[发明专利]机械外骨骼式绿篱修剪机器人

说明书

本发明涉及一种机械外骨骼式绿篱修剪机器人，主要包括助力下肢①、背部支架②、平衡上肢③、修剪机构④、电源小车⑤、传感系统⑥和控制系统⑦等。其中助力下肢①包括横连接板11、大腿关节12、腿部束带13、小腿关节14、脚部连接支架15、脚踏底板16、脚部束带17、支撑与锁定装置18、驱动电机19等；背部支架②包括连接框架21、纵向转轴22、角度调节机构23、腰部束带24和横向转轴25等；平衡上肢③包括四连杆机构31、齿轮齿条机构32、升降丝杆33、传动箱体34、步进电机35、万向连接把手36和连接支座37等；修剪机构④包括修剪机41、驱动电机42、传动软轴等。电源小车⑤既能跟随机器人主体并为系统提供能源动力，也是机器人主体中短途运输的工具。

技术领域

本发明涉及一种绿篱修剪设备，具体地说是一种机械外骨骼式绿篱机器人。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和人民物质文化生活水平的提高，生态化、园林化、宜居化是现代城市建设的共同目标。道路两旁和公园、广场、社区周围的绿篱，是一道道不可或缺的人文风景线，不断扮演着它的重要角色。作为景观绿化作业中的一项经常性工作，绿篱的造型及养护涉及面广，作业内容、对象及条件差异大，季节性和地域性特点鲜明，我国大部分地区目前仍采用以人力为主的修剪模式。使用修枝剪刀或手持式绿篱机进行修剪作业，其缺点是工人负重作业，劳动条件差、体力消耗大、工作效率低、事故频率高。由于全球老龄化社会的到来，我国劳动力成本的逐年增加，同传统加工制造业一样，一线工人特别是40岁以下工人数目呈现逐年减少的趋势，加上工作条件和工资待遇等因素的限制，“招工难、用工难”的现象时有发生，而且在可预见的未来将会愈演愈烈。“人手短缺”的后果是上岗前的培训无法得到有效落实，工人技术水平参差不齐,使得修剪后绿篱尺寸的整齐性和美观性得不到保证，急需采取合适的技术手段加以解决。国内一些企业或高校研制的车载型绿篱机及移动式绿篱修剪机器人虽然从理论上提高了工作效率，降低了劳动强度，但因其体积较大、成本较高，可靠性差，从设计上也仅适合高速公路两侧长距离、造型简单绿篱的修剪，一直无法得到有效推广，而且对体现地方风土人情和文化内涵的城区绿色景观维护依然无能为力。外骨骼机器人是现代科学技术高度集成和交融的产物，它融合了机械、电子、传感器、控制、信息、以及人工智能等多学科领域的最新技术，为人类提供了一种可直接穿戴、具有灵活动力性能的机械智能装备。它将人的智能与机器的“体力”结合在一起,以人的智力为控制主导,结合机器的骨架和运动来增强人体的防御、行走、负重等生理机能,进而提高操作者的作业能力。本发明的目的在于利用外骨骼机器人的这些特性并与手持式绿篱修剪机的切割装置相结合，提供一种能减轻工人劳动强度、提高工作效率、适应性强的便携式绿篱修剪机器人，以满足日益增长着的各具特色的现代城市绿篱修剪维护的需要。

发明内容

本发明所述的机械外骨骼式绿篱修剪机器人主要由助力下肢、背部支架、平衡上肢、修剪机构以及传感系统、控制系统和电源小车所组成。

本发明所述的助力下肢由横连接板、大腿关节、腿部束带、小腿关节、脚部连接支架、脚踏底板、脚部束带和支撑与锁定装置等部件所组成，主要帮助操作者行使助力行走和承载功能。所述的横连接板分别通过大腿关节和小腿关节以及支撑与锁定装置与脚部支架相连接；所述的大腿关节和小腿关节均包含调节管、调节杆和锁紧装置组成的长度调节机构。

本发明所述的背部支架由连接框架、纵向转轴、角度调节机构、腰部束带和横向转轴等部件所组成，它主要将助力下肢和平衡上肢连接在一起，行使支撑和传力功能，并帮助平衡上肢实现工作角度的调节。其中纵向转轴对称于人体脊柱安装在连接框架的后部两侧，上端分别与两个平衡上肢相连接，下端与可以操控连接转轴的角度调节机构相连接；在连接框架下部两侧，分别通过横向转轴与助力下肢的横连接板相连接，并使横连接板相对于连接框架平面有一定的转动自由度。