CN219803093U - 用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，包括依次连接的若干个组块，其中首端、末端的组块上分别转动铰接有摆转架和转动铰接在摆转架上的驱动轮，在首端与末端组块之间的各组块的底面设有滚轮，所述首端和末端的组块上具有自底面往顶面延伸的缺口，所述摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，并使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，其中一组块上连接有用于锯切树枝的电锯。本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人的优点，由于摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，从而使该机器人在行进过程中不会由于不平齐的行进轮造成过大的摩擦力，影响行进的顺畅和速度。

Description

用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人

技术领域：

本实用新型涉及一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，特别使用在树木分支的裁切上。

背景技术：

电力设施和电力线缆等经常安装在丛林中，由于树木的分支较多，有时会延伸至电力线缆和电线杆上，从而对电力设施造成一定的安全隐患，甚至由于生长的树枝接触到电力设施和电力线缆等造成火灾，因此需要针对一些树木的分支进行切断，以往树木的分支都是由人工攀爬进行手工裁切，该项工作对工人的人身安全存在巨大的隐患。

目前检索到的中国专利“多段驱动主从式蛇形机器人 ”，公开号CN110065054A，旨在解决现有蛇形机器人地面适应性差、越障能力弱和抵抗环境干扰能力低的问题，本实用新型蛇形机器人包括第一驱动单元、第二驱动单元、至少一个第三驱动单元、设置在各驱动单元之间的多个蛇身连接单元；第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元均包含至少一个驱动组件；蛇身连接单元包含至少一个蛇身模块或多个串联连接的蛇身模块；驱动组件包括固定构件、动力机构、行走机构；固定构件与相邻的蛇身模块连接，动力机构和行走机构均设置在固定构件上，动力机构与行走机构连接并能够驱动行走机构行走。

该多段驱动主从式蛇形机器人的中间驱动组件均下凸出于蛇身组件，从而其主要适应在地面上使用，当其使用在爬树时，由于其是以螺旋形缠绕的方式行进，该多段驱动主从式蛇形机器人在螺旋形缠绕行进时，下凸出于蛇身组件的驱动组件容易在行进时产生卡滞，从而不利于影响行进使用。

发明内容：

鉴于现有技术的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，该一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人能够在树木上顺畅的以蛇形缠绕行进，并且对树木的分支进行裁切。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：包括依次连接的若干个组块，其中首端、末端的组块上分别转动铰接有摆转架和转动铰接在摆转架上的驱动轮，在首端与末端组块之间的各组块的底面设有滚轮，所述首端和末端的组块上具有自底面往顶面延伸的缺口，所述摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，并使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，其中一组块上连接有用于锯切树枝的电锯。

进一步的，上述摆转架呈倒U形，该摆转架的上端固定连接有伸入组块内部的摆转杆，所述摆转杆由设在组块内部的舵机驱动摆转。

进一步的，上述驱动轮内嵌有直流电动机，直流电动机的转轴两端与摆转架的两端固定连接，直流电动机的轮毂外周套设有橡胶轮。

进一步的，上述组块相邻之间通过自适应机构进行连接，所述自适应机构包括用于插置固定在一组块沉孔内的阶梯套，所述阶梯套上设有球头槽，所述球头槽内转动铰接有球头，所述球头上连接有插杆，所述插杆用于插置固定在另一组块的安装槽孔内。

进一步的，上述直流电动机、舵机的电源由位于地面上的发电机或蓄电池供电。

进一步的，上述滚轮由位于组块内的马达电机驱动转动工作。

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人的工作方法，

（1）. 设备整体分为两段式或多段式，携带至工作地点连接成一体，在人工辅助下安装于目标树木的树干上，并使机器人以蛇形方式盘缠抱紧树干；（2）. 启动设备，在位于头部的驱动轮的引导和位于尾部驱动轮的辅助下，设备以蛇行姿态进行移动，摆转架能够调整角度以达到改变爬行路径的目的；爬行过程中树干如有中、小枝条影响爬行，可控制电锯进行锯切清障；（3）. 当作业点在树木分枝端时，控制摆转架调整爬行姿态和爬行角度，可实现越枝目的；（4）. 作业结束后，在头部的驱动轮的引导和位于尾部驱动轮的辅助下，机器人的蛇行方式将首尾变换，实现返程。

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人的优点，由于摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，从而使该机器人在行进过程中不会由于不平齐的行进轮造成过大的摩擦力，影响行进的顺畅和速度；通过修枝机器人上安装的电锯对树枝进行锯切，从而避免树枝接触到电力设施和电力线缆等造成火灾。

附图说明：

图1、2是本实用新型的不同视角立体图；

图3是本实用新型另一视角局部立体爆炸图；

图4是首端的组块的剖面构造示意图；

图5是位于中间组块的立体图；

图6是图5的另一视角的立体图；

图7是图5的爆炸图；

图8是本实用新型的使用状态立体构造示意图；

图9是本发明平铺拉直状态示意图；

图10是本发明控制器与修枝机器人上各电子部件的控制原理框图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人包括依次连接的若干个组块1，组块1为长方体块，各组块1形状和尺寸可以相同，或者不同，较佳的是位于首端的组块101、末端的组块102的尺寸较大。

首端的组块101、末端的组块102上分别转动铰接有摆转架2，摆转架上转动铰接有驱动轮3，摆转架的形状呈倒U形，该摆转架的上端固定连接有伸入组块内部的摆转杆7，所述摆转杆由设在组块内部的舵机8驱动摆转（舵机是现有惯用的设备，图4仅仅是示意说明舵机与摆转杆7的连接关系）；驱动轮内嵌有直流电动机9，直流电动机的转轴10两端与摆转架的两端固定连接，直流电动机的轮毂外周套设有橡胶轮11，橡胶轮11呈圆环形，其固定套在直流电动机的轮毂外周，工作时，通过舵机8的工作使得驱动轮向左或向右转动，以实现转向，通过直流电动机9的工作，实现该机器人沿树干或树枝螺旋行进。

在首端与末端组块之间的各组块的底面设有滚轮4，所述首端和末端的组块上具有自底面往顶面延伸的缺口5，所述摆转架2和驱动轮3设置在缺口5位置内，并使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面（各组块在拉直状态下），通过首端和末端的组块上设有缺口5，从而使该缺口空间内可以容纳摆转架2和驱动轮3，从而在各组块在拉直状态下使驱动轮的下端与各滚轮的下端能够处于同一水平面，减少驱动轮下凸高出滚轮4而产生行进的卡滞，在驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面时，使得行进更加顺畅，从而可以提高行进速度。

为了实现对目标树枝（即阻挡或影响电力线缆和电线杆的树枝）的锯切，在其中一组块上连接有用于锯切树枝的电锯6，该电锯6的本体固定连接在第二舵机的输出轴上，在该第二舵机工作时，可以将该电锯6的本体摆转至不同的方位，从而便于锯切不同方位位置的树枝。

上述组块相邻之间通过自适应机构A进行连接，所述自适应机构A包括用于插置固定在一组块（第一组组块）沉孔A5内的阶梯套A1，所述阶梯套上设有球头槽A2，所述球头槽A2内转动铰接有球头A3，所述球头A3上固定连接有插杆A4，所述插杆A4用于插置固定在另一组块（第二组组块）的安装槽孔A6内，位于中间的各组块上均设有沉孔A5和安装槽孔A6，该球头A3不会从球头槽A2中脱出，其结构如万向节构造，可以在球头槽A2外侧具有将球头A3限位在球头槽A2内的盖套A7，盖套A7的中心具有让插杆A4穿过的通孔，盖套A7可以通过螺钉锁紧在阶梯套A1的端面上；插杆A4与安装槽孔A6可以通过紧配合实现固定，或者是通过插销进行固定。

本申请第一种实施例是，修枝机器人的行进动力来源于驱动轮和滚轮（组块内部具有驱动滚轮行进的马达电机）在行进时驱动轮和滚轮均提供行进的动力。

第二种实施例是，修枝机器人的行进动力仅来源于驱动轮，滚轮没有提供动力，这种情况下，如果修枝机器人在长度方向上是刚性的（即长度无法伸缩），仅仅依靠位于首尾端的驱动轮驱动修枝机器人螺旋形行进时，即容易出现修枝机器人从树干上掉落的情况，因此最佳的是，插杆A4与安装槽孔A6间隙配合，插杆A4能够在安装槽孔A6中自由伸缩，插杆A4上具有条形槽道A10，第二组组块上设有插销孔A8，插销A9穿过插销孔并穿透安装槽孔A6和条形槽道A10，从而使插杆A4能够在安装槽孔A6中自由伸缩而不会脱离，因此在行进时，位于首端的驱动轮先牵拉若干组块依次向前行进一段，使各相邻组块之间间距达到最大（即条形槽道A7伸入安装槽孔A6最浅位置），而后位于尾端的驱动轮再推动若干组块依次向前行进一段，使各相邻组块之间间距达到最短（即条形槽道A7伸入安装槽孔A6最深位置），整个行进过程如毛毛虫的挪动。

上述结构和工作方法，一方面有利于保证该修枝机器人的行进稳定可靠不容易掉落，另一方面也可以节省为各滚轮配备驱动动力的马达，以及驱动动力、电源。

但在上述第二种实施例情况下，为了提高行进速度，上述滚轮也可以由位于组块内的马达电机驱动转动工作，通过首尾端的驱动轮和滚轮进行转动行进，可以增加挪动行进速度。

上述直流电动机、舵机的电源可以由位于地面上的发电机或蓄电池供电。

为了便于操控者随时观察情况，以方便进行调节行进速度和锯切树枝，上述首端与末端组块上表面连接有摄像头12，所述组块内设有无线接收器，所述无线接收器与操控者的控制器建立无线通讯。

上述控制器和组块内的无线接收器建立热点式无线连接，控制器控制信号通过数传模块发送给组块内的接收模块并反馈状态，控制器采用可视移动终端，安装基于安卓系统的APP，能够在其界面中进行控制和参数调整操作。

上述通过控制器无线控制各驱动轮、滚轮、舵机、第二舵机和电锯6等的工作，以及为电子技术领域惯用的技术手段，在此不做累述，电机或舵机也可以称为马达。

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人的工作方法，

（1）. 设备整体分为两段式或多段式，携带至工作地点连接成一体，在人工辅助下安装于目标树木的树干上，并使机器人以蛇形方式盘缠抱紧树干； （2）. 启动设备，在位于头部的驱动轮的引导和位于尾部驱动轮的辅助下，设备以蛇行姿态进行移动，摆转架能够调整角度以达到改变爬行路径的目的；爬行过程中树干如有中、小枝条影响爬行，可控制电锯进行锯切清障；在摄像头拍摄的视频引导下到达修剪目标，控制电锯进行锯切修剪操作；（3）. 当作业点在树木分枝端时，控制摆转架调整爬行姿态和爬行角度，可实现越枝目的；（4）. 作业结束后，在头部的驱动轮的引导和位于尾部驱动轮的辅助下，机器人的蛇行方式将首尾变换，实现返程。

本实用新型一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人的优点，由于摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，从而使该机器人在行进过程中不会由于不平齐的行进轮造成过大的摩擦力，影响行进的顺畅和速度；通过修枝机器人上安装的电锯对树枝进行锯切，从而避免树枝接触到电力设施和电力线缆等造成火灾。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：包括依次连接的若干个组块，其中首端、末端的组块上分别转动铰接有摆转架和转动铰接在摆转架上的驱动轮，在首端与末端组块之间的各组块的底面设有滚轮，所述首端和末端的组块上具有自底面往顶面延伸的缺口，所述摆转架和驱动轮设置在缺口位置内，并使驱动轮的下端与各滚轮的下端处于同一水平面，其中一组块上连接有用于锯切树枝的电锯。

2.根据权利要求1所述的一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：所述摆转架呈倒U形，该摆转架的上端固定连接有伸入组块内部的摆转杆，所述摆转杆由设在组块内部的舵机驱动摆转。

3.根据权利要求2所述的一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：所述驱动轮内嵌有直流电动机，直流电动机的转轴两端与摆转架的两端固定连接，直流电动机的轮毂外周套设有橡胶轮。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：所述组块相邻之间通过自适应机构进行连接，所述自适应机构包括用于插置固定在一组块沉孔内的阶梯套，所述阶梯套上设有球头槽，所述球头槽内转动铰接有球头，所述球头上连接有插杆，所述插杆用于插置固定在另一组块的安装槽孔内。

5.根据权利要求3所述的一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：所述直流电动机、舵机的电源由位于地面上的发电机或蓄电池供电。

6.根据权利要求3所述的一种用于森林防火的蛇形仿生爬树修枝机器人，其特征在于：所述滚轮由位于组块内的马达电机驱动转动工作。