CN111567253B - 一种智能林下灌木割除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能林下灌木割除装置，属于灌木修剪割除领域。本发明的智能林下灌木割除装置能够自动避开灌木丛中的乔木树干、立杆等刚性障碍物，本发明的门架式结构可以自由调整切除装置的宽度，以适应不同宽度的灌木，并且顶板采用双圆锯片结构，以保证在任意宽度时，灌木上端都被完全切除，本发明的装置降低了工人的劳动强度，提高了灌木割除效率。

Description

一种智能林下灌木割除装置
技术领域
本发明属于灌木修剪割除领域，尤其涉及一种智能林下灌木割除装置。
背景技术
国内公路绿化带基本上都采用人工修剪割除，或者用手持式绿篱机修剪割除，但是这些修剪方式存在不安全、速度慢，劳动强度大，修剪高度不一致等问题，所以近几年国内企业开发了不同型号的车载式绿篱修剪设备。国内的公路绿化带以灌木为主，灌木中间每隔一段距离经常夹杂乔木，另外由于安装监控或路灯需求，灌木中也夹杂着刚性立杆，现有的绿篱修剪设备没有自动避障装置，在作业时需要操作工人时刻注意这些障碍物，以免刚性立杆或树干损坏修剪设备。工人在操作时需要一边驾驶车辆，一边操纵修剪设备避障，这种作业方式增加了工人的劳动强度，降低了修剪效率。
发明内容
为了改善上述问题，本发明设计了一种智能林下灌木割除装置。本发明的技术方案如下：
一种智能林下灌木割除装置，其特征在于，割除装置采用门架式结构，左立板33和右立板10上安装有相同的往复式刀具8，通过刀具液压马达9驱动；左立板33通过前导轨26和后导轨24与左顶板21连接，左立板33上安装有齿条25，与左顶板21上安装的齿轮23配合移动，齿轮23通过立板液压马达22驱动，齿轮23转动使左立板33上下移动；右立板10通过固定板16与机架固定在一起，右立板10前方安装有支架3；右顶板18通过两个相同的合页41与右立板10连接，机架上安装有顶板控制液压缸17，顶板控制液压缸17控制右顶板18绕合页41转动；右顶板18上安装有固定圆锯片7，固定圆锯片7通过圆锯片马达19驱动旋转，右顶板18上安装有旋转架5，旋转架5的旋转中心与固定圆锯片7同心，旋转架5的另一端安装有活动圆锯片4，圆锯片马达19通过皮带6带动活动圆锯片4旋转；旋转架5上安装活动圆锯片4的一端通过销钉安装有移动杆28，移动杆28能够绕销钉转动，移动杆28另一端安装在圆导轨27上，右顶板18上安装有旋转液压缸20，旋转液压缸20的另一端通过销钉与旋转架5连接；左顶板21通过导轨42与右顶板18连接；机架的横柱15通过水平液压缸14驱动伸缩，立柱13通过竖直液压缸12驱动伸缩，机架通过底座11安装到作业车上；探杆1内部有伸缩杆2，探杆1上有锁紧螺钉30，通过锁紧螺钉30将伸缩杆2固定在探杆1内；探杆1通过轴40与支架3连接，轴40上装有扭力弹簧32，扭力弹簧32使探杆1产生绕轴40逆时针旋转的趋势，探杆1下方有圆洞39，圆洞39与支架3上的顶珠机构34配合，使探杆1与支架3保持垂直，顶珠机构34包含圆珠35、弹簧36、螺钉37，轴40上安装有测量探杆1旋转角度的转角传感器38。左顶板21前端安装有活动拉板29，活动拉板29前端有卡槽，与伸缩杆2前端的凹槽配合；支架3前端安装有激光测距仪31，用于测量活动拉板29与支架3之间的距离。
本装置的探杆能够屏蔽灌木对测量的影响，准确地测出乔木树干和立杆等刚性障碍物，本发明的门架式结构可以自由调整切除装置的宽度，以适应不同宽度的灌木，并且顶板采用双圆锯片结构，以保证在任意宽度时，灌木上端都被完全切除。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的活动拉板结构示意图；
图3为本发明的装置调整到最大宽度时的结构示意图；
图4为本发明的支架端部结构示意图；
图5为本发明的顶珠机构透视示意图；
图6为本发明的探杆底面示意图；
图7为本发明的伸缩杆端部结构示意图；
图8为本发明避障时顶板完全立起时的示意图。
具体实施方式
本发明的装置作业之前，将锁紧螺钉30松开，活动拉板29安装到左顶板21前端，如图2所示，并且将活动拉板29前端卡到伸缩杆2前端，如图7所示。调整旋转液压缸20的伸长量，拉动旋转架5绕旋转中心转动，移动杆28与旋转架5之间的夹角不断发生变化，移动杆28沿着圆导轨27移动，并且带动圆导轨27和左顶板21在导轨42上移动，以调整门架式结构的宽度，门架结构最宽的的状态如图3所示，在调整过程中，活动圆锯片4的中心与左立板33之间的距离始终保持不变，活动圆锯片4和固定圆锯片7中心的距离保持不变，除了最宽位置外，在装置移动前进的方向上，活动圆锯片4和固定圆锯片7具有切除的重叠区域，保证了左立板33和右立板10之间的灌木顶端能够完全切除。在调整过程中，激光测距仪31实时测量活动拉板29与支架3之间的距离，即左立板33和右立板10之间的距离，当激光测距仪31测量的数据达到作业所需的宽度时，旋转液压缸20停止伸缩，将锁紧螺钉30拧紧，并取下活动拉板29，这样保证了探杆1和伸缩杆2的长度与门架式结构的切除宽度一致。调整螺钉37，使弹簧36的预紧力发生变化，进而使圆珠35和圆洞39之间的卡紧力发生变化，螺钉37调整的位置满足本次作业所要切除的灌木与探杆1作用时，探杆1不发生转动。卡紧力过大，探杆1与乔木树干或立杆等障碍物之间的作用力增大，容易碰伤障碍物或者探杆，卡紧力过小，灌木与探杆碰撞时，探杆发生转动，造成误检测。调整水平液压缸14伸缩，以调整机架上横柱15的长度，进而控制割除装置与底座11之间的距离，立柱13通过竖直液压缸12驱动伸缩，以调整割除装置割除灌木的高度。
作业开始时，控制左立板33和右立板10上刀具液压马达9开始转动，使往复式刀具8开始动作，以切除灌木两侧的枝条，圆锯片马达19开始转动，带动固定圆锯片7和活动圆锯片4转动，以切除灌木顶部的枝条。
当探杆1碰到乔木树干或灯杆等刚性障碍物时，在障碍物的作用下，探杆1克服顶珠机构34的卡紧力，开始转动，此时转角传感器38测量到角度变化，系统开始计时，随着灌木割除装置往前移动，探杆1继续顺时针转动，当障碍物与伸缩杆2的末端即将脱离接触时，转角传感器38测量到转角变化最大，系统记录此时经历的时间，用作业之前激光测距仪31测量的距离数值乘以最大变化角的正弦值，然后除以此时经历的时间，即可得到灌木割除装置的移动速度，用作业之前激光测距仪31测量的距离数值乘以最大变化角的余弦值，即可得到障碍物与支架3之间的距离。当障碍物与伸缩杆2的末端脱离接触后，在扭力弹簧32的作用下，探杆1逆时针转动，探杆1转到与支架3垂直的初始位置时，圆珠35进入到圆洞39内，将探杆1锁止，准备下一次障碍物检测。根据得到的障碍物位置信息和灌木割除装置的移动速度，系统计算出障碍物到达左顶板21和右顶板18上所固定的零部件最前端所需的时间，系统需要在这个时间内完成以下动作：立板液压马达22旋转，通过齿轮23和齿条25带动左立板33向上移动，左立板33移动到最上端时，顶板控制液压缸17收缩，带动左立板33、左顶板21和右顶板18绕合页41转动，当左立板33最外侧的零部件和右立板10之间的距离小于障碍物与支架3之间的距离时，顶板控制液压缸17停止收缩。灌木割除装置往前移动，障碍物与灌木割除装置不发生干涉，根据刚才测得的灌木割除装置的移动速度系统计算出障碍物到达左顶板21和右顶板18上所固定的零部件最后端所需的时间，此时，顶板控制液压缸17伸长，左顶板21和右顶板18恢复到初始位置，立板液压马达22反向旋转，通过齿轮23和齿条25带动左立板33向下移动，左立板33移动到最下端时，一次避障过程完成，灌木割除装置继续往前移动，割除灌木。

Claims (2)

1.一种智能林下灌木割除装置，其特征在于，割除装置采用门架式结构，左立板(33)和右立板(10)上安装有相同的往复式刀具(8)，通过刀具液压马达(9)驱动；左立板(33)通过前导轨(26)和后导轨(24)与左顶板(21)连接，左立板(33)上安装有齿条(25)，与左顶板(21)上安装的齿轮(23)配合移动，齿轮(23)通过立板液压马达(22)驱动，齿轮(23)转动使左立板(33)上下移动；右立板(10)通过固定板(16)与机架固定在一起，右立板(10)前方安装有支架(3)；右顶板(18)通过两个相同的合页(41)与右立板(10)连接，机架上安装有顶板控制液压缸(17)，顶板控制液压缸(17)控制右顶板(18)绕合页(41)转动；右顶板(18)上安装有固定圆锯片(7)，固定圆锯片(7)通过圆锯片马达(19)驱动旋转，右顶板(18)上安装有旋转架(5)，旋转架(5)的旋转中心与固定圆锯片(7)同心，旋转架(5)的另一端安装有活动圆锯片(4)，圆锯片马达(19)通过皮带(6)带动活动圆锯片(4)旋转；旋转架(5)上安装活动圆锯片(4)的一端通过销钉安装有移动杆(28)，移动杆(28)能够绕销钉转动，移动杆(28)另一端安装在圆导轨(27)上，右顶板(18)上安装有旋转液压缸(20)，旋转液压缸(20)的另一端通过销钉与旋转架(5)连接；左顶板(21)通过导轨(42)与右顶板(18)连接；机架的横柱(15)通过水平液压缸(14)驱动伸缩，立柱(13)通过竖直液压缸(12)驱动伸缩，机架通过底座(11)安装到作业车上；探杆(1)内部有伸缩杆(2)，探杆(1)上有锁紧螺钉(30)，通过锁紧螺钉(30)将伸缩杆(2)固定在探杆(1)内；探杆(1)通过轴(40)与支架(3)连接，轴(40)上装有扭力弹簧(32)，扭力弹簧(32)使探杆(1)产生绕轴(40)逆时针旋转的趋势，探杆(1)下方有圆洞(39)，圆洞(39)与支架(3)上的顶珠机构(34)配合，使探杆(1)与支架(3)保持垂直，顶珠机构(34)包含圆珠(35)、弹簧(36)、螺钉(37)，轴(40)上安装有测量探杆(1)旋转角度的转角传感器(38)；左顶板(21)前端安装有活动拉板(29)，活动拉板(29)前端有卡槽，与伸缩杆(2)前端的凹槽配合；支架(3)前端安装有激光测距仪(31)，用于测量活动拉板(29)与支架(3)之间的距离。
2.如权利要求1所述的一种智能林下灌木割除装置，其特征在于，左立板(33)移动到最上端时，顶板控制液压缸(17)开始收缩，带动左立板(33)、左顶板(21)和右顶板(18)绕合页(41)转动；恢复时，顶板控制液压缸(17)伸长，左顶板(21)和右顶板(18)恢复到初始位置时，左立板(33)开始往下移动。
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