专利名称：组合式电动修剪机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于道路绿化带修剪、景观苗木造型和草坪修剪的多功能组合式电动修剪机。
背景技术：
目前，对城巿公园、道路绿化带、景观苗木造型以及高速公路上绿化植物的修剪整型主要是依靠工人的作业经验和使用各种绿篱修剪机，其中使用较为
普遍的是手推式或背负式修剪机，该类机器重量约为5—10公斤，作业时操作者一直处于持重状态，尤其是修剪低位或高位绿篱时，操作者还必须弯腰或举起修剪机进行，劳动强度比较大，而且工作时机器产生的振动和噪音也较大，
长时间操作不利于身体健康；另外，该机完全凭借操作者的修剪技术和责任心来确保修剪的平整度及造型效果，不仅增添了工作难度，修剪质量也难以保证。
据统计， 一个有经验的员工，每小时只能修剪约50 60平方符合修剪质量要求的绿篱，而修剪一个半圆或圆球造型约需20 30分钟才能完成，费力且效率低；特别是城巿道路两侧或高速公路上长达几十公里甚至上百公里的隔离绿化带，也大多是采用人工修剪的方式，每次养护都需要投入大量的人力物力，修剪工作量大，而且存在人身危险。鉴于上述情况，近年来，人们对修剪机的结构进行了许多改进，出现了车载式修剪机，很好地改善了工人的劳动强度。公开文献也报道过一些修剪机，例如
1. 中国专利手推式草坏修剪机(申请号200820034691 ),申请(专利权)人许岩，它涉及人工手推运行的机动草坪修剪机领域。上把手、下把手和机壳连接在一起，车轮组件通过支撑板安装连接在机壳上；张紧轮传动组件和发动
机组件分别安装在机壳上；工作头组件安装在机壳的前下底板上；有机玻璃护
板安装在机壳前端。本手推式草坪修剪机修剪草坪效率高， 一人手推操作即可。
2. 中国专利背负式可调高技修剪机(申请号02239477 )，申请(专利权)人全腊珍、李志红、髙英武， 一种用于修剪树枝的背负式可调高枝修剪机由动力、背架、软轴、伸缩杆、锯片等组成。工作时，动力通过软轴、锥齿轮带
4动锯片旋转而切割树枝。调整伸缩杆可切割6米以下cJ)150mm粗的树枝。
3. 中国专利组合式万能自动绿色修剪机(专利号02158332 )，申请(专利权)人张茂华， 一种组合式万能自动绿色修剪机。它主要包括电动脚踩两用三轮车，立柱、机体和手握式造型器。用动力镍氢电池为全机的动力。在三轮车一侧设导向轮、拉力弹簧，实现自动延路牙石前进。在三角架和前叉上设选角盘、定向孔和可接收遥控指令的微型电机，以确定或遥控选择前进方向。在立柱底部用液压使机体升降。电机通过传动带、蜗杆、蜗轮、主齿轮、选择齿轮、定向齿轮、内齿齿轮、螺旋管、滑板、三角杆、杠杆、直角叉、游块的协调配合完成刀片往返动作；通过管轴、游轴和传动索的相互配合完成动刀片旋转动作。造型器有两种刀片， 一种圆盘式是修剪阔叶树用的， 一种梳齿型长条刀片是修剪针叶树用的。在变角弯头和造型器总程内都采用索传动解决其可以任意弯曲。此机可修剪任意形状。实现无人搡作。
4. 中国专利 一种车载式机械手型修剪机(专利号200620130380 )，申请(专利权)人郭正义， 一种车载式机械手型修剪机，包括可固定于牵引车辆上的折叠式升降机械臂，在工作时，该机械臂的前臂展开呈水平状态，在前臂的前端固装有由一水平回转机构驱使的可在水平面上做回转运动的水平伸缩机构，该水平伸缩机构有一可在水平面上伸缩移动的水平移位臂，水平移位臂的前端设有修剪机械手。本机可在机动车辆牵引下，通过控制系统发出指令驱动各运动机构实现对高速公路中央及道路两侧的绿化隔离带及一些具有几何造型的绿化植物进行修剪及整形，作业安全，自动化程度高，搡作简单，修剪效率高；绿篱的水平面、垂直面和绿篱表面的平整度以及植物的几何造型均由本机自动控制，所以修剪质量有保障。
上述公开文献报道的修剪方式仍然有一些存在的不足之处，如前两种不但需要操作者劳动强度大、体力劳动繁重，而且效率低，后两种设备结构复杂、成本高，而且对于修剪质量还是不太理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现道路绿化带修剪、景观苗木修剪、草评修剪等功能，无须作业人员直接操纵修剪机构，具有劳动强度低、工作效率高的多功能组合式电动修剪机。本发明的技术方案如下
组合式电动修剪机的主要部件包括电力系统、控制系统、承载机构、行走机构、升降机构和修剪机构，电力系统和控制系统安装在承载机构内，修剪机构和升降机构通过横梁安装在承载机构侧面，行走机构安装在承载机构底部，
承载机构上设有控制平台。
所述的电力系统电源采用蓄电池或者蓄电池加补充的太阳能电池，蓄电池可
以采用48V、 40A.H动力蓄电池和12V、 20A.H动力蓄电池，太阳能电池置于承载机构顶部作为修剪机的辅助电力。
所述的控制系统是以单片机或微电脑为控制核心的系统，它包括CPU、电源管理芯片、光电隔离部件、存储器、驱动模块、位置传感器，其中电源管理芯片是保证控制系统和CPU有稳定的电源；光电隔离部件可以屏蔽干扰信号，防止强电干扰控制信号；位置传感器是将修剪机构所在位置的信号输入CPU;驱动模块是将CPU输出的控制信号控制修剪机构；CPU是指挥中心，可以采用类似ARM9系列微处理器或单片机。控制原理为控制系统从键盘和控制台按钮捕获修剪类型及其相关参数，再根据参数生成相应的控制算法，然后CPU计算出各控制电机的脉冲数和脉冲发送频率，调用驱动例程，然后向各电机发送脉冲，在发送脉冲的过程中，实时判断脉冲发送是否结束，当系统计算出应发脉冲为零时，修剪作业停止。
所述的控制平台上有电压表、电流表、手自动转换开关、急停按钮、输入键盘、液晶显示屏、牵引模式转换开关、修剪模式转换开关、故障指示灯组、系统电源锁。上述控制开关与CPU相连，具体作用如下电压表和电流表可以实时监测修剪机电力系统的状态；手自动开关可以实现修剪工作的全手动操作和
自动修剪的简便切换；急停按钮可以防止系统发生故障时产生不必要的更大的损失；显示屏实时显示系统各部件的工作状态和工作参数，便于操作者全面掌握机器的运行状况；牵引模式转换开关包含行走模式、修剪模式，其中修剪模式预设有"绿化带平面修剪、绿化带斜面修剪、景观苗木球形修剪、景观苗木
柱形修剪、草坪修剪、特珠模式"等模式，特殊模式可以根据用户的要求定制；
故障指示灯组配合显示器更加明确地指示故障的范围、原因等；系统电源锁负责整个系统电力的开关。
所述的承载机构是三轮或者四轮电动小车，带有方向机，上面安装有座椅，车上还安装有修剪机构总成升降卷线器(或卷绕电机)、导轨和控制平台，通过滑轮和传递到升降机构。承载机构充分考虑了操作者的使用舒适性、安全性、工作稳定性等要求。修剪机构总成通过升降机安装在承载机构侧面，修剪机构围绕中心可以展开、折叠，使得机器使用更加方便、安全，存放空间得较好的优化。
所述的行走机构是安装在承载机构底部的轮子以及驱动机构，使用蓄电池的电能使得承载机构能够前进、转弯或后退。
所述的修剪机构包括电机、修剪机构总成，肩架角度调整部件、电信号转接部件、伸缩部件和修剪刀盘部件，肩架角度调整部件、主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件共同组成空间四自由度机械手臂，修剪机构的电机通过电信号转接部件接收系统发出的指令，肩架角度调整部件实现修剪角度调整，机械手臂的主、副旋转部件自动调整修剪轨迹，通过《务剪刀盘部件实现球形、圆锥形、
圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业。修剪机构总成包括肩架角度调
整部件、电信号转接部件、主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件、刀架转位部件、刀盘直线运动部件、修剪刀盘等。肩架通过俯仰转轴与横梁连接，电信号转接部件安装在主支架旋转轴上，主旋转支架安装在主支架旋转轴底部，副旋转支架通过转轴与主旋转支架连接，伸缩机抅安装在副旋转支架上。修剪刀盘
使用高速钢材质，前刀刃为直边型，后刀刃为渐开线型，齿数为4-6齿的盘状刀具。
所述的升降机构包括电机、升降机、它采用双导轨、四轮定位、钢丝提升的方式，通过卷线机的收放实现修剪系统的上升和下降，在升降机构中设有自锁装置73,保证使用的安全。升降钢丝两端绕过换向滑轮后分别固定在卷线机和四轮定位升降机上，通过摇动升降机摇把实现修剪机构总成的升降；四轮定 位升降机的四个定位滚轮放置在导轨的导向槽内，横梁上固定板和下固定板固 定在升降机上，卷线机收放钢丝的过程既是修剪机构总成的升降过程，升降过
程结東后，升降机的自锁装置将保持修剪机构高度不变；横梁可以绕俯仰转轴 旋转，当横梁旋转至极限时，通过自锁装置将横梁锁紧，保证修剪机在非工作 状态时的安全；修剪机构可以跟随升降机在不同的高度修剪，实现低至草评， 高至道路景观苗木、园林景观苗木等不同高度的t"剪，升降的动力可以为手动， 也可以为电动，这根据用户定制而有所不同，在升降机构中有自锁装置，保证 使用的安全。当用户操作卷线机时，打开自锁，钢丝通过滑轮拉起升降机，升 降机的定位滚轮在导轨的导向槽中滚动。
以上所述的横梁为可选折弯式或者不可折弯式，折弯式横梁可以实现斜面修 剪；反之为平面修剪。
本发明所述的组合式电动修剪机在工作时由控制系统捕获修剪类型和参数 并计算出相关的修剪数据，搡作者通过承载机构，根据不同的修剪高度，实现 低至草坪，高至道路景观苗木、园林景观苗木等的修剪作业。 本发明具有以下优点
1.自动化程度高。采用蓄电池为动力源，解决了空气污染和噪音污染的问 题；以微电脑自动控制修剪模式，由于本修剪机通过控制系统发出指令，驱动 各运动机构一升降机构可实现升降机的上升和下降运动；修剪机构实现以直线 或一定的角度的旋转运动轨迹的任意形状的修剪及整形作业，具有作业效率高、 修剪质量好，作业安全，搡作简单、省力方便，等特点。釆用新颖的升降机构 和修剪机构，可以实现道路绿化带修剪、景观苗木修剪、草坪修剪等功能；操 作人员无须直接操作修剪机构，劳动强度大大降低；采用微电脑自动控制修剪 模式，工作效率大大提高。
2.适应性广，便于推广使用。既能适合于街道绿化带修剪、景观苗木造型 和草坪修剪，也可对高速公路中间隔离带、公路两侧的绿化带以及一些具有绿 篱的水平面、垂直面、特殊几何造型的绿化植物进行修剪及整形，实现球形、
8圆锥形、圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业，尤其是一些复杂的形状, 其修剪得到的美感效果，是人工所远远不能代替的。
3.节约资源。由于采用蓄电池为主动力，太阳能电池补充，能源利用效率 大大提高，而且很好地解决了空气污染和噪音污染的问题，保护了我们的环境 卫生。
图1为本发明组合式电动修剪机的结构示意图。
图2为控制系统示意图。 图3为控制台平面图。 图4为升降机构工作示意图。 图5为肩架调整机构示意图。 图6为主副旋转支架工作示意图。 图7为修剪刀盘示意图。 图8为半径调节机构示意图。 图9为刀架工作示意图。
具体实施例方式
图l所示的修剪机的动力采用我国自行研制的车用牝V、 "AH动力电池2和 12V、 20AH车用动力电池3;四轮小车4为带有方向机5的电动车。太阳能电池
1置于承载机构顶部作为修剪机的辅助电力。
图2所示的控制系统包括CPU 55、电源管理芯片56、光电隔离部件57、存 储器58、驱动模块59、位置传感器49,其中CPU是ARM9系列微处理器。控制 原理为控制系统从键盘和控制台按钮捕获修剪类型及其相关参数，再根据参 数生成相应的控制算法，然后计算出各控制电机的脉冲数和脉冲发送频率，调 用驱动例程，然后向各电机发送脉冲，在发送脉冲的过程中，实时判断脉冲发 送是否结東，当系统计算出应发脉冲为零时，修剪作业停止。
图3的控制台中，控制平台上有电压表60、电流表61、手自动转换开关62、 急停按钮63、输入键盘64、液晶显示屏65、牵引模式转换开关66、修剪模式转换开关67、故障指示灯组68、系统电源锁69。电压表与系统电源并联，电流 表与电源锁和电源串联，各控制按钮与CPU连接，CPU不断地采样控制按钮的状 态，以判断采用何种控制方式，故障灯与CPU连接，根据指令显示系统状态。
承载机构是在四轮小车上安装有方向机5、座椅6、总成升降卷线器(或卷 绕电机)7、导轨8、控制平台9、保护电缆用的拖链33;升降钢丝36两端绕过 换向滑轮11后分别固定在卷线机7和四轮定位升降机12上，通过摇动升降机 摇把实现修剪机构总成的升降；四轮定位升降机的四个定位滚轮37放置在导轨 的导向槽38内，横梁上固定板39和下固定板40固定在升降机上，上固定板上 设有横梁固定销孔35,销钉41穿过不同位置的销孔使横梁13定位于不同的位 置，横梁可以围绕中心转轴34旋转，当修剪机处于非工作状态时，横梁旋转到 后极限位置，通过横梁锁紧装置42固定横梁；对于组合折弯式横梁，其上安装 有分度盘16通过销钉43穿过销孔44固定机械手臂，钢索18绕过滑轮14和滑 轮15与卷线机(或卷绕电机)10和机械手臂的肩架17相连；肩架上安装有主旋 转电机19,在主旋转轴46上安装有滑环20，动力电缆和信号电缆通过滑环与 控制系统连接；主旋转支架22固定在主旋转轴上，副旋转支架23通过二级转 轴47与主旋支架相连；主旋支架上有巻绕电机21，钢丝24通过万向滑轮48缠 绕在转轴上；副旋转支架为梯形螺紋简，梯形伸缩螺杆25旋进螺简内，在螺杆 外端部安装有同步带轮29,同步带30挂在带轮上，电机32通过同步带31与螺 杆相连，位置传感器49安装在螺简上，刀架26通过转轴50与螺杆连接，刀架 上有直线导轨51，修剪电机28和刀片27通过滑块52安装在导轨上，滑块通过 牵引带53与牵引电机54相连。
图4所示的升降机构的工作原理为升降机l2通过钢丝36绕过换向滑轮11 后与卷线器7相连，升降机12由四个金属滚轮37定位与导轨8的导向槽38中， 滚轮内装有轴承76,转动卷线器7的转轮，将钢丝36缠绕在卷轴77上，即可 实现升降机12的上升，然后用自锁装置"锁紧卷轴"；打开自锁装置73，反 向转动卷轴77,即可实现升降机12的下降。
图5所示为修剪机肩架17角度调节装置，钢丝18绕过滑轮"、15与卷线机10连接，巻线机10的使用原理同上，在横梁上安装有分度盘16，分度盘上
有两排交叉均匀分布的销孔44，肩架围绕转轴旋转一定角度后，使用销钉43固 定肩架，释放钢丝的张力。
图6所示为主旋转支架22和副旋转支架23的工作原理，主旋转电机19可 以带动主支架正转或者反转，副支架通过钢丝24与卷绕电机21的卷轴连接， 巻绕电机21正转或者反转的时候，副旋转支架23将按图示箭头的方向围绕转 轴47旋转。
图7所示为修剪刀盘(27),修剪刀盘的有4-6个刀齿，刀齿的前刀刃74为 直边，后刀刃75渐开线型。
图8所示为半径调节机构的工作原理，伸缩螺杆25与副旋转支架23通过螺 紋连接，螺杆端部安装同步带轮29,其中一根螺杆上还安装有同步带31，通过 同步带31与步进电机32连接，电机转动时，两根螺杆的同步旋转通过同步带 30来实现旋入或旋出。
本修剪机可以进行半径自动调节、升降调节时，位置传感器49将位置信号 传回控制系统，并在液晶显示器65中实时显示出来。
图9所示为刀架26的工作原理，刀架可以围绕转轴50旋转，当刀架平面与 主旋转支架所在平面平行时，主要进行球形修剪和直立面修剪，当刀架所在平 面与主支架所在平面成锐角时，进行斜面的修剪，当刀架平面与主旋转支架所 在平面垂直时，进行水平面的修剪。滑块52安装在电机座72上并套在导轨51 上，修剪电机28和刀盘27均装在电机座72上，钢丝53同时与电机座72和电 机54的转轴连接，当电机54转动时，拖动电机座72进行往复直线运动。
修剪时卷线机7收放钢丝36的过程既是修剪机构总成的升降过程，升降过 程结東后，升降机的自锁装置73将保持修剪机构高度不变；横梁可以绕俯仰转 轴45旋转，当横梁旋转至极限时，通过自锁装置73将横梁锁紧，保证修剪机 在非工作状态时的安全；机械臂肩架17可以围绕转轴16旋转，肩架通过销钉 43插入销孔44固定肩架；肩架以下的动力电缆和信号电缆通过滑环转接；主旋 转支架22围绕转轴46旋转形成主旋转，副旋转支架23在电机21的拖动下围绕转轴47旋转，形成副旋转，主旋转和副旋转的合运动实现球形造型；螺杆25 在电机32的拖动下实现修剪半径的的调节(伸缩运动)，升降机的升降运动与 主旋转运动和伸缩运动的合运动实现圆锥造型；升降运动和主运动的合运动实 现圆柱造型；刀架26通过轴承70和轴承座71与螺杆连接，并可以围绕转轴50 转动，滑块52在电机54的拖动下可以在滑轨51上进行往复直线运动，当刀片 与副支架垂直、主、副支架垂直，肩架与横梁在同一直线上时，主旋转运动和 滑块的直线运动的合运动实现平面的修剪；当肩架与横梁成一定夹角时、刀片 与副支架垂直、主、副支架垂直时，主旋转运动和滑块的直线运动的合运动实 现斜面的修剪。
下面以球形修剪的实施例来说明修剪机的工作过程
打开系统电源锁(69),启动修剪机，将修剪机移动到即将修剪的苗木旁边， 使主支架旋转轴(46)和球心的连线与地面垂直，通过修剪模式按钮67选择球形 修剪模式，模式的选择在液晶显示器65上显示，由键盘64输入需要的修剪半 径，按下键盘64上的回车键，系统自动选择修剪球形的函数进行计算，根据以 上参数，系统向各运动机构发出指令，电机32自动调节修剪的半径，启动修剪 电机28和主旋转电机19，使修剪机构作圆周运动，同时卷绕电机21启动，副 旋转支架23围绕转轴47旋转，配合主旋转形成球面，作业时，升降机构自动 进行高度调节，则得到景观苗木球的修剪形状，关闭系统电源锁69，修剪机关 闭， 一个修剪工作流程完成。
权利要求
1.一种组合式电动修剪机，其特征在于它的主要部件包括电力系统、控制系统、承载机构、行走机构、升降机构和修剪机构，电力系统和控制系统安装在承载机构内，修剪机构和升降机构通过横梁安装在承载机构侧面，行走机构安装在承载机构底部，承载机构上设有控制平台。
2、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的电力系 统电源采用蓄电池(2)或蓄电池加补充的太阳能电池，太阳能电池(l)置于承载 机构顶部作为修剪机的辅助电力。
3、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的控制系 统是以单片机或微电脑为控制核心的系统，它包括CPU( 55 )、电源管理芯片(56 )、 光电隔离部件(57)、存储器(58)、驱动模块(59)、位置传感器(49),其中 电源管理芯片是保证控制系统和CPU有稳定的电源；光电隔离部件(57)用于 屏蔽干扰信号，位置传感器是将修剪机构所在位置的信号输入CPU，驱动模块是 将CPU输出的控制信号控制修剪机构。
4、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的控制平 台上有电压表(60)、电流表(61)、手自动转换开关(62)、急停按钮(63)、 输入键盘(64)、液晶显示屏(65)、牵引模式转换开关(66)、修剪模式转换开 关(67)、故障指示灯组(68)和系统电源锁(69),电压表与系统电源并联， 电流表与电源锁和电源串联，各控制按钮与CPU连接，CPU不断地采样控制按钮 的状态，以判断采用何种控制方式，故障灯与CPU连接，根据指令显示系统状 态。
5、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的承载机 构是三轮、四轮小车(4),或是带有方向机(5)的电动车，上面安装有方向盘(5)、座椅(6)，车上还安装总成升降卷线器或巻绕电机(7)、导轨(8)和控 制平台(9)，通过滑轮和传递到升降机构。
6、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的行走机 构是安装在承载机构底部的轮子以及驱动机构。
7、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的修剪机构包括电机、修剪机构总成，肩架角度调整部件、电信号转接部件、伸缩部件 和修剪刀盘部件，修剪机构总成包括肩架角度调整部件、电信号转接部件、 主旋转部件、副旋转部件、伸缩部件、刀架转位部件、刀盘直线运动部件、刀架和修剪刀盘，肩架通过俯仰转轴(45)与横梁(13)连接，电信号转接部件 (20)安装在主支架旋转轴(46)上，主旋转支架(22)安装在主支架旋转轴 底部，副旋转支架通过转轴(47)与主旋转支架连接，伸缩机构(25)安装在 副旋转支架上，修剪刀盘(27)前刀刃(74)为直边型，后刀刃(75)为渐开 线型，齿数为4-6齿的盘状刀具。
8、 根据权利要求l所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的升降机 构包括电机、升降机，它采用双导轨、四轮定位、钢丝提升的方式，通过巻线 机(10)的收放实现修剪系统的上升和下降，在升降机构中设有自锁装置(73)。
9、 根据权利要求1所述的组合式电动修剪机，其特征在于所述的横梁(13 ) 为可选折弯式或者不可折弯式，折弯式横梁为斜面修剪；不可折弯式为平面修 剪。
全文摘要
本发明提供一种用于道路绿化带修剪、景观苗木造型和草坪修剪的多功能组合式电动修剪机，包括电力系统、控制系统、承载机构、升降机构、修剪机构，采用蓄电池或蓄电池、太阳能电池的双电力系统，以微电脑自动控制修剪模式，实现球形、圆锥形、圆柱形、平面、斜面等多种造型的修剪作业，具有自动化程度高、适应性广，便于推广使用、节约资源，保护环境等特点。
文档编号A01G3/00GK101647372SQ200910114039
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者杨增启, 振 董, 蒙碧刚, 蒙艳玫, 陆冠成, 锦 韦 申请人:广西大学;南宁市合辰科技有限公司