修树机器人

摘要

一种修树机器人，其包括机座，左、右对称爬树机构，夹紧机构和盘锯装置，其中爬树机构包括臂架，电机I，上、下轮组和链条，上、下轮组都包括主轴，链轮，定、动锥轮，辅弹簧，主轴与臂架端部转动联接，电机I与臂架连接，电机轴与下轮组的主轴键连接，通过链传动驱动上、下轮组的四个锥轮转动；夹紧机构包括电机II，丝杆，丝母盘，拉、压弹簧，左、右套，机座与左、右套轴向滑动联接，左、右套分别与左、右爬树机构的臂架转动联接；电机II与右套和丝杆连接，左、右套驱动左、右爬树机构的八个锥轮同时柔性夹紧树杆，带动盘锯装置修树。本发明的左、右爬树机构的电机相互反转和同向转动时，可实现该修树机器人升降和正反回转爬树。

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种修树机器人。

背景技术

树木修剪不仅是国家森林树木养护、合理采伐和森林防火的重要手段，在城市环境绿化美化工程中也是对培育树木品质，保持良好树形的主要方法。在广茂森林地区，通常车辆难以进入深处，目前我国大量的树木及时修剪只能靠人工完成。由于人工树木修剪难度大，费时费力，所以采用机器人替代人工在酷暑、严寒等恶劣环境下完成树木及时修剪，一直是我国林业工作者努力实现的梦想，也是城市环境绿化美化人员的追求。国内外在森林树木采伐过程中，通常采用携机械伸缩臂履带车驱动抓手和盘锯进行伐木，或人工携机械盘锯伐木。这种方法只适合成片森林树木的根部采伐，不适合森林树木养护期及以防火为目的树木上端修剪，更不适合城市环境绿化工程树木上端修剪要求。近年来，我国在爬树机器人方面，公开号为CN205649795U的中国专利公开一种用于林业防护的爬树机器人，包括上箱体座、前固定爪、前固定爪支架、传动连杆和舵机。公开号为CN105947008A的中国发明专利公开一种爬树机器人，包括控制系统和多个首尾相互转动连接成开环支撑架的支撑关节。公开号为CN205469360U的中国发明专利公开一种快速爬树机器人，包括履带式机器人、针刺阵列、上、下端抱紧装置、拉绳、拉紧装置、伸缩装置和伸缩杆。公开号为CN105109571B的中国发明专利公开一种折叠伸缩式爬树机器人，包括机械模块、舵机组、主控制器和电源模块。公开号为CN106335052A的中国发明专利公开一种液压爬杆机器人机器人总体由上、中、下三个手爪机构，本体伸缩机构，导向支撑机构，电气液压控制单元及相关附件构成。在爬杆机器人方面，公开号为利CN106347516A的中国发明专利公开一种气动爬杆机器人由两组呈十字型交叉的爬杆机构组成，两组机构交叉做伸出缩进动作实现对导杆的夹紧和爬升。公开号为CN205928630U中国实用新型专利涉及一种交替式爬杆机器人，模拟人的手脚在电杆上交替攀登。虽然上述爬树、爬杆机器人技术各有特色，但基本上只能爬升，不能与回转交互进行。如何确保在简化爬树、爬杆机器人结构和控制系统的前提下，使爬树、爬杆机器人既能爬升，又能交互回转修树，一直是设计者努力方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑、容易控制、既能爬树/杆，又能回转修树的修树机器人。

本发明包括机座、左、右结构对称并机构相同的爬树机构、夹紧机构和盘锯装置，其中，机座是“王”字形框架，该框架由上、中、下三个水平板的中部与立板垂直固连，中、下水平板之间的立板中部设有水平通孔；

所述爬树机构包括臂架、电机I、上轮组、下轮组和链，其中，臂架是由两个相互平行臂板构成的框架，臂架两端和中部设有垂直臂板的三个通孔；上、下轮组结构相同，均包括主轴、链轮、定锥轮、动锥轮、辅弹簧，其中主轴一端设有同轴开口孔，另一端设有细轴和凸台；主轴开口孔端与臂架端部的通孔转动联接，主轴中部依次与链轮和定锥轮同轴固连，主轴细轴段与动锥轮同轴滑动键连接，定锥轮与动锥轮的小锥端相对，上下两个链轮上设有链条；辅弹簧套在主轴细轴段，辅弹两端分别抵在动锥轮和主轴凸台上；电机I与臂架下端连接，电机I驱动轴与下轮组的主轴开口孔端键连接；每个定锥轮和动锥轮的圆锥面上设有螺旋齿，左爬树机构的锥轮螺旋齿旋向与右爬树机构的锥轮螺旋齿旋向相反；

所述夹紧机构包括电机II、左套、右套、丝杠、丝母盘、端盖、两个销轴、压弹簧、左拉弹簧和右拉弹簧，其中，左、右套均是矩形块，其一端中心均设有大开孔，另一端设有与开孔同心的通孔和垂直的偏心通孔；左、右套与机座的中、下水平板滑动接触，左、右套的垂直偏心通孔分别与左、右爬树机构的臂架中部通孔用销轴转动联接；端盖设有中心通孔，端盖与左套大开口孔端同轴固连；丝母盘设有相互同心的大、小圆柱和中心螺纹通孔，丝母盘大圆柱与左套大开口孔滑动接触，丝母盘小圆柱与端盖中心通孔滑动键联接；丝杠的一端设有大圆柱和同心开孔，另一端设有同心螺纹小圆柱；电机II与右套大开孔端同轴固连，电机II的驱动轴与丝杠的开孔同轴键联接，丝杠的大圆柱与右套的大开孔滑动联接，丝杠螺纹小圆柱穿过右套、机座立板和左套的通孔与丝母盘螺纹通孔螺纹联接；压弹簧设在左套大开孔内，其两端抵在丝母盘和左套上；左、右拉弹簧套在丝杠上，其两端分别联接左、右套与立板；

所述盘锯装置包括电机III和盘锯，电机III驱动轴与盘锯轴同轴固连，并平行主轴，电机III与机座的上水平板常规轴向可调连接。

本发明与现有就是相比具有以下优点：

1、既能升降，又能回转，两者交互与盘锯装置协调运动修树。

2、结构简单、紧凑、轻质，容易控制，适合变直径树木。

3、机座的框架结构简单，不仅能强有力支撑左、右爬树机构、夹紧机构和盘锯装置，而且抗衡各机构夹紧树杆的弯曲能力强。

4、拉、压弹簧与各主轴上的辅弹簧的复合作用，可以实现安全柔性夹紧树杆和柔性爬树；在树木尺寸小变化或遇到树节时，可以确保爬树机构夹紧树杆力不会突变减小，并能顺利爬过树杆有节段。

5、夹紧机构与左右臂采用销轴转动联接，可以确保各锥轮压力均与分布。

6、电机III与机座的上水平板采用常规可调连接，改变盘锯与树木间距。

7、左、右拉弹簧确保机座立板保持在该机器人中部，并增加夹紧树木力。

附图说明

图1是本发明的主视剖视图；

图2是图1的侧视剖视图。

图中：1-机座、1-1-上水平板、1-2-中水平板、1-3-下水平板、1-4-立板、2-爬树机构、2-1-电机I、2-2-臂架、2-3-主轴、2-4-链轮、2-5-定锥轮、2-6-动锥轮、2-7-辅弹簧、2-8-链条、3--拉紧机构、3-1-电机II、3-2-左套、3-3-右套、3-4-丝杠、3-5-丝母盘、3-6-端盖、3-7-销轴、3-8-压弹簧、3-9-左拉弹簧、3-10-右拉弹簧、4-1-电机III、4-2-盘锯、5-树木。

具体实施方式

在图1和图2所示的修树机器人示意图中，机座1是“王”字形框架，该框架由上水平板1-1、中水平板1-2和下水平板1-3与立板1-4垂直固连，中、下水平板之间的立板中部设有水平通孔

爬树机构2中的臂架2-2是由两个相互平行臂板构成的框架，臂架两端和中部设有垂直臂板的三个通孔；上、下轮组结构相同，均包括主轴2-3、链轮2-4、定锥轮2-5、动锥轮2-6、辅弹簧2-7，其中主轴一端设有同轴开口孔，另一端设有细轴和凸台；主轴开口孔端与臂架端部的通孔转动联接，主轴中部依次与链轮和定锥轮同轴固连，主轴细轴段与动锥轮同轴滑动键连接，定锥轮与动锥轮的小锥端相对，上下两个链轮上设有链条2-8；辅弹簧套在主轴细轴段，辅弹两端分别抵在动锥轮和主轴凸台上；电机I 2-1与臂架下端连接，电机I驱动轴与下轮组的主轴开口孔端键连接；每个定锥轮和动锥轮的圆锥面上设有螺旋齿，左爬树机构的锥轮螺旋齿旋向与右爬树机构的锥轮螺旋齿旋向相反；

夹紧机构3中的左套3-2、右套3-3均为矩形块，其一端中心均设有大开孔，另一端设有与开孔同心的通孔和垂直的偏心通孔；左、右套与机座的中、下水平板滑动接触，左、右套的垂直偏心通孔分别与左、右爬树机构的臂架中部通孔用销轴3-7转动联接；端盖3-6设有中心通孔，端盖与左套大开口孔端同轴固连；丝母盘3-5设有相互同心的大、小圆柱和中心螺纹通孔，丝母盘大圆柱与左套大开口孔滑动接触，丝母盘小圆柱与端盖中心通孔滑动键联接；丝杠3-4的一端设有大圆柱和同心开孔，另一端设有同心螺纹小圆柱；电机II 3-1与右套大开孔端同轴固连，电机II的驱动轴与丝杠的开孔同轴键联接，丝杠的大圆柱与右套的大开孔滑动联接，丝杠螺纹小圆柱穿过右套、机座立板和左套的通孔与丝母盘螺纹通孔螺纹联接；压弹簧3-8设在左套大开孔内，其两端抵在丝母盘和左套上；左拉弹簧3-9和右拉弹簧3-10套在丝杠上，其两端分别联接左、右套与立板；

盘锯装置中的电机III 4-1驱动轴与盘锯轴4-2同轴固连，并平行主轴，电机III与机座的上水平板常规轴向可调连接。左、右套驱动左、右爬树机构的八个锥轮同时柔性夹紧树木5的树杆，带动盘锯装置修树。