CN219989372U - 一种速生人工林爬树装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种速生人工林爬树装置，包括可开合的环形框架、夹紧单元、驱动单元和电源；所述的环形框架为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；所述的夹紧单元设有四组，两两对向布置在环形框架的上方；所述的驱动单元设有四组，与夹紧单元位置对应设置于环形框架的下方；所述的电源为锂电池；所述的锂电池分别与夹紧单元和驱动单元连接，为夹紧单元和驱动单元供电。本实用新型的夹紧单元两两对向设置，环形框架不会受到弯矩而变形，延长装置使用寿命；同时夹紧可靠，即使是截面呈椭圆形的树干也能适应，适用范围广。

Description

一种速生人工林爬树装置

技术领域

本实用新型属于林业机械技术领域，涉及一种速生人工林爬树装置。

背景技术

速生人工林是轮伐周期短的人工林，在工业造纸领域需求较大，由于其速生优势，材质好，造林成活率高等优良特性，因而具有很好的经济价值。对速生人工林进行合理的修枝可以促进树木的生长，提高树木的通直度、圆度、抗弯强度及木材的韧性，改善林木的生长环境和林木防火条件，增强上部光合作用。

我国速生人工林种植面积不断扩大，但速生人工林的修枝方式落后，很多地区仍旧通过人工手持工具进行修枝，劳动量大、修枝效率低，且速生人工林普遍树径较小、人工攀爬修剪较高的树枝时具有危险性。近年来，国内不少高校、科研院所以及生产企业设计开发了不少爬树机器人，大体可分为垂直爬升和螺旋爬升两种类型。攀爬的形式尽管多种多样，本质上都是在利用摩擦力来抵抗向下的重力。垂直爬升型装置，需要抵抗的100%的重力，而且圆周方向无法兼顾；螺旋爬升型可以减少一定的驱动力，本申请人在专利号为201911143218.1也公开了一种林木高空智能修枝装置及其使用方法，该装置包括基架、环抱臂、驱动单元及修剪单元；环抱臂铰接在基架上，并设有被动轮；驱动单元包括设置在基架上的可充电电池、主动轮及控制器；修剪单元包括底座、升降台、滑道底板、滑动座、切割电机、倾角调节电缸；升降台的底部连接底座，顶部连接滑道底板；滑动座套接在滑道底板上；倾角调节电缸底部及顶部均分别于与基架和底座铰接；在滑动座下还设有可带动滑动座移动的螺杆及相应的电机齿轮机构；控制器还设有可连接手持遥控器的无线通信模块；摄像头可与操作者的手机无线连接。该装置为螺旋爬升型，虽然可以通过驱动单元使其自由在树干上攀爬，但由于为单边驱动形式，受力集中于一边，装置负载不平衡，加速装置的磨损老化，使用寿命较短。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种受力均衡，可延长使用寿命的速生人工林爬树装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种速生人工林爬树装置，包括可开合的环形框架、夹紧单元、驱动单元和电源；

所述的环形框架为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；

所述的夹紧单元设有四组，两两对向布置在环形框架的上方；

所述的驱动单元设有四组，与夹紧单元位置对应设置于环形框架的下方；

所述的电源为锂电池；所述的锂电池分别与夹紧单元和驱动单元连接，为夹紧单元和驱动单元供电。

作为进一步技术改进，每组以上所述的夹紧单元包括电动推杆、滑动底座、支架和被动轮；所述的电动推杆安装于环形框架上方；所述的滑动底座固定于电动推杆的两侧，并设有供电动推杆活动端伸缩运动的凹槽；所述的滑动底座的上表面还设有导轨；所述的支架与电动推杆的活动端固定连接，且支架底端沿着导轨与滑动底座滑动连接；所述的被动轮与支架可拆卸连接；所述的电动推杆与锂电池连接，由锂电池供电。对树干进行夹紧时，电动推杆向树干方向伸长，带动支架沿着导轨在滑动底座上方同向滑动，从而使得支架上的被动轮靠近并贴靠在树干上；在周向上的四组夹紧单元同时向树干方向进行运动，实现了装置对树干的夹紧动作；同理，电动推杆反向缩回时，实现了装置对树干的松弛分离动作。

作为进一步技术改进，每组以上所述的驱动单元包括驱动轮和蜗轮蜗杆型的减速电机；所述的减速电机的输出端与驱动轮连接；所述的减速电机与锂电池连接，由锂电池供电。减速电机驱动着驱动轮运动，从而带动夹紧单元上的被动轮运动；减速电机关闭后，蜗轮蜗杆型的减速电机能实现自锁，让装置悬停在树干上。

作为进一步技术改进，以上所述的速生人工林爬树装置还包括控制器和力传感器；所述的控制器安装于环形框架上；所述的夹紧单元、驱动单元和电源分别与控制器连接；所述的力传感器安装于夹紧单元上。力传感器检测夹紧单元上的受力情况，并通过控制器调整夹紧单元中的工作状态，实现装置夹紧或松弛远离树干的动作；控制器还能控制驱动单元实现装置攀爬上升、停止或下降动作。

作为进一步技术改进，以上所述的控制器包括单片机和蓝牙模块，由外部电源供电；

所述的外部电源为24V直流电源；

所述的单片机采用ARM系列的ESP32单片机；

所述的蓝牙模块采用HC-05蓝牙模块，并与单片机连接，传输距离可达30米；所述的蓝牙模块可与外部的控制终端进行无线连接；

所述的单片机用于接收蓝牙模块的无线信号和力传感器的检测信号，并将信号传输给夹紧单元和驱动单元；

所述的力传感器采用费波斯品牌的FA104，安装在被动轮上并通过信号线与单片机相连，用于检测被动轮的受力大小。控制器通电后，使用外部控制终端发出夹紧控制信号，蓝牙模块接收到控制信号并将信号传输给单片机，然后由单片机发送信号后调整夹紧单元的工作状态，实现装置夹紧树干的动作；使用外部控制终端发出攀爬上升或下降信号，蓝牙模块收到控制信号并将信号传输给单片机，然后由单片机发送信号调整驱动单元中工作状态，实现装置攀爬上升、停止或下降动作；装置在攀爬夹紧过程中，力传感器实时记录夹紧单元的受力情况，保证装置夹紧的同时又减少对树体的损伤。控制终端为带有无线通讯功能的智能手机。

本实用新型的工作原理如下：

使用时，抽出保险销，将环形框架打开后扣在待攀爬的树干上，再插入保险销使环形框架闭合；夹紧单元使装置夹紧树干；驱动单元使装置沿着树干向上或向下攀爬，电源分别为夹紧单元和驱动单元供电。

本实用新型具有的优点及有益效果如下：

1、本实用新型的夹紧单元两两对向设置，夹紧力近乎能完全转化为驱动装置攀爬的摩擦力，即夹紧力和驱动力能近乎完全施加在树干上，环形框架不会受到弯矩而变形，延长装置使用寿命；同时夹紧可靠，即使是截面呈椭圆形的树干也能适应，适用范围广。

2、本实用新型的夹紧单元和驱动单元对应设置在环形框架的上下层，使得装置整体不会出现铅锤方向上的摇摆，装置攀爬运行平稳可靠。

3、本实用新型设有四组驱动单元平衡布置在树干圆周的四个方向，整机布置接近四面平衡，驱动力在水平面的分量，形成装置旋转运动的两对力偶，在铅锤面的分量，形成装置升降运动的合力，为四轮四向驱动模式，而非单边驱动模式，装置负载平衡，能减少对装置整体的刚性要求，并能有效减轻磨损，加工成本低、使用方便。

4、本实用新型设有四组驱动单元和四组夹紧单元，可使用直径较小的驱动轮和被动轮，在同样的输入功率和速度要求下，驱动轮轴所受力矩较小，轮上的胎皮所受剥离力也更小，提高了轮胎的使用寿命。

5、本实用新型采用锂电池作为电源，可通过柔软的电线将能量分散给四周的驱动单元，不需要复杂的传动装置，也适应装置需要开合的特点。

6、本实用新型的被动轮上都装有力传感器，通过检测被动轮的受力情况可单独调整对应电动推杆的伸缩，保证装置夹紧的同时又减少对树体的损伤，更适应不规则树干或变径树干的夹紧攀爬。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

图3为本实用新型实施例2的控制过程原理框图。

附图标识：

1-环形框架，2-支架，3-滑动底座，4-电动推杆，5-被动轮，6-电源，7-驱动单元，8-控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

实施例

一种速生人工林爬树装置，包括可开合的环形框架1、夹紧单元、驱动单元7和电源6；

所述的环形框架1为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；

所述的夹紧单元设有四组，两两对向布置在环形框架1的上方；

所述的驱动单元7设有四组，与夹紧单元位置对应设置于环形框架1的下方；

所述的电源6为锂电池，固定在夹紧单元上；所述的锂电池分别与夹紧单元和驱动单元7连接，为夹紧单元和驱动单元7供电。

每组以上所述的夹紧单元包括电动推杆4、滑动底座3、支架2和被动轮5；所述的电动推杆4安装于环形框架1上方；所述的滑动底座3固定于电动推杆4的两侧，并设有供电动推杆4活动端伸缩运动的凹槽；所述的滑动底座3的上表面还设有导轨；所述的支架2与电动推杆4的活动端固定连接，且支架2底端沿着导轨与滑动底座3滑动连接；所述的被动轮5与支架2可拆卸连接；所述的电动推杆4与锂电池连接，由锂电池供电，锂电池固定在滑动底座3上。对树干进行夹紧时，电动推杆4向树干方向伸长，带动支架2沿着导轨在滑动底座3上方同向滑动，从而使得支架2上的被动轮5靠近并贴靠在树干上；在周向上的四组夹紧单元同时向树干方向进行运动，实现了装置对树干的夹紧动作；同理，电动推杆4反向缩回时，实现了装置对树干的松弛分离动作。

每组以上所述的驱动单元7包括驱动轮和蜗轮蜗杆型的减速电机；所述的减速电机的输出端与驱动轮连接；所述的减速电机与锂电池连接，由锂电池供电。减速电机驱动着驱动轮运动，从而带动夹紧单元上的被动轮运动；减速电机关闭后，蜗轮蜗杆型的减速电机能实现自锁，让装置悬停在树干上。

该实施例的工作原理如下：

使用时，抽出保险销，将环形框架1打开后扣在待攀爬的树干上，再插入保险销使环形框架1闭合；夹紧单元使装置夹紧树干；驱动单元7使装置沿着树干向上或向下攀爬，电源6分别为夹紧单元和驱动单元供电。

实施例

与实施例1不同之处在于，所述的速生人工林爬树装置还包括控制器和力传感器；所述的控制器安装于环形框架1上；所述的夹紧单元、驱动单元7分别与控制器连接；所述的力传感器安装于夹紧单元的被动轮上，并与控制器连接。力传感器检测夹紧单元上的受力情况，并通过控制器调整夹紧单元中电动推杆的工作状态，实现装置夹紧或松弛远离树干的动作；所述的驱动单元中的减速电机与控制器连接，控制器还能控制驱动单元实现装置攀爬上升、停止或下降动作。

所述的控制器包括单片机和蓝牙模块，由外部电源供电；

所述的外部电源为24V直流电源；

所述的单片机采用ARM系列的ESP32单片机；

所述的蓝牙模块采用HC-05蓝牙模块，并与单片机连接，传输距离可达30米；所述的蓝牙模块可与外部的控制终端进行无线连接；

所述的单片机用于接收蓝牙模块的无线信号和力传感器的检测信号，并将信号传输给夹紧单元和驱动单元7；

所述的力传感器采用费波斯品牌的FA104，安装在被动轮5上并通过信号线与单片机相连，用于检测被动轮5的受力大小。控制器通电后，使用外部控制终端发出夹紧控制信号，蓝牙模块接收到控制信号并将信号传输给单片机，然后由单片机发送信号后调整夹紧单元中的电动推杆4的工作状态，实现装置夹紧树干的动作；使用外部控制终端发出攀爬上升或下降信号，蓝牙模块收到控制信号并将信号传输给单片机，然后由单片机发送信号调整驱动单元中的减速电机的工作状态，实现装置攀爬上升、停止或下降动作；装置在攀爬夹紧过程中，力传感器实时记录被动轮5的受力情况，当遇到树干变径时，被动轮5的受力情况超出或低于预设值时，单片机信号调整电动推杆4的工作状态，进行伸长夹紧或收缩放松，直至力传感器测得值达到预设值，停止对电动推杆4工作状态的调整，保证装置夹紧的同时又减少对树体的损伤。控制终端为带有无线通讯功能的智能手机。

该实施例的工作原理与实施例1相同。

最后需要指出的是：在一些实施例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解；凡以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；是属于本实用新型原理的技术方案均属于本实用新型的保护范围。对于本领域技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种速生人工林爬树装置，其特征在于：包括可开合的环形框架（1）、夹紧单元、驱动单元（7）和电源（6）；

所述的环形框架（1）为成对的半框铰接而成，半框的开合端通过销孔和适配的保险销活动连接；

所述的夹紧单元设有四组，两两对向布置在环形框架（1）的上方；

所述的驱动单元（7）设有四组，与夹紧单元位置对应设置于环形框架（1）的下方；

所述的电源（6）为锂电池；所述的锂电池分别与夹紧单元和驱动单元（7）连接，为夹紧单元和驱动单元（7）供电。

2.根据权利要求1所述的一种速生人工林爬树装置，其特征在于：每组所述的夹紧单元包括电动推杆（4）、滑动底座（3）、支架（2）和被动轮（5）；所述的电动推杆（4）安装于环形框架（1）上方；所述的滑动底座（3）固定于电动推杆（4）的两侧，并设有供电动推杆（4）活动端伸缩运动的凹槽；所述的滑动底座（3）的上表面还设有导轨；所述的支架（2）与电动推杆（4）的活动端固定连接，且支架（2）底端沿着导轨与滑动底座（3）滑动连接；所述的被动轮（5）与支架（2）可拆卸连接；所述的电动推杆（4）与锂电池连接，由锂电池供电。

3.根据权利要求1所述的一种速生人工林爬树装置，其特征在于：每组所述的驱动单元（7）包括驱动轮和蜗轮蜗杆型的减速电机；所述的减速电机的输出端与驱动轮连接；所述的减速电机与锂电池连接，由锂电池供电。

4.根据权利要求1所述的一种速生人工林爬树装置，其特征在于：还包括控制器和力传感器；所述的控制器安装于环形框架（1）上；所述的夹紧单元和驱动单元（7）分别与控制器连接；所述的力传感器安装于夹紧单元上。

5.根据权利要求4所述的一种速生人工林爬树装置，其特征在于：所述的控制器包括单片机和蓝牙模块，由外部电源供电；

所述的外部电源为24V直流电源；

所述的单片机采用ARM系列的ESP32单片机；

所述的蓝牙模块采用HC-05蓝牙模块，并与单片机连接；所述的蓝牙模块可与外部的控制终端进行无线连接；

所述的单片机用于接收蓝牙模块的无线信号和力传感器的检测信号，并将信号传输给夹紧单元和驱动单元（7）；

所述的力传感器采用费波斯品牌的FA104，安装在被动轮（5）上并通过信号线与单片机相连，用于检测被动轮（5）的受力大小。