CN110915457B - 绿篱修剪装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿篱修剪装置及控制方法，绿篱修剪装置包括用于修剪绿篱的修剪刀盘、用于调整修剪刀盘的位置的臂架、用于驱动臂架移动的臂架驱动装置以及用于驱动修剪刀盘旋转摆动的刀盘驱动装置，通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构、修剪刀盘、刀盘翻转机构以及刀盘回转机构的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构驱动臂架移动，从而带动修剪刀盘移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构驱动修剪刀盘翻转，以使修剪刀盘的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，并通过刀盘回转机构在修剪刀盘遇到障碍物时驱动修剪刀盘转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘避开障碍物。

Description

绿篱修剪装置及控制方法

技术领域

本发明涉及绿篱修剪设备技术领域，特别地，涉及一种绿篱修剪装置及控制方法。

背景技术

现有的绿篱修剪车设计简单，修剪绿篱时修剪刀盘在遇到障碍物时无法及时规避，导致修剪刀盘与障碍物相互撞击而受损，并且现有的绿篱修剪车上的绿篱修剪装置无法快速地将修剪刀盘移动至绿篱的待修剪面处，并且容易出现修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面无法相配合，而导致修剪刀盘无法对绿篱的待修剪面进行充分地修剪。

发明内容

本发明提供了一种绿篱修剪装置及控制方法，以解决现有的绿篱修剪装置无法及时规避障碍物且对绿篱的带修剪面修剪不充分的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种绿篱修剪装置，安装于绿篱修剪车的汽车底盘上，绿篱修剪装置包括用于修剪绿篱的修剪刀盘、用于调整修剪刀盘的位置的臂架、用于驱动臂架移动的臂架驱动装置以及用于驱动修剪刀盘旋转摆动的刀盘驱动装置，刀盘驱动装置包括安装于臂架的活动端上的用于调整修剪刀盘的修剪角度的刀盘翻转机构以及安装于刀盘翻转机构的活动端上的用于带动修剪刀盘回转以规避修剪刀盘前方遇到的障碍物的刀盘回转机构，臂架驱动装置包括固定端安装于汽车底盘上的用于驱动臂架回转的臂架回转机构以及安装于臂架和臂架回转机构上的用于驱动臂架翻转的臂架翻转机构；通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构、修剪刀盘、刀盘翻转机构以及刀盘回转机构的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构驱动臂架移动，从而带动修剪刀盘移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构驱动修剪刀盘翻转，以使修剪刀盘的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，并通过刀盘回转机构在修剪刀盘遇到障碍物时驱动修剪刀盘转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘避开障碍物。

进一步地，修剪刀盘上安装有用于获取修剪刀盘前方情景的图像的摄像头以及用于根据摄像头获取的图像信号自动识别修剪刀盘前方是否有障碍物的识别装置，摄像头与识别装置均与绿篱修剪车的控制系统连接，通过控制系统将摄像头获取的图像信号传输至识别装置进行识别，并根据识别装置识别的信息控制刀盘回转机构的工作状态。

进一步地，臂架包括安装于臂架回转机构活动端上的主臂以及铰接于主臂上的副臂，刀盘翻转机构的固定端安装于副臂上，臂架翻转机构包括用于驱动主臂翻转的主臂油缸以及用于驱动副臂翻转的副臂油缸，主臂油缸的固定端铰接于臂架回转机构的活动端上，主臂油缸的活动端铰接于主臂上，副臂油缸的固定端铰接于主臂上，副臂油缸的活动端铰接于副臂上。

进一步地，臂架翻转机构还包括用于检测主臂翻转角度的主臂角度传感器、用于检测副臂翻转角度的副臂角度传感器以及用于检测臂架回转角度的臂架回转编码器，控制系统根据主臂角度传感器、副臂角度传感器以及臂架回转编码器的检测信号，获取臂架姿态和位置的信息，进而根据臂架的姿态和位置的信息，控制臂架翻转机构和臂架回转机构的工作状态。

进一步地，刀盘翻转机构包括用于检测修剪刀盘的修剪角度的刀盘角度传感器，刀盘回转机构包括用于检测修剪刀盘的回转角度的刀盘回转编码器，控制系统根据刀盘角度传感器以及刀盘回转编码器的检测信号，获取修剪刀盘姿态和位置的信息，进而根据修剪刀盘的姿态和位置的信息，控制刀盘翻转机构和刀盘回转机构的工作状态。

进一步地，修剪刀盘包括机架，机架上安装有用于连接刀盘回转机构的活动端的安装座、用于修剪绿篱的修剪刀具组件以及用于将修剪刀具组件围合的围板，通过安装于机架上的围板使修剪刀具组件位于一个半封闭的腔体内，从而防止修剪后的枝叶飞溅而对周围人员造成安全隐患。

进一步地，修剪刀盘还包括用于检测修剪刀盘的修剪面与绿篱的修建部位之间的距离的位移传感器，控制系统根据位移传感器的检测信号，获取修剪刀盘的修剪面与绿篱待修剪面之间的相对位置信息，进而根据修剪刀盘修剪面与绿篱待修剪面之间的相对位置信息控制臂架翻转机构、臂架回转机构、刀盘翻转机构以及刀盘回转机构的工作状态，以将修剪刀盘的修剪面移动至绿篱的待修剪面。

进一步地，机架内设有与腔体连通的流道，流道的输出端与绿篱修剪车上的收集装置的吸管连接，修剪刀具组件包括位于腔体中间部位的修剪破碎刀具以及分别位于修剪破碎刀具两侧的修剪刀具，且两组修剪刀具相对于中间的修剪破碎刀具更靠近围板的开口处，通过两道修剪刀具对绿篱的枝叶进行初步修剪，进而通过修剪破碎刀具将修剪刀具修剪下来的枝叶进行进一步的破碎，以便于收集装置将破碎的枝叶抽吸至绿篱修剪车上的存放装置内。

根据本发明的另一方面，还提供一种绿篱修剪装置的控制方法，包括以下步骤：根据待修剪的绿篱与绿篱修剪车的相对位置控制臂架回转机构，从而驱动臂架转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近；根据臂架的长度、修剪刀盘的修剪面与臂架的固定端之间的垂直距离、臂架的固定端与修剪刀盘的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘的修剪面与水平面的倾角，确定臂架与修剪刀盘的姿态和位置的信息；根据臂架的长度、绿篱待修剪面与臂架的固定端之间的垂直距离、臂架的固定端与绿篱待修剪面之间的水平距离以及绿篱待修剪面与水平面的倾角，确定绿篱待修剪面的位置与角度信息；根据臂架的长度、臂架与修剪刀盘的位置与角度的信息以及绿篱待修剪面的位置与角度的信息，确定臂架和修剪刀盘需要翻转的角度；根据臂架和修剪刀盘需翻转的角度控制臂架翻转机构和刀盘翻转机构，从而驱动臂架和刀盘翻转，使修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；启动修剪刀盘对待修剪的绿篱进行修剪；实时监测修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差，并根据修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差控制臂架翻转机构和刀盘翻转机构，以确保修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；通过修剪刀盘上摄像头获取修剪刀盘前方的图像，并通过识别装置对图像进行分析，从而判断修剪刀盘的前方是否存在障碍物；若判断修剪刀盘的前方无障碍物，则继续以上述方式对绿篱进行修剪；若判断修剪刀盘的前方存在障碍物，则控制刀盘回转机构将修剪刀盘转动至无障碍物的一侧。

进一步地，驱动臂架转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近之后，根据绿篱的待修剪面的角度，通过刀盘翻转机构驱动修剪刀盘翻转，使修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面平行，从而消除修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面之间的角度偏差；根据修剪刀盘的修剪面与绿篱的待修剪面之间的距离偏差、臂架的长度、修剪刀盘的修剪面与臂架的固定端之间的垂直距离、臂架的固定端与修剪刀盘的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘的修剪面与水平面的夹角，确定臂架和修剪刀盘需翻转调整的角度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的绿篱修剪装置，通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构、修剪刀盘、刀盘翻转机构以及刀盘回转机构的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构驱动臂架移动，从而带动修剪刀盘移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构驱动修剪刀盘翻转，以使修剪刀盘的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，确保修剪刀盘对绿篱的待修剪面进行充分的修剪，提高绿篱修剪装置的工作效率，改善了绿篱修剪装置的工作效果，并通过刀盘回转机构在修剪刀盘遇到障碍物时驱动修剪刀盘转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘避开障碍物，由于仅需控制刀盘回转机构，便实现了修剪刀盘对障碍物的规避，因此，规避迅速且及时，从而避免修剪刀盘受到障碍物的撞击而受损。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的绿篱修剪装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的绿篱修剪装置的使用状态图；

图3是本发明优选实施例的修剪刀盘的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的臂架的姿态示意图；

图5是本发明优选实施例的臂架的调整示意图；

图6是本发明优选实施例的绿篱修剪车的结构示意图；

图7是本发明优选实施例的存放装置的结构示意图；

图8是本发明优选实施例的存放装置的结构示意图。

图例说明：

1、汽车底盘；2、喷水装置；21、预湿喷嘴；22、清洗喷嘴；23、喷洒水炮；3、修剪装置；31、臂架；311、主臂；312、副臂；32、修剪刀盘；321、机架；322、安装座；323、修剪刀具组件；324、围板；325、橡胶板；33、臂架驱动装置；331、臂架回转机构；332、主臂油缸；333、副臂油缸；34、刀盘驱动装置；341、刀盘回转机构；342、刀盘翻转机构；35、摄像头；4、收集装置；41、风机；42、吸管；5、存放装置；51、前腔体；511、加注管路；512、加注阀；513、外接口；514、溢流管路；52、后腔体；521、出风口；522、进风口；523、后门。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的绿篱修剪装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的绿篱修剪装置的使用状态图；图3是本发明优选实施例的修剪刀盘的结构示意图；图4是本发明优选实施例的臂架的姿态示意图；图5是本发明优选实施例的臂架的调整示意图；图6是本发明优选实施例的绿篱修剪车的结构示意图；图7是本发明优选实施例的存放装置的结构示意图；图8是本发明优选实施例的存放装置的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的绿篱修剪装置3，安装于绿篱修剪车的汽车底盘上，绿篱修剪装置3包括用于修剪绿篱的修剪刀盘32、用于调整修剪刀盘32的位置的臂架31、用于驱动臂架移动的臂架驱动装置33以及用于驱动修剪刀盘32旋转摆动的刀盘驱动装置34，刀盘驱动装置34包括安装于臂架31的活动端上的用于调整修剪刀盘32的修剪角度的刀盘翻转机构342以及安装于刀盘翻转机构342的活动端上的用于带动修剪刀盘32回转以规避修剪刀盘32前方遇到的障碍物的刀盘回转机构341，臂架驱动装置33包括固定端安装于汽车底盘上的用于驱动臂架31回转的臂架回转机构331以及安装于臂架31和臂架回转机构331上的用于驱动臂架翻转的臂架翻转机构；通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构331、修剪刀盘32、刀盘翻转机构342以及刀盘回转机构341的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构331驱动臂架31移动，从而带动修剪刀盘32移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构342驱动修剪刀盘32翻转，以使修剪刀盘32的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，并通过刀盘回转机构341在修剪刀盘32遇到障碍物时驱动修剪刀盘32转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘32避开障碍物。本发明的绿篱修剪装置3，通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架31翻转机构、臂架回转机构331、修剪刀盘32、刀盘翻转机构342以及刀盘回转机构341的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构331驱动臂架31移动，从而带动修剪刀盘32移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构342驱动修剪刀盘32翻转，以使修剪刀盘32的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，确保修剪刀盘32对绿篱的待修剪面进行充分的修剪，提高绿篱修剪装置3的工作效率，改善了绿篱修剪装置3的工作效果，并通过刀盘回转机构341在修剪刀盘32遇到障碍物时驱动修剪刀盘32转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘32避开障碍物，由于仅需控制刀盘回转机构341，便实现了修剪刀盘32对障碍物的规避，因此，规避迅速且及时，从而避免修剪刀盘32受到障碍物的撞击而受损。

如图3所示，修剪刀盘32上安装有用于获取修剪刀盘32前方情景的图像的摄像头35以及用于根据摄像头35获取的图像信号自动识别修剪刀盘32前方是否有障碍物的识别装置，摄像头35与识别装置均与绿篱修剪车的控制系统连接，通过控制系统将摄像头35获取的图像信号传输至识别装置进行识别，并根据识别装置识别的信息控制刀盘回转机构341的工作状态。在本实施例中，摄像头35的视角大于60度，从而获取修剪刀盘32前方1米-2米范围内的图像。若识别装置根据摄像头35获取的图像信号分析并判断修剪刀盘32的前方存在障碍物，控制系统根据识别装置识别后的结果控制刀盘回转机构341朝左侧或右侧转动，从而带动修剪刀盘32转动至无障碍物的区域。可选地，修剪刀盘32上安装有用于获取修剪刀盘32前方场景的第一摄像头35、用于获取修剪刀盘32左侧场景的第二摄像头35以及用于获取修剪刀盘32右侧场景的第三摄像头35。修剪绿篱时，通过第一摄像头35、第二摄像头35以及第三摄像头35分别获取修剪刀盘32前方、左侧以及右侧的场景并将图像信号传输至控制系统，控制系统将第一摄像头35、第二摄像头35以及第三摄像头35获取的图像信号传输至识别装置进行识别，若判断修剪刀盘32的前方存在障碍物而左侧无障碍物，则控制修剪刀盘32转动至无障碍物的左侧，进而通过第三摄像头35获取原来修剪刀盘32前方的场景即修剪方向的场景并将图像信号传输至控制系统，控制系统将第三摄像头35获取的图像信号传输至识别装置，若识别装置识别判断修剪方向无障碍物后，则控制修剪刀盘32朝右侧转回至修剪方向继续进行修剪。在本实施例中，识别装置根据图像信号获得外形轮廓并将外形轮廓与数据库中的图像进行比对，从而判断出是否为障碍物。

如图1所示，臂架31包括安装于臂架回转机构331的活动端上的主臂311以及铰接于主臂311上的副臂312，刀盘翻转机构342的固定端安装于副臂312上，臂架翻转机构包括用于驱动主臂311翻转的主臂油缸332以及用于驱动副臂312翻转的副臂油缸333，主臂油缸332的固定端铰接于臂架回转机构331的活动端上，主臂油缸332的活动端铰接于主臂311上，副臂油缸333的固定端铰接于主臂311上，副臂油缸333的活动端铰接于副臂312上。通过控制主臂油缸332和副臂油缸333的伸缩，从而分别控制主臂311和副臂312翻转的角度。

如图1所示，臂架翻转机构还包括用于检测主臂311翻转角度的主臂角度传感器、用于检测副臂312翻转角度的副臂角度传感器以及用于检测臂架31回转角度的臂架回转编码器，控制系统根据主臂角度传感器、副臂角度传感器以及臂架回转编码器的检测信号，获取臂架31的姿态和位置的信息，进而根据臂架31的姿态和位置的信息，控制臂架翻转机构和臂架回转机构331的工作状态。

如图1所示，臂架回转机构331上设有臂架支撑座，主臂311的固定端铰接于臂架支撑座上，臂架翻转机构包括固定端铰接于臂架支撑座而活动端铰接于主臂311上的主臂油缸332以及固定端铰接于主臂311而活动端铰接于副臂312上的副臂油缸333，通过控制主臂油缸332和副臂油缸333的伸缩，从而分别控制主臂311和副臂312翻转的角度。

如图1所示，刀盘翻转机构342包括用于将臂架31的活动端与刀盘回转机构341的活动端连接的连接座、两端分别铰接于臂架31的活动端和连接座上的弧形转板以及固定端铰接于臂架31上而活动端铰接于弧形转板上的刀盘翻转油缸。连接座的第一端固定于修剪刀盘32上，连接座的第二端铰接于臂架31上。

如图1所示，刀盘翻转机构342包括用于检测修剪刀盘32的修剪角度的刀盘角度传感器，刀盘回转机构341包括用于检测修剪刀盘32的回转角度的刀盘回转编码器，控制系统根据刀盘角度传感器以及刀盘回转编码器的检测信号，获取修剪刀盘32姿态和位置的信息，进而根据修剪刀盘32姿态和位置的信息，控制刀盘翻转机构342和刀盘回转机构341的工作状态。在本实施例中，臂架31由臂架驱动装置33从初始位置调节至作业位置，当达到作业位置后，臂架31固定不动。因主臂油缸332、副臂油缸333和刀盘翻转油缸都设计有双向平衡阀，可以实现在到达作业位置后，臂架31和修剪刀盘32不能翻转。此外，臂架回转机构331和刀盘回转机构341是由涡轮蜗杆组成的机构，具有自锁功能，使修剪刀盘32和臂架31到达作业位置后无法自由转动，因此，臂架31和修剪刀盘32在没有执行运动信号的条件下，位置和姿态无法改变。当修剪刀盘32由初始位置移动至作业位置，首先臂架回转机构331向车辆左侧或右侧旋转90度(由臂架回转编码器检测角度)，再由刀盘回转机构341将刀盘旋转90度(由刀盘回转编码器检测角度)，然后根据作业位置需求协同调整主臂油缸332、副臂油缸333以及刀盘翻转油缸(由主臂角度传感器、副臂角度传感器以及刀盘角度传感器检测)，从而将修剪刀盘32调节至作业位置。当由修剪刀盘32由作业位置返回至初始位置时，调节的动作跟上述过程相反，先通过主臂油缸332、副臂油缸333以及刀盘翻转油缸油缸协同调整主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的翻转角度，进而通过臂架回转机构331和刀盘回转机构341然后实现修剪刀盘32和臂架31的回转复位动作，从而避免修剪装置与车头、车厢等其他结构干涉。

如图3所示，修剪刀盘32包括机架321，机架321上安装有用于连接刀盘回转机构331的活动端的安装座322、用于修剪绿篱的修剪刀具组件323以及用于将修剪刀具组件323围合的围板324，通过安装于机架321上的围板324使修剪刀具组件323位于一个半封闭的腔体内，从而防止修剪后的枝叶飞溅而对周围人员造成安全隐患。

修剪刀盘32还包括用于检测修剪刀盘32的修剪面与绿篱的修剪部位之间的距离的位移传感器，控制系统根据位移传感器的检测信号，获取修剪刀盘32的修剪面的位置信息，进而根据修剪刀盘32修剪面的位置信息控制臂架31翻转机构、臂架回转机构331、刀盘翻转机构342以及刀盘回转机构341的工作状态，以将修剪刀盘32的修剪面移动至绿篱的待修剪面。

如图3所示，机架321内设有与腔体连通的流道，流道的输出端与绿篱修剪车上的收集装置4的吸管42连接，修剪刀具组件323包括位于腔体中间部位的修剪破碎刀具以及分别位于修剪破碎刀具两侧的修剪刀具，且两组修剪刀具相对于中间的修剪破碎刀具更靠近围板324的开口处，通过两道修剪刀具对绿篱的枝叶进行初步修剪，进而通过修剪破碎刀具将修剪刀具修剪下来的枝叶进行进一步的破碎，以便于收集装置4将破碎的枝叶抽吸至绿篱修剪车上的存放装置5内。围板324的开口处布设有多组橡胶板325。两组修剪刀具与修剪破碎刀具之间设有用于将修剪刀具剪下来的枝叶引导至修剪破碎刀具处进行进一步修剪的导流板。修剪绿篱时，绿篱从橡胶板325之间伸入腔体内，通过两组修剪刀具将枝叶从绿篱上修剪下来，再通过修剪破碎刀具将修剪下的枝叶进行进一步地破碎，以便于收集装置4将破碎的枝叶收集至存放装置5中。修剪刀具包括安装于机架321上的轴承座、固定于轴承座上的旋转马达以及与旋转马达的输出轴传动连接的旋转轴，旋转轴通过轴承安装于轴承座内，多组刀片安装于旋转轴上，从而通过旋转轴带动刀片转动，以对枝叶进行修剪。

本实施例的绿篱修剪装置3的控制方法，包括以下步骤：根据待修剪的绿篱与绿篱修剪车的相对位置控制臂架回转机构331，从而驱动臂架31转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近；根据臂架31的长度、修剪刀盘32的修剪面与臂架31的固定端之间的垂直距离、臂架31的固定端与修剪刀盘32的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘32的修剪面与水平面的倾角，确定臂架31与修剪刀盘32的姿态和位置的信息；根据臂架31的长度、绿篱待修剪面与臂架31的固定端之间的垂直距离、臂架31的固定端与绿篱待修剪面之间的水平距离以及绿篱待修剪面与水平面的倾角，确定绿篱待修剪面的位置与角度信息；根据臂架31的长度、臂架31与修剪刀盘32的位置与角度的信息以及绿篱待修剪面的位置与角度的信息，确定臂架31和修剪刀盘32需要翻转的角度；根据臂架31和修剪刀盘32需翻转的角度控制臂架31翻转机构和刀盘翻转机构342，从而驱动臂架31和刀盘翻转，使修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；启动修剪刀盘32对待修剪的绿篱进行修剪；实时监测修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差，并根据修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差控制臂架31翻转机构和刀盘翻转机构342，以确保修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；通过修剪刀盘32上摄像头35获取修剪刀盘32前方的图像，并通过识别装置对图像进行分析，从而判断修剪刀盘32的前方是否存在障碍物；若判断修剪刀盘32的前方无障碍物，则继续以上述方式对绿篱进行修剪；若判断修剪刀盘32的前方存在障碍物，则控制刀盘回转机构341将修剪刀盘32转动至无障碍物的一侧。

驱动臂架31转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近之后，根据绿篱的待修剪面的角度，通过刀盘翻转机构342驱动修剪刀盘32翻转，使修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面平行，从而消除修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间的角度偏差；根据修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间的距离偏差、臂架31的长度、修剪刀盘32的修剪面与臂架31的固定端之间的垂直距离、臂架31的固定端与修剪刀盘32的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘32的修剪面与水平面之间的夹角，确定臂架31和修剪刀盘32需翻转的角度。

在本实施例中，主臂311、副臂312以及修剪刀盘32能实现协同运动，通过控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构331、刀盘翻转机构342以及刀盘回转机构341，从而控制主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的协同运动，实现修剪刀盘32的水平、垂直等组合运动。作业时，操作人员只需在驾驶室控制显示屏内输入修剪刀盘32的作业高度、修剪刀盘32与车身之间的水平距离、修剪刀盘32的作业倾角，修剪刀盘32的作业方向等参数，控制系统会自动计算出主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的运动量即臂架31与修剪刀盘32的姿态位置，控制各结构件协同运动至相应位置。首先根据绿篱待修剪面的角度控制刀盘翻转机构342，将修剪刀盘32的作业倾角调整至与绿篱的待修剪面的角度相等，从而消除了修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间的角度偏差。计算姿态位置方法如下：如图4所示，原点O为主臂311与臂架支撑座的铰接点即主臂311的固定端，A为主臂311与副臂312的铰接点，B为副臂312与刀盘回转机构341的铰接点即副臂312的活动端，C为修剪面中心，l₁为O点至A点之间的距离，l₂为A点至B点之间的距离，l₃为B点至C点之间的距离，根据修剪刀盘32的作业高度和修剪刀盘32与车身之间的水平距离确定C点的位置坐标，C_x为修剪面中心与车身的水平距离L，C_y为作业高度，θ为修剪刀盘32的作业倾角，C_x、C_y以及θ三者均为工作时的输入参数：

可得到C点横坐标C_x：C_x＝l₁cosα-l₂cos(α+β)+l₃cos(α+β+γ)；

C点纵坐标C_y：C_y＝l₁sinα-l₂sin(α+β)+l₃sin(α+β+γ)；

从而得到：

由上述推出：

三式联立计算得α、β、γ。

在本实施例中，修剪刀盘32上设有位移传感器，根据修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面的距离偏差作出自适应调整，使修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面相配合，将绿篱的待修剪面修剪平整。修剪过程中，路面凹凸不平时，修剪刀盘32随着车辆上下波动，使修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间存在距离偏差。修剪刀盘32上的位移传感器实时监测变化的同时把数据传输至控制系统。控制系统根据主臂角度传感器、副臂角度传感器、臂架回转编码器、刀盘角度传感器以及刀盘回转编码器传入的姿态参数计算出主臂311、副臂312以及修剪刀盘32所需翻转的角度，从而控制各结构件协同运动并作出及时调整。计算主臂311、副臂312以及修剪刀盘32所需翻转的角度的方法如下：如图5所示，原点O为主臂311与臂架支撑座的铰接点，A为主臂311与副臂312的铰接点，B为副臂312与刀盘回转机构341的铰接点，C为修剪面中心。当修剪刀盘32的修剪面与绿篱的待修剪面之间出现距离偏差，主臂311、副臂312以及修剪刀盘32需及时调整至图5中虚线位置，即A、B、C点运动至A’、B’、C’，得出：

此时C’坐标也应满足公式：

角度关系式也因满足式：

联立上述方程即得：

解方程可得到α′、β′、γ′。则主臂311、副臂312以及修剪刀盘32所需翻转的角度分别为：Δα＝α-α′；Δβ＝β-β′；Δγ＝γ-γ′。

在本实施例中，通过控制主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的协同运动能实现修剪刀盘32在绿篱的待修剪面内移动，即待修剪面宽于修剪刀盘32的修剪面时，修剪刀盘32作平行于修剪面的定向移动，对宽于修剪刀盘32的绿篱进行修剪。当绿篱的待修剪面比修剪刀盘32的修剪面宽W时，操作人员发出修剪刀盘32定向移动W的指令，主臂角度传感器、副臂角度传感器、臂架31回转编码器、刀盘角度传感器以及刀盘回转编码器把姿态位置信息传输给控制系统，控制系统计算出主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的变化量和变化速度，从而协同控制主臂311、副臂312以及修剪刀盘32的运动，使修剪刀盘32从图中实线位置水平运动往虚线位置移动，从而对宽于修剪刀盘32的绿篱进行修剪。

如图6所示，本实施例的绿篱修剪车，包括汽车底盘1，汽车底盘1上安装有用于对绿篱进行预湿和浇灌以及对路面进行冲洗的喷水装置2、用于修剪绿篱的绿篱修剪装置3、用于将修剪下来的枝叶进行收集的收集装置4以及用于存放收集装置4收集的树叶和喷水装置2的所需用水的存放装置5，绿篱修剪车还包括用于控制汽车底盘1、喷水装置2、绿篱修剪装置3、收集装置4以及存放装置5的工作状态的控制系统，通过控制系统控制绿篱修剪装置3悬停至待修剪绿篱位置，并依次控制喷水装置2喷水润湿绿篱以及绿篱修剪装置3修剪目标绿篱且收集装置4同步收集修剪下来的枝叶，收集装置4的输出端连通至存放装置5以将收集的枝叶输送至存放装置5内存放。本发明的绿篱修剪车，通过喷水装置2将绿篱预湿后，再通过绿篱修剪装置3对绿篱进行修剪，从而有效地减少了绿篱修剪时产生的扬尘；修剪绿篱时，通过收集装置4将修剪下来的枝叶立即收集至存放装置5中，无需人工收集，节约了人力成本，且提高了绿篱修剪作业的效率；对于路面上残留的枝叶，通过喷水装置2将路面冲洗干净；喷水装置2的所需用水与收集装置4收集的树叶均存放于存放装置5，无需设置多个存放装置5分别存放喷水装置2的所需用水与收集装置4收集的树叶，减少了存放装置5的占用空间；无需修剪绿篱时，则通过喷水装置2对绿篱进行浇灌，对绿篱进行养护。在本实施例中，汽车底盘1上设有车厢，收集装置4和存放装置5安装于车厢内，以对收集装置4和存放装置5进行防护。绿篱修剪装置3安装于汽车底盘1上，并位于车头与车厢之间的区域。当绿篱修剪车无需进行修剪作业而需要正常行驶时，通过控制系统控制绿篱修剪装置3为初始状态，通过控制臂架回转机构331和臂架翻转机构控制臂架31折叠于车头与车厢之间的区域，且修剪刀盘32位于车头的上方，从而防止绿篱修剪装置3对绿篱修剪车的正常行驶造成影响，减少安全隐患；当绿篱修剪车需要进行修剪作业时，通过控制系统控制绿篱修剪装置3为修剪状态，通过控制臂架回转机构331和臂架翻转机构控制臂架展开。

如图6所示，修剪刀盘32内设有流道，收集装置4包括与存放装置5连通的用于使存放装置5内形成负压的风机41以及安装于修剪刀盘32上的用于将流道与存放装置5连通的吸管42，通过风机41使存放装置5内形成负压，从而将修剪刀盘32修剪下的枝叶从流道和吸管42吸入并沉降于存放装置5内。

如图6所示，喷水装置2包括安装于修剪刀盘32上的用于对修剪前的绿篱进行预湿的预湿喷嘴21、安装于车身两侧的用于对修剪后绿篱周围的路面进行冲洗的清洗喷嘴22、安装于吸管42处的用于朝吸管42内的枝叶进行喷淋的喷淋喷嘴以及安装于车身前方的用于在非修剪时期对绿篱进行喷洒浇灌的喷洒水炮23；通过预湿喷嘴21对修剪前的绿篱进行预湿，以防止修剪刀盘32修剪绿篱时产生扬尘；通过喷淋喷嘴对吸管42内的枝叶进行喷淋，以使吸管42排出的枝叶快速沉降至存放装置5内。

如图7和图8所示，存放装置5包括用于存储喷水装置2所需的用水的前腔体51以及用于存储喷水装置2所需的用水和存放收集装置4收集的枝叶的后腔体52，前腔体51的底部设有用于水加注至前腔体51内的加注管路511，加注管路511上设有用于控制加注管路511与供水管路连通的加注阀512以及用于与喷水装置2连通以将存放装置5内的水输送至喷水装置2内的外接口513，前腔体51的顶部设有与后腔体52连通的溢流管路514，后腔体52的顶部设有用于与风机41连通的出风口521以及用于与吸管42连通的进风口522。通过开启加注阀512将水加注至前腔体51中，水注满前腔体51后从溢流管路514进入后腔体52中，当后腔体52的液位高度达到溢流管路514时则从溢流管路514溢出，便停止加注。外接口513上设有端盖，通过打开端盖，将外接口513连通输送设备，通过输送设备将前腔体51和后腔体52内的水输送至喷水装置2中进行使用，同时通过风机41与后腔体52出风口521连接后，使后腔体52内形成负压环境，从而将修剪刀盘32修剪的枝叶抽吸至后腔体52中。后腔体52还设有后门523，通过打开后门523，将后腔体52内存放的枝叶取出。

本发明的绿篱修剪车的操作方法，用于操作上述绿篱修剪车，包括以下步骤：绿篱修剪收集作业模式：启动绿篱修剪收集作业模式对绿篱进行修剪：通过臂架驱动装置33驱动臂架31朝车身的一侧伸展，从而带动修剪刀盘32移动至绿篱处，并通过刀盘驱动装置34驱动修剪刀盘32移动至绿篱待修剪的部位；修剪绿篱前，通过安装于修剪刀盘32上预湿喷嘴21喷射的水雾将绿篱润湿，启动修剪刀盘32对绿篱进行修剪，并通过收集装置4将修剪下的枝叶收集至存放装置5内，通过车身两侧的清洗喷嘴22喷射水柱将绿篱周围的路面上残留的枝叶冲洗至路面外侧；绿篱修剪完毕后转换为绿化喷洒浇灌模式：当绿篱无需修剪时，通过臂架驱动装置33驱动臂架31回缩，从而带动修剪刀盘32移动至车身上方，通过喷洒水炮23对绿篱进行喷洒浇灌。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种绿篱修剪装置，安装于绿篱修剪车的汽车底盘(1)上，其特征在于，

绿篱修剪装置(3)包括用于修剪绿篱的修剪刀盘(32)、用于调整修剪刀盘(32)的位置的臂架(31)、用于驱动臂架(31)移动的臂架驱动装置(33)以及用于驱动修剪刀盘(32)旋转摆动的刀盘驱动装置(34)，

刀盘驱动装置(34)包括安装于臂架(31)的活动端上的用于调整修剪刀盘(32)的修剪角度的刀盘翻转机构(342)以及安装于刀盘翻转机构(342)的活动端上的用于带动修剪刀盘(32)回转以规避修剪刀盘(32)前方遇到的障碍物的刀盘回转机构(341)，

臂架驱动装置(33)包括固定端安装于汽车底盘(1)上的用于驱动臂架(31)回转的臂架回转机构(331)以及安装于臂架(31)和臂架回转机构(331)上的用于驱动臂架(31)翻转的臂架翻转机构；

通过绿篱修剪车的控制系统控制臂架翻转机构、臂架回转机构(331)、修剪刀盘(32)、刀盘翻转机构(342)以及刀盘回转机构(341)的工作状态，通过臂架翻转机构和臂架回转机构(331)驱动臂架(31)移动，从而带动修剪刀盘(32)移动至车身一侧的绿篱处，进而通过刀盘翻转机构(342)驱动修剪刀盘(32)翻转，以使修剪刀盘(32)的修剪角度与绿篱的待修剪面相配合，并通过刀盘回转机构(341)在修剪刀盘(32)遇到障碍物时驱动修剪刀盘(32)转动至无障碍物的一侧，从而使修剪刀盘(32)避开障碍物。

2.根据权利要求1所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

修剪刀盘(32)上安装有用于获取修剪刀盘(32)前方情景的图像的摄像头(35)以及用于根据摄像头(35)获取的图像信号自动识别修剪刀盘(32)前方是否有障碍物的识别装置，

摄像头(35)与识别装置均与绿篱修剪车的控制系统连接，通过控制系统将摄像头(35)获取的图像信号传输至识别装置进行识别，并根据识别装置识别的信息控制刀盘回转机构(341)的工作状态。

3.根据权利要求1所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

臂架(31)包括安装于臂架回转机构(331)的活动端上的主臂(311)以及铰接于主臂(311)上的副臂(312)，刀盘翻转机构(342)的固定端安装于副臂(312)上，

臂架翻转机构包括用于驱动主臂(311)翻转的主臂油缸(332)以及用于驱动副臂(312)翻转的副臂油缸(333)，主臂油缸(332)的固定端铰接于臂架回转机构(331)的活动端上，主臂油缸(332)的活动端铰接于主臂(311)上，副臂油缸(333)的固定端铰接于主臂(311)上，副臂油缸(333)的活动端铰接于副臂(312)上。

4.根据权利要求3所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

臂架翻转机构还包括用于检测主臂(311)翻转角度的主臂角度传感器、用于检测副臂(312) 翻转角度的副臂角度传感器以及用于检测臂架(31)回转角度的臂架回转编码器，

控制系统根据主臂角度传感器、副臂角度传感器以及臂架回转编码器的检测信号，获取臂架(31)的姿态和位置的信息，进而根据臂架(31)的姿态和位置的信息，控制臂架翻转机构和臂架回转机构(331)的工作状态。

5.根据权利要求1所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

刀盘翻转机构(342)包括用于检测修剪刀盘(32)的修剪角度的刀盘角度传感器，

刀盘回转机构(341)包括用于检测修剪刀盘(32)的回转角度的刀盘回转编码器，

控制系统根据刀盘角度传感器以及刀盘回转编码器的检测信号，获取修剪刀盘(32)的姿态和位置的信息，进而根据修剪刀盘(32)的姿态和位置的信息，控制刀盘翻转机构(342)和刀盘回转机构(341)的工作状态。

6.根据权利要求1所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

修剪刀盘(32)包括机架(321)，机架(321)上安装有用于连接刀盘回转机构(341)的活动端的安装座(322)、用于修剪绿篱的修剪刀具组件(323)以及用于将修剪刀具组件(323)围合的围板(324)，

通过安装于机架(321)上的围板(324)使修剪刀具组件(323)位于一个半封闭的腔体内，从而防止修剪后的枝叶飞溅而对周围人员造成安全隐患。

7.根据权利要求6所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

修剪刀盘(32)还包括用于检测修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的修剪部位之间的距离的位移传感器，控制系统根据位移传感器的检测信号，获取修剪刀盘(32)的修剪面的位置信息，进而根据修剪刀盘(32)的修剪面的位置信息控制臂架翻转机构、臂架回转机构(331)、刀盘翻转机构(342)以及刀盘回转机构(341)的工作状态，以将修剪刀盘(32)的修剪面移动至绿篱的待修剪面。

8.根据权利要求6所述的绿篱修剪装置，其特征在于，

机架(321)内设有与腔体连通的流道，流道的输出端与绿篱修剪车上的收集装置(34)的吸管(42)连接，

修剪刀具组件(323)包括位于腔体中间部位的修剪破碎刀具以及分别位于修剪破碎刀具两侧的修剪刀具，且两组修剪刀具相对于中间的修剪破碎刀具更靠近围板(324)的开口处，通过两组修剪刀具对绿篱的枝叶进行初步修剪，进而通过修剪破碎刀具将修剪刀具修剪下来的枝叶进行进一步的破碎，以便于收集装置(34)将破碎的枝叶抽吸至绿篱修剪车上的存放装置(5)内。

9.一种绿篱修剪装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据待修剪的绿篱与绿篱修剪车的相对位置控制臂架回转机构(331)，从而驱动臂架(31)转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近；根据臂架(31)的长度、修剪刀盘(32)的修剪面与臂架(31)的固定端之间的垂直距离、臂架(31)的固定端与修剪刀盘(32)的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘(32)的修剪面与水平面的倾角，确定臂架(31)与修剪刀盘(32)的姿态和位置的信息；

计算臂架(31)和修剪刀盘(32)的姿态位置方法如下：原点O为主臂(311)与臂架支撑座的铰接点即主臂(311)的固定端，A为主臂(311)与副臂(312)的铰接点，B为副臂(312)与刀盘回转机构(341)的铰接点即副臂(312)的活动端，C为修剪面中心，l₁为O点至A点之间的距离，l₂为A点至B点之间的距离，l₃为B点至C点之间的距离，根据修剪刀盘（32）的作业高度和修剪刀盘(32)与车身之间的水平距离确定C点的位置坐标，C_x为修剪面中心与车身的水平距离L，C_y为作业高度，θ为修剪刀盘（32）的作业倾角，α为主臂(311)与水平面之间的夹角，β为主臂(311)与副臂(312)之间的夹角，γ为刀盘翻转机构(342)与副臂(312)之间的夹角，C_x、C_y以及θ三者均为工作时的输入参数：

可得到C点横坐标C_x：C_x＝l₁cosα-l₂cos(α+β)+l₃cos(α+β+γ)；

C点纵坐标C_y：C_y＝l₁sinα-l_２sin(α+β)+l₃sin(α+β+γ)；

从而得到：

由上述推出：

三式联立计算得α、β、γ；

根据臂架(31)的长度、绿篱待修剪面与臂架(31)的固定端之间的垂直距离、臂架(31)的固定端与绿篱待修剪面之间的水平距离以及绿篱待修剪面与水平面的倾角，确定绿篱待修剪面的位置与角度信息；

根据臂架(31)的长度、臂架(31)与修剪刀盘(32)的位置与角度的信息以及绿篱待修剪面的位置与角度的信息，确定臂架(31)和修剪刀盘(32)需要翻转的角度；

驱动臂架(31)转动至车身一侧的待修剪的绿篱附近之后，根据绿篱的待修剪面的角度，通过刀盘翻转机构(342)驱动修剪刀盘(32)翻转，使修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面平行，从而消除修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面之间的角度偏差；

根据修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面之间的距离偏差、臂架(31)的长度、修剪刀盘(32)的修剪面与臂架(31)的固定端之间的垂直距离、臂架(31)的固定端与修剪刀盘(32)的修剪面之间的水平距离以及修剪刀盘(32)的修剪面与水平面的夹角，确定臂架(31)和修剪刀盘(32)需翻转调整的角度；

计算主臂(311)、副臂(312)以及修剪刀盘(32)所需翻转的角度的方法如下：原点O为主臂(311)与臂架支撑座的铰接点，A为主臂(311)与副臂(312)的铰接点，B为副臂(312)与刀盘回转机构(341)的铰接点，C为修剪面中心；当修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面之间出现距离偏差，主臂(311)、副臂(312)以及修剪刀盘(32)需及时调整至目标位置，即A、B、C点运动至A’、B’、C’，α′为目标位置处主臂(311)与水平面之间的夹角，β′为目标位置处主臂(311)与副臂(312)之间的夹角，γ′为目标位置处刀盘翻转机构(342)与副臂(312)之间的夹角，得出：

此时C’坐标也应满足公式：

角度关系式也因满足式：

联立上述方程即得：

解方程可得到α′、β′、γ′；则主臂(311)、副臂(312)以及修剪刀盘(32)所需翻转的角度分别为：Δα＝α-α′；Δβ＝β-β′；Δγ＝γ-γ′；

根据臂架(31)和修剪刀盘(32)需翻转的角度控制臂架翻转机构和刀盘翻转机构(342)，从而驱动臂架(31)和刀盘翻转，使修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；

启动修剪刀盘(32)对待修剪的绿篱进行修剪；

实时监测修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差，并根据修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面之间的偏差控制臂架翻转机构和刀盘翻转机构(342)，以确保修剪刀盘(32)的修剪面与绿篱的待修剪面相配合；

通过修剪刀盘(32)上的摄像头(35)获取修剪刀盘(32)前方的图像，并通过识别装置对图像进行分析，从而判断修剪刀盘(32)的前方是否存在障碍物；

若判断修剪刀盘(32)的前方无障碍物，则继续以上述方式对绿篱进行修剪；

若判断修剪刀盘(32)的前方存在障碍物，则控制刀盘回转机构(341)将修剪刀盘(32)转动至无障碍物的一侧。

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