花草修剪装置及移动式除草机器人的制作方法

本发明属于除草机械设备领域，具体涉及一种花草修剪装置及移动式除草机器人。

背景技术：

现阶段的除草机也实现了规模化、宽幅机械生产率高、单位宽度成本低、易于采用先进的生产技术，提高了田间作业的速度和效率；可以提高现场操作的性能。大型整地设备已达8米以上，为方便其行走，采用框架折叠或纵向运输，实现宽作业、窄运输。耕地速度为8-3km/h，整地速度为10-8km/h，播种速度为8-3km/h，国外除草机的产品功能比国内除草机更加完善。材料和制造工艺水平较高，外观美观，平均使用寿命比我国高1/3以上。但是配件比较困难，维修服务跟不上。我国70%丘陵地的情况非常不适宜，价格相对昂贵，是我国的10倍左右。随着农业机械化程度的提高，工作效率的提高，现有除草机已不能满足大生产规模的需要。

目前市场上的除草机最常见的是分有明确的移动机构和工作机构，且自动化程度不高，大多是半自动化型，需要人为控制工作方向和修剪长度，动作笨拙，劳动强度高，效率较低，还存在携带不方便的不足。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种花草修剪装置及移动式除草机器人，该修剪装置结构紧凑，修剪精度高，能够控制修剪草坪的长度，解决了人工修剪草坪高度不整齐的问题；该除草机将修剪装置设于履带内部，能够实现精度高修剪的同时，极大程度的节省了空间，使得整个机器更加小巧，携带方便。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的花草修剪装置，包括安装台、驱动机构ⅰ、伸缩机构、滑槽底座、开口滑槽、传动机构ⅰ、上锯片、下锯片，所述的伸缩机构设有两组，伸缩机构的上端与安装台的左右两侧固定连接，下端竖直向下延伸；每组伸缩机构的下端分别设有一组滑槽底座，两组滑槽底座相互对应，每组滑槽底座上分别设有沿安装台左右方向的开口滑槽，所述的开口滑槽的开口位于两组滑槽底座相互对应的端面上；

所述的上锯片沿安装台的左右方向水平设置，上锯片的两端分别设有槽体ⅰ，每个槽体ⅰ的外侧分别设有滑块ⅰ，两个的滑块ⅰ分别伸入左右两侧的开口滑槽中，每个槽体ⅰ上设有沿前后方向的长圆孔槽ⅰ；所述的下锯片沿安装台的左右方向水平设置，下锯片的两端分别设有槽体ⅱ，每个槽体ⅱ的外侧分别设有滑块ⅱ，两个的滑块ⅱ分别伸入左右两侧的开口滑槽中，每个槽体ⅱ上设有沿前后方向的长圆孔槽ⅱ；所述的上锯片位于下锯片的上方，并且上锯片的下表面设与下锯片的上表面之间留有间隙；

所述的长圆孔槽ⅰ内设有竖直的凸轮杆ⅱ，凸轮杆ⅱ能够沿长圆孔槽ⅰ滑动，凸轮杆ⅱ的下端伸入上锯片和下锯片之间的间隙中；所述的长圆孔槽ⅱ内设有竖直的凸轮杆ⅲ，凸轮杆ⅲ能够沿滑槽ⅱ滑动，凸轮杆ⅲ的上端伸入上锯片和下锯片之间的间隙中；所述的凸轮杆ⅱ的下端与凸轮杆ⅲ的上端之间通过连接片ⅱ连接，所述的连接片ⅱ的两端分别与凸轮杆ⅱ的下端和凸轮杆ⅲ的上端铰接，连接片ⅱ的厚度等于或者略小于上锯片和下锯片之间的间隙；

所述的驱动机构ⅰ设于安装台上，驱动机构ⅰ与传动机构ⅰ连接，所述的传动机构ⅰ上设有凸轮杆ⅰ，所述的凸轮杆ⅰ的下端竖直向下设置并靠近任一组凸轮杆ⅱ的上端，凸轮杆ⅰ的下端与凸轮杆ⅱ的上端之间通过连接片ⅰ连接，所述的连接片ⅰ的两端分别与凸轮杆ⅰ的下端和凸轮杆ⅱ的上端铰接。

进一步，所述的驱动机构ⅰ包括发动机、配速箱，所述的发动机与配速箱连接；所述的配速箱与传动机构ⅰ连接。

进一步，所述的伸缩机构包括滑套ⅰ、伸缩杆、齿条、齿轮、传动轴ⅲ、滑套ⅱ，所述的滑套ⅰ、滑套ⅱ沿竖直方向间隔设于安装台的左侧或右侧；所述的伸缩杆竖直设置，分别穿过滑套ⅰ、滑套ⅱ，伸缩杆的上部的前侧面或后侧面上设有齿条；

所述的传动轴ⅲ沿安装台的左右方向设置，传动轴ⅲ的一端与配速箱连接，另一端设有齿轮，所述的齿条与齿轮啮合；所述的发动机经配速箱驱动传动轴ⅲ进而带动齿轮转动，驱动齿条沿滑套ⅰ、滑套ⅱ升降；所述的滑槽底座安装于伸缩杆的下端上。

进一步，还包括齿轮壳罩，所述的齿轮壳罩罩设在齿轮之外。

进一步，所述的传动机构ⅰ包括传动轴ⅰ、小带轮、大带轮、皮带、皮带箱、花键轴ⅰ、花键轴ⅱ、连接轴、花键套筒；所述的传动轴ⅰ的上端与配速箱连接，传动轴ⅰ的下端固定设有花键套筒，所述的花键轴ⅰ的上端设于花键套筒内，能够沿花键套筒在竖直方向上滑动，所述的连接轴的上端与花键轴ⅰ固定连接，下端与花键轴ⅱ固定连接，所述的花键轴ⅱ的下端上固定安装小带轮；所述的任一伸缩杆上设有支撑台，所述的支撑台沿安装台左右方向向内侧延伸，其末端上设有轴孔ⅰ，所述的支撑台的末端设有轴承，所述的轴承的外圈与支撑台固定连接，所述的凸轮杆ⅰ的上端固定在轴承的内圈上，所述的大带轮固定安装于凸轮杆ⅰ的上端上，所述的小带轮和大带轮之间通过皮带连接；所述的皮带箱将花键轴ⅱ、小带轮、大带轮、皮带整体套住，皮带箱的一侧的底面与支撑台的末端固定连接，皮带箱该处的底面上设有轴孔ⅱ，凸轮杆ⅰ穿过轴孔ⅰ和轴孔ⅱ向下延伸，靠近任一组凸轮杆ⅱ，凸轮杆ⅰ能够相对于轴孔ⅱ转动；所述的皮带箱的顶板上位于小带轮轴线处设有轴孔ⅲ，所述的连接轴穿过轴孔ⅲ分别与皮带箱内的花键轴ⅱ和皮带箱外的花键轴ⅰ连接，连接轴能够相对于轴孔ⅲ转动；所述的轴孔ⅲ的内径等于或略大于连接轴的外径，轴孔ⅲ的内径小于花键轴ⅰ、花键轴ⅱ的外径。

进一步，还包括连杆，所述的连杆的两端分别设有轴套，所述的两组凸轮杆ⅱ的中部上分别设有对应轴套的环槽，连杆两端的轴套分别套装在这两个环槽上，两组凸轮杆ⅱ能相对于套接其上的轴套转动。

本发明的移动式除草机器人，应用了上述的花草修剪装置，还包括履带行走机构，所述的履带行走机构包括车架和履带，所述的履带上间隔均匀设置多个长条孔；所述的花草修剪装置整体置于履带行走机构内；所述的安装台设于车架的中部，伸缩杆向下延伸至靠近底部履带的上表面处。

所述的履带行走机构还包括驱动机构ⅱ、传动机构ⅱ、支撑杆ⅰ、支撑杆ⅱ、支撑杆ⅲ、驱动桥、动力轮、辅助轮ⅰ、辅助轮ⅱ；

所述的车架为倒置的梯形框体，所述的车架的上部四个角处设置有支撑杆ⅰ；

所述的车架前侧的两个支撑杆ⅰ平行，倾斜向前上方延伸，车架后侧的两个支撑杆ⅰ平行，倾斜向后上方延伸；这四组支撑杆ⅰ的末端上分别设有辅助轮轴ⅰ，所述的辅助轮轴ⅰ上分别安装辅助轮ⅰ，所述的辅助轮ⅰ能够相对于辅助轮轴ⅰ转动；

所述的车架的下部后侧的两个角处设置有支撑杆ⅱ，两个支撑杆ⅱ平行，倾斜向后下方延伸；两个支撑杆ⅱ的末端上分别设有辅助轮轴ⅱ，所述的辅助轮轴ⅱ上分别安装辅助轮ⅱ，所述的辅助轮ⅱ能够相对于辅助轮轴ⅱ转动；

所述的车架的下部后侧的两个角处设置有支撑杆ⅲ，两个支撑杆ⅲ平行，倾斜向后下方延伸；所述的驱动桥的两侧分别固定安装在两个支撑杆ⅲ的末端上，驱动桥的两端上分别安装动力轮；

所述的支撑杆ⅰ在水平面投影的长度大于支撑杆ⅱ在水平面投影的长度；支撑杆ⅰ在水平面投影的长度大于支撑杆ⅲ在水平面投影的长度；

所述的履带安装于动力轮、辅助轮ⅰ、辅助轮ⅱ上，所述的驱动机构ⅱ安装于安装台上，经过传动机构ⅱ传动至驱动桥，驱动驱动桥进而带动动力轮转动。

进一步，所述的驱动机构ⅱ为电机。

进一步，所述的传动机构ⅱ包括传动轴ⅱ、盘型齿轮，所述的传动轴ⅱ的上端与电机连接；所述的驱动桥包括主减速器，所述的主减速器上设有锥型齿轮，所述的传动轴ⅱ的下端通过盘型齿轮与驱动桥的锥型啮合，将电机的动力传递至驱动桥，进而带动动力轮转动，动力轮、辅助轮ⅰ、辅助轮ⅱ带动履带运动。

本发明的工作过程为：

发动机提供动力传至配速箱，配速箱把动力传至传动轴ⅱ，当传动轴ⅱ做圆周运动时，与传动轴ⅱ固定连接的小带轮带动皮带运动，皮带带动大带轮做圆周运动，大带轮带动凸轮杆ⅰ转动，当凸轮杆ⅰ圆周运动时，驱动凸轮杆ⅱ在滑槽ⅰ内做往返直线运动，同时凸轮杆ⅲ受到驱动，在滑槽ⅱ内滑动，槽体ⅰ和槽体ⅱ受到推力，沿安装台的左右方向做往返直线运动，从而使得上锯片和下锯片做交错往复直线运动，将剪断经过长条口伸出的草丛剪断；

发动机提供动力传至配速箱，配速箱经过传动轴ⅰ把动力传至驱动桥，驱动桥与传动轴ⅰ经斜齿轮斜齿盘连接，驱动桥将动力传至动力轮，带动动力轮做圆周运动，动力轮与履带经链轮啮合，带动履带运动，实现了机器的行走功能；机器行走时，草丛经过长条口向上伸出一定高度，以便进行修剪。

本发明的花草修剪装置，加上履带行走机构，能够与现有的移动机器人控制系统结合，制成能够自动移动的除草机器人。

本发明的有益效果为：

本发明通过合理设计，通过发动机分别驱动行走机构运转以及修剪装置的修剪作业，结构紧凑，操作方便；采用履带式移动方式，能适应更复杂的地形，履带中间镂空，减轻重量的同时能够让草探进去从而进行修剪；驱动机构ⅰ、传动机构ⅰ、传动机构、修剪机构设于履带内部，能够实现精度高修剪的同时，极大程度的节省了空间，使得整个机器更加小巧，携带方便；伸缩机构的设置使得操作人员能够根据需要设定对应长度，修剪出不同高度的草坪；皮带箱与花键结构之间相互配合，使得整个修剪机构的伸缩升降得以实现；采用凸轮结构来控制上、下锯片的往复运动，保证了修剪作业的连续性，安全高效。连杆和限位杆能够限制凸轮结构在竖直和水平方向上的位移，确保装置的稳定性。

本发明可以调节修剪高度，与现有的移动机器人控制系统配合作为机器人应用，整个修剪过程高度自动化，减轻了工作强度，结构简单，操作方便易行，成本低，实用性强，连续性和稳定性好，安全可靠，尤其适用于对草坪整齐度有一定要求的场景，例如球场，公园等。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明修剪装置的结构示意图；

图3、5是本发明修剪装置的局部放大示意图；

图4是本发明伸缩机构的结构示意图；

图中各序号和名称如下：

1-安装台；2-伸缩杆；3-滑槽底座；4-开口滑槽；5-上锯片；6-下锯片；7-长圆孔槽ⅰ；8-滑块ⅰ；9-长圆孔槽ⅱ；10-滑块ⅱ；11-传动轴ⅰ；12-发动机；13-配速箱；14-小带轮；15-大带轮；16-皮带；17-凸轮杆ⅰ；18-凸轮杆ⅱ；19-凸轮杆ⅲ；20-连接片ⅰ；21-连接片ⅱ；22-槽体ⅰ；23-槽体ⅱ；24-连杆；25-履带；26-动力轮；27-辅助轮ⅰ；28-辅助轮ⅱ；29-传动轴ⅱ；30-长条孔；31-支撑杆ⅰ；32-支撑杆ⅱ；33-支撑杆ⅲ；34-支撑台；35-轴套；36-车架；37-辅助轮轴ⅰ；38-辅助轮轴ⅱ；39-驱动桥；40-滑套ⅰ；41-齿条；42-齿轮；43-传动轴ⅲ；44-滑套ⅱ；45-齿轮壳罩；46-皮带箱；47-花键轴ⅰ；48-花键轴ⅱ；49-连接轴；50-花键轴套。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明的移动式除草机器人，包括安装台1、驱动机构ⅰ、伸缩机构、滑槽底座3、开口滑槽4、传动机构ⅰ、上锯片5、下锯片6，所述的伸缩机构设有两组，伸缩机构的上端与安装台1的左右两侧固定连接，下端竖直向下延伸；每组伸缩机构的下端分别设有一组滑槽底座3，两组滑槽底座3相互对应，每组滑槽底座3上分别设有沿安装台1左右方向的开口滑槽4，所述的开口滑槽4的开口位于两组滑槽底座3相互对应的端面上；

所述的上锯片5沿安装台1左右方向水平设置，上锯片5的两端分别设有槽体ⅰ22，每个槽体ⅰ22的外侧分别设有滑块ⅰ8，两个的滑块ⅰ8分别伸入左右两侧的开口滑槽4中，每个槽体ⅰ22上设有沿前后方向的长圆孔槽ⅰ7；所述的下锯片6沿安装台1左右方向水平设置，下锯片6的两端分别设有槽体ⅱ23，每个槽体ⅱ23的外侧分别设有滑块ⅱ10，两个的滑块ⅱ10分别伸入左右两侧的开口滑槽4中，每个槽体ⅱ23上设有沿前后方向的长圆孔槽ⅱ9；所述的上锯片5位于下锯片6的上方，并且上锯片5的下表面设与下锯片6的上表面之间留有间隙；

所述的长圆孔槽ⅰ7内设有竖直的凸轮杆ⅱ18，凸轮杆ⅱ18能够沿长圆孔槽ⅰ7滑动，凸轮杆ⅱ18的下端伸入上锯片5和下锯片6之间的间隙中；所述的长圆孔槽ⅱ9内设有竖直的凸轮杆ⅲ19，凸轮杆ⅲ19能够沿滑槽ⅱ9滑动，凸轮杆ⅲ19的上端伸入上锯片5和下锯片6之间的间隙中；所述的凸轮杆ⅱ18的下端与凸轮杆ⅲ19的上端之间通过连接片ⅱ21连接，所述的连接片ⅱ21的两端分别与凸轮杆ⅱ18的下端和凸轮杆ⅲ19的上端铰接，连接片ⅱ21的厚度等于或者略小于上锯片5和下锯片6之间的间隙；

所述的驱动机构ⅰ设于安装台1上，驱动机构ⅰ与传动机构ⅰ连接，所述的传动机构ⅰ上设有凸轮杆ⅰ17，所述的凸轮杆ⅰ17的下端竖直向下设置并靠近凸轮杆ⅱ18的上端，凸轮杆ⅰ17的下端与凸轮杆ⅱ18的上端之间通过连接片ⅰ20连接，所述的连接片ⅰ20的两端分别与凸轮杆ⅰ17的下端和凸轮杆ⅱ18的上端铰接。

所述的驱动机构ⅰ包括发动机12、配速箱13，所述的发动机12与配速箱13连接；所述的配速箱13与传动机构ⅰ连接。

所述的伸缩机构包括上滑套ⅰ40、伸缩杆2、齿条41、齿轮42、传动轴ⅲ43、滑套ⅱ44，所述的滑套ⅰ40、滑套ⅱ44沿竖直方向隔设于安装台1的左侧或右侧；所述的伸缩杆2竖直设置，分别穿过滑套ⅰ40、滑套ⅱ44，伸缩杆2的上部的前侧面或后侧面上设有齿条41；

所述的传动轴ⅲ43沿安装台1的左右方向设置，传动轴ⅲ43的一端与配速箱13连接，另一端设有齿轮42，所述的齿条41与齿轮42啮合；所述的发动机12经配速箱13驱动传动轴ⅲ43进而带动齿轮42转动，驱动齿条41沿滑套ⅰ40、滑套ⅱ44升降；所述的滑槽底座3安装于伸缩杆2的下端上。

还包括齿轮壳罩45，所述的齿轮壳罩45罩设在齿轮42之外。

所述的传动机构ⅰ包括传动轴ⅰ11、小带轮14、大带轮15、皮带16、皮带箱46、花键轴ⅰ、花键轴ⅱ、连接轴、花键套筒50；所述的传动轴ⅰ11的上端与配速箱13连接，传动轴ⅰ11的下端固定设有花键套筒50，所述的花键轴ⅰ47的上端设于花键套筒50内，能够沿花键套筒50在竖直方向上滑动，所述的连接轴49的上端与花键轴ⅰ47固定连接，下端与花键轴ⅱ48固定连接，所述的花键轴ⅱ48的下端上固定安装小带轮14；所述的任一伸缩杆2上设有支撑台34，所述的支撑台34沿安装台1左右方向向内侧延伸，其末端上设有轴孔i，所述的支撑台34的末端设有轴承，所述的轴承的外圈与支撑台34固定连接，所述的凸轮杆ⅰ17的上端固定在轴承的内圈上，所述的大带轮15固定安装于凸轮杆ⅰ17的上端上，所述的小带轮14和大带轮15之间通过皮带16连接；所述的皮带箱46将花键轴ⅱ48、小带轮14、大带轮15、皮带16整体套住，皮带箱46的一侧的底面与支撑台34的末端固定连接，皮带箱46该处的底面上设有轴孔ⅱ，凸轮杆ⅰ17穿过轴孔i和轴孔ⅱ向下延伸，靠近任一组凸轮杆ⅱ18，凸轮杆ⅰ17能够相对于轴孔ⅱ转动；所述的皮带箱46的顶板上位于小带轮14轴线处设有轴孔ⅲ，所述的连接轴49穿过轴孔ⅲ分别与皮带箱46内的花键轴ⅱ48和皮带箱46外的花键轴ⅰ47连接，连接轴49能够相对于轴孔ⅲ转动；所述的轴孔ⅲ的内径等于或略大于连接轴49的外径，轴孔ⅲ的内径小于花键轴ⅰ47、花键轴ⅱ48的外径。

还包括连杆24，所述的连杆24的两端分别设有轴套，所述的两组凸轮杆ⅱ的中部上分别设有对应轴套的环槽，连杆两端的轴套分别套装在这两个环槽上，两组凸轮杆ⅱ18能相对于套接其上的轴套转动。

本发明的移动式除草机器人，应用了上述的花草修剪装置，还包括履带行走机构，所述的履带行走机构包括车架36和履带25，所述的履带25上间隔均匀设置多个长条孔30；所述的花草修剪装置整体置于履带行走机构内；所述的安装台1设于车架36的中部，伸缩杆2向下延伸至靠近底部履带25的上表面处。

所述的履带行走机构还包括驱动机构ⅱ、传动机构ⅱ、支撑杆ⅰ31、支撑杆ⅱ32、支撑杆ⅲ33、驱动桥39、动力轮26、辅助轮ⅰ27、辅助轮ⅱ28；

所述的车架36为倒置的梯形框体，所述的车架36的上部四个角处设置有支撑杆ⅰ31；

所述的车架36前侧的两个支撑杆ⅰ31平行，倾斜向前上方延伸，车架36后侧的两个支撑杆ⅰ31平行，倾斜向后上方延伸；这四组支撑杆ⅰ31的末端上分别设有辅助轮轴ⅰ37，所述的辅助轮轴ⅰ37上分别安装辅助轮ⅰ27，所述的辅助轮ⅰ27能够相对于辅助轮轴ⅰ37转动；

所述的车架36的下部后侧的两个角处设置有支撑杆ⅱ32，两个支撑杆ⅱ32平行，倾斜向后下方延伸；两个支撑杆ⅱ32的末端上分别设有辅助轮轴ⅱ38，所述的辅助轮轴ⅱ38上分别安装辅助轮ⅱ28，所述的辅助轮ⅱ28能够相对于辅助轮轴ⅱ38转动；

所述的车架36的下部前侧的两个角处设置有支撑杆ⅲ33，两个支撑杆ⅲ33平行，倾斜向前下方延伸；所述的驱动桥39的两侧分别固定安装在两个支撑杆ⅲ33的末端上，驱动桥39的两端上分别安装动力轮26；

所述的支撑杆ⅰ31在水平面投影的长度大于支撑杆ⅱ32在水平面投影的长度；支撑杆ⅰ31在水平面投影的长度大于支撑杆ⅲ32在水平面投影的长度；

所述的履带25安装于动力轮26、辅助轮ⅰ27、辅助轮ⅱ28上，所述的驱动机构ⅱ安装于安装台1上，经过传动机构ⅱ传动至驱动桥39，驱动驱动桥39进而带动动力轮26转动。

所述的传动机构ⅱ包括传动轴ⅱ29、盘型齿轮，所述的传动轴ⅱ29的上端与电机连接；所述的驱动桥39包括主减速器，所述的主减速器上设有锥型齿轮，所述的传动轴ⅱ29的下端通过盘型齿轮与驱动桥39的锥型啮合，将电机的动力传递至驱动桥39，进而带动动力轮26转动，动力轮26、辅助轮ⅰ27、辅助轮ⅱ28带动履带25运动。

本发明的工作过程如下：

发动机12提供动力传至配速箱13，配速箱13把动力传至传动轴ⅰ11，当传动轴ⅰ11做圆周运动时，与传动轴ⅰ11固定连接的小带轮14带动皮带16运动，皮带16带动大带轮15做圆周运动，大带轮15带动凸轮杆ⅰ17转动，当凸轮杆ⅰ17圆周运动时，驱动凸轮杆ⅱ18在滑槽ⅰ7内做往返直线运动，同时凸轮杆ⅲ21受到驱动，在滑槽ⅱ9内滑动，槽体ⅰ22和槽体ⅱ22受到推力，沿安装台1左右方向做往返直线运动，从而使得上锯片5和下锯片6做交错往复直线运动，将剪断经过长条孔30伸出的草丛剪断；

发动机12提供动力传至配速箱13，配速箱13经过传动轴ⅱ29把动力传至驱动桥33，驱动桥39与传动轴ⅰ11经斜齿轮斜齿盘连接，驱动桥39将动力传至动力轮26，带动动力轮26做圆周运动，动力轮26与履带25经链轮啮合，带动履25带运动，实现了机器的行走功能；机器行走时，草丛经过长条孔30向上伸出一定高度，以便进行修剪。