JP2021019584A - Pruning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は枝切断装置に関するものである。 The present invention relates to a branch cutting device.
立木の枝打ち作業の効率化や安全確保を目的として、樹幹を昇降自在に移動する装置に、チェーンソーや丸鋸等の枝を切断する動力刃物を備え、樹幹外周を旋回しながら上昇して枝を切り落とす自動枝打機が数多く考案されている。 For the purpose of improving the efficiency and safety of pruning work of standing trees, the device that moves the trunk up and down is equipped with a power blade that cuts branches such as chainsaws and circular saws, and ascends while turning around the trunk. Many automatic pruning machines have been devised to cut off.
自動枝打機を用いて枝打ち作業を行う際に、刃が枝に噛み込んで装置が動作できなくなるという問題がしばしば生じる。そうなると、作業が中断されるばかりか、人が木に登って噛み込みを解除する必要があり、作業効率が著しく低下する。 When performing pruning work using an automatic pruning machine, there is often a problem that the blade bites into the branch and the device becomes inoperable. In that case, not only the work is interrupted, but also a person needs to climb a tree to release the bite, and the work efficiency is significantly reduced.
刃の噛み込みは、刃が枝を切り進められる速度を超えて枝打機が進行してしまうことにより発生する。チェーンソーの過負荷を検知して枝打機の進行速度を制御する方法は考案されているが、噛み込みは高負荷時瞬時に発生するため、制御が間に合わず噛み込みを防止することは難しい。 The biting of the blade occurs when the pruning machine advances beyond the speed at which the blade can cut the branch. A method of detecting the overload of the chainsaw and controlling the traveling speed of the pruning machine has been devised, but it is difficult to prevent the biting because the control is not in time because the biting occurs instantly when the load is high.
本発明の枝切断装置は、樹幹外周を旋回する走行体と、前記走行体の進行方向に進退可能に伸縮する弾性材を介して前記走行体に支持される刃体と、前記弾性材の変位を計測するセンサーとを備え、前記センサーの計測値に応じて前記走行体の進行速度を制御することを特徴とする。 In the branch cutting device of the present invention, a traveling body that swivels around the outer circumference of the trunk, a blade body that is supported by the traveling body via an elastic material that expands and contracts in the traveling direction of the traveling body, and a displacement of the elastic material. It is characterized in that it is provided with a sensor for measuring the speed of the traveling body, and controls the traveling speed of the traveling body according to the measured value of the sensor.
すなわち、前記走行体を進行させて前記刃体を枝に接触させ、前記刃体が受ける反力を前記弾性材で緩和し、前記弾性材の変位に応じて前記走行体の進行速度を制御する。弾性材を、その復元力が刃体の許容切断負荷以下となるように設定することで、刃体の枝切断可能速度以下に走行体進行速度を制限できる。 That is, the traveling body is advanced to bring the blade body into contact with the branch, the reaction force received by the blade body is relaxed by the elastic material, and the traveling speed of the traveling body is controlled according to the displacement of the elastic material. .. By setting the elastic material so that its restoring force is equal to or less than the allowable cutting load of the blade, the traveling speed of the traveling body can be limited to the speed at which the branch of the blade can be cut.
また、前記刃体は樹幹半径方向に進退可能であり、また前記刃体は下端を支点にして樹幹軸方向との傾角を可変であり、前記刃体は上端及び下端に樹幹または枝との接触を防止するカバーと、前記刃体を前記樹幹半径方向に、前記樹幹に押し当てる弾性材と、前記傾角を小さくする方向へ前記刃体を加圧する弾性材とを備えることを特徴とする。 Further, the blade body can move forward and backward in the direction of the trunk radius, the blade body has a variable tilt angle with respect to the trunk axis direction with the lower end as a fulcrum, and the blade body comes into contact with the tree trunk or branches at the upper and lower ends. It is characterized by including a cover for preventing the blade body, an elastic material for pressing the blade body against the tree trunk in the direction of the trunk radius, and an elastic material for pressing the blade body in a direction for reducing the tilt angle.
また、本発明の枝切断装置において、前記刃体は上下可動であり、前記刃体を上下動させるアクチュエーターを備え、前記刃体上端カバーが枝に接触した際、前記アクチュエーターを駆動させて前記枝を回避することを特徴とする。 Further, in the branch cutting device of the present invention, the blade body is movable up and down, and an actuator for moving the blade body up and down is provided, and when the upper end cover of the blade body comes into contact with a branch, the actuator is driven to drive the branch. It is characterized by avoiding.
また、本発明の枝切断装置において、樹幹周囲を取り囲むレールを備え、前記走行体は前記レール上を周回し、前記樹幹を昇降する昇降機の上に前記レールを装着することを特徴とする。 Further, the branch cutting device of the present invention is characterized in that it includes a rail that surrounds the circumference of the tree trunk, the traveling body orbits the rail, and the rail is mounted on an elevator that moves up and down the tree trunk.
もしくは、本発明の枝切断装置において、前記レールを備える代わりに、前記走行体が樹幹を旋回しながら昇降する昇降機であることを特徴とする。 Alternatively, the branch cutting device of the present invention is characterized in that, instead of being provided with the rail, the traveling body is an elevator that moves up and down while turning the trunk.
[第1の実施例]
以下、本発明の第1の実施例について図面を参照して説明する。図1は枝切断装置を示す斜視図である。枝を切断するチェーンソー10は、樹幹に沿うように直立してマウント12に固定されている。マウント12は主フレーム11に取付けられ、主フレーム11を支持する副フレーム21が、連結ブロック31を介して走行体41上に固定されている。[First Example]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a branch cutting device. The
走行体41には走行モーター42が備わっており、環状のレール40外縁に押し当てられたローラー43を回転させることで、レール40上を旋回できる。レール40は樹幹を取り囲むように取付けられる。レール40は回転軸44を支点とした開閉機構により、樹幹への取付け及び取外しが可能である。 The
装置は、樹幹を昇降する昇降機の上に取り付けることで、自動枝打ち機として利用できる。その例を図2に示す。チェーンソー10を駆動させながら、昇降機50の上昇と走行体41の旋回を組み合わせ、樹幹100外周を旋回しながら枝を切り進めることができる。 The device can be used as an automatic pruning machine by mounting it on an elevator that raises and lowers the trunk. An example thereof is shown in FIG. While driving the
図3に枝切断装置の正面図を示す。主フレーム11は回転軸23を中心に一定角度可動である。主フレーム11と副フレーム21間に引張ばね22が接続され、引張ばね22の変位を計測するセンサー20が主フレーム11に取り付けられている。 FIG. 3 shows a front view of the branch cutting device. The
チェーンソー10先端の湾曲部が枝に接触すると、キックバックや、枝切断面の品質が不安定となる問題があり、この部分での切断は回避するのが望ましい。刃を覆うように装着されたチップガード36により前記湾曲部は枝に接触しない。 If the curved portion at the tip of the
マウント12は両側方からスライダー14に支持されており、スライダー14は、シャフト15に沿って上下に可動で、圧縮ばね18に下から支えられている。サーボモーター24はワイヤー25を介してマウント12の下方と繋がっている。 The
図4は図3のA−A断面を示す。副フレーム21は樹幹半径方向に進退可能に、連結ブロック31に取付けられており、圧縮ばね32によってスプロケットカバー37が樹幹に押し当てられる。これにより、チェーンソー10は樹幹表面に近づきながらも、接することなくその距離を一定に保つ。サーボモーター34はワイヤー35を介して副フレーム21と繋がっている。 FIG. 4 shows a cross section taken along the line AA of FIG. The
マウント12は回転軸17を中心に一定角度可動で、圧縮ばね16の作用でチップガード16が樹幹に押し当てられる。この構造により、樹幹の曲がりに対してチェーンソー10の角度が追従できる。 The
装置は制御回路70(搭載位置は図示しない)を備えており、図5に制御ブロック図を示す。制御回路70はチェーンソーモーター13、サーボモーター24、サーボモーター34,及び走行モーター42を駆動し、またその駆動は、各モーター及びセンサー20の出力信号に基づいて制御される。 The device includes a control circuit 70 (mounting position is not shown), and FIG. 5 shows a control block diagram. The
枝打ち時、チェーンソーモーター13及び走行モーター42の制御により、チェーンソー10を駆動させながら走行体41を進行させる。チェーンソー10が枝に接触すると、その反力によって主フレーム11が押され、引張ばね22が引っ張られる。センサー20がその変位を計測し、その値に応じて図6に示すように走行体41の進行速度を変動させる。変位が大きくなればやがて進行速度は0になるが、引張ばね22の復元力で枝が切り進められれば変位は小さくなり、走行体41は再び進行を始める。すなわち、引張ばね22による復元力を、チェーンソー10の許容切断負荷の範囲内に設定しておくことで、走行体41の進行速度は切断可能速度以下に制限される。 At the time of pruning, the
前記進行速度0の状態が一定時間以上続いた時には、制御回路70は装置がそれ以上進行できないと判断し、走行体41を後退させ、チェーンソー10を枝から退避させる。 When the state of the traveling speed of 0 continues for a certain period of time or more, the
枝打ち動作中に枝がチップガード36に接触して切断できない場合、制御回路70はそれを検知し、チェーンソー10を下げて枝を回避させ、次の周回で切断するものとする。 If the branch comes into contact with the
すなわち、枝がチップガード36に接触すると引張ばね22が変形しセンサー20の計測値が変動する。計測値は枝切断時も変動するため、制御回路70はまずその時点で切断中か否かの判定を行う。チェーンソーモーター13に流れる電流(回転負荷)を読み取り、その値が枝非切断時と同等の場合は、枝切断中ではないこととなり、制御回路70はチップガード36に枝が接触したと判定する。すると枝を回避するためサーボモーター24を駆動させマウント12を下方へ引く。チップガード36が枝をくぐれる高さになると引張ばね22は復元し、センサー20の計測値が元に戻り、サーボモーター24を元の角度に戻して枝回避が完了する。 That is, when the branch comes into contact with the
以上の機構、制御の組み合わせにより、装置は途中で動作を停止することなく自動で作業を進めることが可能となる。 By combining the above mechanism and control, the device can automatically proceed with the work without stopping the operation in the middle.
枝打ち作業において、立木の枝がない部分や枝打ち終了後については、作業時間の短縮及び消費エネルギー低減のために、チェーンソー10は停止させ、昇降速度を上げることが望ましい。その際、チェーンソー10が樹皮に引っかかる等のトラブルを回避するため、サーボモーター34を駆動させて副フレーム21を引き、チェーンソー10を樹幹から離しておくことができる。 In the pruning work, it is desirable to stop the
[第2の実施例]
本発明の枝切断装置を取り付ける昇降機が、本体ごと樹幹を旋回しながら昇降する機構であり、その昇降速度を制御可能である場合は、第1の実施例における連結ブロック31を直接昇降機に固定し、自動枝打ち機として利用できる。その例を図7に示す。[Second Example]
When the elevator to which the branch cutting device of the present invention is attached is a mechanism for ascending and descending while turning the trunk together with the main body, and the ascending / descending speed thereof can be controlled, the connecting
図8に第2の実施形態における枝切断装置の制御ブロック図を示す。これは、第1の実施形態における制御ブロック図(図5)の走行モーター42が、車輪モーター61に置き換わったものである。すなわち、本実施形態においては、第1の実施形態における走行モーター42に対する制御を、車輪モーター61の制御に置き換えることで、第1の実施形態と同様の効果を得られる。 FIG. 8 shows a control block diagram of the branch cutting device according to the second embodiment. This is the one in which the
[第3の実施例]
以下、本発明の第3の実施例について図面を参照して説明する。図9は枝切断装置を示す斜視図である。枝を切断するチェーンソー210は、樹幹に沿うように直立してマウント212に固定されている。マウント212はフレーム211に取付けられ、フレーム211を支持する台座221が、リニアブロック231を介して走行体241上に固定されている。[Third Example]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a perspective view showing a branch cutting device. The
走行体241には走行モーター242が備わっており、環状のレール240外縁に押し当てられたローラー243を回転させることで、レール240上を旋回できる。レール240は樹幹を取り囲むように取付けられる。レール240は回転軸244を支点とした開閉機構により、樹幹への取付け及び取外しが可能である。 The traveling
装置は、樹幹を昇降する昇降機の上に取り付けることで、自動枝打ち機として利用できる。その例を図10に示す。昇降機250は、樹幹外周に車輪を押し付け、樹幹を直動昇降可能な昇降機の一例である。チェーンソー210を駆動させながら、昇降機250の上昇と走行体241の旋回を組み合わせ、樹幹100外周を旋回しながら螺旋状に枝を切り進めることができる。枝を切る刃体は、チェーンソーの他、鋸刃を上下に往復運動させるレシプロソーや、側面に刃が付いた軸を回転させるエンドミルであってもよい。 The device can be used as an automatic pruning machine by mounting it on an elevator that raises and lowers the trunk. An example thereof is shown in FIG. The
図11に枝切断装置の正面図を示す。マウント212は圧縮ばね216を介してフレーム211に支持されており、上下に一定距離可動である。サーボモーター224はフレーム211に固定されており、ベルト225を介してマウント212とつながっている。 FIG. 11 shows a front view of the branch cutting device. The
フレーム211は台座221上にリンク214とリンク215で支持され、平行クランク機構となっており、左右に一定距離可動である。リンク214と台座221間に引張ばね222が接続され、常時は進行方向側(左)に寄っている。フレーム211と台座221間の相対距離を計測するセンサー220が台座221に取り付けられている。 The
チェーンソー210先端の湾曲部が枝に接触すると、キックバックや、枝切断面の品質が不安定となる問題があり、この部分での切断は回避するのが望ましい。刃を覆うように装着されたチップガード236により前記湾曲部は枝に接触しない。 If the curved portion at the tip of the
図12は図11のB−B断面を示す。台座221は樹幹半径方向に進退可能に、リニアブロック231に取付けられており、圧縮ばね232によってスプロケットカバー237が樹幹に押し当てられる。これにより、チェーンソー210は樹幹表面に近づきながらも、接することなくその距離を一定に保つ。 FIG. 12 shows a BB cross section of FIG. The
台座221は回転軸223を中心に一定角度可動であり、圧縮ばね226の作用でチップガード236が樹幹に押し当てられる。この構造により、樹幹の曲がりに対してチェーンソー210の角度が追従できる。 The
装置は制御回路270(搭載位置は図示しない)を備えており、図13に制御ブロック図を示す。制御回路270はチェーンソーモーター213、サーボモーター224、サーボモーター234,及び走行モーター242を駆動し、またその駆動は、各モーター及びセンサー220の出力信号に基づいて制御される。 The device includes a control circuit 270 (mounting position is not shown), and FIG. 13 shows a control block diagram. The
枝打ち動作の開始指示は、作業者のリモコン操作による無線通信で行われる。枝打ち時、チェーンソーモーター213及び走行モーター242の制御により、チェーンソー210を駆動させながら走行体241が進行する。チェーンソー210が枝に接触すると、その反力によってフレーム211が押され、引張ばね222が引っ張られる。センサー220がその変位を計測し、その値に応じて図14に示すように走行体241の進行速度を変動させる。変位が大きくなればやがて進行速度は0になるが、引張ばね222の復元力で枝が切り進められれば変位は小さくなり、走行体241は再び進行を始める。すなわち、引張ばね222による復元力を、チェーンソー210の許容切断負荷の範囲内に設定しておくことで、走行体241の進行速度は切断可能速度以下に制限される。なお、引張ばねの他に、ゴムバンドを用いたり、リンク214と台座221の接合部に巻きばねを取付けてその復元力を利用してもよい。 The instruction to start the pruning operation is given by wireless communication by the operator's remote control operation. At the time of pruning, the traveling
前記進行速度0の状態が一定時間以上続いた時には、制御回路270は、装置がそれ以上進行できないと判断し、走行体241を後退させ、チェーンソー210を枝から退避させる。 When the state of the traveling speed of 0 continues for a certain period of time or more, the
枝打ち動作中に枝がチップガード236に接触して切断できない場合、制御回路270はそれを検知し、チェーンソー210を下げて枝を回避させ、次の周回で切断するものとする。 If the branch comes into contact with the
すなわち、枝がチップガード236に接触すると引張ばね222が変形しセンサー220の計測値が変動する。計測値は枝切断時も変動するため、制御回路270はまずその時点で切断中か否かの判定を行う。チェーンソーモーター213に流れる電流(回転負荷)を読み取り、その値が枝非切断時と同等の場合は、枝切断中ではないこととなり、制御回路270はチップガード236に枝が接触したと判定する。すると枝を回避するためサーボモーター224を駆動させマウント212を下方へ引く。チップガード236が枝をくぐれる高さになると引張ばね222は復元し、センサー220の計測値が元に戻り、サーボモーター224を元の角度に戻して枝回避が完了する。 That is, when the branch comes into contact with the
以上の機構、制御の組み合わせにより、装置は途中で動作を停止することなく自動で作業を進めることが可能となる。操作者のリモコン操作による停止指示、もしくは、動作時間や進行距離といった、予め入力された終了条件を満たした時、装置は枝打ち動作を停止する。 By combining the above mechanism and control, the device can automatically proceed with the work without stopping the operation in the middle. The device stops the pruning operation when a stop instruction by the operator's remote control operation or a pre-input end condition such as an operation time or a traveling distance is satisfied.
図9に示すように、台座221に固定されたサーボモーター234はベルト235を介してリニアブロック231と繋がっている。枝打ち作業において、立木の枝がない部分や枝打ち終了後については、作業時間の短縮及び消費エネルギー低減のために、チェーンソー210は停止させ、昇降速度を上げることが望ましい。その際、チェーンソー210が樹皮に引っかかる等のトラブルを回避するため、サーボモーター234を駆動させて台座221をリニアブロック231に引き寄せ、チェーンソー210を樹幹から離して退避させることができる。 As shown in FIG. 9, the
チェーンソー210を樹幹から退避する際、チェーンソー210は圧縮ばね226の作用により樹幹側へ傾斜するため、チェーンソー210を確実に樹幹から離すためには、台座221を、チェーンソー210の傾斜を見込んだ十分な距離を移動させる必要がある。すると、広い可動範囲を確保するスペースや、装置を支えるリニアブロック231の高強度化が必要になる。 When the
このようなデメリットを回避するため、装置には、チェーンソー210が幹から離れる際に直立する機構が備わっている。図15aは図11のB−B断面位置における、傾斜時の台座221周辺の様子を示す。圧縮ばね226を支持するばね台座227は、台座221との相対角度が一定の範囲に制限されている。ばね台座227はキャスター228を備え、台座221の移動に追従して走行体241上を移動する。 To avoid such disadvantages, the device is equipped with a mechanism that allows the
走行体241上のキャスター228の経路はスロープ状になっており、退避位置での高さは低くなっている。すなわち、そのスロープの高低差による台座221の傾きと、ばね台座221に対する台座221の最大角度を等しくすることで、チェーンソー210は退避時に直立する。その様子を図15bに示す。 The path of the
[第4の実施例]
本発明の枝切断装置を取り付ける昇降機が、樹幹を旋回しながら昇降する機構であり、その昇降速度を制御可能である場合は、第3の実施例におけるリニアブロック231を直接昇降機に固定し、自動枝打ち機として利用できる。その例を図16に示す。[Fourth Example]
When the elevator to which the branch cutting device of the present invention is attached is a mechanism for ascending and descending while turning the trunk and the ascending / descending speed thereof can be controlled, the
昇降機260は、主フレーム261、副フレーム262、車輪263、引張ばね265で構成されている。主フレーム261と副フレーム262は片端を揺動可能に接続され、樹幹を取り囲むように開閉可能な構造となっている。各車輪263は樹幹軸方向に対し、一定角度傾けて主フレーム261及び副フレーム262に固定されている。主フレーム261と副フレーム262で樹幹を取り囲み、末端同士を引張ばね265で接続することで、各車輪263は樹幹に対して接圧がかかり、締め付けるようにして昇降機260は樹幹に取り付くことができる。車輪263に備わった車輪モーター264を駆動させることで、昇降機260は樹幹を螺旋状に昇降する。 The
図17に第4の実施例における枝切断装置の制御ブロック図を示す。これは、第3の実施例における制御ブロック図(図13)の走行モーター242が、車輪モーター264に置き換わったものである。本実施例では、第3の実施例における走行モーター242に対する制御を、車輪モーター264の制御に置き換え、第3の実施形態と同様の制御をさせる。すると、装置は第3の実施例と同様に枝打ち作業を進めることができる。 FIG. 17 shows a control block diagram of the branch cutting device in the fourth embodiment. This is the case where the traveling
10 チェーンソー
11 主フレーム
12 マウント
13 チェーンソーモーター
14 スライダー
15 シャフト
16 圧縮ばね
17 回転軸
18 圧縮ばね
20 センサー
21 副フレーム
22 引張ばね
23 回転軸
24 サーボモーター
25 ワイヤー
31 連結ブロック
32 圧縮ばね
33 シャフト
34 サーボモーター
35 ワイヤー
36 チップガード
37 スプロケットカバー
38 シャフト留め
40 レール
41 走行体
42 走行モーター
43 ローラー
44 回転軸
45 ロックピン
50 昇降機
60 昇降機
61 車輪モーター
70 制御回路
100 樹幹
101 枝
210 チェーンソー
211 フレーム
212 マウント
213 チェーンソーモーター
214 リンク
215 リンク
216 圧縮ばね
217 シャフト
220 センサー
221 台座
222 引張ばね
223 回転軸
224 サーボモーター
225 ベルト
226 圧縮ばね
227 ばね台座
228 キャスター
231 リニアブロック
232 圧縮ばね
233 シャフト
234 サーボモーター
235 ベルト
236 チップガード
237 スプロケットカバー
238 エンドブロック
240 レール
241 走行体
242 走行モーター
243 ローラー
244 回転軸
245 ロックピン
250 昇降機
260 昇降機
261 主フレーム
262 副フレーム
263 車輪
264 車輪モーター
265 引張ばね
270 制御回路10
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