本發(fā)明涉及修剪機(jī)械臂領(lǐng)域，具體為一種仿生蛇綠籬修剪裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們綠化環(huán)保意識(shí)的提高，綠籬已經(jīng)在城市道路綠化和高速公路中隨處可見，成為城市以及公路一個(gè)重要的組成部分。其主要用于美化環(huán)境、綠化城市、降低噪聲、穩(wěn)定路基的結(jié)構(gòu)、凈化空氣、保持水土、防風(fēng)固沙。另外它還可以隔開道路兩旁的車輛、防止車輛在夜間相向而行時(shí)造成的眩光以造成車禍?zhǔn)鹿省p少兩車靠近時(shí)所產(chǎn)生的恐懼感以提高出行的安全性。

目前國內(nèi)主要是由小型皮卡搭載專業(yè)環(huán)衛(wèi)工人利用手持式的綠籬修剪機(jī)對(duì)高速公路中央隔離帶的綠籬進(jìn)行修剪。這種修剪方式存在效率低下，修剪時(shí)間過長、噪聲太大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度過大、能源利用率低下，排氣污染環(huán)境、工人的安全不能保障、無法保證修剪穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性；另外也有少數(shù)車載式綠籬修剪機(jī)發(fā)展了起來，但其技術(shù)還不成熟，處于剛起步階段，仍存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備笨重、性能及可靠性低，功能單一、操作空間不大、修剪過程中的繞障能力較差、修剪不連續(xù)、自動(dòng)化程度較低等問題。

因此，為解決以上問題，需要一種仿生蛇綠籬修剪裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)綠籬多種形狀、多種工況的修剪，修剪范圍大、修剪穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)、自動(dòng)化程度更高、修剪的連續(xù)性更好以及修剪過程中的繞障性能良好將實(shí)現(xiàn)綠籬修剪的無人化工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)綠籬多種形狀、多種工況的修剪，修剪范圍大、修剪穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)、自動(dòng)化程度更高、修剪的連續(xù)性更好以及修剪過程中的繞障性能良好將實(shí)現(xiàn)綠籬修剪的無人化工作的仿生蛇綠籬修剪裝置。

本發(fā)明公開的仿生蛇綠籬修剪裝置，包括可移動(dòng)的車體、用于對(duì)綠籬進(jìn)行修剪的仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)以及設(shè)置于所述車體用于帶動(dòng)生蛇修剪機(jī)構(gòu)移動(dòng)的機(jī)械臂；所述仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)包括多個(gè)并列設(shè)置并依次鉸接形成鏈狀結(jié)構(gòu)蛇體；每個(gè)所述蛇體上均設(shè)有修剪刀具，相鄰兩所述蛇體之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)兩蛇體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

進(jìn)一步，所述機(jī)械臂包括包括肩部、臂部、肘部和腕臂；所述肩部包括固定于所述車體的托架、通過第一鉸軸鉸接于托架的連桿、通過第二鉸軸鉸接于所述連桿的短桿、通過第三鉸軸鉸接于所述短桿的關(guān)節(jié)塊、用于驅(qū)動(dòng)所述連桿相對(duì)于托架轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述短桿相對(duì)于連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第二電機(jī)以及用于驅(qū)動(dòng)所述關(guān)節(jié)塊相對(duì)于短桿轉(zhuǎn)動(dòng)的第三電機(jī)；所述第一鉸軸、第二鉸軸和第三鉸軸相互空間垂直設(shè)置；所述臂部固定于關(guān)節(jié)塊，所述仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)最末節(jié)的蛇體鉸接于腕部，所述肘部前端鉸接于所述臂部和腕部之間；

進(jìn)一步，所述肘部包括沿機(jī)械臂縱向可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的前肘和后肘以及用于驅(qū)動(dòng)所述前軸相對(duì)于后肘轉(zhuǎn)動(dòng)的肘部電機(jī)；所述腕部鉸接于前肘，所述臂部鉸接于后肘；

進(jìn)一步，所述車體上設(shè)有與所述蛇體一一對(duì)應(yīng)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每個(gè)刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過一萬向軟軸驅(qū)動(dòng)所述修剪刀具轉(zhuǎn)動(dòng)；

進(jìn)一步，每個(gè)所述蛇體與其兩側(cè)的蛇體之間的兩鉸軸垂直交錯(cuò)設(shè)置；

進(jìn)一步，所述修剪刀具包括圓盤狀的刀體和沿刀體周向分布的鋸齒；

進(jìn)一步，所述蛇體為矩形塊結(jié)構(gòu)，蛇體的端面上一體成型有相互平行的用于安裝鉸軸的兩耳板；

本發(fā)明的仿生蛇綠籬修剪裝置，還包括控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括：角度傳感器，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置于所述機(jī)械臂和仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)中的電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；距離傳感器，設(shè)置于車體側(cè)邊，用于測(cè)量車體與隔離帶的距離；視覺傳感器，設(shè)置于車體前后兩端，用于測(cè)量修剪過程中的各障礙物位置并監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境，控制器，用于接收所述角度傳感器、距離傳感器和視覺傳感器的信號(hào)用于控制所述車體、機(jī)械臂和仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的仿生蛇綠籬修剪裝置，機(jī)械臂可根據(jù)修剪需要確定其自由度和臂展，保證修剪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在空間內(nèi)自由移動(dòng)實(shí)現(xiàn)全方位修剪，同時(shí)可以針對(duì)各種不同形狀的綠籬進(jìn)行修剪，仿生修剪機(jī)構(gòu)包括鏈狀結(jié)構(gòu)的蛇身，整個(gè)蛇身由多個(gè)蛇體鉸接形成，能夠根據(jù)實(shí)際環(huán)境自由扭曲，其具有良好的越障性，因此本發(fā)明可以對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的綠籬帶進(jìn)行連續(xù)修剪，同時(shí)對(duì)于不同形狀的綠籬帶，蛇身可提前變形成與綠籬帶相匹配的形狀從而一次修剪成型，另外，車體上的雙目視覺傳感器將周圍環(huán)境信息快速反饋給控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂和修剪機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制，以保證工作的可靠性以及高效率節(jié)約能源，本裝置適用于各種綠化帶的環(huán)衛(wèi)綠化工作，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的肩部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的肩部的軸測(cè)圖；

圖4為本發(fā)明的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例的仿生蛇綠籬修剪裝置包括可移動(dòng)的車體、用于對(duì)綠籬進(jìn)行修剪的仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)以及設(shè)置于所述車體用于帶動(dòng)仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)移動(dòng)的機(jī)械臂；所述仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)包括多個(gè)并列設(shè)置并依次鉸接形成鏈狀結(jié)構(gòu)蛇體10；每個(gè)所述蛇體10上均設(shè)有修剪刀具8，相鄰兩所述蛇體10之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)兩蛇體10相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)9，本實(shí)施例的仿生蛇綠籬修剪裝置，機(jī)械臂具有七個(gè)自由度，保證修剪機(jī)構(gòu)10能夠?qū)崿F(xiàn)在空間內(nèi)自由移動(dòng)實(shí)現(xiàn)全方位修剪，同時(shí)可以針對(duì)各種不同形狀的綠籬進(jìn)行修剪，仿生修剪機(jī)構(gòu)10包括鏈狀結(jié)構(gòu)的蛇身，整個(gè)蛇身由多個(gè)蛇體10鉸接形成，相鄰蛇體10之間通過一轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)9使其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并將轉(zhuǎn)動(dòng)后的兩蛇體10的相對(duì)位置鎖定，使蛇體10能夠根據(jù)實(shí)際需要修剪的綠籬形狀發(fā)生扭曲，其具有良好的越障性，因此本發(fā)明可以對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的綠籬帶進(jìn)行連續(xù)修剪，同時(shí)對(duì)于不同形狀的綠籬帶，蛇身可提前扭曲形成與綠籬帶相匹配的形狀從而一次修剪成型，本裝置適用于各種綠化帶的環(huán)衛(wèi)綠化工作，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

本實(shí)施例中，所述機(jī)械臂包括包括肩部3、臂部4、肘部和腕臂；所述肩部3包括固定于所述車體(包括承載底盤14和車身2)的托架22、通過第一鉸軸鉸接于托架22的連桿21、通過第二鉸軸鉸接于所述連桿21的短桿20、通過第三鉸軸鉸接于所述短桿20的關(guān)節(jié)塊19、用于驅(qū)動(dòng)所述連桿21相對(duì)于托架22轉(zhuǎn)動(dòng)的第一電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述短桿20相對(duì)于連桿21轉(zhuǎn)動(dòng)的第二電機(jī)以及用于驅(qū)動(dòng)所述關(guān)節(jié)塊19相對(duì)于短桿20轉(zhuǎn)動(dòng)的第三電機(jī)；所述第一鉸軸、第二鉸軸和第三鉸軸相互空間垂直設(shè)置，所述臂部4固定于關(guān)節(jié)塊19，因此，整個(gè)肩部3相當(dāng)于一個(gè)球面副，臂部4通過肩部3可以相對(duì)于車體在空間內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)施例的機(jī)械臂共有七個(gè)自由度，肩部3處的三個(gè)相互空間垂直的鉸軸具有3個(gè)自由度，由三個(gè)電機(jī)(第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī))協(xié)同工作驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)完成動(dòng)作，所述肘部與臂部4鉸接的肘關(guān)節(jié)處設(shè)有一個(gè)電機(jī)17，并通過該電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)肘部相對(duì)于臂部4轉(zhuǎn)動(dòng)，肘部分為前肘6與后肘5，前肘6與后肘5之間沿機(jī)械臂縱向可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并設(shè)有一個(gè)電機(jī)16驅(qū)動(dòng)前肘6和后肘5相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，腕部7的前端與蛇身的最后一個(gè)蛇體10鉸接，腕部7的后端與前肘6鉸接，并分別由電機(jī)15驅(qū)動(dòng)腕部7相對(duì)于前肘6和蛇體10相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，所述車體上設(shè)有與所述蛇體10一一對(duì)應(yīng)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)13，每個(gè)刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)13通過一萬向軟軸11驅(qū)動(dòng)所述修剪刀具8轉(zhuǎn)動(dòng)，萬向軟軸11能夠適應(yīng)機(jī)械臂的動(dòng)作而發(fā)生彎曲，并且在發(fā)生彎曲后依然能夠傳遞動(dòng)力。

本實(shí)施例中，每個(gè)所述蛇體10與其兩側(cè)的蛇體10之間的兩鉸軸垂直交錯(cuò)設(shè)置，這種布置方式保證整個(gè)蛇身能夠根據(jù)所需修剪的綠籬的形狀在空間內(nèi)彎曲形成與之匹配的形狀。

本實(shí)施例中，所述修剪刀具8包括圓盤狀的刀體和沿刀體周向分布的鋸齒，刀體的大小以及相鄰兩刀體之間的間距可根據(jù)所需修剪的綠籬的種類確定。

本實(shí)施例中，所述蛇體10為矩形塊結(jié)構(gòu)，蛇體10的端面上一體成型有相互平行的用于安裝鉸軸的兩耳板，耳板上設(shè)有銷孔，相鄰兩蛇體10的耳板相互配合后插入銷軸實(shí)現(xiàn)二者的鉸接，修剪刀具8設(shè)置在蛇體10的側(cè)面，另外，修剪刀具8的尺寸應(yīng)保證蛇身發(fā)生彎曲后不會(huì)發(fā)生干涉，確保本修剪裝置工作的可靠性。

本發(fā)明的仿生蛇綠籬修剪裝置，還包括控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括：角度傳感器，一一對(duì)應(yīng)設(shè)置于所述機(jī)械臂和仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)中的電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；本實(shí)施例中的電機(jī)為伺服電機(jī)，通過角度傳感器采集每個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角從而確定機(jī)械臂和修剪機(jī)構(gòu)10的形態(tài)；距離傳感器12設(shè)置于車體側(cè)邊，用于測(cè)量車體與隔離帶的距離，通過距離傳感器12保證本修剪裝置在修剪過程中，始終與綠籬隔離帶保持適當(dāng)?shù)拈g距，視覺傳感器1設(shè)置于車體前后兩端的立桿上，用于測(cè)量修剪過程中的各障礙物位置并監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境，當(dāng)視覺傳感器1檢測(cè)到障礙物時(shí)，控制車體停車或者繞過障礙物，避免發(fā)生安全事故；控制器用于接收所述角度傳感器、距離傳感器12和視覺傳感器1的信號(hào)用于控制所述車體、機(jī)械臂和仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，控制器的信號(hào)輸入端可通過無線通訊的方式接收各個(gè)傳感器發(fā)出的信號(hào)，其輸出端信號(hào)連接于機(jī)械臂和仿生蛇修剪機(jī)構(gòu)以及車體驅(qū)動(dòng)輪中的各個(gè)電機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)械臂、仿生蛇修剪和車輪動(dòng)作。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。