位轮，搭载在下挡板上，通过自适应运动与绿篱台基中间平面接触以定位；刀具机构包括上刀具、下刀具、左刀具，用于修剪绿篱的三个侧面。本发明的修剪机器人可以同时多面修剪，机械化作业，修剪质量好，可有效避免现有修剪装置出现的剪枝参差不齐现象。

Description

一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人及其修剪方法

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人及其修剪方法。

背景技术

城市道路建设过程中，绿篱必不可少且需要定期修剪。传统修剪绿篱主要是人工手持高枝剪完成，机械手自动化程度低，修剪效率低，修剪成本高，修剪质量较差。而且由于高空绿篱位于车流和人流密集区，其附近交通情况复杂，人工修剪难度较大，且具有一定的危险性。因此，迫切需要提高城市绿篱修剪装置的自动化和机械化程度，提高修剪质量和修剪效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人及其修剪方法，自动化和机械化程度高，能在绿篱多面同时修剪作业，修剪效率高；修剪面平整，修剪质量好；机械作业，受外界天气干扰小，且能够大规模修剪。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人，包括挡板支撑机构、曲柄摇杆机构、定位轮定位机构、刀具机构；挡板支撑机构包括上、下、左、右四个挡板，相邻挡板之间通过铰链连接，挡板可以绕轴线转过一定的角度，用于搭载曲柄摇杆机构、定位轮定位机构和刀具机构；两套曲柄摇杆机构分别位于上档板的左右两侧，用于控制机器人的一级展开/一级收拢、二级展开/二级收拢；定位轮定位机构包括两个定位轮，搭载在下挡板上，通过自适应运动与绿篱台基中间平面接触以定位；刀具机构包括上刀具、下刀具、左刀具，用于修剪绿篱的三个侧面。

挡板支撑机构包括左挡板54、上挡板1、右挡板18、下挡板57，如图6所示，左挡板54和上挡板1通过左铰链55连接，右挡板18与上挡板1通过右铰链56连接，下挡板57的右侧面焊接在右挡板18的左侧面。其中左挡板为“L”形，第一电机支架2位于左挡板的竖直侧面上，第二电机支架37的右侧面焊接于左挡板54的竖直侧面，定位轮底座50固定于左挡板54的水平底面。

曲柄摇杆机构有两套，结构相同；其中一级展开曲柄摇杆机构位于上档板的右侧，运动后修剪机器人一级展开或一级收拢；二级展开曲柄摇杆机构位于上档板的左侧，运动后修剪机器人二级展开或二级收拢。修剪机器人一级展开之后才能进行二级展开；反之，修剪机器人二级收拢之后才能进行一级收拢；二级收拢状态与一级展开状态相同。如图8所示为一级收拢/工作状态，此时左挡板54保持竖直状态，上挡板1保持水平状态，右挡板18定位在竖直平面上，下挡板57为水平状态；如图9所示为修剪机器人的一级展开/二级收拢状态，此时左挡板54保持竖直状态，上挡板1和右挡板18定位在同一水平面上，下挡板57为竖直状态；如图10所示为修剪机器人的二级展开/非工作状态，此时左挡板54、上挡板1和右挡板18为竖直状态，下挡板57为水平状态。

曲柄摇杆机构包括电机、曲柄、连杆、中间轴、左摇杆、左侧摇杆、右摇杆、右侧摇杆；电机支架固定连接在挡板上，电机固定在电机支架上；电机通过电机轴、联轴器、轴承与曲柄相连接，曲柄通过轴承、中短轴与连杆的一端相连接，连杆的另一端通过轴承固定在中间轴的中部；中间轴的左端通过轴承与左摇杆的一端相连接，左摇杆的另一端固定在上档板的左外侧；中间轴的中间与左端之间的位置设置有轴承，左侧摇杆的一端通过该轴承与中间轴相连接，左侧摇杆的另一端通过左侧短轴固定在左侧支座上，左侧支座固定在上档板上；中间轴的右端通过轴承与右摇杆的一端相连接，右摇杆的另一端固定在上档板的右外侧；中间轴的中间与右端之间的位置设置有轴承，右侧摇杆的一端通过该轴承与中间轴相连接，右侧摇杆的另一端通过右侧短轴固定在右侧支座上，右侧支座固定在上档板上。

下面以一级展开曲柄摇杆机构为例，详细描述其结构。一级展开曲柄摇杆机构位于上档板的右侧，包括第一电机3、曲柄7、连杆11、中间轴58、左摇杆15、左侧摇杆19、右摇杆21、右侧摇杆23；如图1所示，第一电机支架2固定连接在左挡板1上，第一电机3通过螺栓固定在第一电机支架2上，第一电机轴4与第一联轴器5的右端过盈连接，第一联轴器5的左端与曲柄轴6过盈连接，如图2所示，曲柄轴6与曲柄7的下端孔过盈连接，曲柄7的上端孔与曲柄轴承8的外圈固定连接，曲柄轴承8的内圈与中短轴9固定连接，中短轴9与连杆下轴承10的内圈固定连接；如图3所示，连杆下轴承10的外圈与连杆11的一侧固定连接，连杆11的另一侧与连杆上轴承12的外圈固定连接，连杆上轴承12的内圈与中间轴58的中部固定连接；中间轴58的左端与左上轴承14的内圈固定连接，左上轴承14的外圈与左摇杆15的上端固定连接，左摇杆15的下端与左下轴承16的内圈过盈连接，左下轴承16的外圈与左短轴17固定连接，左短轴17固定于上挡板1的左侧面；中间轴的中间与左端之间的位置设置有左侧上轴承13，左侧上轴承13的内圈与中间轴58过盈连接，左侧上轴承13的外圈与左侧摇杆19的一端固定连接，左侧摇杆19的另一端与左侧下轴承29的外圈固定连接，如图4所示，左侧下轴承29的内圈与左侧短轴27过盈连接，左侧短轴27固定连接在左侧支座26上，左侧支座26通过左侧螺栓28固定在右挡板18上；中间轴58的右端与右上轴承20的内圈固定连接，右上轴承20的外圈与右摇杆21的上端固定连接，如图5所示，右摇杆21的下端与右下轴承24的外圈过盈连接，右下轴承24的内圈与右短轴25固定连接。右短轴25固定于上挡板1的右侧面；中间轴的中间与右端之间的位置设置有右侧上轴承22，右侧上轴承22的内圈与中间轴58过盈连接，右侧上轴承22的外圈与右侧摇杆23的一端固定连接，右侧摇杆23的另一端与右侧下轴承30的外圈固定连接，右侧下轴承30的内圈与右侧短轴31过盈连接，右侧短轴31固定连接在右侧支座32上，右侧支座32通过右侧螺栓33固定在右挡板18上；左摇杆、右摇杆是关于上挡板的中间平面对称，左侧摇杆、右侧摇杆是关于上挡板的中间平面对称。

二级展开曲柄摇杆机构位于上挡板的左侧，电机支座通过螺栓固定连接在上挡板上，左摇杆、右摇杆是关于上挡板的中间平面对称，分别一端固定在中间轴上，另一端固定在上挡板的左、右两侧面上；左侧摇杆、右侧摇杆是关于右挡板的中间平面对称，分别一端固定在中间轴上，另一端固定在左、右侧支座上；左、右侧支座通过螺栓固定连接在右挡板上。

定位轮定位机构包括定位轮底座50、定位轮51、定位轮轴52和定位轴承53，如图7所示，定位轮底座50固定连接在左挡板54上，定位轴承53的外圈固定连接在定位轮底座50的侧边，定位轴承53的内圈固定连接在定位轮轴52上，定位轮51与定位轮轴52固定连接。

刀具机构包括左刀具、上刀具和下刀具；如图6所示，第二电机支架37的右侧面固定在左挡板54上，第二电机36通过螺栓固定在第二电机支架37上，第二电机轴35和第二联轴器34的左端过盈连接，第二联轴器34的右端与左刀具传动轴39为过盈连接，左刀具传动轴39通过左刀具轴承38定位在左挡板54上，左刀具传动轴39与左刀具40固定连接；第三电机支架45固定连接在下挡板57上，第三电机43通过螺栓连接在第三电机支架45上，第三电机轴与第三联轴器44的左端过盈连接，第三联轴器44的右端与下刀具传动轴48过盈连接，下刀具传动轴48通过下刀具轴承46定位在第三电机支架45上，下刀具支座47固定连接在下刀具传动轴48上，下刀具49通过螺栓连接在下刀具支座47上；上刀具的结构、连接方式与下刀具相同，上刀具电机支架固定于上挡板1的下底面。

一种城市高空绿篱多面一体修剪方法，是采用上述修剪机器人进行修剪，包括下述步骤；

(1)将处于非工作状态的修剪机器人运动到指定位置，此时左挡板54、上挡板1和右挡板18为竖直状态，下挡板57为水平状态，如图10所示；然后，左挡板54通过上下自适应运动，使两定位轮定位到绿篱上台基41和绿篱下台基42的接触平面；

(2)二级展开曲柄摇杆机构进行修剪机器人的二级收拢，左挡板上的电机通电转动，带动联轴器转动，使曲柄转动，此时曲柄获得一定大小的转速，带动连杆运动，使摇杆摆动，使上挡板1、右挡板18、下挡板57同时下放，形成二级收拢的运动状态，如图9所示，此时左挡板54仍保持竖直状态，上挡板1和右挡板18定位在同一水平面上，下挡板57为竖直状态；

(3)一级展开曲柄摇杆机构进行修剪机器人的一级收拢，上挡板上的电机通电转动，带动联轴器转动，使曲柄转动，此时曲柄获得一定大小的转速，带动连杆运动，使摇杆摆动，使右挡板18、下挡板57下放，形成一级收拢状态，此时左挡板54保持竖直状态，上挡板1保持水平状态，右挡板18定位在竖直平面上，下挡板57为水平状态，如图8所示；

(4)最后，左刀具机构、上刀具机构、下刀具机构分别在电机的驱动下运动，从三侧面修剪绿篱台基上的绿篱，三刀具在修剪的过程中，两定位轮始终以一定的速度向绿篱纵向移动，使修剪持续进行。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明将电能转化为机械能，将修剪机器人的修剪刀具定位在绿篱台基的各个侧面，且三侧面上的修剪刀具同时获得一定大小的线速度修剪绿篱，实现了城市高空绿篱多面一体修剪，增强了修剪面的美观性，提高了修剪质量和效率，降低了工人的劳动强度，缩短了养护路段的封锁时间。

(2)本发明的修剪机器人可以同时多面修剪，机械化作业，修剪质量好，可有效避免现有修剪装置出现的剪枝参差不齐现象。

(3)本发明的修剪机器人结构简单，成本较低，适合园林修剪推广应用。

附图说明

图1为本发明修剪机器人的俯视图。

图2为本发明修剪机器人的一级展开曲柄摇杆机构的平面示意图。

图3为本发明修剪机器人的一级展开曲柄摇杆机构的上半部立体示意图。

图4为本发明修剪机器人的一级展开曲柄摇杆机构的下半部立体示意图。

图5为本发明修剪机器人的一级展开曲柄摇杆机构的后视立体示意图。

图6为本发明修剪机器人的正视图。

图7为定位轮的局部结构示意图。

图8为本发明修剪机器人的整体结构示意图。

图9为本发明修剪机器人的一级展开示意图。

图10为本发明修剪机器人的二级展开示意图。

其中，1、上挡板；2、第一电机支架；3、第一电机；4、第一电机轴；5、第一联轴器；6、曲柄轴；7、曲柄；8、曲柄轴承；9、中短轴；10、连杆下轴承；11、连杆；12、连杆上轴承；13、左侧上轴承；14、左上轴承；15、左摇杆；16、左下轴承；17、左短轴；18、右挡板；19、左侧摇杆；20、右上轴承，21、右摇杆；22、右侧上轴承；23、右侧摇杆；24、右下轴承；25、右短轴；26、左侧支座；27、左侧短轴；28、左侧螺栓；29、左侧下轴承；30、右侧下轴承；31、右侧短轴；32、右侧支座；33、右侧螺栓；34、第二联轴器；35、第二电机轴；36、第二电机；37、第二电机支架；38、左刀具轴承；39、左刀具传动轴；40、左刀具；41、绿篱上台基，42、绿篱下台基；43、第三电机；44、第三联轴器；45、第三电机支架；46、下刀具轴承；47、下刀具支座；48、下刀具传动轴；49、下刀具；50、定位轮底座、51、定位轮；52、定位轮轴；53、定位轴承；54、左挡板；55、左铰链；56、右铰链；57、下挡板；58、中间轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人，如图8所示，包括挡板支撑机构、曲柄摇杆机构、定位轮定位机构、刀具机构；挡板支撑机构由上、下、左、右四个挡板组成，相邻挡板之间通过铰链连接，挡板可以绕轴线转过一定的角度，主要用于搭载曲柄摇杆机构、定位轮定位机构和刀具机构；两套曲柄摇杆机构分别位于上档板的左右两侧，用于控制机器人的一级展开和二级展开，曲柄摇杆机构部分用于传递运动，将电动机的转矩传递到摇杆上，带动挡板运动到指定位置；定位轮定位机构包括两个定位轮，搭载在下挡板上，通过自适应运动与绿篱台基中间平面接触以定位，定位轮定位机构用于将各挡板定位到指定位置，使修剪过程连续向前推进；刀具机构包括上刀具、下刀具、左刀具，用于修剪绿篱的三个侧面。

城市高空绿篱多面一体修剪机器人运动到指定位置，如图10所示，左挡板54通过上下自适应运动，使两定位轮定位到绿篱上台基41和绿篱下台基42的接触平面，左挡板上的电机通电转动，带动联轴器转动，使曲柄转动，此时，曲柄获得一定大小的转速，带动连杆运动，使摇杆摆动，使上挡板1、右挡板18、下挡板57同时下放，定位到如图9的位置，右侧曲柄连杆机构在第一电机带动下开始转动，右侧曲柄连杆机构重复左侧曲柄连杆机构的上述运动，使右挡板18、下挡板57下放，运动到图8所示位置，左挡板54、上挡板1、右挡板18、下挡板57定位完成后，左刀具机构、上刀具机构、下刀具机构分别在电机的驱动下运动，从三侧面修剪绿篱台基上的绿篱，三刀具在修剪的过程中，两定位轮始终以一定的速度向绿篱纵向移动，使修剪持续进行。

Claims (10)

1.一种城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：包括挡板支撑机构、曲柄摇杆机构、定位轮定位机构、刀具机构；挡板支撑机构包括上、下、左、右四个挡板，相邻挡板之间通过铰链连接，挡板可以绕轴线转过一定的角度，用于搭载曲柄摇杆机构、定位轮定位机构和刀具机构；两套曲柄摇杆机构分别位于上档板的左右两侧，用于控制机器人的一级展开/一级收拢、二级展开/二级收拢；定位轮定位机构包括两个定位轮，搭载在下挡板上，通过自适应运动与绿篱台基中间平面接触以定位；刀具机构包括上刀具、下刀具、左刀具，用于修剪绿篱的三个侧面。

2.根据权利要求1所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：挡板支撑机构包括左挡板、上挡板、右挡板、下挡板，左挡板和上挡板通过左铰链连接，右挡板与上挡板通过右铰链连接，下挡板的右侧面焊接在右挡板的左侧面。

3.根据权利要求2所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：左挡板为“L”形，第一电机支架位于左挡板的竖直侧面上，第二电机支架的右侧面焊接于左挡板的竖直侧面，定位轮底座固定于左挡板的水平底面。

4.根据权利要求1所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：曲柄摇杆机构有两套，结构相同；其中一级展开曲柄摇杆机构位于上档板的右侧，运动后修剪机器人一级展开或一级收拢；二级展开曲柄摇杆机构位于上档板的左侧，运动后修剪机器人二级展开或二级收拢；二级收拢状态与一级展开状态相同；一级收拢/工作状态时，左挡板保持竖直状态，上挡板保持水平状态，右挡板定位在竖直平面上，下挡板为水平状态；一级展开/二级收拢状态时，左挡板保持竖直状态，上挡板和右挡板定位在同一水平面上，下挡板为竖直状态；二级展开/非工作状态时，左挡板、上挡板和右挡板为竖直状态，下挡板为水平状态。

5.根据权利要求1或4所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：曲柄摇杆机构包括电机、曲柄、连杆、中间轴、左摇杆、左侧摇杆、右摇杆、右侧摇杆；电机支架固定连接在挡板上，电机固定在电机支架上；电机通过电机轴、联轴器、轴承与曲柄相连接，曲柄通过轴承、中短轴与连杆的一端相连接，连杆的另一端通过轴承固定在中间轴的中部；中间轴的左端通过轴承与左摇杆的一端相连接，左摇杆的另一端固定在上档板的左外侧；中间轴的中间与左端之间的位置设置有轴承，左侧摇杆的一端通过该轴承与中间轴相连接，左侧摇杆的另一端通过左侧短轴固定在左侧支座上，左侧支座固定在上档板上；中间轴的右端通过轴承与右摇杆的一端相连接，右摇杆的另一端固定在上档板的右外侧；中间轴的中间与右端之间的位置设置有轴承，右侧摇杆的一端通过该轴承与中间轴相连接，右侧摇杆的另一端通过右侧短轴固定在右侧支座上，右侧支座固定在上档板上。

6.根据权利要求4所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：一级展开曲柄摇杆机构位于上档板的右侧，包括第一电机、曲柄、连杆、中间轴、左摇杆、左侧摇杆、右摇杆、右侧摇杆；第一电机支架固定连接在左挡板上，第一电机通过螺栓固定在第一电机支架上，第一电机轴与第一联轴器的右端过盈连接，第一联轴器的左端与曲柄轴过盈连接，曲柄轴与曲柄的下端孔过盈连接，曲柄的上端孔与曲柄轴承的外圈固定连接，曲柄轴承的内圈与中短轴固定连接，中短轴与连杆下轴承的内圈固定连接；连杆下轴承的外圈与连杆的一侧固定连接，连杆的另一侧与连杆上轴承的外圈固定连接，连杆上轴承的内圈与中间轴的中部固定连接；中间轴的左端与左上轴承的内圈固定连接，左上轴承的外圈与左摇杆的上端固定连接，左摇杆的下端与左下轴承的内圈过盈连接，左下轴承的外圈与左短轴固定连接，左短轴固定于上挡板的左侧面；中间轴的中间与左端之间的位置设置有左侧上轴承，左侧上轴承的内圈与中间轴过盈连接，左侧上轴承的外圈与左侧摇杆的一端固定连接，左侧摇杆的另一端与左侧下轴承的外圈固定连接，左侧下轴承的内圈与左侧短轴过盈连接，左侧短轴固定连接在左侧支座上，左侧支座通过左侧螺栓固定在右挡板上；中间轴的右端与右上轴承的内圈固定连接，右上轴承的外圈与右摇杆的上端固定连接，右摇杆的下端与右下轴承的外圈过盈连接，右下轴承的内圈与右短轴固定连接；右短轴固定于上挡板的右侧面；中间轴的中间与右端之间的位置设置有右侧上轴承，右侧上轴承的内圈与中间轴过盈连接，右侧上轴承的外圈与右侧摇杆的一端固定连接，右侧摇杆的另一端与右侧下轴承的外圈固定连接，右侧下轴承的内圈与右侧短轴过盈连接，右侧短轴固定连接在右侧支座上，右侧支座通过右侧螺栓固定在右挡板上；左摇杆、右摇杆是关于上挡板的中间平面对称，左侧摇杆、右侧摇杆是关于上挡板的中间平面对称。

7.根据权利要求4所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：二级展开曲柄摇杆机构位于上挡板的左侧，电机支座通过螺栓固定连接在上挡板上，左摇杆、右摇杆是关于上挡板的中间平面对称，分别一端固定在中间轴上，另一端固定在上挡板的左、右两侧面上；左侧摇杆、右侧摇杆是关于右挡板的中间平面对称，分别一端固定在中间轴上，另一端固定在左、右侧支座上；左、右侧支座通过螺栓固定连接在右挡板上。

8.根据权利要求1所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：定位轮定位机构包括定位轮底座、定位轮、定位轮轴和定位轴承，定位轮底座固定连接在左挡板上，定位轴承的外圈固定连接在定位轮底座的侧边，定位轴承的内圈固定连接在定位轮轴上，定位轮与定位轮轴固定连接。

9.根据权利要求1所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人，其特征在于：刀具机构包括左刀具、上刀具和下刀具；第二电机支架的右侧面固定在左挡板上，第二电机通过螺栓固定在第二电机支架上，第二电机轴和第二联轴器的左端过盈连接，第二联轴器的右端与左刀具传动轴为过盈连接，左刀具传动轴通过左刀具轴承定位在左挡板上，左刀具传动轴与左刀具固定连接；第三电机支架固定连接在下挡板上，第三电机通过螺栓连接在第三电机支架上，第三电机轴与第三联轴器的左端过盈连接，第三联轴器的右端与下刀具传动轴过盈连接，下刀具传动轴通过下刀具轴承定位在第三电机支架上，下刀具支座固定连接在下刀具传动轴上，下刀具通过螺栓连接在下刀具支座上；上刀具的结构、连接方式与下刀具相同，上刀具电机支架固定于上挡板的下底面。

10.一种城市高空绿篱多面一体修剪方法，其特征在于：是采用权利要求1～9中任一项所述的城市高空绿篱多面一体修剪机器人进行修剪，包括下述步骤；

(1)将处于非工作状态的修剪机器人运动到指定位置，此时左挡板、上挡板和右挡板为竖直状态，下挡板为水平状态；然后，左挡板通过上下自适应运动，使两定位轮定位到绿篱上台基和绿篱下台基的接触平面；

(2)二级展开曲柄摇杆机构进行修剪机器人的二级收拢，左挡板上的电机通电转动，带动联轴器转动，使曲柄转动，此时曲柄获得一定大小的转速，带动连杆运动，使摇杆摆动，使上挡板、右挡板、下挡板同时下放，形成二级收拢的运动状态，此时左挡板仍保持竖直状态，上挡板和右挡板定位在同一水平面上，下挡板为竖直状态；

(3)一级展开曲柄摇杆机构进行修剪机器人的一级收拢，上挡板上的电机通电转动，带动联轴器转动，使曲柄转动，此时曲柄获得一定大小的转速，带动连杆运动，使摇杆摆动，使右挡板、下挡板下放，形成一级收拢状态，此时左挡板保持竖直状态，上挡板保持水平状态，右挡板定位在竖直平面上，下挡板为水平状态；

(4)最后，左刀具机构、上刀具机构、下刀具机构分别在电机的驱动下运动，从三侧面修剪绿篱台基上的绿篱，三刀具在修剪的过程中，两定位轮始终以一定的速度向绿篱纵向移动，使修剪持续进行。