一种沿路边护栏行走的边坡修复栽种机

1.本发明涉及栽种机技术领域，具体涉及一种沿路边护栏行走的边坡修复栽种机。


背景技术：

2.我国高速、国道、省道、乡道等公路里程每年都呈高速增长态势，截止2019年底，我国仅高速公路通车里程就达到了49571公里。但是每年因边坡坍塌、山体滑坡等各种原因，都会导致公路出现交通拥堵现象，同时后续边坡的修复也常常需要大量的人力物力投入，一方面是修复效率低，人力物力成本较高，另一方面是边坡需要修复的路段往往是比较险峻的地方，通过人工去修复时，存在一定的安全隐患。
3.为此，中国专利文献cn104145779a，提供了一款种树机器人，包括机体，机体内设有控制器、储水箱、农药储存箱、化肥储存箱、若干个液压泵和若干个电机，机体两侧设有履带轮且机体两侧设有各活动连接有两个爬行脚，机体的一侧固连有连杆，连杆上活动连接有机械臂，机械臂远离机体的一端固连有铁锹，固连有铁锹的机械臂的端部上设有喷液口，机体朝向机械臂的侧壁活动连接有机械手、该侧壁上还设有化肥喷管，机械手位于铁锹的旁侧，机体靠近连杆固连有摄像头。本发明采用了这种结构后，通过摄像头确定机器人所在位置，通过机械手将待种植的树木的幼苗握持，控制机械臂运动使得铁锹挖出坑后将幼苗放入、根据需要施肥后覆土或直接覆土，提高了工作效率、降低了劳动强度。
4.但是，该技术方案在进行边坡修复时，不可避免地需要占用车道，且对土质具有一定要求。在边坡修复时，种植树木需要一定的时间，对于单车道、两车道公路或者车辆较多的公路而言，修复期间不可避免地会造成交通堵塞的情况，并且极易造成交通事故；该机器是使用铁锹进行挖孔，对于土质较为硬的，使用铁锹难以挖孔，对于比较陡的边坡，还会造成边坡土壤的进一步流失。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种边坡修复时不占公路或少占公路，避免因机器在进行边坡修复时因占用车道而造成的交通堵塞或交通事故的边坡修复栽种机。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种沿路边护栏行走的边坡修复栽种机，包括：机体，所述机体上方设有抓取机构，所述机体前侧下方设有输苗机构，所述输苗机构下侧设有钻孔机构和培土机构，所述机体后侧设有储苗机构，所述机体后侧下方设有可沿路边护栏行走的行走机构。
7.使用时，将该边坡修复栽种机的行走机构配合安装在路边护栏上，使得边坡修复栽种机可以沿着路边护栏行走，当边坡修复栽种机行走到需要栽种树苗的边坡时，停止行走，控制钻孔机构在边坡上钻一个用于种植树苗的土坑，然后移动输苗机构，使其对准土坑，然后控制抓取机构在储苗机构内抓取一棵树苗，并将树苗放入输苗机构上方，使树苗沿输苗机构落入到土坑中，再根据需要进行施肥浇水，然后利用培土机构进行培土，或者直接
利用培土机构进行培土，完成树苗的种植，然后通过行走机构移动到下一位置，重复上述动作，完成对边坡的修复。由于该边坡修复栽种机是利用路边护栏作为行走及支撑，所以其需要占用公路的面积极小，加上公路本身设置有余量，边坡修复栽种机工作过程中几乎不影响公路上车辆的运行，避免了因机器在进行边坡修复时因占用车道而造成的交通堵塞或交通事故。
8.优选地，所述行走机构包括有：
9.圆柱滚轮，所述圆柱滚轮可转动地安装在所述机体上；
10.轨道轮，所述轨道轮可转动地安装在所述机体上；
11.主动轮，所述主动轮位于圆柱滚轮下侧，所述主动轮后侧连接有驱动电机，所述主动轮和所述驱动电机安装在机体上；
12.从动轮，所述从动轮位于所述主动轮下方且轴心平行，所述从动轮可转动地安装在机体上。
13.通过圆柱滚轮、轨道轮、主动轮和从动轮的配合定位，可以牢牢地将边坡修复栽种机安装在路边护栏上，并且在主动轮转动时，使得边坡修复栽种机沿着路边护栏移动；
14.所述圆柱滚轮通过圆柱滚轮连接件可转动地安装在所述机体上；
15.所述轨道轮通过轨道轮上连接件和轨道轮下连接件可转动地安装在所述机体上，所述圆柱滚轮与所述轨道轮的轴心垂直；
16.所述主动轮和所述驱动电机安装在l型三角铝支架上，所述l型三角铝支架通过主动轮连接件安装在机体上，所述主动轮与所述圆柱滚轮的轴心平行；
17.所述从动轮通过l型三角铝支架可转动地安装在机体上。
18.优选地，所述抓取机构包括：
19.安装在所述机体上的底板、安装在所述底板上可转动的云盘、安装在所述云盘上的一号舵机、安装在所述一号舵机上端的机械下臂、安装在所述机械下臂另一端的二号舵机、安装在所述二号舵机一端的机械上臂、安装在所述机械上臂一端的三号舵机、安装在所述三号舵机一端的u型支架、安装在所述u型支架上的机械爪外壳、安装在所述机械爪外壳上的机械爪和四号舵机，所述四号舵机驱动所述机械爪的开合。
20.优选地，所述输苗机构包括：
21.安装在机体上的单轴移动机构、安装在所述单轴移动机构内往下方延伸的空心pvc管、设置在所述pvc管一侧的齿条、与所述齿条啮合的齿轮、连接并驱动所述齿轮的电机和固定连接于所述单轴移动机构下方的限位盘，所述电机固定设置在所述单轴移动机构上；
22.其中，所述单轴移动机构上包括有控制单轴移动机构移动的第一步进电机、所述第一步进电机输出轴上安装有同步轮、所述机体上安装有轴承固定支架、所述轴承固定支架之间设置有光轴导轨、所述光轴导轨上滑动设置有滑杆轴承座、所述同步轮对应的另一侧设有同步轮连接件。
23.在第一步进电机、同步轮和同步轮连接件的配合作用下，滑杆轴承座可以沿着光轴导轨滑动指定距离，从而使得滑杆轴承座带动pvc管、电机、齿轮、齿条和限位盘移动指定距离，通过电机、齿轮和齿条的配合，可以控制培土机构的高度。
24.优选地，所述钻孔机构包括：
25.直流推杆电机连接件，所述直流推杆电机连接件安装在所述限位盘上；
26.直流推杆电机，所述直流推杆电机安装在所述直流推杆电机连接件上；
27.直流电机连接件，所述直流电机连接件安装在所述直流推杆电机的推杆上，并随着推杆运动；
28.直流电机，所述直流电机安装在所述直流电机连接件上；
29.钻头，所述钻头设置在所述直流电机输出轴上。
30.钻头用于在边坡上挖坑种树苗，通过直流推杆电机控制挖坑的深度，通过行走机构及单轴移动机构控制挖坑的位置。
31.优选地，所述培土机构包括：
32.设置于所述pvc管上的第二步进电机、安装于所述第二步进电机输出轴上的丝杆、与所述丝杆螺纹配合并套设在所述pvc管外的升降圆环、铰接于所述连杆外侧的连杆、铰接于所述连杆另一端的培土叶片和固定设置于所述pvc管外且与所述培土叶片铰接的固定圆环。
33.通过第二步进电机控制丝杆正/反转，从而控制与丝杆螺纹配合的升降圆环沿着pvc管上下移动，进而带动连杆上/下移动，在固定圆环的配合下，实现培土叶片的打开/合拢，从而实现培土操作。
34.优选地，所述固定圆环外侧设有喷头，所述机体后侧还设有储液箱，所述喷头与所述储液箱通过水泵和软管密封联通，所述水泵可将所述储液箱内液体经过所述软管再由喷头喷出。储液箱中可以盛装纯水，也可以盛装液体肥或者液体农药，有利于树苗的生长。
35.优选地，所述机体后侧还设有控制机构，所述控制机构与所述行走机构、抓取机构、输苗机构、钻孔机构、喷头、培土机构以及储苗机构电性连接。
36.优选地，所述机体由铝型材拼接而成，拼接处利用角码连接固定。在保证机体足够稳定的同时，降低装置整体的质量，从而减轻边坡修复栽种机对路边护栏的作用力。
37.将储苗机构、控制机构和储液箱等设置在机体后侧，能够一定程度上平衡输苗机构、钻孔机构和培土机构的重量，有利于改善路边护栏的受力情况，避免路边护栏受力不均而变形。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
39.1、由于该边坡修复栽种机是利用路边护栏作为行走及支撑，所以其需要占用公路的面积极小，加上公路本身设置有余量，边坡修复栽种机工作过程中几乎不影响公路上车辆的运行，避免了因机器在进行边坡修复时因占用车道而造成的交通堵塞或交通事故。
40.2、本发明利用钻头进行挖孔，能够适应各种土壤环境，在比较陡的边坡上工作时，造成的边坡土壤流失要远低于采用铁锹挖孔的形式。
41.3、通过直流推杆电机控制挖坑的深度，通过行走机构及单轴移动机构控制挖坑的位置，从而能够很好的适应各种不同坡度及形态的边坡。
42.4、储液箱中可以盛装纯水，也可以盛装液体肥或者液体农药，从而可以根据树苗种类及土壤质量，在种植时根据情况进行浇水、施肥或杀虫等操作。
43.5、机体由质量较轻的铝型材拼接而成，能够有效降低边坡修复栽种机的总体质量；并且将储苗机构、控制机构和储液箱等与输苗机构、钻孔机构和培土机构等设置在行走机构两侧，有利于改善路边护栏的受力情况，从而避免路边护栏应受力过大或者受力不均
而发生形变，保证边坡修复栽种机能够在路边护栏上稳定的工作及行走。
附图说明
44.为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例中边坡修复栽种机整体立体结构示意图；
46.图2为本发明图1中a处的局部放大图；
47.图3为本发明实施例中边坡修复栽种机整体另一视角立体结构示意图；
48.图4为本发明图3中b处的局部放大图；
49.图5为本发明图3中c处的局部放大图；
50.图6为本发明实施例中输苗机构、钻孔机构和培土机构的立体结构示意图；
51.图7为本发明实施例中钻孔机构的立体结构示意图；
52.图8为本发明实施例中抓取机构的立体结构示意图；
53.图9为本发明实施例中单轴移动机构的立体结构示意图；
54.图10为本发明实施例中行走机构的立体结构示意图；
55.图11为本发明实施例中边坡修复栽种机工作时的立体示意图；
56.图12为本发明图11中d处的局部放大图；
57.图13为本发明实施例中边坡修复栽种机工作时另一视角的立体示意图；
58.图14为本发明图13中e处的局部放大图。
59.附图中的标记为：1-机体，11-控制机构，12-角码，13-储液箱，2-行走机构，21-圆柱滚轮，211-圆柱滚轮连接件，22-轨道轮，221-轨道轮上连接件， 222-轨道轮下连接件，23-主动轮，231-l型三角铝支架，232-主动轮连接件， 233-驱动电机，24-从动轮，3-抓取机构，32-底板，33-云盘，34-一号舵机，35-机械下臂，36-二号舵机，37-机械上臂，38-三号舵机，39-机械爪，391-四号舵机，392-机械爪外壳，393-u型支架，4-输苗机构，41-pvc管，42-电机， 43-齿轮，44-齿条，45-限位盘，46-单轴移动机构，461-第一步进电机，462
‑ꢀ
同步轮，463-轴承固定支架，464-光轴导轨，465-滑杆轴承座，466-同步轮连接件，5-钻孔机构，51-直流推杆电机连接件，52-直流推杆电机，53-直流电机， 54-直流电机连接件，55-钻头，6-喷头，7-培土机构，71-第二步进电机，72
‑ꢀ
丝杆，73-升降圆环，74-连杆，75-培土叶片，76-固定圆环，8-储苗机构，9
‑ꢀ
路面，91-路边护栏，911-第二波峰，912-护栏上边缘，92-边坡。
具体实施方式
60.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的样式。
61.为了更好的说明本发明边坡修复栽种机的运行原理，在本具体实施方式中，模拟在公路侧边常用的三波波形护栏上运动并修复护栏外边坡的情况，实际使用中，不限制护栏的形态。
62.该沿路边护栏行走的边坡修复栽种机的构成如图1、图3、图11和图13所示，包括：机体1，所述机体1上方设有抓取机构3，所述机体1前侧下方设有输苗机构4，所述输苗机构4下侧设有钻孔机构5和培土机构7，所述机体1后侧设有储苗机构8，所述机体1后侧下方设有可沿路边护栏91行走的行走机构 2；
63.其中，行走机构2如图5和图10所示，包括有：
64.圆柱滚轮21，所述圆柱滚轮21可转动地安装在所述机体1上；
65.轨道轮22，所述轨道轮22可转动地安装在所述机体1上；
66.主动轮23，所述主动轮23位于圆柱滚轮21下侧，所述主动轮23后侧连接有驱动电机233，所述主动轮23和所述驱动电机233安装在机体1上；
67.从动轮24，所述从动轮24位于所述主动轮23下方且轴心平行，所述从动轮24可转动地安装在机体1上；
68.所述圆柱滚轮21通过圆柱滚轮连接件211可转动地安装在所述机体1上；
69.所述轨道轮22通过轨道轮上连接件221和轨道轮下连接件222可转动地安装在所述机体1上，所述圆柱滚轮21与所述轨道轮22的轴心垂直；
70.所述主动轮23和所述驱动电机233安装在l型三角铝支架231上，所述l 型三角铝支架231通过主动轮连接件232安装在机体1上，所述主动轮23与所述圆柱滚轮21的轴心平行；
71.所述从动轮24通过l型三角铝支架231可转动地安装在机体1上；
72.抓取机构3如图8所示，包括：
73.安装在所述机体1上的底板32、安装在所述底板32上可转动的云盘33、安装在所述云盘33上的一号舵机34、安装在所述一号舵机34上端的机械下臂 35、安装在所述机械下臂35另一端的二号舵机36、安装在所述二号舵机36一端的机械上臂37、安装在所述机械上臂37一端的三号舵机38、安装在所述三号舵机38一端的u型支架393、安装在所述u型支架393上的机械爪外壳392、安装在所述机械爪外壳392上的机械爪39和四号舵机391，所述四号舵机391 驱动所述机械爪39的开合；
74.所述输苗机构4如图4和图6所示，包括：
75.安装在机体1上的单轴移动机构46、安装在所述单轴移动机构46内往下方延伸的空心pvc管41、设置在所述pvc管41一侧的齿条44、与所述齿条44啮合的齿轮43、连接并驱动所述齿轮43的电机42和固定连接于所述单轴移动机构46下方的限位盘45，所述电机42固定设置在所述单轴移动机构46上；
76.如图9所示，其中，所述单轴移动机构46上包括有控制单轴移动机构46 移动的第一步进电机461、所述第一步进电机461输出轴上安装有同步轮462、所述机体1上安装有轴承固定支架463、所述轴承固定支架463之间设置有光轴导轨464、所述光轴导轨464上滑动设置有滑杆轴承座465、所述同步轮462对应的另一侧设有同步轮连接件466；
77.所述钻孔机构5如图6和图7所示，包括：
78.直流推杆电机连接件51，所述直流推杆电机连接件51安装在所述限位盘 45上；
79.直流推杆电机52，所述直流推杆电机52安装在所述直流推杆电机连接件51上；
80.直流电机连接件54，所述直流电机连接件54安装在所述直流推杆电机52 的推杆上，并随着推杆运动；
81.直流电机53，所述直流电机53安装在所述直流电机连接件54上；
82.钻头55，所述钻头55设置在所述直流电机53输出轴上。
83.所述培土机构7如图2和图6所示，包括：
84.设置于所述pvc管41上的第二步进电机71、安装于所述第二步进电机71 输出轴上的丝杆72、与所述丝杆72螺纹配合并套设在所述pvc管41外的升降圆环73、铰接于所述连杆74外侧的连杆74、铰接于所述连杆74另一端的培土叶片75和固定设置于所述pvc管41外且与所述培土叶片75铰接的固定圆环76；
85.如图1和图6所示，所述固定圆环76外侧设有喷头6，所述机体1后侧还设有储液箱13，所述喷头6与所述储液箱13通过水泵和软管密封联通，所述水泵可将所述储液箱13内液体经过所述软管再由喷头6喷出；由于水泵及软管为常用结构，且形状类型多样，故在图中并未画出；
86.如图1和图3所示，所述机体1后侧还设有控制机构11，所述控制机构11 与所述行走机构2、抓取机构3、输苗机构4、钻孔机构5、喷头6、培土机构7 以及储苗机构8电性连接；
87.所述机体1由铝型材拼接而成，拼接处利用角码12连接固定。
88.如图11和图13所示，当需要对边坡92进行植苗修复时，将如上边坡修复栽种机安装在路面9侧边的路边护栏91上，具体安装示意如图12和图14所示，使得主动轮23和从动轮24卡住路边护栏91的第二波峰911，并使得圆柱滚轮 21和轨道轮22卡住护栏上边缘912，从而使得该边坡修复栽种机可以在路边护栏91上稳定工作和行走；此处，通过圆柱滚轮21、轨道轮22、主动轮23和从动轮24的配合定位，可以牢牢地将边坡修复栽种机安装在路边护栏91上，并且在主动轮23转动时，使得边坡修复栽种机沿着路边护栏91移动。
89.然后通过控制机构11控制驱动电机233启停，使得该边坡修复栽种机沿着路边护栏91移动到指定位置，然后通过控制机构11控制直流推杆电机52和直流电机53，从而在边坡92上打出用于种植树苗的坑，在通过控制机构11控制第一步进电机461，使得pvc管41移动到坑的正上方，再利用控制机构11控制电机42调整好培土机构7的高度，然后利用控制机构11控制抓取机构3的云盘33、一号舵机34、二号舵机36、三号舵机38和四号舵机391，使得抓取机构3从储苗机构8内抓取一棵树苗，并将树苗送入pvc管41内后松开，树苗在重力作用下沿pvc管41落入到坑中，然后利用控制机构11控制水泵，从而利用喷头6对树苗根部周边进行浇水或浇液体化肥，最后利用控制机构11控制第二步进电机71旋转，带动丝杆72旋转，从而控制与丝杆72螺纹配合的升降圆环73沿着pvc管41向下移动，进而带动连杆74向下移动，在固定圆环76的配合下，使得培土叶片75的合拢，在培土叶片75合拢过程中，即可将树苗根部周边的泥土向中间培拢，实现培土操作，从而在边坡92上种植树苗，实现边坡92修复操作。
90.由于该边坡修复栽种机是利用路边护栏91作为行走及支撑，所以其需要占用公路的面积极小，加上公路本身设置有余量，边坡修复栽种机工作过程中几乎不影响公路上车辆的运行，避免了因机器在进行边坡修复时因占用车道而造成的交通堵塞或交通事故。
91.以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而
不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
92.此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。