一種新型全自動可變形綠籬修剪機的方案設計

韓立兮 鐘千翔 鐘佩佩

（湖南環境生物職業技術學院，湖南 衡陽 421001）

0 引言

為了配合生態文明建設，提高生態治理效率，本研究設計一種新型全自動、可變形的綠籬修剪機械，達到減輕勞動強度、提高生產效率、保證修剪質量的多重目的，為美化城鎮生態環境、提高人們生活質量打下有力基礎。

1 綠籬修剪要求

根據城鎮環境要求，在不同綠化區域，會建設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。

為了使綠籬外觀優美、形態整齊，園藝工人需要定期進行修剪，其中，對于綠籬墻的修剪，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（不進行規整修剪）或造型綠籬體；對于單株植物，可以修剪成軸對稱各種形狀，如橢球形、圓錐形、蘑菇形等，當然也可以是不進行修剪的自然形。修剪要求形狀整齊、外觀優美、效率高、不對植物根系產生影響與破壞。

2 綠籬修剪機的機械原理

根據綠籬修剪的要求，本修剪機設計一種可以上下調節高度的裝置，工作原理是通過電機驅動螺桿旋轉，螺桿的旋轉帶動配合的螺母上下移動，從而帶動活動桿上下運動，通過控制電機的正反轉及旋轉量從而控制活動桿上下移動的距離。其工作原理如圖1所示。

圖1 升降機構圖2頂部旋轉機構

為了達到既可以修剪綠籬墻，也可以修剪單株植物的效果，設計了一個頂部旋轉機構，當該機構不旋轉時，可以在平板車帶動移動的情況下修剪綠籬墻，當該機構旋轉時，則可對單株植物進行修剪。其結構如圖書2 所示。

為了達到變形修剪的目的，設計如圖3所示修剪機構。

圖3 變形修剪機構

該機構的工作原理：當控制系統控制伸縮電機單伸縮時，可以對過連接銷的作用，使兩相相鄰的修剪模塊間產生相對運動，從而產生變形，當伸縮電機按各自的運動要求伸縮時，就可以使整個系統完成各種變形，以滿足修剪形狀要求。如圖4就是兩種變形狀態下的裝配效果。

圖4 不同變形效果

根據上述介紹，本設計的工作過程如下：

1、修剪機固定在可移動的專用平板小車上，可靈活運行在花園、綠化區域間。

2、當頂部旋轉機械固定不動時，通過改變圖3所示各伸縮電機的伸縮量，使修剪機構產生不同形狀，再移動平板小車，就可以對綠籬墻進行各種造型修剪。

3、當頂部旋轉機構慢速旋轉時，改變圖3所示各伸縮電機的伸縮量，使修剪機構產生不同形狀，就可以對單株植物進行軸對稱修剪。

本機構修剪模塊可根據需要進行增加或減少，從而適應不同綠籬修剪需要；修剪模塊拆卸或裝配簡單方便，從而提高其應用效率。

3 自動控制模塊介紹

本設計采用用戶界面、系統控制及電機驅動幾個模塊，主要功能介紹如下：

用戶界面是本控制系統的人機交互界面，主要包括標準形態、造型編輯、參數保存等幾個模塊，標準形態模塊是對綠籬修剪方案中常用的幾種形態，將常用形態設計成固定方式，只需要修改少量參數就可以方便進行形態設置；造型編輯模塊則允許用戶通過使用鼠標拖動造型鏈任意修改形狀，當完成設置后，系統自動對修剪模塊上不同位置的伸縮電機給出相應的伸縮量，從而保證每個伸縮電機伸縮量合適，最終完成造型編輯得到的形狀，完成綠籬修剪設置；參數保存則可以保存所有已有或造型得到的不同形狀參數，留待下次對同一綠籬修剪時，可調用保存參數進行修剪，既能加快修剪參數設置，也可以保證下次修剪時形狀的一致性。

系統控制模塊則主要是對用戶界面給出的形狀參數，通過參數計算，控制調整各伸縮電機的伸縮量。

電機驅動模塊則主要是提出輸出功率，保證各伸縮電機、旋轉電機、升降電機等具有足夠功率，從而達到能完成綠籬修剪的目的。

電氣控制主要模塊如圖5所示。

通過自動控制，實現修剪機對籬笆墻的造型修剪，可實現高矮自動調節；再通過行走機構的與升降同步，可以修剪出高矮規律性的籬笆墻；對單株花草修剪時，則可以修剪成軸對稱的各種三維效果。

4 結語

通過本次研究，設計了一種新型的修剪機器，由于其具有創新性，現已經申請專利，并獲得受理，受理號是：201910813802.7

本論文介紹了新型自動可變形修剪機的工作原理、主要結構及主要控制模塊，具有很強的實用價值，產品對美化環境，提高人們生活質量具有重要意義；同時，本產品可為林業機械自動化提供參考與借鑒。