本發(fā)明涉及一種雙圓弧刀式微型挖樹(shù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到迅速的發(fā)展，大量成熟的農(nóng)林業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備得到迅猛的發(fā)展，如大型聯(lián)合收割機(jī)，農(nóng)用拖拉機(jī)等，但是由于各種市場(chǎng)、社會(huì)、環(huán)境等原因的制約，挖樹(shù)機(jī)器人在我國(guó)一直沒(méi)有得到很好的發(fā)展。與此同時(shí)，由于各種高污染企業(yè)的不合規(guī)生產(chǎn)，各種生產(chǎn)企業(yè)用地、生活居住用地的不合理規(guī)劃，各種盲目開(kāi)山毀林造田等，我國(guó)的環(huán)境遭到很嚴(yán)重破壞，存在水土流失，沙漠化，霧，霾等環(huán)境問(wèn)題。治理環(huán)境在我國(guó)的十三五發(fā)展中，已經(jīng)提到了國(guó)策的高度，其中退耕還林是其中一項(xiàng)重要的環(huán)境治理措施。近年來(lái)無(wú)論是東北防護(hù)林和西北造林等大型的造林環(huán)保項(xiàng)目，還是城鎮(zhèn)化建設(shè)要求，都使得挖樹(shù)機(jī)器人的市場(chǎng)潛力十分巨大。

目前大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)和研究的挖樹(shù)機(jī)器人主要集中于大型挖樹(shù)設(shè)備，這種大型產(chǎn)品價(jià)格高，環(huán)境適應(yīng)性差，智能程度差，挖樹(shù)速度慢，而且僅適應(yīng)于成熟的大樹(shù)挖掘和移栽。但針對(duì)大面積的密集小樹(shù)苗移栽卻缺乏相應(yīng)的挖樹(shù)機(jī)器設(shè)備，依舊采用傳統(tǒng)的人力勞作，造成了在綠化工作中很多實(shí)際的困難，而且我國(guó)的大部分農(nóng)林業(yè)從業(yè)者對(duì)于使用價(jià)格高昂的大型挖樹(shù)機(jī)器并不現(xiàn)實(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致了勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高、勞動(dòng)力短缺等等問(wèn)題，大大影響了我國(guó)農(nóng)林業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供一種雙圓弧刀式微型挖樹(shù)機(jī)器人，可以適用于工作空間狹小、樹(shù)木小而密的工況。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種雙圓弧刀式微型挖樹(shù)機(jī)器人，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的動(dòng)力系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制臺(tái)；

所述動(dòng)力系統(tǒng)包括柴油機(jī)，柴油機(jī)連接液壓泵，液壓泵連接油箱，所述平衡機(jī)構(gòu)包括頂撐液壓缸，所述行走機(jī)構(gòu)包括履帶，履帶安裝在驅(qū)動(dòng)輪上，驅(qū)動(dòng)輪連接變量液壓馬達(dá)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括升降結(jié)構(gòu)、展開(kāi)閉合結(jié)構(gòu)和切割結(jié)構(gòu)，升降結(jié)構(gòu)包括支撐體，支撐體一端下部設(shè)置支撐液壓缸，支撐體另一端通過(guò)銷軸連接機(jī)架，展開(kāi)閉合結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在支撐體上的頂伸液壓缸，頂伸液壓缸的伸出桿與連接塊連接，連接塊通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承連接兩個(gè)連接桿，每個(gè)連接桿均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承連接一個(gè)展開(kāi)臂，展開(kāi)臂后端通過(guò)銷軸連接支撐體，每個(gè)展開(kāi)臂前端均設(shè)置一個(gè)切割結(jié)構(gòu)，切割結(jié)構(gòu)包括圓弧刀架，圓弧刀架后端設(shè)置工作液壓缸，工作液壓缸的伸出桿連接齒條，齒條有齒的一面與設(shè)置在傳動(dòng)軸上的齒輪相配合，傳動(dòng)軸端部連接圓弧刀后端，圓弧刀前端連接圓弧刀架前端。

所述控制臺(tái)連接液壓控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)分別連接液壓泵、頂撐液壓缸、變量液壓馬達(dá)、支撐液壓缸、頂伸液壓缸、工作液壓缸。

進(jìn)一步的，所述液壓控制系統(tǒng)包括三位四通電磁換向閥一、三位四通電磁換向閥二、三位四通電磁換向閥三、三位四通電磁換向閥四、三位四通電磁換向閥五，三位四通電磁換向閥一、三位四通電磁換向閥二、三位四通電磁換向閥三、三位四通電磁換向閥四、三位四通電磁換向閥五的進(jìn)油口分別連接液壓泵的排油口，三位四通電磁換向閥一的工作油口連接變量液壓馬達(dá)，三位四通電磁換向閥二的工作油口連接頂撐液壓缸，三位四通電磁換向閥三的工作油口連接頂伸液壓缸，三位四通電磁換向閥四的工作油口連接支撐液壓缸，三位四通電磁換向閥五的工作油口連接工作液壓缸。

進(jìn)一步的，所述液壓泵的排油口設(shè)置壓力報(bào)警器。

進(jìn)一步的，所述液壓泵與油箱的連接管路上設(shè)置過(guò)濾器。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力系統(tǒng)、平衡機(jī)構(gòu)、控制臺(tái)設(shè)置在機(jī)架的后部，所述行走機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的兩側(cè)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架的中部及前部。

進(jìn)一步的，所述展開(kāi)臂與支撐體之間設(shè)置滾動(dòng)軸承。

進(jìn)一步的，所述齒條無(wú)齒的一面設(shè)置壓緊軸承。

進(jìn)一步的，所述圓弧刀的刃口部分設(shè)置對(duì)接楔形面。

本發(fā)明微型挖樹(shù)機(jī)器人克服了現(xiàn)有挖樹(shù)機(jī)器人挖樹(shù)過(guò)程中存在的諸多不足，具備以下優(yōu)點(diǎn)：1、該微型挖樹(shù)機(jī)器人體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低；2、采用雙圓弧刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了挖樹(shù)的速度；3、可適用于工作空間狹小、樹(shù)木小而密的工況；4、減少了小樹(shù)木移栽過(guò)程中人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的挖樹(shù)機(jī)器人主視圖；

圖2是本發(fā)明的挖樹(shù)機(jī)器人俯視圖；

圖3是本發(fā)明的圓弧刀主視圖；

圖4是本發(fā)明的圓弧刀側(cè)視圖；

圖5是本發(fā)明的圓弧刀對(duì)接示意圖；

圖6是本發(fā)明的齒輪齒條壓緊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-履帶，2-驅(qū)動(dòng)輪，3-頂撐液壓缸，4-柴油機(jī)，5-液壓泵，6-油箱，7-控制臺(tái)，8-機(jī)架，9-銷軸，10-支撐體，11-頂伸液壓缸，12-連接塊，13-連接桿，14-展開(kāi)臂，15-滾動(dòng)軸承，16-支撐液壓缸，17-工作液壓缸，18-齒條，19-圓弧刀，20-圓弧刀架，21-變量液壓馬達(dá)，22-轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，23-傳動(dòng)軸，24-齒輪，25-后法蘭，26-前法蘭，27-三位四通電磁換向閥一，28-三位四通電磁換向閥二，29-三位四通電磁換向閥三，30-三位四通電磁換向閥四，31-三位四通電磁換向閥五，32-壓力報(bào)警器，33-過(guò)濾器，301-定位孔，302-螺栓孔，303-對(duì)接楔形面，401-壓緊軸承。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1和2所示，本發(fā)明的一種雙圓弧刀式微型挖樹(shù)機(jī)器人，包括機(jī)架8以及設(shè)置在機(jī)架8上的動(dòng)力系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制臺(tái)7。

所述動(dòng)力系統(tǒng)、平衡機(jī)構(gòu)、控制臺(tái)7設(shè)置在機(jī)架8的后部。動(dòng)力系統(tǒng)包括柴油機(jī)4，柴油機(jī)4連接液壓泵5，液壓泵5連接油箱6，并且液壓泵5與油箱6的連接管路上設(shè)置過(guò)濾器33。平衡機(jī)構(gòu)包括頂撐液壓缸3。

所述行走機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架8的兩側(cè)，行走機(jī)構(gòu)包括履帶1，履帶1安裝在驅(qū)動(dòng)輪2上，驅(qū)動(dòng)輪2的數(shù)量為兩個(gè)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪2連接一個(gè)變量液壓馬達(dá)21。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)架8的中部及前部。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括升降結(jié)構(gòu)、展開(kāi)閉合結(jié)構(gòu)和切割結(jié)構(gòu)。升降結(jié)構(gòu)包括支撐體10，支撐體10一端下部設(shè)置支撐液壓缸16，支撐體10另一端通過(guò)銷軸9連接機(jī)架8。展開(kāi)閉合結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在支撐體10上的頂伸液壓缸11，頂伸液壓缸11的伸出桿與連接塊12連接，連接塊12通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承22連接兩個(gè)連接桿13，每個(gè)連接桿13均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承連接一個(gè)展開(kāi)臂14，展開(kāi)臂14后端通過(guò)銷軸連接支撐體10，每個(gè)展開(kāi)臂14前端均設(shè)置一個(gè)切割結(jié)構(gòu)。通過(guò)頂伸液壓缸11的伸出桿伸縮，控制兩個(gè)展開(kāi)臂14的展開(kāi)和閉合。通過(guò)支撐液壓缸16的伸出桿伸縮，控制兩個(gè)展開(kāi)臂14的抬起與放下。

另外，在展開(kāi)臂14與支撐體10之間設(shè)置滾動(dòng)軸承15，在展開(kāi)臂14的展開(kāi)和閉合過(guò)程中，展開(kāi)臂14與支撐體10的接觸為滾動(dòng)摩擦，減小了摩擦力。

如圖3至7所示，切割結(jié)構(gòu)包括圓弧刀架20，圓弧刀架20后端設(shè)置工作液壓缸17，工作液壓缸17的伸出桿連接齒條18的上端，齒條18有齒的一面與設(shè)置在傳動(dòng)軸23上的齒輪24相配合，齒輪24與傳動(dòng)軸23通過(guò)花鍵連接，齒條18無(wú)齒的一面設(shè)置壓緊軸承401，通過(guò)壓緊軸承401實(shí)現(xiàn)對(duì)齒條18的壓緊。傳動(dòng)軸23端部通過(guò)后法蘭25連接圓弧刀19后端，圓弧刀19前端通過(guò)前法蘭26連接圓弧刀架20前端。其中，傳動(dòng)軸23端部與后法蘭25通過(guò)花鍵連接，后法蘭25與圓弧刀19后端、圓弧刀19前端與前法蘭26均通過(guò)螺栓固定連接，前法蘭26與圓弧刀架20前端通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

每個(gè)圓弧刀19前后兩端均開(kāi)有定位孔301和螺栓孔302，用于安裝固定前法蘭26、后法蘭25。同時(shí)，圓弧刀19的刃口部分設(shè)置對(duì)接楔形面303，可在避免觸碰刃口的情況下實(shí)現(xiàn)完全切割。切割結(jié)構(gòu)采用雙圓弧刀19共同工作，兩個(gè)圓弧刀19采用獨(dú)立工作模式，通過(guò)工作液壓缸17的伸出桿伸縮，控制兩個(gè)圓弧刀19的轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)圓弧刀19轉(zhuǎn)動(dòng)90°即可完成切割。

如圖8所示，所述控制臺(tái)7連接液壓控制系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)分別連接液壓泵5、頂撐液壓缸3、變量液壓馬達(dá)21、支撐液壓缸16、頂伸液壓缸11、工作液壓缸17。

所述液壓控制系統(tǒng)包括三位四通電磁換向閥一27、三位四通電磁換向閥二28、三位四通電磁換向閥三29、三位四通電磁換向閥四30、三位四通電磁換向閥五31。三位四通電磁換向閥一27、三位四通電磁換向閥二28、三位四通電磁換向閥三29、三位四通電磁換向閥四30、三位四通電磁換向閥五31的進(jìn)油口分別連接液壓泵5的排油口，并且液壓泵5的排油口設(shè)置壓力報(bào)警器32。三位四通電磁換向閥一27的工作油口連接變量液壓馬達(dá)21，三位四通電磁換向閥二28的工作油口連接頂撐液壓缸3，三位四通電磁換向閥三29的工作油口連接頂伸液壓缸11，三位四通電磁換向閥四30的工作油口連接支撐液壓缸16，三位四通電磁換向閥五31的工作油口連接工作液壓缸17。其中三位四通電磁換向閥一27的數(shù)量與變量液壓馬達(dá)21的數(shù)量相同，且一一對(duì)應(yīng)。

通過(guò)控制臺(tái)7控制所有三位四通電磁換的工作油口的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變量液壓馬達(dá)21的正反轉(zhuǎn)以及各個(gè)液壓缸的伸出桿的伸縮轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的工作過(guò)程：雙圓弧刀式微型挖樹(shù)機(jī)器人工作的動(dòng)力由柴油機(jī)4提供，挖樹(shù)機(jī)器人通過(guò)將柴油機(jī)4的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓系統(tǒng)的液壓能來(lái)實(shí)現(xiàn)挖樹(shù)機(jī)器人移栽作業(yè)的各項(xiàng)要求。在進(jìn)行移栽作業(yè)時(shí)，首先啟動(dòng)柴油機(jī)4，柴油機(jī)4帶動(dòng)液壓泵5轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，通過(guò)控制臺(tái)7控制兩個(gè)液壓馬達(dá)21的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)挖樹(shù)機(jī)器人的行走和轉(zhuǎn)向；當(dāng)挖樹(shù)機(jī)器人行走到移栽作業(yè)的相應(yīng)位置時(shí)，通過(guò)控制頂伸液壓缸11的伸出桿伸長(zhǎng)，展開(kāi)臂14展開(kāi)，挖樹(shù)機(jī)器人繼續(xù)行駛一定的距離后，頂伸液壓缸11的伸出桿縮回，展開(kāi)臂14閉合；通過(guò)控制頂撐液壓缸3的伸出桿伸長(zhǎng)并頂住地面，保證挖樹(shù)機(jī)器人的平衡穩(wěn)定，通過(guò)控制支撐液壓缸16的伸出桿伸長(zhǎng)，使圓弧刀19貼近地面；接著工作液壓缸17的伸出桿伸長(zhǎng)，通過(guò)齒輪24、齒條18傳動(dòng)分別帶動(dòng)兩個(gè)圓弧刀19轉(zhuǎn)動(dòng)90°，實(shí)現(xiàn)完全切割，接著利用支撐液壓缸16的伸出桿縮回，提出所挖樹(shù)木，最后通過(guò)圓弧刀19回轉(zhuǎn)卸下土球，實(shí)現(xiàn)挖樹(shù)。此時(shí)控制頂撐液壓缸3的伸出桿縮回，挖樹(shù)機(jī)器人行走進(jìn)行下一顆樹(shù)木的挖掘。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。