[发明专利]三棱柱形电驱动树枝修剪机器人

说明书

技术领域

本技术涉及三棱柱形电驱动树枝修剪机器人，尤其对杨树的树枝进行修剪的机器人。

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。早在20世纪初期，西方国家就已开始在林区养护培植中始有应用；但那时主要是使用简单的机械式刀剪类工具，柴油和汽油提供动力的小型背负机械。从20世纪80年代开始，各种林区培植剪枝专用机械才纷纷面世，如剪枝刀、剪枝机、智能剪枝机器手等，林业木材蓄积率逐步进入了快速发展时期。典型代表，如美国、瑞典生产的手动式无动力装置整枝机。其主要原理是在改进普通剪枝锯的基础之上，对原有机械增加了一个能够伸缩的机器“手臂”，它能对8米左右的树干进行高空作业。

目前在具有一定程度自动化高空剪枝领域，比较成熟的有ARS、小松公司、斯蒂尔公司等一些公司生产的剪枝锯；此类装置以汽油作为动力装置。该装置工作时振动较小，剪枝效果好且剪切口对树木的损伤较小、有效高度在6cm左右；剪枝锯的有效半径在21cm左右。但该类机械不但成本较高，维修及保养费用也普遍较高；而且要求工作人员有一定的专业技能。由于这类机械的作业高度较低，而其严重不符合中国林业的需要。

随着科技的不断进步。国际上一些公司着手研制出能进行高空机械剪枝的自动化机械并且成果显著。典型代表如日本的星灵公司制造的半自动攀爬式剪枝机械，它运用了无线控制；采用链式锯条及低压攀爬轮胎；机械上下树的时候采用遥控方式；但该装置的局限性较强，它在较直的树干进行作业，但对于弯曲较大的树干则无法工作。还有就是欧洲生产的一种能够自动升降来实现高空剪枝作业的萨斯马升降平台，它是将剪枝机械固定在多个平台之上，作业各个平台受其独立的液压控制而互不影响；它可达高度在5-6m左右、水平面延展在8m左右。还有一款阿富龙升降平台，也是利用液压进行控制。另外还有钢索式升降平台，它利用绞盘来实现升降功能，它作业的高度在20m左右，但他们都略显笨重且自动化程度较低。

对于国内而言，大都以手动式半自动化的方式进行作业，剪枝机械的研究尚处于起步阶段。目前上市的产品自动化程度较低，而且型号单一，工作效率不理想。孙坤龙等研制的5XY-5型用于高空剪枝的剪枝装置采用小功率的汽油机提供动力；工作原理主要是套筒式高速锁式装置来使伸缩臂进行工作，然后三角带减速，经由传动齿轮带动泵式结构驱动液压装置使剪枝部件工作。该装置的作业高度可达5-6m，剪枝锯的有效直径为3cm。还有就是采用背负式的高空剪枝机及集多种功能于一身的小型高空剪枝机，此类装置几乎都以小功率汽油机提供动力，通过三角带或者其他类型的链式装置使锯结构进行剪枝作业。该类装置的成本较低且结构较为简单；作业时机械的可视角度比较理想，剪枝对树木的损伤较小且作业时安全功能较好；维修成本较小。但该类剪枝机械振动较强，手动装置较重,这个设计有待进一步提高。

目前，在国内处于前沿的是由伊春市林业局重点项目研制的遥控式攀爬式剪枝机械,其主要设计采用遥控的方式。该剪枝机械能沿树干上下攀爬，并在遥控作用下可实现修剪数目高枝，动力采用的是汽油发动机。

而树枝修剪机器人所执行的主要功能便是对树木进行剪枝。剪枝机器人在工作过程中就做上下运动，代替人工修剪树枝。剪枝机器人在模仿人类修剪树枝，能取代人爬到树上，大大降低了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。东北林业大学徐军等人研究的剪枝机器人使用MS320F2407ADSP作为控制芯片并采用模糊PID控制的工作原理，利用异步电机来驱动机器人的各个部分协调工作，实现攀爬树干的功能。在夹紧电机的作用下，机器人的驱动轮式结构能根据树干的变化而自动地调整，始终保持着夹紧树干这一重要功能的实现。当机器人上升到工作高度时，夹紧电机则“抱死”在树干以防止机体下滑或坠落，动作较为繁琐。

发明内容

本技术的目的是提供一种上升、切削同时进行，无电缆全电驱动，结构简单可靠，效率高，可避免线缆绕树的三棱柱形电驱动树枝修剪机器人。