CN110149941A - 一种高速公路绿化带修剪机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路绿化带修剪机器人，包括移动机构、底座、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构、刀盘机构和电控箱；底座固定安装在移动机构顶部，垂直伸缩机构竖向固定安装在底座顶部，水平伸缩机构横向固定安装在垂直伸缩机构的顶端，水平伸缩机构的末端固定安装有刀盘角度调节机构，刀盘角度调节机构与刀盘机构转动连接，电控箱内设有控制器，移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构和刀盘机构分别与控制器电连接。本发明实现了绿化带修剪刀具的四自由度的调节，能够任意调节修剪绿化带的位置、宽度、高度和角度，且结构设计合理，自动化程度高，能够有效保证绿化人员的人身安全。

Description

一种高速公路绿化带修剪机器人

技术领域

本发明涉及绿化带修剪设备技术领域，尤其涉及一种高速公路绿化带修剪机器人。

背景技术

高速公路绿化是国土绿化的重要组成部分，是可持续发展战略的内容之一，高速公路绿化不仅有美化环境的功能，而且还具备调和自然环境和生态环境的作用，起到稳固边坡，水土保持，视线诱导并防止事故发生。

目前，我国高速公路90%都覆盖了绿化带，但随着高速公路的迅猛发展，绿化带的治理与修剪问题也显现而出，传统人工修剪治理方法耗时耗力，且绿化人员的安全无法得到很好地保证，并且修剪时道路暂时停止使用容易带来拥堵的隐患和造成安全事故。

因此，如何在保障安全的情况下实现高速公路绿化带的高效修剪，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别创新地提出了一种高速公路绿化带修剪机器人，能够自动或人为辅助对高速公路绿化带进行修剪，有效解决了现有技术中高速公路绿化带通过人工修剪耗时费力，且绿化人员安全无法保证，容易造成交通事故的的问题。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高速公路绿化带修剪机器人，包括移动机构、底座、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构、刀盘机构和电控箱；其中，所述移动机构用于实现整个机器人在水平任意方向的移动和原地旋转；所述底座固定安装在所述移动机构顶部，所述垂直伸缩机构竖向固定安装在所述底座顶部，所述垂直伸缩机构用于实现所述刀盘机构在垂直方向上的升降运动；所述水平伸缩机构横向固定安装在所述垂直伸缩机构的顶端，所述水平伸缩机构用于实现所述刀盘机构在水平方向上的伸缩运动；所述水平伸缩机构的末端固定安装有所述刀盘角度调节机构，所述刀盘角度调节机构与所述刀盘机构转动连接，所述刀盘角度调节机构用于实现所述刀盘机构在竖直平面内的角度调节；所述电控箱内设有控制器，所述移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构和刀盘机构分别与所述控制器电连接，所述控制器用于根据控制指令对所述移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构和刀盘机构进行控制。

本发明通过移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构和刀盘角度调节机构的相互配合，实现了绿化带修剪刀具的四自由度的调节，能够任意调节修剪绿化带的位置、宽度、高度和角度，全方位实现高速公路上绿化带的高要求的修剪，且结构设计合理，自动化程度高，能够有效提升高速公路绿化带的修剪质量和修剪效率，保证绿化人员的人身安全。

优选地，所述移动机构包括支撑架和设置在所述支撑架底部的麦克纳姆轮以及用于驱动所述麦克纳姆轮的行走驱动电机，所述行走驱动电机与所述控制器电连接。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，能够方便地实现整个机器人在水平任意方向的移动和原地旋转。

优选地，所述垂直伸缩机构包括垂直伸缩臂和设置在所述垂直伸缩臂内部用于带动所述垂直伸缩臂进行伸缩的第一电动推杆，所述第一电动推杆与所述控制器电连接，所述垂直伸缩臂包括垂直内臂和垂直外臂，所述垂直内臂的外壁上沿所述垂直内臂的长度方向设有导向凸条，所述垂直外臂的外壁上设有与所述导向凸条相适配的导向槽。通过这种结构的设计，垂直伸缩臂能够对其内部的第一电动推杆进行保护，避免第一电动推杆磕碰受损，垂直伸缩臂的垂直外臂和垂直内臂通过导向凸条和导向槽的配合，保证垂直伸缩过程的顺畅。

优选地，所述水平伸缩机构包括水平伸缩臂和设置在所述水平伸缩臂内部用于带动所述水平伸缩臂进行伸缩的第二电动推杆，所述第二电动推杆与所述控制器电连接，所述水平伸缩臂包括水平内臂和水平外臂，所述水平内臂的外壁上沿所述水平内壁的长度方向设有导向凸条，所述水平外臂的外壁上设有与所述导向凸条相适配的导向槽。通过这种结构的设计，水平伸缩臂能够对其内部的第二电动推杆进行保护，避免第二电动推杆磕碰受损，水平伸缩臂的水平外臂和水平内臂通过导向凸条和导向槽的配合，保证水平伸缩过程的顺畅。

优选地，所述刀盘机构包括刀盘架、旋转刀头和刀头驱动电机，所述旋转刀头和刀头驱动电机分别安装在所述刀盘架上，所述刀头驱动电机与所述控制器电连接。

优选地，所述刀盘架上安装有多个所述旋转刀头，多个所述旋转刀头通过传动机构与所述刀头驱动电机的端连接，且多个所述旋转刀头均安装在同一水平面上。通过设置多个旋转刀头，提升修剪效率。

优选地，所述刀盘角度调节机构包括U型支座、转轴、固定块、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮和角度调节驱动电机，所述U型支座的非开口端与所述水平伸缩机构的末端固定连接，所述U型支座的两个侧板对称开设有通孔，所述刀头驱动电机两侧对称固定有所述固定块，两个所述固定块上远离所述刀头驱动电机的一侧固定连接有所述转轴，两个所述转轴分别从内至外穿过所述U型支座的两个侧板上的对应的所述通孔，至少其中一个所述转轴的另一端固定连接有所述第一皮带轮，所述第一皮带轮通过所述皮带与所述第二皮带轮传动连接，所述第二皮带轮与所述角度调节驱动电机的输出轴固定连接，所述角度调节驱动电机与所述控制器电连接。通过这种特殊结构的设计，能够实现刀盘机构的竖直平面内进行角度的快速精确调节，以适应不同修剪要求。

优选地，所述机器人还包括设置于所述水平伸缩机构顶部的视频监控装置，所述视频监控装置与所述控制器电连接，所述视频监控装置用于获取所述机器人作业过程中的视频图像，并将获取的视频图像发送至所述控制器。通过视频监控装置对机器人工作过程中周围的环境进行实时获取，便于机器人的远程控制，也能够对绿化带修剪后的效果进行拍照存储，便于后续对修剪质量进行检查。

优选地，所述机器人还包括安装于所述刀盘机构上的倾角传感器，所述倾角传感器与所述控制器电连接，所述倾角传感器用于检测所述刀盘机构的倾斜角度，并将检测到的角度信息发送给所述控制器；

和/或还包括设置于所述移动机构上的超声波避障模块，所述超声波避障模块与所述控制器电连接。通过倾角传感器检测刀盘机构的倾斜角度，并将检测到的角度信息发送给控制器，便于控制器根据实际需要实时准确调整刀盘机构的倾斜角度。通过超声波避障模块在机器人行走过程中对周边环境进行检测，避免机器人在行进过程中碰到障碍物。

优选地，所述机器人还包括无线通讯模块和远程控制终端，所述远程控制终端与所述控制器通过所述无线通讯模块通讯连接。通过远程控制终端远程无线遥控机器人进行工作，有效保证操作人员的人身安全，提高机器人工作效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种优选实施方式中高速公路绿化带修剪机器人的结构示意图；

图2是本发明一种优选实施方式中高速公路绿化带修剪机器人的局部结构示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中高速公路绿化带修剪机器人的控制原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高速公路绿化带修剪机器人，如图1-3所示，该机器人包括移动机构1、底座2、垂直伸缩机构3、水平伸缩机构4、刀盘角度调节机构5、刀盘机构6和电控箱7；其中，移动机构1用于实现整个机器人在水平任意方向的移动和原地旋转；底座2固定安装在移动机构1顶部，垂直伸缩机构3竖向固定安装在底座2顶部，垂直伸缩机构3用于实现刀盘机构6在垂直方向上的升降运动；水平伸缩机构4横向固定安装在垂直伸缩机构3的顶端，水平伸缩机构4用于实现刀盘机构6在水平方向上的伸缩运动；水平伸缩机构4的末端固定安装有刀盘角度调节机构5，刀盘角度调节机构5与刀盘机构6转动连接，刀盘角度调节机构5用于实现刀盘机构6在竖直平面内的角度调节；电控箱7内设有控制器701，移动机构1、垂直伸缩机构3、水平伸缩机构4、刀盘角度调节机构5和刀盘机构6分别与控制器701电连接，控制器701用于根据控制指令对移动机构1、垂直伸缩机构3、水平伸缩机构4、刀盘角度调节机构5和刀盘机构6进行控制。

具体地，在本实施方式中，控制器701可以选用32位单片机。

在本实施方式中，移动机构1包括支撑架101和设置在支撑架101底部的麦克纳姆轮102以及用于驱动麦克纳姆轮102的行走驱动电机103，行走驱动电机103与控制器701电连接。麦克纳姆轮102结构紧凑，运动灵活，能够方便地实现整个机器人在水平任意方向的移动和原地旋转。

在本实施方式中，垂直伸缩机构3包括垂直伸缩臂301和设置在垂直伸缩臂301内部用于带动垂直伸缩臂301进行伸缩的第一电动推杆302，第一电动推杆302与控制器701电连接，垂直伸缩臂301包括垂直内臂3011和垂直外臂3012，垂直内臂3011的外壁上沿垂直内臂3011的长度方向设有导向凸条，垂直外臂3012的外壁上设有与导向凸条相适配的导向槽。通过这种结构的设计，垂直伸缩臂301能够对其内部的第一电动推杆302进行保护，避免第一电动推杆302磕碰受损，垂直伸缩臂301的垂直外臂3012和垂直内臂3011通过导向凸条和导向槽的配合，保证垂直伸缩过程的顺畅。

在本实施方式中，水平伸缩机构4包括水平伸缩臂401和设置在水平伸缩臂401内部用于带动水平伸缩臂401进行伸缩的第二电动推杆402，第二电动推杆402与控制器701电连接，水平伸缩臂401包括水平内臂4011和水平外臂4012，水平内臂4011的外壁上沿水平内壁的长度方向设有导向凸条，水平外臂4012的外壁上设有与导向凸条相适配的导向槽。通过这种结构的设计，水平伸缩臂401能够对其内部的第二电动推杆402进行保护，避免第二电动推杆402磕碰受损，水平伸缩臂401的水平外臂4012和水平内臂4011通过导向凸条和导向槽的配合，保证水平伸缩过程的顺畅。

在本实施方式中，刀盘机构6包括刀盘架601、旋转刀头602和刀头驱动电机603，旋转刀头602和刀头驱动电机603分别安装在刀盘架601上，刀头驱动电机603与控制器701电连接。

在本实施方式中，刀盘架601上安装有多个旋转刀头602，多个旋转刀头602通过传动机构与刀头驱动电机603的端连接，且多个旋转刀头602均安装在同一水平面上。通过设置多个旋转刀头602，提升修剪效率。具体地，刀头驱动电机6可以通过齿轮传动或者带传动等方式驱动多个旋转刀头602转动，具体的通过一个电机同时同步带动多个负载工作的传动结构属于现有技术，在此不再赘述。

在本实施方式中，刀盘角度调节机构5包括U型支座501、转轴502、固定块503、第一皮带轮504、皮带505、第二皮带轮506和角度调节驱动电机507，U型支座501的非开口端与水平伸缩机构4的末端固定连接，U型支座501的两个侧板对称开设有通孔，刀头驱动电机603两侧对称固定有固定块503，两个固定块503上远离刀头驱动电机603的一侧固定连接有转轴502，两个转轴502分别从内至外穿过U型支座501的两个侧板上的对应的通孔，至少其中一个转轴502的另一端固定连接有第一皮带轮504，第一皮带轮504通过皮带505与第二皮带轮506传动连接，第二皮带轮506与角度调节驱动电机507的输出轴固定连接，角度调节驱动电机507通过固定支架固定安装在U型支座501的侧面，与控制器701电连接。通过这种特殊结构的设计，能够实现刀盘机构6的竖直平面内进行角度的快速精确调节，以适应不同修剪要求。在需要对刀盘机构6进行角度调节时，通过控制器发送正转或反转信号至角度调节驱动电机507，角度调节驱动电机507根据控制指令正转或反转一定角度，角度调节驱动电机507的旋转带动第二皮带轮506转动，进而通过皮带505带动第一皮带轮504转动，第一皮带轮504的转动带动转轴502转动，从而带动刀盘机构6转动，达到需要的修剪角度时，角度调节驱动电机507停止转动。

在本实施方式中，机器人还包括设置于水平伸缩机构4顶部的视频监控装置8，视频监控装置8与控制器701电连接，视频监控装置8用于获取机器人作业过程中的视频图像，并将获取的视频图像发送至控制器701。通过视频监控装置8对机器人工作过程中周围的环境进行实时获取，便于机器人的远程控制，也能够对绿化带修剪后的效果进行拍照存储，便于后续对修剪质量进行检查。

在本实施方式中，机器人还包括安装于刀盘机构6上的倾角传感器9，倾角传感器9与控制器701电连接，倾角传感器9用于检测刀盘机构6的倾斜角度，并将检测到的角度信息发送给控制器701；通过倾角传感器9检测刀盘机构6的倾斜角度，并将检测到的角度信息发送给控制器701，便于控制器701根据实际需要实时准确调整刀盘机构6的倾斜角度。

在本实施方式中，机器人还包括设置于移动机构1上的超声波避障模块10，超声波避障模块10与控制器701电连接。通过超声波避障模块10在机器人行走过程中对周边环境进行检测，避免机器人在行进过程中碰到障碍物。

在本实施方式中，机器人还包括无线通讯模块11和远程控制终端12，远程控制终端12与控制器701通过无线通讯模块11通讯连接。通过远程控制终端12远程无线遥控机器人进行工作，有效保证操作人员的人身安全，提高机器人工作效率。通过远程控制终端对机器人的行进、升降、水平伸缩、刀盘角度调节以及刀盘机构执行修剪工作进行远程控制，远程移动终端12具体可以是无线遥控器、安装有相应APP的智能手机等，无线通讯模块11具体可以是3G或4G模块。

本实施例的机器人在使用时，首先将该机器人放置到需要修剪的绿化带附近，然后通过启动机器人，通过远程控制终端12控制机器人的行走驱动电机103使机器人行驶到绿化带旁边，再在远程控制终端12上设置需要修剪的绿化带的高度、角度和修剪路径等参数，参数设定完毕后，启动机器人，机器人根据设置的参数通过控制器701控制移动机构1、第一电动推杆302、第二电动推杆402和角度调节驱动电机507进行动作，从而调节刀盘机构6相对于绿化带的水平角度、高度、水平距离以及倾斜角度，在上述动作调整到位后，控制器701则控制刀头驱动电机603旋转自动进行绿化带的修剪，同时控制移动机构1根据设定路径行进，行进过程中通过超声波避障模块10进行自动避障，在修剪的过程中，视频监控设置8回传监控图像至远程控制终端12上，操作人员可以通过监控图像进行修剪质量的把控以及方便地控制机器人根据需要进行各项动作。

通过上述方案可知，本实施例通过移动机构1、垂直伸缩机构3、水平伸缩机构4和刀盘角度调节机构5的相互配合，实现了绿化带修剪刀具的四自由度的调节，能够任意调节修剪绿化带的位置、宽度、高度和角度，全方位实现高速公路上绿化带的高要求的修剪，且结构设计合理，自动化程度高，能够有效提升高速公路绿化带的修剪质量和修剪效率，保证绿化人员的人身安全。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，包括移动机构、底座、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构、刀盘机构和电控箱；其中，所述移动机构用于实现整个机器人在水平任意方向的移动和原地旋转；所述底座固定安装在所述移动机构顶部，所述垂直伸缩机构竖向固定安装在所述底座顶部，所述垂直伸缩机构用于实现所述刀盘机构在垂直方向上的升降运动；所述水平伸缩机构横向固定安装在所述垂直伸缩机构的顶端，所述水平伸缩机构用于实现所述刀盘机构在水平方向上的伸缩运动；所述水平伸缩机构的末端固定安装有所述刀盘角度调节机构，所述刀盘角度调节机构与所述刀盘机构转动连接，所述刀盘角度调节机构用于实现所述刀盘机构在竖直平面内的角度调节；所述电控箱内设有控制器，所述移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构和刀盘机构分别与所述控制器电连接，所述控制器用于根据控制指令对所述移动机构、垂直伸缩机构、水平伸缩机构、刀盘角度调节机构和刀盘机构进行控制。

2.根据权利要求1所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述移动机构包括支撑架和设置在所述支撑架底部的麦克纳姆轮以及用于驱动所述麦克纳姆轮的行走驱动电机，所述行走驱动电机与所述控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述垂直伸缩机构包括垂直伸缩臂和设置在所述垂直伸缩臂内部用于带动所述垂直伸缩臂进行伸缩的第一电动推杆，所述第一电动推杆与所述控制器电连接，所述垂直伸缩臂包括垂直内臂和垂直外臂，所述垂直内臂的外壁上沿所述垂直内臂的长度方向设有导向凸条，所述垂直外臂的外壁上设有与所述导向凸条相适配的导向槽。

4.根据权利要求1所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述水平伸缩机构包括水平伸缩臂和设置在所述水平伸缩臂内部用于带动所述水平伸缩臂进行伸缩的第二电动推杆，所述第二电动推杆与所述控制器电连接，所述水平伸缩臂包括水平内臂和水平外臂，所述水平内臂的外壁上沿所述水平内壁的长度方向设有导向凸条，所述水平外臂的外壁上设有与所述导向凸条相适配的导向槽。

5.根据权利要求1所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述刀盘机构包括刀盘架、旋转刀头和刀头驱动电机，所述旋转刀头和刀头驱动电机分别安装在所述刀盘架上，所述刀头驱动电机与所述控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述刀盘架上安装有多个所述旋转刀头，多个所述旋转刀头通过传动机构与所述刀头驱动电机的端连接，且多个所述旋转刀头均安装在同一水平面上。

7.根据权利要求5所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，所述刀盘角度调节机构包括U型支座、转轴、固定块、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮和角度调节驱动电机，所述U型支座的非开口端与所述水平伸缩机构的末端固定连接，所述U型支座的两个侧板对称开设有通孔，所述刀头驱动电机两侧对称固定有所述固定块，两个所述固定块上远离所述刀头驱动电机的一侧固定连接有所述转轴，两个所述转轴分别从内至外穿过所述U型支座的两个侧板上的对应的所述通孔，至少其中一个所述转轴的另一端固定连接有所述第一皮带轮，所述第一皮带轮通过所述皮带与所述第二皮带轮传动连接，所述第二皮带轮与所述角度调节驱动电机的输出轴固定连接，所述角度调节驱动电机与所述控制器电连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，还包括设置于所述水平伸缩机构顶部的视频监控装置，所述视频监控装置与所述控制器电连接，所述视频监控装置用于获取所述机器人作业过程中的视频图像，并将获取的视频图像发送至所述控制器。

9.根据权利要求8任意一项所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，还包括安装于所述刀盘机构上的倾角传感器，所述倾角传感器与所述控制器电连接，所述倾角传感器用于检测所述刀盘机构的倾斜角度，并将检测到的角度信息发送给所述控制器；

和/或还包括设置于所述移动机构上的超声波避障模块，所述超声波避障模块与所述控制器电连接。

10.根据权利要求9所述的高速公路绿化带修剪机器人，其特征在于，还包括无线通讯模块和远程控制终端，所述远程控制终端与所述控制器通过所述无线通讯模块通讯连接。