CN111055942A - 一种载人电动爬树机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于爬树机构技术领域，尤其设计一种载人电动爬树机，它包括包括驱动单元、车架单元、电控单元、收紧单元、制动单元。人们使用该爬树机时，先拉开第二弧形抱紧机构，将树围在两个滚轮与驱动轮之间，然后通过推杆电机将螺旋弹簧推至拉伸状态，将第二弧形抱紧机构与螺旋弹簧的限位钩相连，推杆电机回位，弹簧的弹力使滚轮根据树的直径自动调整以抱紧树木。启动驱动电机，依靠驱动轮及其它两个滚轮使爬树机上升，上升过程中的树径变化可通过弹簧的弹力补偿，停止时通过电磁制动器制动。下降时依靠电机反转减速功能，结合电磁制动器的制动功能，由重力使机器缓慢下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自动调整的电动爬树机，属于爬树机械技术领域。
背景技术
目前，使用较多的爬树机构的构造是：一对带有铁弯头的脚踏鞋。在爬树时，人们穿着这双脚踏鞋，脚踏鞋的铁弯头交替套入树干，人们依此步行而上，但是这种脚踏鞋消耗体力较多，耗时较长，爬树效果很不理想。而且脚踏鞋的铁弯头无法适应变化的树径，很不方便而且危险性高。所以目前产生了一些针对自动爬树机械的研究。
现有技术公开了申请号为201611241373.3的一种爬树机器人，对上述爬树机构做出改良，整个机械系统通过机械结构件的配合和齿轮齿条传递完成爬树的整个过程，结构简单，控制简便。上下爬行手臂交替作用完成爬树的过程，可旋转手臂可以有效的绕开树干上的树杈。申请号为201910010262.9的一种爬树机器人，可以实现传动带转动使爬树爪在限位环上滑动，使爬树爪能够抓取在树表面，并随传动带移动，区别于现有的环抱树体的固定结构，采用爬树爪对树表面抓取，减小与树体的接触面积，在攀爬时能够避开树表面不规则处，对不同树木的适应性更好，便于对树木生长或环境监测使用。
具有攀爬功能的机器可以解决高空作业时的环境恶劣、危险性高、耗时较长、消耗体力大、不方便等问题。在农业生产、自然灾害的应对、地势勘察等方面具有广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种载人电动爬树机。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种载人电动爬树机，包括：驱动单元8、车架单元、电控单元、收紧单元和制动单元，
所述车架单元包括：车架主体1、第一弧形抱紧机构2、第二弧形抱紧机构3、滑轨4、车座5、车把6、滑轨固定螺钉23、滑轨调整螺钉24和脚蹬34，
所述第一弧形抱紧机构2的一端焊接在车架主体1的前端左侧上方，第一弧形抱紧机构2的另一端与第二弧形抱紧机构3的一端铰接，所述滑轨4通过多个滑轨固定螺钉23安装在车架主体1的后部，所述车座5设置在滑轨4上，通过滑轨调整螺钉24限定车座5在水平方向上的位移，所述车把6通过紧定螺钉固定在车架主体1上，位于车座5的前方，车架主体1的前端两侧下方安装有脚蹬34；
所述制动单元包括：电磁制动器9；电磁制动器9安装在车架主体1的前端左侧；
所述驱动单元8安装在车架主体1的前端左侧，驱动单元8包括：驱动轮12、两个滚轮13、电机接线口25、驱动电机26和电机减速器27，所述驱动轮12安装在车架主体1的前端中部，两个滚轮13分别横向安装在第一弧形抱紧机构2和第二弧形抱紧机构3上，电机减速器27安装在车架主体1的前端左侧，驱动电机26与电机减速器27相连，所述电机减速器27上的轴穿过电磁制动器9的内部与驱动轮12连接；
所述电控单元包括：控制模块7、电池14、三个控制器15，所述控制模块7固定安装在车把6的上方，电池14安装在车架主体1的内部，三个控制器15安装在车架主体1的内部，电池14和控制器15均位于车座5的下方，所述电池14通过电源线与三个控制器15连接，所述控制模块7上设有驱动开关、收紧开关和电磁制动开关，驱动开关与一个控制器15连接，收紧开关与一个控制器15连接，电磁制动开关与一个控制器15连接，在拆卸和安装电池14时，需要卸下滑轨调整螺钉24，挪动车座5；
所述收紧单元包括：推杆电机10和两个螺旋弹簧系统11，两个螺旋弹簧系统11的一端均安装在车架主体1的前端右侧，两个螺旋弹簧系统11的另一端均与第二弧形抱紧机构3的另一端连接，两个螺旋弹簧系统11的前端之间通过一根竖杆Ⅰ焊接，所述推杆电机10通过推杆电机座安装在车架主体1的右侧，推杆电机10的头部安装有月牙形的推杆，推杆与竖杆活动连接；
与驱动开关相连的控制器15与驱动电机26连接，用于控制驱动电机26的启动与停止，与收紧开关相连的控制器15与推杆电机10连接，用于控制推杆电机10的伸出与缩回，与电磁制动开关相连的控制器15与电磁制动器9连接，用于控制电磁制动器9的接触与断开，所述电池14分别与驱动电机26、推杆电机10、电磁制动器9连接，用于给驱动电机26、推杆电机10、电磁制动器9供电。
在上述方案的基础上，所述车座5上设有安全带33，所述安全带33为柔性结构，一端设有插扣，用于扣紧安全带33。
在上述方案的基础上，所述螺旋弹簧系统11包括：螺旋弹簧16、弹簧内筒17、弹簧内筒杆18、筒内弹簧19、弹簧顶座20、弹簧底座21和弹簧钩22，所述螺旋弹簧16位于弹簧内筒17的外部，所述筒内弹簧19位于弹簧内筒17的内部，所述弹簧内筒17与弹簧底座21一体，所述弹簧内筒杆18与弹簧顶座20一体，弹簧内筒杆18与弹簧内筒17之间通过筒内弹簧19连接，使弹簧内筒杆18套入弹簧内筒17内，螺旋弹簧16的一端与弹簧底座21连接，螺旋弹簧16的另一端与弹簧顶座20连接，所述弹簧钩22设置在弹簧顶座20上，所述弹簧钩22与第二弧形抱紧机构3的另一端连接。
在上述方案的基础上，所述第二弧形抱紧机构3的另一端设有竖杆Ⅱ，弹簧钩22用于钩住竖杆。
在上述方案的基础上，所述电磁制动器9包括：弹簧片28、磁轭29、衔铁30、齿轮套31、摩擦盘32、机座35，所述弹簧片28安装在磁轭29内，磁轭29固定在机座35上，齿轮套31通过键与电机减速器27的轴连接，齿轮套31的外齿与摩擦盘32的内齿啮合，摩擦盘32通过衔铁30与磁轭29连接，磁轭29用于带动衔铁30沿轴向移动，所述机座35安装在车架主体1的前端左侧。
在上述方案的基础上，所述驱动轮12为双曲面体滚轮，表面覆有橡胶轮套，内弧面上设有弹性橡胶皮，用于适应变化的树径；所述滚轮13为圆柱形滚轮，表面覆有橡胶轮套，内弧面上设有弹性橡胶皮。
在上述方案的基础上，所述电机减速器27由封闭在刚性壳体内的齿轮-蜗杆传动组成，在驱动电机26和驱动轮12之间完成减速传动，用于在驱动电机26和驱动轮12之间起到匹配转速和传递转矩的作用。
在上述方案的基础上，与驱动开关相连的控制器15通过电机接线口25与驱动电机26连接。
在上述方案的基础上，所述螺旋弹簧16的弹力大于爬升过程中树对滚轮13的作用力之和；所述筒内弹簧19的弹力小于螺旋弹簧16的弹力。
在上述方案的基础上，所述推杆电机10的推力大于螺旋弹簧系统11与第二弧形抱紧机构3连接时的弹力。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的电动爬树机左侧立体结构示意图；
图2为本发明的电动爬树机抱紧树木前的结构示意图；
图3为本发明的电动爬树机初始状态的结构示意图；
图4为本发明的电动爬树机在树径较粗时的接触线示意图；
图5为本发明的电动爬树机在树径较细时的接触线示意图；
图6为本发明的电动爬树机螺旋弹簧系统示意图；
图7为本发明的电动爬树机电机减速器示意图；
图8为本发明的电动爬树机电磁制动器示意图。
附图标记：
1车架主体 2第一弧形抱紧机构
3第二弧形抱紧机构 4滑轨
5车座 6车把
7控制模块 8驱动单元
9电磁制动器 10推杆电机
11螺旋弹簧系统 12驱动轮
13滚轮 14电池
15控制器 16螺旋弹簧
17弹簧内筒 18弹簧内筒杆
19筒内弹簧 20弹簧顶座
21弹簧底座 22弹簧钩
23滑轨固定螺钉 24滑轨调整螺钉
25电机接线口 26驱动电机
27电机减速器 28弹簧片
29磁轭 30衔铁
31齿轮套 32摩擦盘
33安全带 34脚蹬
35机座
具体实施方式
以下结合附图1-8对本发明作进一步详细说明。
一种载人电动爬树机，包括驱动单元8、车架单元、电控单元、收紧单元、制动单元，其中：
所述车架单元包括：车架主体1、第一弧形抱紧机构2、第二弧形抱紧机构3、滑轨4、车座5、车把6、滑轨固定螺钉23、滑轨调整螺钉24和脚蹬34，
所述第一弧形抱紧机构2的一端焊接在车架主体1的前端左侧上方，第一弧形抱紧机构2的另一端与第二弧形抱紧机构3的一端铰接，所述滑轨4通过多个滑轨固定螺钉23安装在车架主体1的后部，所述车座5设置在滑轨4上，通过滑轨调整螺钉24限定车座5在水平方向上的位移，所述车把6通过紧定螺钉固定在车架主体1上，位于车座5的前方，车架主体1的前端两侧下方安装有脚蹬34；
所述制动单元包括：电磁制动器9；电磁制动器9安装在车架主体1的前端左侧；
所述驱动单元8安装在车架主体1的前端左侧，包括：驱动电机电机接线口25、驱动电机26、电机减速器27、驱动轮12、两个滚轮13；
所述驱动轮12安装在车架主体1的前端中部，两个滚轮13分别横向安装在第一弧形抱紧机构2和第二弧形抱紧机构3上，电机减速器27安装在车架主体1的前端左侧，驱动电机26与电机减速器27相连，所述电机减速器27上的轴穿过电磁制动器9的内部与驱动轮12连接；
驱动轮12的动力由驱动电机26提供。驱动轮12为双曲面体滚轮，用于适应变化的树径。电机减速器27由封闭在刚性壳体内的齿轮-蜗杆传动所组成，在驱动电机26和驱动轮12间完成减速传动，在驱动电机26和驱动轮12间起到匹配转速和传递转矩的作用。驱动电机26为单向驱动，由一个继电器直接带动，从而带动驱动轮12转动，驱动电机26具有反向转动减速功能，结合电磁制动器9的制动功能完成机器下降过程。
所述电控单元，包括控制模块7、电池14、三个控制器15；所述控制模块7固定安装在车把6的上方，电池14安装在车架主体1的内部，三个控制器15安装在车架主体1的内部，电池14和控制器15均位于车座5的下方，所述电池14通过电源线与三个控制器15连接，所述控制模块7上设有驱动开关、收紧开关和电磁制动开关，驱动开关与一个控制器15连接，收紧开关与一个控制器15连接，电磁制动开关与一个控制器15连接，在拆卸和安装电池14时，需要卸下滑轨调整螺钉24，挪动车座5；
所述收紧单元，主要包括推杆电机10、螺旋弹簧系统11；两个螺旋弹簧系统11的一端均安装在车架主体1的前端右侧，两个螺旋弹簧系统11的另一端均与第二弧形抱紧机构3的另一端连接，两个螺旋弹簧系统11的前端之间通过一根竖杆Ⅰ焊接，所述推杆电机10通过推杆电机座安装在车架主体1的右侧，推杆电机10的头部安装有月牙形的推杆，推杆与竖杆活动连接；
如图4、5所示，滚轮13和驱动轮12黑线描粗区域为不同树径下滚轮13和驱动轮12与树干的接触线，可以看到，树径变化时，接触线将沿着轮边移动，滚轮13和驱动轮12与树干接触部分在一定范围内总能围成一个圆周。机器启动前，螺旋弹簧16处于静态，推杆电机10使两个螺旋弹簧16拉伸，螺旋弹簧16前方的弹簧钩22挂住第二弧形抱紧机构3右侧的竖杆，之后收起推杆电机10，在弹簧弹力的作用下，驱动轮12和两个滚轮13抱紧树木，此时可启动机器。在上升过程中，由于树径的变化，需要螺旋弹簧16收紧以适应树径，所以弹簧的在抱紧树木后的弹力均大于滚轮和驱动轮系统对树木的作用力。
与驱动开关相连的控制器15与驱动电机26连接，用于控制驱动电机26的启动与停止，与收紧开关相连的控制器15与推杆电机10连接，用于控制推杆电机10的伸出与缩回，与电磁制动开关相连的控制器15与电磁制动器9连接，用于控制电磁制动器9的接触与断开，所述电池14分别与驱动电机26、推杆电机10、电磁制动器9连接，用于给驱动电机26、推杆电机10、电磁制动器9供电。
在上述方案的基础上，所述螺旋弹簧系统11包括：螺旋弹簧16、弹簧内筒17、弹簧内筒杆18、筒内弹簧19、弹簧顶座20、弹簧底座21和弹簧钩22，所述螺旋弹簧16位于弹簧内筒17的外部，所述筒内弹簧19位于弹簧内筒17的内部，所述弹簧内筒17与弹簧底座21一体，所述弹簧内筒杆18与弹簧顶座20一体，弹簧内筒杆18与弹簧内筒17之间通过筒内弹簧19连接，使弹簧内筒杆18套入弹簧内筒17内，螺旋弹簧16的一端与弹簧底座21连接，螺旋弹簧16的另一端与弹簧顶座20连接，所述弹簧钩22设置在弹簧顶座20上，所述弹簧钩22与第二弧形抱紧机构3的另一端连接。
在上述方案的基础上，所述第二弧形抱紧机构3的另一端设有竖杆Ⅱ，弹簧钩22用于钩住竖杆。
在上述方案的基础上，所述电磁制动器9包括：弹簧片28、磁轭29、衔铁30、齿轮套31、摩擦盘32、机座35，
弹簧片28装在磁轭29内，磁轭29固定在机座35上，齿轮套31通过键与电机减速器27的轴连接，齿轮套31的外齿与摩擦盘32的内齿啮合，摩擦盘32通过衔铁30与磁轭29连接，磁轭29用于带动衔铁30沿轴向移动，所述机座35安装在车架主体1的前端左侧，当线圈断电时，在弹簧片的作用下，磁轭29带动衔铁30沿轴向移动，使摩擦盘32与齿轮套31产生摩擦力，通过齿轮套31将传动轴制动，当线圈通电后，在电磁力的作用下，衔铁30被吸向磁扼29，使摩擦盘32松开，解除制动。
在上述方案的基础上，与驱动开关相连的控制器15通过电机接线口25与驱动电机26连接。
在上述方案的基础上，所述螺旋弹簧16的弹力大于爬升过程中树对滚轮13的作用力之和；所述筒内弹簧19的弹力小于螺旋弹簧16的弹力。
在上述方案的基础上，所述推杆电机10的推力大于螺旋弹簧系统11与第二弧形抱紧机构3连接时的弹力。
电动爬树机的使用方法为：先拉开第二弧形抱紧机构3，将树围在两个滚轮13与驱动轮12之间，使滚轮13和驱动轮12与树木接触。然后通过控制模块7的开关控制推杆电机10推出，推杆电机10将螺旋弹簧系统11推至拉伸状态，螺旋弹簧系统11内的减震弹簧也处于拉伸状态。将第二弧形抱紧机构3与螺旋弹簧系统11的限位钩相连，控制推杆电机10回位，螺旋弹簧16的弹力使第二弧形抱紧机构3转动，两个滚轮13和驱动轮12根据树的直径变化自动调整接触面以抱紧树木。转动调整旋钮启动驱动电机26，依靠驱动轮12及其它两个滚轮13抱紧树木使爬树机上升，由于电机减速器27的存在，上升的速度较慢。停止时通过电磁制动器9制动。下降时驱动电机26本身不提供动力，依靠电机反转减速功能减速，同时结合电磁制动器9制动，由重力使机器缓慢下降。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种载人电动爬树机，其特征在于，包括：驱动单元、车架单元、电控单元、收紧单元和制动单元，
所述车架单元包括：车架主体(1)、第一弧形抱紧机构(2)、第二弧形抱紧机构(3)、滑轨(4)、车座(5)、车把(6)、滑轨固定螺钉(23)、滑轨调整螺钉(24)和脚蹬(34)，
所述第一弧形抱紧机构(2)的一端焊接在车架主体(1)的前端左侧上方，第一弧形抱紧机构(2)的另一端与第二弧形抱紧机构(3)的一端铰接，所述滑轨(4)通过多个滑轨固定螺钉(23)安装在车架主体(1)的后部，所述车座(5)设置在滑轨(4)上，通过滑轨调整螺钉(24)限定车座(5)在水平方向上的位移，所述车把(6)通过紧定螺钉固定在车架主体(1)上，位于车座(5)的前方，车架主体(1)的前端两侧下方安装有脚蹬(34)；
所述制动单元包括：电磁制动器(9)；电磁制动器(9)安装在车架主体(1)的前端左侧；
所述驱动单元安装在车架主体(1)的前端左侧，驱动单元包括：驱动轮(12)、两个滚轮(13)、电机接线口(25)、驱动电机(26)和电机减速器(27)，所述驱动轮(12)安装在车架主体(1)的前端中部，两个滚轮(13)分别横向安装在第一弧形抱紧机构(2)和第二弧形抱紧机构(3)上，电机减速器(27)安装在车架主体(1)的前端左侧，驱动电机(26)与电机减速器(27)相连，所述电机减速器(27)上的轴穿过电磁制动器(9)的内部与驱动轮(12)连接；
所述电控单元包括：控制模块(7)、电池(14)、三个控制器(15)，所述控制模块(7)固定安装在车把(6)的上方，电池(14)安装在车架主体(1)的内部，三个控制器(15)安装在车架主体(1)的内部，电池(14)和控制器(15)均位于车座(5)的下方，所述电池(14)通过电源线与三个控制器(15)连接，所述控制模块(7)上设有驱动开关、收紧开关和电磁制动开关，驱动开关与一个控制器(15)连接，收紧开关与一个控制器(15)连接，电磁制动开关与一个控制器(15)连接，在拆卸和安装电池(14)时，需要卸下滑轨调整螺钉(24)，挪动车座(5)；
所述收紧单元包括：推杆电机(10)和两个螺旋弹簧系统(11)，两个螺旋弹簧系统(11)的一端均安装在车架主体(1)的前端右侧，两个螺旋弹簧系统(11)的另一端均与第二弧形抱紧机构(3)的另一端连接，两个螺旋弹簧系统(11)的前端之间通过一根竖杆Ⅰ焊接，所述推杆电机(10)通过推杆电机座安装在车架主体(1)的右侧，推杆电机(10)的头部安装有月牙形的推杆，推杆与竖杆活动连接；
与驱动开关相连的控制器(15)与驱动电机(26)连接，用于控制驱动电机(26)的启动与停止，与收紧开关相连的控制器(15)与推杆电机(10)连接，用于控制推杆电机(10)的伸出与缩回，与电磁制动开关相连的控制器(15)与电磁制动器(9)连接，用于控制电磁制动器(9)的接触与断开，所述电池(14)分别与驱动电机(26)、推杆电机(10)、电磁制动器(9)连接，用于给驱动电机(26)、推杆电机(10)、电磁制动器(9)供电。
2.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述车座(5)上设有安全带(33)，所述安全带(33)为柔性结构，一端设有插扣，用于扣紧安全带(33)。
3.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述螺旋弹簧系统(11)包括：螺旋弹簧(16)、弹簧内筒(17)、弹簧内筒杆(18)、筒内弹簧(19)、弹簧顶座(20)、弹簧底座(21)和弹簧钩(22)，所述螺旋弹簧(16)位于弹簧内筒(17)的外部，所述筒内弹簧(19)位于弹簧内筒(17)的内部，所述弹簧内筒(17)与弹簧底座(21)一体，所述弹簧内筒杆(18)与弹簧顶座(20)一体，弹簧内筒杆(18)与弹簧内筒(17)之间通过筒内弹簧(19)连接，使弹簧内筒杆(18)套入弹簧内筒(17)内，螺旋弹簧(16)的一端与弹簧底座(21)连接，螺旋弹簧(16)的另一端与弹簧顶座(20)连接，所述弹簧钩(22)设置在弹簧顶座(20)上，所述弹簧钩(22)与第二弧形抱紧机构(3)的另一端连接。
4.如权利要求3所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述第二弧形抱紧机构(3)的另一端设有竖杆Ⅱ，弹簧钩(22)用于钩住竖杆。
5.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述电磁制动器(9)包括：弹簧片(28)、磁轭(29)、衔铁(30)、齿轮套(31)、摩擦盘(32)、机座(35)，所述弹簧片(28)安装在磁轭(29)内，磁轭(29)固定在机座(35)上，齿轮套(31)通过键与电机减速器(27)的轴连接，齿轮套(31)的外齿与摩擦盘(32)的内齿啮合，摩擦盘(32)通过衔铁(30)与磁轭(29)连接，磁轭(29)用于带动衔铁(30)沿轴向移动，所述机座(35)安装在车架主体(1)的前端左侧。
6.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述驱动轮(12)为双曲面体滚轮，表面覆有橡胶轮套，内弧面上设有弹性橡胶皮，用于适应变化的树径；所述滚轮(13)为圆柱形滚轮，表面覆有橡胶轮套，内弧面上设有弹性橡胶皮。
7.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述电机减速器(27)由封闭在刚性壳体内的齿轮-蜗杆传动组成，在驱动电机(26)和驱动轮(12)之间完成减速传动，用于在驱动电机(26)和驱动轮(12)之间起到匹配转速和传递转矩的作用。
8.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，与驱动开关相连的控制器(15)通过电机接线口(25)与驱动电机(26)连接。
9.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述螺旋弹簧(16)的弹力大于爬升过程中树对滚轮(13)的作用力之和；所述筒内弹簧(19)的弹力小于螺旋弹簧(16)的弹力。
10.如权利要求1所述的载人电动爬树机，其特征在于，所述推杆电机(10)的推力大于螺旋弹簧系统(11)与第二弧形抱紧机构(3)连接时的弹力。
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| Publication number | Publication date |
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| CN111055942B (zh) | 2020-10-23 |
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