一种新型全自动可变形绿篱修剪机的方案设计

韩立兮 钟千翔 钟佩佩

（湖南环境生物职业技术学院，湖南 衡阳 421001）

0 引言

为了配合生态文明建设，提高生态治理效率，本研究设计一种新型全自动、可变形的绿篱修剪机械，达到减轻劳动强度、提高生产效率、保证修剪质量的多重目的，为美化城镇生态环境、提高人们生活质量打下有力基础。

1 绿篱修剪要求

根据城镇环境要求，在不同绿化区域，会建设绿篱墙或由单株植物组成的绿化带，按照绿篱高度不同，可分为为绿墙、高绿篱、中绿篱及矮绿篱。

为了使绿篱外观优美、形态整齐，园艺工人需要定期进行修剪，其中，对于绿篱墙的修剪，可以修剪成上窄下宽的梯形绿篱体、梯形绿篱体、圆顶形绿篱体、自然形（不进行规整修剪）或造型绿篱体；对于单株植物，可以修剪成轴对称各种形状，如椭球形、圆锥形、蘑菇形等，当然也可以是不进行修剪的自然形。修剪要求形状整齐、外观优美、效率高、不对植物根系产生影响与破坏。

2 绿篱修剪机的机械原理

根据绿篱修剪的要求，本修剪机设计一种可以上下调节高度的装置，工作原理是通过电机驱动螺杆旋转，螺杆的旋转带动配合的螺母上下移动，从而带动活动杆上下运动，通过控制电机的正反转及旋转量从而控制活动杆上下移动的距离。其工作原理如图1所示。

图1 升降机构图2顶部旋转机构

为了达到既可以修剪绿篱墙，也可以修剪单株植物的效果，设计了一个顶部旋转机构，当该机构不旋转时，可以在平板车带动移动的情况下修剪绿篱墙，当该机构旋转时，则可对单株植物进行修剪。其结构如图书2 所示。

为了达到变形修剪的目的，设计如图3所示修剪机构。

图3 变形修剪机构

该机构的工作原理：当控制系统控制伸缩电机单伸缩时，可以对过连接销的作用，使两相相邻的修剪模块间产生相对运动，从而产生变形，当伸缩电机按各自的运动要求伸缩时，就可以使整个系统完成各种变形，以满足修剪形状要求。如图4就是两种变形状态下的装配效果。

图4 不同变形效果

根据上述介绍，本设计的工作过程如下：

1、修剪机固定在可移动的专用平板小车上，可灵活运行在花园、绿化区域间。

2、当顶部旋转机械固定不动时，通过改变图3所示各伸缩电机的伸缩量，使修剪机构产生不同形状，再移动平板小车，就可以对绿篱墙进行各种造型修剪。

3、当顶部旋转机构慢速旋转时，改变图3所示各伸缩电机的伸缩量，使修剪机构产生不同形状，就可以对单株植物进行轴对称修剪。

本机构修剪模块可根据需要进行增加或减少，从而适应不同绿篱修剪需要；修剪模块拆卸或装配简单方便，从而提高其应用效率。

3 自动控制模块介绍

本设计采用用户界面、系统控制及电机驱动几个模块，主要功能介绍如下：

用户界面是本控制系统的人机交互界面，主要包括标准形态、造型编辑、参数保存等几个模块，标准形态模块是对绿篱修剪方案中常用的几种形态，将常用形态设计成固定方式，只需要修改少量参数就可以方便进行形态设置；造型编辑模块则允许用户通过使用鼠标拖动造型链任意修改形状，当完成设置后，系统自动对修剪模块上不同位置的伸缩电机给出相应的伸缩量，从而保证每个伸缩电机伸缩量合适，最终完成造型编辑得到的形状，完成绿篱修剪设置；参数保存则可以保存所有已有或造型得到的不同形状参数，留待下次对同一绿篱修剪时，可调用保存参数进行修剪，既能加快修剪参数设置，也可以保证下次修剪时形状的一致性。

系统控制模块则主要是对用户界面给出的形状参数，通过参数计算，控制调整各伸缩电机的伸缩量。

电机驱动模块则主要是提出输出功率，保证各伸缩电机、旋转电机、升降电机等具有足够功率，从而达到能完成绿篱修剪的目的。

电气控制主要模块如图5所示。

通过自动控制，实现修剪机对篱笆墙的造型修剪，可实现高矮自动调节；再通过行走机构的与升降同步，可以修剪出高矮规律性的篱笆墙；对单株花草修剪时，则可以修剪成轴对称的各种三维效果。

4 结语

通过本次研究，设计了一种新型的修剪机器，由于其具有创新性，现已经申请专利，并获得受理，受理号是：201910813802.7

本论文介绍了新型自动可变形修剪机的工作原理、主要结构及主要控制模块，具有很强的实用价值，产品对美化环境，提高人们生活质量具有重要意义；同时，本产品可为林业机械自动化提供参考与借鉴。