CN209572524U - 一种智能化树枝修剪机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种智能化树枝修剪机器人，该种机器人包括相互铰接的三组侧面，三组侧面内均安装有驱动轮装置、电池和控制机构，侧面的顶端固定安装有链锯装置。该种机器人通过设置能够开启和闭合的三组侧面，当三组侧面闭合时，能够夹紧树干，在倾斜设置的爬树轮的转动下实现机器人的攀爬，在攀爬的过程中使用链锯装置将行程中的树干进行剪除。同时该种机器人还设置有驱动转向装置和摄像头，能够实现路径规划、自动寻的、自动攀爬树木并进行树枝修剪作业。

Description

一种智能化树枝修剪机器人

技术领域

本实用新型是涉及智能机器人技术领域，具体的说是一种智能化树枝修剪机器人。

背景技术

国外对树木修枝剪枝机械的研究起步较早，主要以经济发达的美、日、德、法、英、意大利、澳大利亚、荷兰、以色列等为代表。目前，国内外树木整枝修剪机机械有手持式、背负式、车载式和自动式等多种形式。手持背负式整枝机是现在主流使用工具，分为无动力和有动力两种。车载式是在较大型拖拉机上侧置液压折叠臂，臂端配有可以往复运动的液压剪，用于修建大面积树冠、灌木丛或地面杂草，有的还通过车载自动升降台，将人送往不同高度位置进行作业。而自动式修剪机已能实现遥控控制整机作业。

对于我国而言，很多地区都存在不修枝或修枝不当的问题，一般以人工修枝为主，其修枝方式效率低，质量差，劳动强度高且作业具有危险性，机械化程度低，与发达国家比有很大的差距。我国虽也存在不少大型高空剪枝机器，自动化程度及修剪率都比较高，但并不适用于种植密度高，道路不好的速生林。

随着时代发展，为了适应人工林培育和城市绿化不断发展的需要，整个园林机械行业都在快速发展。树木修剪机正在向操作自动化、人性化、高效环保及安全可靠的方向发展。因此，树枝修剪机器人虽然所执行的主要功能便是对树木进行剪枝，但在执行主要功能的同时，辅之以智能化的控制机构，从寻树开始就由树枝修剪机器人自主完成，能取代工人在树林间搬运机器，节省工人的体力，降低工人的劳动强度，而且还大大降低了成本以及人工剪枝所引发的潜在危险。批量作业时，可以成倍的提高效率，节约时间成本和劳动成本。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能化树枝修剪机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种智能化树枝修剪机器人，包括左侧面、右侧面和中间面，所述的中间面的两侧边缘分别与左侧面、右侧面铰接，左侧面和右侧面均可相对中间面转动，所述的中间面的上边缘固定安装有链锯装置，所述的链锯装置用于修剪树干上杂枝；

所述的左侧面、右侧面和中间面内均设置有可转动的轮轴，所述的轮轴上固定安装有爬树轮，各侧面内的轮轴相对于各侧面竖直轴线倾斜，且倾斜方向和角度相同，所述的中间面内设置有爬树驱动电机，所述的爬树驱动电机与轮轴传动连接，所述的爬树驱动电机能够带动轮轴正转或反转，进而驱动爬树轮旋转带动机器框架在树干向上或向下位移；

所述的中间面的底部中央位置设置有驱动轮装置，所述的左侧面和右侧面底部均设置有行走万向轮，所述的驱动轮装置包括轮子，所述的轮子固定安装在轮架上，所述的轮子与行驶电机传动连接，所述的轮架与方向电机传动连接，所述的行驶电机用于驱动轮子转动，所述的方向电机用于调整轮子的行驶方向；

所述的中间面内固定安装有电池和控制单元，方向电机的输出轴连接有角度传感器，所述的中间面的顶部设置有摄像头，所述的爬树驱动电机、行驶电机和方向电机均与控制单元的信号输出端信号连接，所述的摄像头和角度传感器均与控制单元的信号输入端信号连接。

所述的轮轴的两端均固定安装滚动轴承内，所述的轮轴可在滚动轴承内自由转动，所述的轮轴相对侧面竖直轴线倾斜角度为3°～15°。

所述的爬树驱动电机的输出轴端部固定安装有驱动轮，位于中间面内的轮轴上固定安装有传动轮，所述的驱动轮和传动轮之间通过传动链条传动连接。

所述的中间面和左侧面之间、中间面和右侧面之间均连接有电推杆，所述的电推杆用于驱动左侧面和右侧面转动，所述的电推杆的控制部与控制单元得信号输出端信号连接。

所述的轮架通过支架与中间面的底部边缘固定连接，所述的轮架与支架可转动连接，所述的轮架顶部设置有传动轴，所述的传动轴上固定安装有传动齿轮，所述的方向电机的输出轴通过啮合齿轮与传动轴传动连接，所述的方向电机能够带动轮架转动。

所述的轮架内设置有行驶电机，所述的行驶电机与轮子传动连接。

所述的中间面的顶部设置有两组摄像头，两组摄像头分别设置在中间面上端面的两端，两组摄像头均与控制单元的信号输入端信号连接。

所述的左侧面、右侧面和中间面均由铝合金型材制成。

该种智能化树枝修剪机器人能够产生的有益效果为：

第一，可以实现路径规划、自动寻的、自动攀爬树木并进行树枝修剪作业。

第二，全电驱动，无噪声污染，绿色环保，无线缆缠绕问题，而且实现了整机的轻量化设计、结构紧凑、可靠性强。

第三，攀爬机构采用链传动，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高，具有过载能力强，能在高温、潮湿、多尘和有污染恶劣环境中工作的特点。

附图说明

图1为本实用新型一种智能化树枝修剪机器人的结构原理图。

图2为本实用新型一种智能化树枝修剪机器人开启时的结构原理图。

图3为本实用新型一种智能化树枝修剪机器人驱动轮装置的结构原理图。

说明书附图标注：1、链锯装置；2、左侧面；3、右侧面；4滚动轴承；5、行走万向轮；6、电推杆；7、电池；8、驱动轮装置；9、爬树驱动电机；10、传动链条；11、轮轴；12、爬树轮；13、中间面；14、控制单元；15、摄像头；16、驱动轮；17、传动轮，

801、角度传感器；804、轮架；805、轮子；806、方向电机；807、支架。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种智能化树枝修剪机器人，包括左侧面2、右侧面3和中间面13，所述的中间面13的两侧边缘分别与左侧面2、右侧面3铰接，左侧面2和右侧面3均可相对中间面13转动，所述的中间面13的上边缘固定安装有链锯装置1，所述的链锯装置1用于修剪树干上杂枝；

所述的左侧面2、右侧面3和中间面13内均设置有可转动的轮轴11，所述的轮轴11上固定安装有爬树轮12，各侧面内的轮轴11相对于各侧面竖直轴线倾斜，且倾斜方向和角度相同，所述的中间面13内设置有爬树驱动电机9，所述的爬树驱动电机9与轮轴11传动连接，所述的爬树驱动电机9能够带动轮轴11正转或反转，进而驱动爬树轮12旋转带动机器框架在树干向上或向下位移；

所述的中间面13的底部中央位置设置有驱动轮装置8，所述的左侧面2和右侧面3底部均设置有行走万向轮5，所述的驱动轮装置8包括轮子805，所述的轮子805固定安装在轮架804上，所述的轮子805与行驶电机传动连接，所述的轮架804与方向电机806传动连接，所述的行驶电机用于驱动轮子805转动，所述的方向电机806用于调整轮子805的行驶方向；

所述的中间面13内固定安装有电池7和控制单元14，方向电机806的输出轴连接有角度传感器801，所述的中间面13的顶部设置有摄像头15，所述的爬树驱动电机9、行驶电机和方向电机806均与控制单元14的信号输出端信号连接，所述的摄像头15和角度传感器801均与控制单元14的信号输入端信号连接。

本实施例中，轮轴11的两端均固定安装滚动轴承4内，所述的轮轴11可在滚动轴承4内自由转动，所述的轮轴11相对侧面竖直轴线倾斜角度为3°～15°。

轮轴11的倾斜角度的设置决定了机器人在树干上的爬升效率，当倾斜角度较大时，爬升速度快，当倾斜角度较小时，爬升速度较慢。

本实施例中，爬树驱动电机9的输出轴端部固定安装有驱动轮16，位于中间面13内的轮轴11上固定安装有传动轮17，所述的驱动轮16和传动轮17之间通过传动链条10传动连接。

通过驱动轮16和传动轮17之间的传动连接实现爬树轮12的转动，进而驱动机器人在树干上攀爬，驱动轮16和传动轮17的直径比决定了输出功率。

本实施例中，中间面13和左侧面2之间、中间面13和右侧面3之间均连接有电推杆6，所述的电推杆6用于驱动左侧面2和右侧面3转动，所述的电推杆6的控制部与控制单元14得信号输出端信号连接。

通过电推杆6能够驱动左侧面2和右侧面3打开或关闭，当遇到直径较大的树干时，左侧面2和右侧面3关闭但不能闭合，需通过电推杆6持续拉紧，保证左侧面2和右侧面3能够加紧树干。

本实施例中，轮架804通过支架807与中间面13的底部边缘固定连接，所述的轮架804与支架807可转动连接，所述的轮架804顶部设置有传动轴，所述的传动轴上固定安装有传动齿轮，所述的方向电机806的输出轴通过啮合齿轮与传动轴传动连接，所述的方向电机806能够带动轮架804转动。

方向电机806的输出轴与轮架804的传动轴通过啮合齿轮传动连接，进而通过方向电机806控制轮架804转动，当方向电机806转动时，角度传感器801能够监测轮架804的旋转角度，进而反馈形成方向电机806的控制信号，当轮架804旋转到特定角度时，角度传感器801发送反馈信号，停止方向电机806的工作。

本实施例中，轮架804内设置有行驶电机，所述的行驶电机与轮子805传动连接。

行驶电机能够驱动轮子805转动，使机器人持续运动。

本实施例中，中间面13的顶部设置有两组摄像头15，两组摄像头15分别设置在中间面13上端面的两端，两组摄像头15均与控制单元14的信号输入端信号连接。

将左右两组摄像头15获取的图像进行匹配分析，识别出树干的特征，然后将匹配的图像传输给控制单元14处理。当机器人各个模块初始化后，从初识位置开始时，摄像头15开始工作，每采集一次图像，经过算法处理后，对比每次位图变化后，由控制单元14发送脉冲给编码器，编码器获取脉冲信号之后，从而可以改变步距角的大小，根据采集的图像修正修剪机的运动轨迹。

所述的左侧面2、右侧面3和中间面13均由铝合金型材制成。

机身自带摄像头15，对目标树干通过机器视觉定位，将拍摄到的目标树干反馈给控制单元14，由控制单元14来实现对电机的控制，引导修剪机器人准确的走向树干。

拍摄确定目标后，采集行驶数据实时反馈给控制单元14，由控制单元14对行驶数据进行处理，给方向电机806信号，方向电机806开始工作，带动啮合齿轮组旋转传动，方向电机806输出轴还连接角度传感器801，反馈行走驱动轮装置旋转的角度，旋转到需求角度后，反馈给方向电机806停止旋转，此时触发行驶电机转动，往修剪目标前进。

当左侧面2、右侧面3打开时，将树干卡入左侧面2、右侧面3和中间面13之间，此时，控制单元14驱动电推杆6带动左侧面2、右侧面3闭合，将树干夹紧，此时，爬树驱动电机9驱动爬树轮12转动，使机器人螺旋上升，当机器人螺旋上升的过程中，链锯装置1可以将上升行进路程中的树枝剪除。当机器人上升到所需高度时，链锯装置1停止工作，爬树驱动电机9反向旋转，使机器人螺旋下降。

当机器人接触地面时，电推杆6带动左侧面2、右侧面3开启，机器人寻找另一棵目标树木。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：包括左侧面（2）、右侧面（3）和中间面（13），所述的中间面（13）的两侧边缘分别与左侧面（2）、右侧面（3）铰接，左侧面（2）和右侧面（3）均可相对中间面（13）转动，所述的中间面（13）的上边缘固定安装有链锯装置（1），所述的链锯装置（1）用于修剪树干上杂枝；

所述的左侧面（2）、右侧面（3）和中间面（13）内均设置有可转动的轮轴（11），所述的轮轴（11）上固定安装有爬树轮（12），各侧面内的轮轴（11）相对于各侧面竖直轴线倾斜，且倾斜方向和角度相同，所述的中间面（13）内设置有爬树驱动电机（9），所述的爬树驱动电机（9）与轮轴（11）传动连接，所述的爬树驱动电机（9）能够带动轮轴（11）正转或反转，进而驱动爬树轮（12）旋转带动机器框架在树干向上或向下位移；

所述的中间面（13）的底部中央位置设置有驱动轮装置（8），所述的左侧面（2）和右侧面（3）底部均设置有行走万向轮（5），所述的驱动轮装置（8）包括轮子（805），所述的轮子（805）固定安装在轮架（804）上，所述的轮子（805）与行驶电机传动连接，所述的轮架（804）与方向电机（806）传动连接，所述的行驶电机用于驱动轮子（805）转动，所述的方向电机（806）用于调整轮子（805）的行驶方向；

所述的中间面（13）内固定安装有电池（7）和控制单元（14），方向电机（806）的输出轴连接有角度传感器（801），所述的中间面（13）的顶部设置有摄像头（15），所述的爬树驱动电机（9）、行驶电机和方向电机（806）均与控制单元（14）的信号输出端信号连接，所述的摄像头（15）和角度传感器（801）均与控制单元（14）的信号输入端信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的轮轴（11）的两端均固定安装滚动轴承（4）内，所述的轮轴（11）可在滚动轴承（4）内自由转动，所述的轮轴（11）相对侧面竖直轴线倾斜角度为3°~15°。

3.根据权利要求2所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的爬树驱动电机（9）的输出轴端部固定安装有驱动轮（16），位于中间面（13）内的轮轴（11）上固定安装有传动轮（17），所述的驱动轮（16）和传动轮（17）之间通过传动链条（10）传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的中间面（13）和左侧面（2）之间、中间面（13）和右侧面（3）之间均连接有电推杆（6），所述的电推杆（6）用于驱动左侧面（2）和右侧面（3）转动，所述的电推杆（6）的控制部与控制单元（14）得信号输出端信号连接。

5.根据权利要求1所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的轮架（804）通过支架（807）与中间面（13）的底部边缘固定连接，所述的轮架（804）与支架（807）可转动连接，所述的轮架（804）顶部设置有传动轴，所述的传动轴上固定安装有传动齿轮，所述的方向电机（806）的输出轴通过啮合齿轮与传动轴传动连接，所述的方向电机（806）能够带动轮架（804）转动。

6.根据权利要求5所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的轮架（804）内设置有行驶电机，所述的行驶电机与轮子（805）传动连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的中间面（13）的顶部设置有两组摄像头（15），两组摄像头（15）分别设置在中间面（13）上端面的两端，两组摄像头（15）均与控制单元（14）的信号输入端信号连接。

8.根据权利要求1所述的一种智能化树枝修剪机器人，其特征在于：所述的左侧面（2）、右侧面（3）和中间面（13）均由铝合金型材制成。