一种速生林修枝维护机器人及控制方法

摘要

本发明涉及一种速生林修枝维护机器人及控制方法；速生林修枝维护机器人包括配重箱、攀爬机构、姿态调整机构、回转机构、末端执行器和控制部分。所述的配重箱固定在配重箱支架上，通过自身重力将机器压紧在树干上；所述的攀爬机构为机器的爬升和下降提供驱动力；所述的姿态调整机构通过铰链与攀爬机构的支撑杆相连，依靠电动推杆的收缩调整回转机构与树干的角度，保证回转机构与树干垂直；所述的回转机构通过连接竖杆固定在攀爬机构的上部，可实现绕树干的整周运动；所述的末端执行器固定在回转机构上，完成修枝和喷雾操作；所述的控制部分是由攀爬控制部分、姿态调整控制部分和修枝锯控制部分组成。本发明结构简单，操作方便，适合在林间进行修枝喷雾作业，具有广阔的市场应用前景。

主权项

一种速生林修枝维护机器人，其特征在于包括配重箱、攀爬机构、姿态调整机构、回转机构、末端执行器和控制部分；所述的配重箱固定在配重箱支架上，用于放置药箱和蓄电池，药箱用于存储药液，蓄电池为机器提供电源；所述的配重箱支架通过连杆与攀爬机构的机械支架固连在一起；所述的攀爬机构包括机械支架、驱动轴、驱动轮、带座轴承、驱动电机、电机座、驱动链轮、支撑轴和支撑轮；所述的机械支架包括连接杆及固连在一起的支撑杆、竖杆和横杆；所述的支撑杆由左支撑杆和右支撑杆组成，左支撑杆和右支撑杆通过支撑杆销轴连接；所述的驱动轴通过带座轴承固定在两侧的左支撑杆上；所述的驱动轮固定在驱动轴上；所述的驱动电机通过电机座固定在两侧的左支撑杆上；所述的驱动链轮包括主动齿轮、从动齿轮和驱动链条，主动齿轮和从动齿轮通过驱动链条连接在一起，主动齿轮固定在驱动电机上，从动齿轮固定在驱动轴上；所述的支撑轴通过带座轴承固定在两侧的右支撑杆上；所述的支撑轮固定在支撑轴上；所述的姿态调整机构包括框架、调平推杆支架、调平推杆、连接竖杆和六轴传感器；所述的框架分为左框架和左框架，左框架和左框架通过框架销轴连接，右框架通过攀爬机构的连接杆与攀爬机构的支撑杆铰连接；所述的调平推杆一端通过调平推杆支架固连在攀爬机构的横杆上，另一端通过调平推杆支架固连在框架上；所述的连接竖杆焊接在框架内侧边沿的穿孔上，用于支撑回转机构；所述的六轴传感器安装在圆盘轨道上；所述的回转机构包括转盘机构和回转子机构；所述的转盘机构包括圆形轨道、滑道和转盘链条；所述的圆形轨道由左半圆形轨道和右半圆形轨道配合而成，左半圆形轨道和右半圆形轨道通过转盘销轴连接，实现左半圆形轨道和右半圆形轨道的打开与闭合；所述的滑道为圆形轨道内外边缘开设的凹槽，滑道分为链条滑道和滚轮滑道两条滑道；其中链条滑道放置在圆形轨道外缘面上，滚轮滑道放置在圆形轨道内缘面上；所述的转盘链条放置在链条滑道内，其两端分别固定在左半圆形轨道和右半圆形轨道上；所述的转盘机构底部外侧每相隔90°成圆周分布开有四个与框架内侧穿孔相对应的穿孔，连接竖杆穿过上述穿孔分别与转盘机构和姿态调整机构的框架焊接；所述的回转子机构包括平板底座、回转电机、回转齿轮、螺栓轴承和回转滚轮；所述的平板底座一端开有两个电机轴孔，各放置一个回转电机，另一端开有两个轴承轴孔，各放置一个螺栓轴承；所述的回转电机放置于平板底座上；所述的回转齿轮固定在回转电机末端，并与转盘链条啮合；所述的螺栓轴承通过轴承轴孔放置于平板底座上，并与圆形轨道内侧相切；所述的回转滚轮固定在平板底座底部的销轴上，放置在滚轮滑道内；所述的末端执行器包括合页、修枝锯、修枝锯底座、径向推杆、径向推杆支架、光轴、光轴支架、倾角推杆、倾角推杆支架、喷头、喷头支架、软水管、光电接近开关、行程开关1和行程开关2；所述合页的一页固定在修枝锯底座上；所述的修枝锯固定在合页的另一页，实现修枝锯绕合页轴旋转；所述的径向推杆一端通过径向推杆支架固连在平板底座上，另一端通过径向推杆支架固连在修枝锯底座上，径向推杆的伸缩带动修枝锯前后移动；所述的光轴支架固定在平板底座上；所述的光轴安装在光轴支架上，并与修枝锯底座固连在一起；所述的倾角推杆一端通过倾角推杆支架固定在光轴支架上，另一端通过倾角推杆支架与修枝锯连接；所述的软水管一端与配重箱的药箱连接，另一端与喷头连接；所述的喷头支架固定在平板底座上，用于固定喷头；所述的喷头固连喷头支架上；所述的光电接近开关和行程开关1安装在平板底座上；所述的行程开关2安装在修枝锯上；所述的控制部分包括攀爬控制部分、姿态调整控制部分和修枝锯控制部分；所述的攀爬控制部分是单片机最小系统通过限位信号输入接口串接光电接近开关获取树枝位置信息，单片机最小系统通过控制信号输出接口连接驱动电机，根据获取的信息调整驱动电机的运转和停止；所述的姿态调整控制部分是由单片机最小系统通过解码接口连接六轴传感器获取转盘机构的水平位置信息，单片机最小系统通过控制信号输出接口连接调平推杆，根据获取的水平位置信息完成姿态调整；所述的修枝锯控制部分是单片机最小系统通过限位信号输入接口分别串接行程开关1、行程开关2获取树枝位置信息，单片机最小系统通过控制信号输出接口连接回转电机、径向推杆和倾角推杆，根据获取的树枝位置信息调整修枝锯与树枝的位置，完成修枝维护作业。