【技术领域】
[0001] 本
发明涉及林业机械的技术，特别是树枝修剪的自动化机械装置。【背景技术】
[0002] 速生林是轮伐周期短的人工林，在工业造纸领域需求较大，由于其速生优势，材质好，造林成活率高等优良特性，因而具有很好的经济价值。对速生林进行合理的
修枝可以促进树木的生长，提高树木的通直度、圆度、抗弯强度及木材的韧性，改善林木的生长环境和林木防火条件，增强上部光合作用。
[0003] 我国速生林种植面积不断扩大，但速生林的修枝方式落后，很多地区仍旧通过人工
手持工具进行修枝，劳动量大、修枝效率低且修剪较高的树木时具有危险性；部分地区采用爬树机器人进行修枝，但是运用现有方法进行爬树修枝的过程中，爬树机器人采用螺旋爬升方式、爬树轨迹不可控，需要考虑树干直径的大小与
链锯长度之间的关系，安装时需要完整环绕树木，难度较大，进而造成修枝效率低、修枝劳动强度大等问题，对速生林大面积种植的经济效益产生了不良影响。
[0004] 针对速生林修枝机械存在的安全性差、劳动强度大、修枝高度达不到要求等问题发明一种可操作性良好、自动化程度高、工作效率高、安全性良好的速生林修枝维护机器人以完成速生林修枝维护工作，对于速生林产业发展有重要推动作用。【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是解决
现有技术中的问题，提出一种气压动
力爬树修枝机器人，能够使实现对树木自动化快速攀爬和修枝工作。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种气压动力驱动的爬树修枝机器人，包括主机和通过一气体传输管连通该主机的动力源，所述主机上设有夹抱爬行模
块、侧枝切割模块和装设在该主机不同
位置处的若干个
传感器，所述夹抱爬行模块用于将主机环抱夹固于树干上，所述若干个传感器、夹抱爬行模块和侧枝切割模块各自电连接一控制单元，该控制单元用于根据所述传感器的感测
信号来控制所述夹抱爬行模块和侧枝切割模块的机械动作。
[0007] 例如，布置的
转速传感器可用于检测该爬树修枝机器人的实时运行速度。在此
基础上，还可布置
姿态传感器以用于检测主
机架在运行时的姿态，位移传感器可用于检测
液压缸活塞杆的伸出长度，进而计算出所需修剪树木的直径。所述控制单元与这些传感器相连以控制主机架的动作和行进状态并可远程无线地传递给无线
控制器。
[0008] 在一个
实施例中，所述主机包括上、下
固定板和用于连接固定该上、下固定板的前、后
支撑杆，所述上、下固定板整体为梯形结构金属板，所述支撑杆为圆柱直杆，所述前、后支撑杆安装于上、下固定板之间。
[0009] 在此基础上，所述夹抱爬行模块包括主动轮、气动
马达、辅助轮、活动侧轮、夹抱动臂和夹抱
气缸，所述主动轮通过
支架固定在所述下固定板上，所述气动马达与主动轮相连，所述辅助轮固定在上固定板底侧，所述活动侧轮安装在夹抱动臂末端，所述夹抱动臂安装在前支撑杆上并可围绕前支撑杆转动；所述夹抱气缸一端安装在后支撑杆上，另一端缸与夹抱动臂相连以通过该夹抱气缸的伸缩控制夹抱动臂的张开与夹抱；
[0010] 在此基础上进一步地，所述侧枝切割模块包括伸缩气缸、活动刀臂及剪切刀具，所述伸缩气缸和活动刀臂均安装在前支撑杆上并且该活动刀臂与伸缩气缸相连接，通过伸缩气缸控制该活动刀臂的开合
角度以对不同直径的树枝剪切，所述剪切刀具包括固定刀片和活动刀片，所述固定刀片安装在上固定板顶侧，所述活动刀片安装在活动刀臂上。
[0011] 在此基础上更进一步地，所述传感器包括分别安装于主动轮与辅助轮上的转速传感器，用于检测爬树修枝机器人的移动运行速度，并且对比两转速传感器的感测数据来检测该爬树修枝机器人是否出现打滑。
[0012] 作为这个实施例的一个改进，所述夹抱气缸与伸缩气缸均设有位移传感器，用于感测和控制该伸缩气缸的伸出长度，控制活动刀臂与树干的距离，防止切削到树木表皮。
[0013] 作为另一个改进，所述姿态传感器安装于上固定板，被配置为当检测到主机
机体出现倾斜时，通过控制单元减小倾斜侧夹抱气缸的压力，进而调整该爬树修枝机器人的姿态，使爬树修枝机器人保持竖直的工作状态。
[0014] 作为以上实施例的一种优化方案，所述主机架还可包括第三固定安装板或更多彼此并行安装的固定安装板以在例如该第三固定安装板上布置不同类型的所述传感器。
[0015] 在另一个实施例中，所述主动轮、辅助轮表面均有
橡胶防滑层,所述活动侧轮轮胎为
充气轮胎。
[0016] 在又一个实施例中，所述辅助轮与主动轮的结构相同。
[0017] 在以上实施例中，所述主动轮与辅助轮均为可更换结构，且表面橡胶防滑层厚度不同以适应不同种类的树木。
[0018] 在以上各个实施例中，所述活动刀片为可更换结构且有多个不同尺寸，以适应不同直径范围的树木修剪。
[0019] 在以上各个实施例中，所述剪切刀片为整体配合于树枝外廓的弧形结构。
[0020] 在以上各个实施例中，所述夹抱气缸与伸缩气缸均设有位移传感器，通过夹抱气缸的长度X检测所需修剪的树枝的半径R，进而通过上述控制单元控制伸缩气缸伸出长度，以及控制活动刀臂与树干的距离，防止切削到树木表皮。
[0021] 本发明的有益效果：本发明通过将气压传动应用于爬树修枝机器人，降低了爬树修枝机器人的重量；同时设置多个传感器检测主机运行情况，并通过控制单元进行自适应控制，大大提高了树木的修剪效率，降低了工人的劳动强度。【
附图说明】
[0022] 本发明的部分或全部特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。一个装置及其零部件的构造可能在不同的附图中以不同的视角描绘出，以便于更好理解本发明的技术方案，其中：
[0023] 图1是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的结构示意图；
[0024] 图2是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的主机
框架结构示意图；
[0025] 图3是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的夹抱爬行模块结构示意图；
[0026] 图4是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人侧枝切割模块结构示意图；
[0027] 图5是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人夹抱树木工作示意图；
[0028] 图6是本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人工作示意图；
[0029] 图中：1-上固定板、2-前支撑杆、3-前支撑杆、4-后支撑杆、5-后支撑杆、6-
轴承、 7-主动轮、8-气动马达、9-辅助轮、10-活动侧轮、11-活动侧轮、12-夹抱动臂、13-夹抱动臂、
14-夹抱气缸、15-活动刀臂、16-活动刀臂、17-活动刀片、18-活动刀片、19-伸缩气缸、 20-伸缩气缸、21-固定刀片、22-下固定板、23-夹抱气缸、24-转速传感器、25-转速传感器、 26-姿态传感器、100-主机、200-动力源、201-气体传输管。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右。例如，从附图的视角看来，有多个固定安装板，按照安装使用的方位来看可更为形象地认为是上固定板、下固定板。当然，附图中的示例结构并不是对本发明技术方案的限制。
[0031] 参阅图1到图6，根据本发明实施例的气动式爬树修枝机器人包括用于执行爬树修枝的主机100和一外接的动力源200。外接动力源200与主机100之间通过气体传输管201 连通。
[0032] 所述主机100上设有夹抱爬行模块，侧枝切割模块，转速传感器24、25，姿态传感器25和一控制单元；所述转速传感器24、25用于检测机器运行速度，所述姿态传感器25用于检测主机100是否倾斜；所述控制单元与所述转速传感器24、25和姿态传感器25相连，用于控制主机100的工作姿态和行进。
[0033] 如图1所示，本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人，通过控制单元设置转速传感器24、25、姿态传感器25，气压动力爬树修枝机器人可自行对树木侧枝进行修剪，且在修剪过程中可有效防止主机100出现倾斜的问题，还可以及时检测是否出现打滑现象，使爬树修枝机器人工作更加智能化，从而提高了爬树修枝机器人的修枝效率。
[0034] 如图2所示，本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的主机包括上固定板1、下固定板22、两根前支撑杆2、3和两根后支撑杆4、5，所述上、下固定板整体为梯形结构的金属板，此类支撑杆为圆柱直杆，支撑杆安装于上下固定板之间。
[0035] 如图3所示，本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的夹抱爬行模块包括主动轮 7，气动马达8，辅助轮9，活动侧轮10、11，夹抱动臂12、13和夹抱气缸14、23。所述主动轮7通过支架固定在下固定板22上，主动轮7上带有橡胶轮胎。所述气动马达8安装在支架上与主动轮7相连；所述辅助轮9与主动轮7结构相同，辅助轮9通过支架固定在上固定板1下方，所述活动侧轮10、11带有橡胶轮胎，活动侧轮10、11安装在夹抱动臂12、13末端。所述夹抱动臂12、13安装在前支撑杆2、3上，所述夹抱气缸14、23安装在后支撑杆4、 5上，夹抱气缸14、23与夹抱动臂12、13相连，通过夹抱气缸14、23活塞伸缩控制夹抱动臂12、13的张开与夹抱；
所述夹抱气缸14、23设有调节压力的控制
阀，防止夹抱气缸14、 23压力过大损伤树干。
[0036] 如图4所示，本发明实施例的气压动力爬树修枝机器人的侧枝切割模块包括伸缩气缸19、20，活动刀臂15、16及剪切刀具。所述伸缩气缸19、20安装在前支撑杆上，所述活动刀臂15、16安装在前支撑杆2、3上，活动刀臂15、16通过与伸缩气缸19、20相连，伸缩气缸19、20控制活动刀臂15、16的开合角度，完成对不同直径树木的剪切，所述剪切刀具包括固定刀片21和活动刀片17、18，所述固定刀片21为弧形，安装在上固定板1上方，所述活动刀片17、
18安装在活动刀臂15、16上。
[0037] 本发明工作过程：将爬树修枝机器人放置于树干底部，使树木处于两夹抱动臂12、 13之间。
[0038] 开始工作时,夹抱气缸14、23的
活塞杆伸出,推动夹抱动臂12、13使活动侧轮10、 11夹紧树木表面,随后伸缩气缸19、20的活塞伸出，推动活动刀臂15、16夹抱树木，气动马达
8启动带动主动轮7转动，主动轮7驱动修枝机器人100整体向上运动。
[0039] 剪切刀具在气动驱动力的作用下将树木上的侧枝削掉。在此过程中，姿态传感器实时检测爬树修枝机器人的工作姿态，当爬树修枝机器人出现倾斜时，姿态传感器将
信号传输给控制单元，通过控制单元减小倾斜侧的夹抱气缸14、23的压力进而调整爬树修枝机器人的夹抱姿态，使爬树修枝机器人保持竖直的工作状态。
[0040] 在一个实施例中，主动轮7和辅助轮9上分别安装有转速传感器，通过对比主动轮 7和辅助轮9的速度检测爬树修枝机器人是否出现打滑现象。当检测到爬树修枝机器人出现打滑现象时，通过控制单元控制气动马达8反向旋转，使爬树修枝机器人向下运行一段距离后，气动马达8再次正向启动。
[0041] 当爬树修枝机器人运行到
指定高度处，气动马达8反向旋转，主动轮7带动修枝机向下运动，到达地面后，气动马达8停止工作，夹抱气缸14、23及伸缩气缸19、20的活塞杆缩回，夹抱动臂12、13及活动刀臂15、16张开，修剪过程全部结束，可将爬树修枝机器人转移到下一棵树木重复上述过程完成对树木修剪工作。
[0042] 本发明采用气压驱动设计，结构简单，整机工作性能稳定，通过将夹抱机构和剪切机构设计成开合的结构,使操作更加简单，缩短转换树木的时间，提高剪切效率高，同时利用多个传感器检测主机运行情况，并通过控制单元进行自适应控制，大大提高了树木的修剪效率，降低了工人的劳动强度。
[0043] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
