專利名稱：一種高空剪枝機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于園林管理的林業(yè)機械，尤其涉及用于高空作業(yè)的一種高空剪枝機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)高空剪枝作業(yè)的實時剪枝作業(yè)視頻監(jiān)控和精準遙控操作。
背景技術(shù)：
目前，園林及林場等部門的高空剪枝作業(yè)中，4米以下的作業(yè)可采用手持式的加長剪枝器，但由于其剛度不足，存在剪枝刀晃動，難以精確定位且勞動強度大等問題。而4米以上的高空剪枝通常采用高空作業(yè)車載人剪枝，存在效率低，升降臺易傾翻的問題且易發(fā)生工作人員觸電或從高空摔下等事故。而且，現(xiàn)有的高空剪枝作業(yè)形式單一，操作復(fù)雜，效率低且易受環(huán)境的限制無法對隱蔽處的病殘枝進行有效的剪除清理。基于以上問題，現(xiàn)代剪枝作業(yè)迫切要求發(fā)明一種能夠靈活地穿梭于林地之間，操作簡便，高效率且修剪高度可達13米以上的林業(yè)高空精準剪枝機械。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利“高空剪枝鋸”，申請?zhí)?00910182963. 7，該專利公開了一種剪枝機械其裝置由鋸桿、鋸片構(gòu)成。鋸桿由外桿和套裝在外桿內(nèi)的芯桿構(gòu)成。芯桿與外桿為移動副，采用分節(jié)式機構(gòu)，多桿連接。工作時，通過芯桿與外桿的相對移動實現(xiàn)剪枝高度的變化。鋸片為鏈鋸，其套裝在與外桿相固接的鋸架上，通過傳動軸使鏈鋸單向循環(huán)運動，實現(xiàn)鋸樹動作。該裝置雖然可實現(xiàn)8-10米的空中剪枝，但是仍然存在明顯的缺點(I)鋸桿的升降及移動必須由工作人員親自操作，工作強度大、效率低。(2)鏈鋸無法實現(xiàn)精確定位且工作過程中易出現(xiàn)晃動等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有高空剪枝作業(yè)勞動強度大、工作效率低、操作不便等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)實時剪枝作業(yè)視頻監(jiān)控和精準控制的高空剪枝機械手。本項發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高空剪枝機械手，包括高空剪枝機械部分、電氣監(jiān)控系統(tǒng)、動力裝置。高空剪枝機械部分為剪枝工作提供了的高空操作平臺，采用電動推桿和直流減速電機作為執(zhí)行元件，實現(xiàn)桅桿式升降臺的升降、臂架式機械臂的折疊、旋轉(zhuǎn)臺的角度變化以及圓盤鋸的旋轉(zhuǎn)和移動，以此操作平臺高度升降、剪枝姿態(tài)調(diào)整和剪枝操作。電氣監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)機械手剪枝端的實時視頻采集與顯示、執(zhí)行元件的驅(qū)動與控制。動力裝置為電氣監(jiān)控系統(tǒng)和執(zhí)行元件提供工作電源。所述的高空剪枝機械部分包括可移動輪式車架、桅桿式升降臺、旋轉(zhuǎn)臺、臂架式機械臂、末端旋轉(zhuǎn)盤、剪枝鋸。所述的桅桿式升降臺焊接在可移動輪式車架的前部。所述的旋轉(zhuǎn)臺通過螺栓固定在末節(jié)桅桿的支撐板上；所述的臂架式機械臂通過轉(zhuǎn)臺與旋轉(zhuǎn)臺相鉸接，所述的末端旋轉(zhuǎn)盤通過螺栓固接在臂架式機械臂的末節(jié)上，剪枝鋸?fù)ㄟ^螺栓固定在末端旋轉(zhuǎn)盤的另一端面上。所述的末端旋轉(zhuǎn)盤可實現(xiàn)剪枝鋸轉(zhuǎn)動角度的調(diào)整以順應(yīng)樹枝生長角度。所述的動力裝置固定在可移動輪式車架的后部。所述的桅桿式升降臺由五級矩形導(dǎo)向桅桿、鏈輪鏈條傳動機構(gòu)、導(dǎo)向滑塊及電動推桿組成，電動推桿的直線運動驅(qū)動鏈輪鏈條傳動機構(gòu)，使每級矩形導(dǎo)向桅桿升高。所述的臂架式機械臂包含三節(jié)節(jié)臂，采用順時針R型折疊方式卷合；第一節(jié)臂的一端鉸接在轉(zhuǎn)臺上，另一端通過第一連桿機構(gòu)與第二節(jié)臂鉸接，第二節(jié)臂的另一端通過第二連桿機構(gòu)與第三節(jié)臂鉸接。第一電動推桿用于驅(qū)動第一節(jié)臂相對于轉(zhuǎn)臺在垂直方向上轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為0-90度。第二電動推桿通過驅(qū)動第一連桿機構(gòu)使第一節(jié)臂與第二節(jié)臂之間相互折疊和展開，轉(zhuǎn)動角度為0 —180度。第三電動推桿的驅(qū)動與第二電動推桿相似。所述的剪枝鋸由導(dǎo)向裝置、剪枝鋸驅(qū)動電機、圓盤鋸、杠桿機構(gòu)組成。圓盤鋸安裝在杠桿機構(gòu)上，其旋轉(zhuǎn)由剪枝鋸驅(qū)動電機通過剪枝鋸驅(qū)動鏈條驅(qū)動。杠桿機構(gòu)的另一端與第四電動推桿相連，工作時，第四電動推桿推動杠桿機構(gòu)并帶動高速旋轉(zhuǎn)的圓盤鋸緩慢移動，將進入導(dǎo)向裝置與圓盤鋸之間的樹枝鋸斷。所述的電氣監(jiān)控系統(tǒng)包括操作臺、監(jiān)控攝像頭、無線接收機、控制器、顯示器、電動推桿及直流減速電機。所述的操作臺與顯示器固定在與可移動輪式車架相固接的首節(jié)桅桿上，監(jiān)控攝像頭安裝在剪枝鋸的前端。無線接收機與顯示器相連，實現(xiàn)視頻信號的無線傳輸 和攝像頭監(jiān)控畫面的顯示。操作臺提供控制按鈕和搖桿，與控制器聯(lián)接，作為控制器的控制參數(shù)輸入接口，控制器安裝在操作臺內(nèi)部，為各驅(qū)動元件提供驅(qū)動控制。所述的動力裝置由發(fā)電機及蓄電池組成，為電氣監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動電機和電動推桿提供工作電源。本發(fā)明所述該高空剪枝機械手的工作原理是桅桿式升降機構(gòu)相鄰兩導(dǎo)柱之間的頂部和底部分別安裝有導(dǎo)向滑塊，電動推桿頭部和固定于矩形導(dǎo)向柱頂部的鏈輪鏈條機構(gòu)鉸接，電動推桿通過頂推鏈輪鏈條機構(gòu)實現(xiàn)各級矩形導(dǎo)向桅桿的升降。旋轉(zhuǎn)臺固接在末節(jié)桅桿上，由驅(qū)動電機帶動可實現(xiàn)360°的剪枝角度變化。臂架式機械臂與旋轉(zhuǎn)臺鉸接，采用順時針R型折疊方式卷合，工作過程中，電動推桿推動臂架式機械臂逆時針展開。桅桿式升降機構(gòu)及機械臂的運動過程中，位于剪枝鋸前端的攝像頭可采集運動圖像，通過無線接收機將實時畫面?zhèn)鬏數(shù)斤@示器，方便工作人員依照畫面操縱機械手運動和末端旋轉(zhuǎn)盤的角度，實現(xiàn)剪枝鋸的精確定位和姿態(tài)調(diào)整。剪枝過程中，剪枝鋸的導(dǎo)向裝置可將樹枝牢牢鉗住。圓盤鋸?fù)ㄟ^鏈條由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，且圓盤鋸與杠桿機構(gòu)相連，電動推桿推動杠桿機構(gòu)并帶動圓盤鋸緩慢移動鋸斷樹枝，最終達到安全、高效、精確剪枝的目的。所述高空剪枝的具體工作流程步驟如下步驟I :檢查各機構(gòu)是否有連接松動及損壞，檢查通過后啟動機器，將機器移動到指定工作區(qū)域；步驟2 :操控高空剪枝機械手，通過實時監(jiān)控完成桅桿的升降、旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動、機械臂的伸展和末端旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，將剪枝鋸定位到精確位置，完成驅(qū)動剪枝鋸剪枝；步驟3 :如果剪枝鋸剪的工作已完成，執(zhí)行步驟4 ;否則，移動機械進入下一工作區(qū)域，重復(fù)步驟2操作；步驟4 :收縮機械臂及升降桅桿，關(guān)閉動力裝置。本發(fā)明林業(yè)高空剪枝機械的有益效果是1)結(jié)構(gòu)新穎、機動靈活、便于存放與拆裝；2)實現(xiàn)剪枝高度和剪枝鋸姿態(tài)精確可調(diào)，剪枝高度可達13 —15米，剪枝作業(yè)半徑大；3)操作人員可位于工作臺上隨機運動并控制操作臺，使得操作簡便、安全高效；4)安裝有監(jiān)控裝置，可實現(xiàn)機械手工作和剪枝鋸附近的樹枝的實時監(jiān)控，通過遙控裝置控制機械手的位置和姿態(tài)以及剪枝鋸工作狀態(tài)，完成對剪枝過程的精準控制。


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圖I是本發(fā)明處于未工作狀態(tài)下的整體圖。圖2是本發(fā)明處于工作狀態(tài)下的伸展圖。圖3是機械臂的結(jié)構(gòu)圖。圖4是機械剪枝鋸的結(jié)構(gòu)圖。圖中1.可移動輪式車架2.站立臺3.發(fā)電機4.蓄電池5.操作臺6.桅桿式升降臺7.支撐板8.旋轉(zhuǎn)臺9.臂架式機械臂10.剪枝鋸11.桅桿12.轉(zhuǎn)臺13.第一節(jié)臂14.第二節(jié)臂15.第三節(jié)臂16.第一電動推桿17.第二電動推桿18.第三電動推桿19.第一連桿機構(gòu)20.第二連桿機構(gòu)21.導(dǎo)向裝置22.圓盤鋸23.第四電動推桿24.杠桿機構(gòu)25.外殼26.剪枝鋸驅(qū)動電機27.剪枝鋸驅(qū)動鏈條28.監(jiān)控攝像頭29.顯示器30.無線接收機31.末端旋轉(zhuǎn)盤。
具體實施方式
。 圖I為高空剪枝機械的整體外觀圖，它由可移動輪式車架(I)、發(fā)電機(3)、蓄電池(4)、操作臺(5)、桅桿式升降臺(6)、旋轉(zhuǎn)臺(8)、臂架式機械臂(9)、剪枝鋸(10)組成。非工作狀態(tài)下桅桿(11)與臂架式機械臂(9 )處于折疊狀態(tài)，此狀態(tài)下機身高度為2. 2米，可移動輪式車架(I)長度為2. 8米，寬度為I米。桅桿(11)與臂架式機械臂(9)擬采用鋁合金材料，整個機械體積小、重量輕、機動靈活、便于存放。由于整機的底座部分重量較重，而臂架式機械臂的重量相對較輕，因此該機不容易發(fā)生傾倒現(xiàn)象。圖2為本高空剪枝機械處于工作狀態(tài)下的伸展圖。桅桿式升降臺(6)含有五根桅桿(11)，每根桅桿(11)的長度擬為I. 8— 2米。臂架式機械臂(9)與旋轉(zhuǎn)臺(8)連接，通過支撐板(7)固定在桅桿(11)上。臂架式機械臂(9)由三節(jié)節(jié)臂組成，采用R型折疊方式順時針卷合，由電動推桿驅(qū)動其實現(xiàn)逆時針伸展。在桅桿(11)與臂架式機械臂(9)完全處于伸展?fàn)顟B(tài)時，剪枝機械的工作高度可達13—15米。在圖3中，臂架式機械臂(9)由三條節(jié)臂構(gòu)成，采用R型折疊方式順時針卷合。第一節(jié)臂(13)的一端鉸接在轉(zhuǎn)臺(12)上,另一端通過第一連桿機構(gòu)(19)與第二節(jié)臂(14)鉸接，第二節(jié)臂(14)的另一端通過第二連桿機構(gòu)(20)與第三節(jié)臂(15)鉸接。第一電動推桿
(16)用于驅(qū)動第一節(jié)臂(13)相對于轉(zhuǎn)臺(12)在垂直方向上轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為0 — 90度。第二電動推桿(17)通過驅(qū)動第一連桿機構(gòu)(19)使第一節(jié)臂(13)與第二節(jié)臂(14)之間相互折疊和展開，轉(zhuǎn)動角度為0 —180度。第三電動推桿(18)的驅(qū)動原理與第二電動推桿(17)相似。當(dāng)臂架式機械臂橫向展開時，其作業(yè)半徑較大，可達3米以上。圖4為機械剪枝鋸的結(jié)構(gòu)圖。其末端裝有監(jiān)控攝像頭(28)，可采集機械運動時的樹枝和剪枝鋸的圖像，并通過無線接收機(30)將實時畫面?zhèn)鬏數(shù)斤@示器(29，工作人員可依據(jù)圖像調(diào)整剪枝鋸的高度和姿態(tài)。導(dǎo)向裝置(21)的作用在于牢牢鉗住將被切斷的樹枝。圓盤鋸(22)安裝在杠桿機構(gòu)(24)上，其旋轉(zhuǎn)由剪枝鋸驅(qū)動電機(26)通過剪枝鋸驅(qū)動鏈條
(27)驅(qū)動。杠桿機構(gòu)(24)的另一端與第四電動推桿(23)相連，工作時，第四電動推桿(23)推動杠桿機構(gòu)(24)并帶動高速旋轉(zhuǎn)的圓盤鋸(22)緩慢移動，將進入導(dǎo)向裝置(21)與圓盤鋸(22)之間的樹枝鋸斷，最終達到鋸斷樹枝的目的。由于采用圓盤鋸切斷樹枝，因而可以實現(xiàn)較大直徑的樹枝的修剪。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的ー種高空剪枝機械手，其特征在于，包括高空剪枝機械部分、電氣監(jiān)控系統(tǒng)、動カ裝置；高空剪枝機械部分為剪枝工作提供了的高空操作平臺，采用電動推桿和直流減速電機作為執(zhí)行元件，實現(xiàn)桅桿式升降臺的升降、臂架式機械臂的折疊、旋轉(zhuǎn)臺的角度變化以及圓盤鋸的旋轉(zhuǎn)和移動，以此完成操作平臺高度升降、剪枝姿態(tài)調(diào)整和剪枝操作；電氣監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)機械手剪枝端的實時視頻采集與顯示、執(zhí)行元件的驅(qū)動與控制；動力裝置為電氣監(jiān)控系統(tǒng)和執(zhí)行元件提供工作電源； 所述的高空剪枝機械部分包括可移動輪式車架、桅桿式升降臺、旋轉(zhuǎn)臺、臂架式機械臂、末端旋轉(zhuǎn)盤、剪枝鋸；其中，所述的桅桿式升降臺焊接在可移動輪式車架的前部；所述的旋轉(zhuǎn)臺通過螺栓固定在末節(jié)桅桿的支撐板上；所述的臂架式機械臂通過轉(zhuǎn)臺與旋轉(zhuǎn)臺相鉸接，所述的末端旋轉(zhuǎn)盤通過螺栓固接在臂架式機械臂的末節(jié)上，剪枝鋸?fù)ㄟ^螺栓固定在末端旋轉(zhuǎn)盤的另一端面上；所述的末端旋轉(zhuǎn)盤可實現(xiàn)剪枝鋸轉(zhuǎn)動角度的調(diào)整以順應(yīng)樹枝生長角度；所述的動力裝置固定在可移動輪式車架的后部； 所述的桅桿式升降臺由五級矩形導(dǎo)向桅桿、鏈輪鏈條傳動機構(gòu)、導(dǎo)向滑塊及電動推桿組成；其中，電動推桿的直線運動驅(qū)動鏈輪鏈條傳動機構(gòu)，使每級矩形導(dǎo)向桅桿升高； 所述的臂架式機械臂包含三節(jié)節(jié)臂，采用順時針R型折疊方式卷合；其中，第一節(jié)臂的一端鉸接在轉(zhuǎn)臺上，另一端通過第一連桿機構(gòu)與第二節(jié)臂鉸接，第二節(jié)臂的另一端通過第ニ連桿機構(gòu)與第三節(jié)臂鉸接；第一電動推桿用于驅(qū)動第一節(jié)臂相對于轉(zhuǎn)臺在垂直方向上轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為0-90度；第二電動推桿通過第一連桿機構(gòu)驅(qū)動第一節(jié)臂與第二節(jié)臂之間相互折疊和展開，轉(zhuǎn)動角度為O —180度；第三電動推桿的驅(qū)動與第二電動推桿相似； 所述的剪枝鋸由導(dǎo)向裝置、剪枝鋸驅(qū)動電機、圓盤鋸、杠桿機構(gòu)組成；其中，圓盤鋸安裝在杠桿機構(gòu)上，其旋轉(zhuǎn)由剪枝鋸驅(qū)動電機通過剪枝鋸驅(qū)動鏈條驅(qū)動；杠桿機構(gòu)的另一端與第四電動推桿相連，工作時，第四電動推桿推動杠桿機構(gòu)并帶動高速旋轉(zhuǎn)的圓盤鋸緩慢移動，將進入導(dǎo)向裝置與圓盤鋸之間的樹枝鋸斷； 所述的電氣監(jiān)控系統(tǒng)包括操作臺、監(jiān)控攝像頭、無線接收機、控制器、顯示器、電動推桿及直流減速電機；其中，所述的操作臺與顯示器固定在與可移動輪式車架相固接的首節(jié)桅桿上，監(jiān)控攝像頭安裝在剪枝鋸的前端；無線接收機與顯示器相連，實現(xiàn)視頻信號的無線傳輸和攝像頭監(jiān)控畫面的顯示；操作臺提供控制按鈕和搖桿，與控制器聯(lián)接，作為控制器的控制參數(shù)輸入接ロ，控制器安裝在操作臺內(nèi)部，為各驅(qū)動元件提供驅(qū)動控制； 所述的動力裝置由發(fā)電機及蓄電池組成，為電氣監(jiān)控系統(tǒng)、驅(qū)動電機和電動推桿提供工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種高空剪枝機械手，其特征是高空剪枝的具體工作流程步驟如下 步驟I :檢查各機構(gòu)是否有連接松動及損壞，檢查通過后啟動機器，將機器移動到指定工作區(qū)域； 步驟2:操控高空剪枝機械手，通過實時監(jiān)控完成桅桿的升降、旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動、機械臂的伸展和末端旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，將剪枝鋸定位到精確位置，完成驅(qū)動剪枝鋸剪枝； 步驟3 :如果剪枝鋸剪的工作已完成，執(zhí)行步驟4 ;否則，移動機械進入下一工作區(qū)域，重復(fù)步驟2操作； 步驟4 :收縮機械臂及升降桅桿，關(guān)閉動カ裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高空剪枝機械手，包括高空剪枝機械部分、電氣監(jiān)控系統(tǒng)、動力裝置。所述的高空剪枝機械部分包括可移動輪式車架、桅桿式升降臺、旋轉(zhuǎn)臺、臂架式機械臂、末端旋轉(zhuǎn)盤、剪枝鋸。高空剪枝機械部分為剪枝工作提供了的高空操作平臺，采用電動推桿和直流減速電機作為執(zhí)行元件，實現(xiàn)桅桿式升降臺的升降、臂架式機械臂的折疊、旋轉(zhuǎn)臺和末端旋轉(zhuǎn)盤的角度變化以及圓盤鋸的旋轉(zhuǎn)和移動，以此操作平臺高度升降、剪枝姿態(tài)調(diào)整和剪枝操作。電氣監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)機械手剪枝端的實時視頻采集與顯示、執(zhí)行元件的驅(qū)動與控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、機動性強，解決了現(xiàn)有的高空剪枝作業(yè)勞動強度大、效率低、安全性差等問題，可實現(xiàn)安全、高效、精確剪枝。
文檔編號A01G3/08GK102668898SQ201210194078
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者冷子陽, 冷明, 劉勤華, 劉雪美, 孫凌宇, 苑文菁, 苑進 申請人:冷子陽, 冷明, 劉勤華, 劉雪美, 孫凌宇, 苑文菁, 苑進