一種新型全自動(dòng)可變形綠籬修剪機(jī)的方案設(shè)計(jì)

韓立兮 鐘千翔 鐘佩佩

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

0 引言

為了配合生態(tài)文明建設(shè)，提高生態(tài)治理效率，本研究設(shè)計(jì)一種新型全自動(dòng)、可變形的綠籬修剪機(jī)械，達(dá)到減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、保證修剪質(zhì)量的多重目的，為美化城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境、提高人們生活質(zhì)量打下有力基礎(chǔ)。

1 綠籬修剪要求

根據(jù)城鎮(zhèn)環(huán)境要求，在不同綠化區(qū)域，會(huì)建設(shè)綠籬墻或由單株植物組成的綠化帶，按照綠籬高度不同，可分為為綠墻、高綠籬、中綠籬及矮綠籬。

為了使綠籬外觀優(yōu)美、形態(tài)整齊，園藝工人需要定期進(jìn)行修剪，其中，對(duì)于綠籬墻的修剪，可以修剪成上窄下寬的梯形綠籬體、梯形綠籬體、圓頂形綠籬體、自然形（不進(jìn)行規(guī)整修剪）或造型綠籬體；對(duì)于單株植物，可以修剪成軸對(duì)稱(chēng)各種形狀，如橢球形、圓錐形、蘑菇形等，當(dāng)然也可以是不進(jìn)行修剪的自然形。修剪要求形狀整齊、外觀優(yōu)美、效率高、不對(duì)植物根系產(chǎn)生影響與破壞。

2 綠籬修剪機(jī)的機(jī)械原理

根據(jù)綠籬修剪的要求，本修剪機(jī)設(shè)計(jì)一種可以上下調(diào)節(jié)高度的裝置，工作原理是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)配合的螺母上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)活動(dòng)桿上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)量從而控制活動(dòng)桿上下移動(dòng)的距離。其工作原理如圖1所示。

圖1 升降機(jī)構(gòu)圖2頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

為了達(dá)到既可以修剪綠籬墻，也可以修剪單株植物的效果，設(shè)計(jì)了一個(gè)頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)該機(jī)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以在平板車(chē)帶動(dòng)移動(dòng)的情況下修剪綠籬墻，當(dāng)該機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，則可對(duì)單株植物進(jìn)行修剪。其結(jié)構(gòu)如圖書(shū)2 所示。

為了達(dá)到變形修剪的目的，設(shè)計(jì)如圖3所示修剪機(jī)構(gòu)。

圖3 變形修剪機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)的工作原理：當(dāng)控制系統(tǒng)控制伸縮電機(jī)單伸縮時(shí)，可以對(duì)過(guò)連接銷(xiāo)的作用，使兩相相鄰的修剪模塊間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生變形，當(dāng)伸縮電機(jī)按各自的運(yùn)動(dòng)要求伸縮時(shí)，就可以使整個(gè)系統(tǒng)完成各種變形，以滿(mǎn)足修剪形狀要求。如圖4就是兩種變形狀態(tài)下的裝配效果。

圖4 不同變形效果

根據(jù)上述介紹，本設(shè)計(jì)的工作過(guò)程如下：

1、修剪機(jī)固定在可移動(dòng)的專(zhuān)用平板小車(chē)上，可靈活運(yùn)行在花園、綠化區(qū)域間。

2、當(dāng)頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)械固定不動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變圖3所示各伸縮電機(jī)的伸縮量，使修剪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不同形狀，再移動(dòng)平板小車(chē)，就可以對(duì)綠籬墻進(jìn)行各種造型修剪。

3、當(dāng)頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)慢速旋轉(zhuǎn)時(shí)，改變圖3所示各伸縮電機(jī)的伸縮量，使修剪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不同形狀，就可以對(duì)單株植物進(jìn)行軸對(duì)稱(chēng)修剪。

本機(jī)構(gòu)修剪模塊可根據(jù)需要進(jìn)行增加或減少，從而適應(yīng)不同綠籬修剪需要；修剪模塊拆卸或裝配簡(jiǎn)單方便，從而提高其應(yīng)用效率。

3 自動(dòng)控制模塊介紹

本設(shè)計(jì)采用用戶(hù)界面、系統(tǒng)控制及電機(jī)驅(qū)動(dòng)幾個(gè)模塊，主要功能介紹如下：

用戶(hù)界面是本控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，主要包括標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)、造型編輯、參數(shù)保存等幾個(gè)模塊，標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)模塊是對(duì)綠籬修剪方案中常用的幾種形態(tài)，將常用形態(tài)設(shè)計(jì)成固定方式，只需要修改少量參數(shù)就可以方便進(jìn)行形態(tài)設(shè)置；造型編輯模塊則允許用戶(hù)通過(guò)使用鼠標(biāo)拖動(dòng)造型鏈任意修改形狀，當(dāng)完成設(shè)置后，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)修剪模塊上不同位置的伸縮電機(jī)給出相應(yīng)的伸縮量，從而保證每個(gè)伸縮電機(jī)伸縮量合適，最終完成造型編輯得到的形狀，完成綠籬修剪設(shè)置；參數(shù)保存則可以保存所有已有或造型得到的不同形狀參數(shù)，留待下次對(duì)同一綠籬修剪時(shí)，可調(diào)用保存參數(shù)進(jìn)行修剪，既能加快修剪參數(shù)設(shè)置，也可以保證下次修剪時(shí)形狀的一致性。

系統(tǒng)控制模塊則主要是對(duì)用戶(hù)界面給出的形狀參數(shù)，通過(guò)參數(shù)計(jì)算，控制調(diào)整各伸縮電機(jī)的伸縮量。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊則主要是提出輸出功率，保證各伸縮電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、升降電機(jī)等具有足夠功率，從而達(dá)到能完成綠籬修剪的目的。

電氣控制主要模塊如圖5所示。

通過(guò)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)修剪機(jī)對(duì)籬笆墻的造型修剪，可實(shí)現(xiàn)高矮自動(dòng)調(diào)節(jié)；再通過(guò)行走機(jī)構(gòu)的與升降同步，可以修剪出高矮規(guī)律性的籬笆墻；對(duì)單株花草修剪時(shí)，則可以修剪成軸對(duì)稱(chēng)的各種三維效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次研究，設(shè)計(jì)了一種新型的修剪機(jī)器，由于其具有創(chuàng)新性，現(xiàn)已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利，并獲得受理，受理號(hào)是：201910813802.7

本論文介紹了新型自動(dòng)可變形修剪機(jī)的工作原理、主要結(jié)構(gòu)及主要控制模塊，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，產(chǎn)品對(duì)美化環(huán)境，提高人們生活質(zhì)量具有重要意義；同時(shí)，本產(chǎn)品可為林業(yè)機(jī)械自動(dòng)化提供參考與借鑒。