CN215542094U - 基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，包括车体、驱动装置、树干涂白装置、草地药物喷洒装置、树根去虫除草装置和控制盒，树干涂白装置设有支撑架、调整弹簧、减速电机、涂白自吸泵、升降电机、环形喷架、雾状喷头、毛刷，草地药物喷洒装置设有喷药电机、喷杆架、喷药自吸泵，草地药物喷洒装置对称设有两组，通过STM32单片机实现自动控制的机械化产品；本产品实现了自动树干注射的功能，能够实现树干涂白的喷、刷同时进行，省水、省料，可大幅度提高涂白剂利用率，在涂白的同时还可以环抱式对树根的杂草和害虫进行杀除工作，效率高并且可以节约大量的人力。

Description

基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机

技术领域

本实用新型涉及折弯机械技术领域，具体涉及一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机。

背景技术

近年来，人工林的面积越来越大，环境绿化已成为现时代的主题，而对于树干的保护也变成一大重点，而面对高龄树木的树干裂皮、翘皮比较多，它们往往成为多种病虫的越冬场所。裂皮和翘皮成为害虫最安全的庇护所和病菌害依附体，对树木的生长有巨大的危害。

目前，现有的树干保护措施一般就是树干涂白和药物喷洒除虫，这些保护措施一般都是单个进行，并且一般的树干涂白大多数是依靠人力，工作强度大且工作效率低。市场上的树干喷涂装置，种类较少，功能较不完善。目前的

树干涂白作业方法,依旧主要是由工作人员用毛刷蘸取涂白灰水,然后对树干进行刷涂,由于树木数量众多,延伸距离远,用这样的人工刷涂的方式作业,劳动强度较大、工程进度缓慢,涂白效果差。市场上的设备制造成本较高，设备较大，在进行喷涂工作时易堵塞交通，不适合目前在城市中树干喷涂的环境。并且操作难度较大，附加功能较多，使用几率却较低，功能溢出较为严重。

充分考虑目前效率低、效果差等问题和根据大量市场和社会调查，基于人机交互模式下的树干喷涂药物喷洒一体机，可以大大减轻工作人员的工作量、并提高树干的涂白效果。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，包括车体、驱动装置、树干涂白装置、草地药物喷洒装置、树根去虫除草装置和控制盒，所述树干涂白装置设有支撑架、调整弹簧、减速电机、涂白自吸泵、升降电机、环形喷架、雾状喷头、毛刷，支撑架设有两个且对称安装在车体的前部，支撑架与车体连接的处通过减速电机控制两个支撑架的开合，用于环抱树干，支撑架内部通过调整弹簧连接内部的半六边形板的外端或竖向光轴，用于调整弹簧拉动半六边形板前端开口供树干进入，竖向光轴上滑动连接滑块，滑块连接环形喷架，环形喷架上通过套筒内设有的丝母座连接竖向丝杆，竖向丝杆顶端连接升降电机，用于升降电机控制环形喷架的升降，环形喷架内部设有雾状喷头，雾状喷头通过管道连接涂白自吸泵，涂白自吸泵连接安装在车体上的涂白水箱，用于向树干上喷洒涂白剂，环形喷架的内部还设有毛刷，用于将涂白剂涂匀；

草地药物喷洒装置设有喷药电机、喷杆架、喷药自吸泵，草地药物喷洒装置对称设有两组，用于分别向车体两侧伸出喷药，喷药电机安装在车体上，喷药电机连接喷杆架，用于控制喷杆架的移动，喷杆架上安装有长喷杆，长喷杆上设有药物喷头，长喷杆通过管道连接喷药自吸泵，喷药自吸泵连接安装在车体上的喷药水箱，用于向车体两侧的草地喷洒药物。

具体的是，所述车体底部前端对称安装驱动装置设有的尼龙轮，车体底部后端对称安装驱动装置设有的万向轮，尼龙轮的连接轴上安装有从动齿轮，从动齿轮通过链条连接链轮，链轮连接调速电机的电机轴，用于调速电机控制车体的移动，车体后端设有扶手架，车体前端设有设备安装架。

具体的是，所述安装架前端通过滑杆连接两个支撑架的凸起部，支撑架的凸起部内设有互为反丝的丝母座，两个丝母座丝接两侧为反丝的横向丝杆，横向丝杆一端连接减速电机，用于减速电机的正反转控制两个支撑架合并和分离，支撑架外侧通过固定架连接在横向丝杆上，固定架端部连接液压缸，液压缸的伸缩杆前部安装连接座，伸缩杆前端通过万向节连接轴承座，轴承座安装在竖向丝杠上，竖向丝杠上且在轴承座的下方连接半六边形板，用于液压缸控制两个对称的半六边形板的开合。

具体的是，所述竖向丝杆上端通过卧式轴承座安装在支撑架上，竖向丝杆下端通过卧式轴承座安装在下环形板上，竖向丝杆上端穿过支撑架连接升降电机，升降电机通过电机座安装在支撑架上。

具体的是，所述环形板上安装有树根去虫除草装置设有的多个喷头，喷头通过管道连接喷药自吸泵。

具体的是，所述扶手架上安装有控制盒，控制盒内安装有基于STM32单片机的控制器，用于控制涂白自吸泵、喷药自吸泵、减速电机、升降电机、喷药电机、调速电机，控制器还连接有光电开关，光电开关安装在环形喷架的内侧，用于识别到树干后控制器自动控制升降电机、减速电机和涂白自吸泵工作。

具体的是，所述喷药电机的电机轴连接喷药丝杆，喷药丝杆通过立式轴承座安装在车体上，喷药丝杆上丝接喷杆架上，喷杆架的另一端滑动连接在喷药光轴上，喷药光轴两端固定顶在车体上，喷杆架的中部安装长喷杆，用于喷药电机控制长喷杆的伸出和缩回。

具体的是，所述环形喷架内在毛刷的两端安装有调向滑轮，用于辅助环形喷架环抱树干。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设计的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机采用自动化控制，能够实现树干涂白的喷、刷同时进行，省水、省料，可大幅度提高涂白剂利用率，在涂白的同时还可以环抱式对树根的杂草和害虫进行杀除工作，效率高并且可以节约大量的人力，此机器还可以自动对长有杂草的土地进行药物喷洒工作，这三个机构可以同时运作，大大节省了工作时间，并且符合当今时代绿色环保的主题，具有很好的应用前景和推广价值。

附图说明

图1是基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机的侧视图。

图2是基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机的前视图。

图3是基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机的俯视图。

图4是草地药物喷洒装置的结构示意图。

图5是控制器的电路图。

图6是基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机的工作流程图。

图中：1-支撑架；2-调整弹簧；3-减速电机；4-涂白自吸泵；5-涂白水箱；6-控制盒；7-喷药水箱；8-喷药自吸泵；9-万向轮；10-喷药电机；11-喷杆架；12-立式轴承座；13-尼龙轮；14-雾状喷头；15-竖向光轴；16-环形喷架；17-竖向丝杆；18-卧式轴承座；19-升降电机；20-轴承座；21-电机座；22-万向节；23-连接座；24-伸缩杆；25-套筒；26-横向丝杆；27-长喷杆；28-滑块；29-光电开关；30-固定架；31-调速电机；32-链条；33-液压缸；34-链轮；35-调向滑轮；36-毛刷；37-半六边形板。

具体实施方式

以下将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-6所示，一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，包括车体、驱动装置、树干涂白装置、草地药物喷洒装置、树根去虫除草装置和控制盒。

车体底部前端对称安装驱动装置设有的尼龙轮13，车体底部后端对称安装驱动装置设有的万向轮9，尼龙轮13的连接轴上安装有从动齿轮，从动齿轮通过链条32连接链轮34，链轮34连接调速电机31的电机轴，用于调速电机31控制车体的移动，车体后端设有扶手架，车体前端设有设备安装架。

树干涂白装置设有支撑架1、调整弹簧2、减速电机3、涂白自吸泵4、升降电机19、环形喷架16、雾状喷头14、毛刷36，支撑架1设有两个且对称安装在车体的前部，支撑架1与车体连接的处通过减速电机3控制两个支撑架1的开合，用于环抱树干。安装架1前端通过滑杆连接两个支撑架1的凸起部，支撑架1的凸起部内设有互为反丝的丝母座，两个丝母座丝接两侧为反丝的横向丝杆26，横向丝杆26一端连接减速电机3，用于减速电机3的正反转控制两个支撑架1合并和分离，支撑架1外侧通过固定架连接在横向丝杆26上，固定架端部连接液压缸33，液压缸33的伸缩杆24前部安装连接座23，伸缩杆24前端通过万向节22连接轴承座20，轴承座20安装在竖向丝杠17上，竖向丝杠17上且在轴承座20的下方连接半六边形板37，用于液压缸33控制两个对称的半六边形板37的开合。支撑架1内部通过调整弹簧2连接内部的半六边形板37的外端或竖向光轴15，用于调整弹簧2拉动半六边形板37前端开口供树干进入，竖向光轴15上滑动连接滑块28，滑块28连接环形喷架16，环形喷架16上通过套筒25内设有的丝母座连接竖向丝杆17，竖向丝杆17顶端连接升降电机19，用于升降电机19控制环形喷架16的升降，环形喷架16内在毛刷36的两端安装有调向滑轮35，用于辅助环形喷架16环抱树干。环形喷架16内部设有雾状喷头14，雾状喷头14通过管道连接涂白自吸泵4，涂白自吸泵4连接安装在车体上的涂白水箱5，用于向树干上喷洒涂白剂，环形喷架16的内部还设有毛刷36，用于将涂白剂涂匀。

竖向丝杆17上端通过卧式轴承座18安装在支撑架1上，竖向丝杆17下端通过卧式轴承座18安装在下环形板上，竖向丝杆17上端穿过支撑架1连接升降电机19，升降电机19通过电机座21安装在支撑架1上。环形板上安装有树根去虫除草装置设有的多个喷头，喷头通过管道连接喷药自吸泵8，喷药自吸泵8通过两个管道控制环形板上的喷头和长喷杆上的喷头，实现对树干底部和周边区域进行去虫或除草。

草地药物喷洒装置设有喷药电机10、喷杆架11、喷药自吸泵8，草地药物喷洒装置对称设有两组，用于分别向车体两侧伸出喷药，喷药电机10安装在车体上，喷药电机10的电机轴连接喷药丝杆，喷药丝杆通过立式轴承座12安装在车体上，喷药丝杆上丝接喷杆架11上，喷杆架11的另一端滑动连接在喷药光轴上，喷药光轴两端固定顶在车体上，喷杆架11的中部安装长喷杆26，用于喷药电机10控制长喷杆27的伸出和缩回。喷杆架11上安装有长喷杆27，长喷杆27上设有药物喷头，长喷杆27通过管道连接喷药自吸泵8，喷药自吸泵8连接安装在车体上的喷药水箱7，用于向车体两侧的草地喷洒药物。

扶手架上安装有控制盒6，控制盒内安装有基于STM32单片机的控制器，用于控制涂白自吸泵4、喷药自吸泵8、减速电机3、升降电机19、喷药电机10、调速电机31，控制器还连接有光电开关29，光电开关29安装在环形喷架16的内侧，用于识别到树干后控制器自动控制升降电机19、减速电机3和涂白自吸泵4工作。

由于STM32单片机I/O的输出电压为3.3V，故这里选用3.3V继电器。继电器是一种电控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。单片机控制继电器的引脚，引脚设置成高电平，可以让继电器开，设为低电平，即是关。

如图6所示的工作流程：小车主要实现树干涂白、树根药物去虫除草和草地喷洒药物的功能，有树干涂白、树根药物去虫除草和草地喷洒药物三个工作流程，次三个工作流程既可以单独工作也可以集体进行工作。

实施例及理论参数计算

1)作品外形尺寸及材料

(1)基于人机交互模式下的树干涂白药物喷洒一体机的主体支撑结构使用Q235圆钢和方形钢管焊接而成。通过调查研究我们决定采用以下两种管材作为主体支架：5252型材，6063型材(5252：用于制造有较高强度的装饰件，如汽车等的装饰性零部件，在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜；6063型材：建筑型材，灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料)。

(2)本产品尺寸规格定为：1250mm*550mm*125mm,符合常规树干喷涂高度.

(3)材料的选定。从经济方而考虑，该机的焊接件全部采用普通钢材焊制，其强度完全可以满足工作要求。

(4)自吸泵的选定。选用12V农用电动喷雾器水泵，最大流量3.5L/min，符合基于人机交互模式下的树干涂白药物喷洒一体机的涂白功率需求和药物喷洒需求。

(5)电动机的选择。选择12V减速电机，由12V减速电机能够为丝杠足够的动力和适当的速度，并且12v减速电机是平常使用的电机，去商家方便寻找。

理论计算

丝杆传动机构重要构件理论计算为：

(1)压轴与压筒的长度：L＝80mm,受力大小：F＝500N；

(2)压筒压应力的计算：

式中：σ—压筒的压应力-pa；

F_max—最大压应力-N；

A—压筒横截面积-mm²。

已知最大压应力F_max＝500N，压筒横截面积A＝364.242mm²，代入公式得：

(3)横梁剪应力的计算：

对于矩形横梁的剪力有以下简化公式：

式中：τ—横梁的剪应力-pa；

F_s—最大剪力-N；

A—横梁横截面积-mm²。

已知最大剪力F_s＝500N，横梁横截面积A＝1200mm²，代入公式得：

可知符合结构钢的剪切材料性能。

(4)横梁剪应力的计算：

光轴满足许用强度条件，所以此转轴杆可安全使用。

树干强度

强度系数Kq表示砍伐每单位面积树木所需的力，包括树木砍伐时各种形式的变形强度。目前确定切削比阻力(抗剪强度系数)大多采用的经验公式为

式中：

F_Q——作用在刀刃上的切削阻力，N；

b——切削刃宽度，m；

h——切削层厚度，m；

利用抗剪强度系数可以很方便地进行自动树干注射车的牵引和动力计算。

随着我国环保措施和人们环保意识的增强，树林面积逐年增加，树木病虫害发生率逐年上升。在未来对于树木的防护会越来越被重视，而现在一般的树干涂白大多数是依靠人力，工作强度大且工作效率低，所以要急需一个机器来代替人力。而基于人机交互模式下的树干涂白药物喷洒一体机采用自动化控制，能够实现树干涂白的喷、刷同时进行，省水、省料，可大幅度提高涂白剂利用率，在涂白的同时还可以环抱式对树根的杂草和害虫进行杀除工作，效率高并且可以节约大量的人力，此机器还可以自动对长有杂草的土地进行药物喷洒工作，这三个机构可以同时运作，大大节省了工作时间，并且符合当今时代绿色环保的主题，具有很好的应用前景和推广价值。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，包括车体、驱动装置、树干涂白装置、草地药物喷洒装置、树根去虫除草装置和控制盒，所述树干涂白装置设有支撑架、调整弹簧、减速电机、涂白自吸泵、升降电机、环形喷架、雾状喷头、毛刷，支撑架设有两个且对称安装在车体的前部，支撑架与车体连接的处通过减速电机控制两个支撑架的开合，用于环抱树干，支撑架内部通过调整弹簧连接内部的半六边形板的外端或竖向光轴，用于调整弹簧拉动半六边形板前端开口供树干进入，竖向光轴上滑动连接滑块，滑块连接环形喷架，环形喷架上通过套筒内设有的丝母座连接竖向丝杆，竖向丝杆顶端连接升降电机，用于升降电机控制环形喷架的升降，环形喷架内部设有雾状喷头，雾状喷头通过管道连接涂白自吸泵，涂白自吸泵连接安装在车体上的涂白水箱，用于向树干上喷洒涂白剂，环形喷架的内部还设有毛刷，用于将涂白剂涂匀；

草地药物喷洒装置设有喷药电机、喷杆架、喷药自吸泵，草地药物喷洒装置对称设有两组，用于分别向车体两侧伸出喷药，喷药电机安装在车体上，喷药电机连接喷杆架，用于控制喷杆架的移动，喷杆架上安装有长喷杆，长喷杆上设有药物喷头，长喷杆通过管道连接喷药自吸泵，喷药自吸泵连接安装在车体上的喷药水箱，用于向车体两侧的草地喷洒药物。

2.根据权利要求1所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述车体底部前端对称安装驱动装置设有的尼龙轮，车体底部后端对称安装驱动装置设有的万向轮，尼龙轮的连接轴上安装有从动齿轮，从动齿轮通过链条连接链轮，链轮连接调速电机的电机轴，用于调速电机控制车体的移动，车体后端设有扶手架，车体前端设有设备安装架。

3.根据权利要求2所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述安装架前端通过滑杆连接两个支撑架的凸起部，支撑架的凸起部内设有互为反丝的丝母座，两个丝母座丝接两侧为反丝的横向丝杆，横向丝杆一端连接减速电机，用于减速电机的正反转控制两个支撑架合并和分离，支撑架外侧通过固定架连接在横向丝杆上，固定架端部连接液压缸，液压缸的伸缩杆前部安装连接座，伸缩杆前端通过万向节连接轴承座，轴承座安装在竖向丝杠上，竖向丝杠上且在轴承座的下方连接半六边形板，用于液压缸控制两个对称的半六边形板的开合。

4.根据权利要求3所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述竖向丝杆上端通过卧式轴承座安装在支撑架上，竖向丝杆下端通过卧式轴承座安装在下环形板上，竖向丝杆上端穿过支撑架连接升降电机，升降电机通过电机座安装在支撑架上。

5.根据权利要求4所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述环形板上安装有树根去虫除草装置设有的多个喷头，喷头通过管道连接喷药自吸泵。

6.根据权利要求2所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述扶手架上安装有控制盒，控制盒内安装有基于STM32单片机的控制器，用于控制涂白自吸泵、喷药自吸泵、减速电机、升降电机、喷药电机、调速电机，控制器还连接有光电开关，光电开关安装在环形喷架的内侧，用于识别到树干后控制器自动控制升降电机、减速电机和涂白自吸泵工作。

7.根据权利要求1所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述喷药电机的电机轴连接喷药丝杆，喷药丝杆通过立式轴承座安装在车体上，喷药丝杆上丝接喷杆架上，喷杆架的另一端滑动连接在喷药光轴上，喷药光轴两端固定顶在车体上，喷杆架的中部安装长喷杆，用于喷药电机控制长喷杆的伸出和缩回。

8.根据权利要求1所述的基于人机交互模式的树干涂白药物喷洒一体机，其特征在于，所述环形喷架内在毛刷的两端安装有调向滑轮，用于辅助环形喷架环抱树干。

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