一种自动树木涂刷装置及方法与流程

本发明属于园林领域，具体涉及一种自动树木涂刷装置及方法。

背景技术：

树木刷涂石灰对于树木有着重要意义，不仅可以减少病虫害的发生，对树木具有保护作用，而且十分美观，有一个很好的视觉效果。传统刷树采取人工拿刷子刷树方式，不仅劳动强度大，而且效率低，实际刷树工作中迫切需求用机器来代替人工刷子刷树。自动刷树机装置能实现树木自动刷涂，降低了工人劳动强度，并提高了刷树效率。

目前，国内树木涂刷主要采用人工方式，尚未有大规模投入生产的树机刷白装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种自动树木涂刷装置及方法，结构简单、易于操作、喷涂效率好、安全性高等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自动树木涂刷装置，包括机架组件、喷头移动组件、上下移动组件、喷料组件和控制组件：

所述上下移动组件安装在所述机架组件上，包括同步带；

所述喷头移动组件安装在所述上下移动组件上，能够跟随同步带的传动进行上下移动，并能够张开和闭合；

所述喷料组件安装在所述机架组件上；

所述控制组件控制同步带的速度以及喷料组件的压力。

所述机架组件包括底盘、四根立柱和上梁；所述四根立柱平行设置，下端均固定安装在所述底盘上，四根立柱的上方通过上梁连接形成长方形结构。

所述底盘由960mm*950mm*8mm铝合金板材通过切割打孔加工而成，在所述底盘上设置有限位开关；四根立柱包括两根长1500mm的长立柱和两根长1200mm的短立柱，均为3030铝型材，四根立柱通过铝型材连接件和螺栓安装于底盘上方；上梁包括两根长360mm的横梁和两根长546mm的竖梁，所述两根横梁分别用于连接两个短立柱的上端和两个长立柱的上端，两个竖梁分别用于一端连接短立柱的上端，另一端连接长立柱，所述横梁和竖梁均与水平面平行。

优选地，所述上下移动组件包括：上支架、纵向直线光轴和横向直线光轴；

所述上支架包括左臂、中臂和右臂，所述中臂与长立柱上端的横梁固定连接，所述左臂的一端为自由端，另一端与中臂的一端固定连接，所述右臂的一端为自由端，另一端与中臂的另一端固定连接，所述左臂与中臂、右臂与中臂之间的夹角均大于等于120度；

所述纵向直线光轴包括四根平行设置的直线光轴，每根纵向直线光轴的上端均与上支架连接，下端均与底盘连接；第一根纵向直线光轴的上端与左臂的自由端连接，第二根纵向直线光轴的上端和左臂与中臂连接处连接，第三根纵向直线光轴的上端和右臂与中臂连接处连接，第四根纵向直线光轴与右臂的自由端连接；

在所述上支架的下方设置有上横向直线光轴，所述上横向直线与中臂平行；

在所述底盘的上方设置有下横向直线光轴，上横向直线光轴和下横向直线光轴平行，且分别通过两端的卧式轴承及轴承座安装在长立柱上；

在所述上横向直线光轴上分别安装有两个同步带轮，在下横向直线光轴上与上横向直线光轴上的两个同步带轮对应位置处设置有两个同步带轮，每一对上、下带轮之间通过同步带连接，在每根同步带上安装有固定夹；在下横向直线光轴上设置有传动带轮；

在所述底盘上安装有直流减速电机，其输出轴通过同步带与所述传动带轮连接；

直流减速电机通过传动带轮带动下横向直线光轴旋转，进而带动下横向直线光轴上的两个同步带轮旋转，再分别通过两个同步带带动上横向直线光轴上的同步带轮旋转，进而带动上横向直线光轴旋转；

在每根所述纵向直线光轴上均设置有滑块。

优选地，所述喷头移动组件包括移动部分和支架体，两者通过四对直角连接件连接；所述移动部分通过所述固定夹与所述同步带连接，并与纵向直线光轴上的滑块连接，能够随同步带进行上下移动；在所述移动部分上安装有摄像头；

所述支架体包括第一支架、第二支架和第三支架，所述第一支架包括固定连接的一个长边和一个短边，所述第二支架包括一个长边，所述第三支架包括一个长边和分别固定连接在长边两端的短边，所述第一支架的长边的另一端通过铰链与第三支架的一个短边的另一端连接，所述第三支架的另一个短边的另一端通过铰链与第二支架的长边的一端连接，所述第二支架的长边的另一端与第一支架的短边的另一端靠近；所述第一支架、第二支架和第三支架围合形成一个能够打开或闭合的六边形框架，三个短边的长度相等，三个长边的长度相等，长边的长度大于短边的长度；

在两个铰链连接处，安装有电机固定座、齿轮固定夹、扇形齿轮、减速直流电机，所述电机固定座安装在长边上，所述齿轮固定夹安装在短边上，所述扇形齿轮安装在长边和短边之间，在所述电机固定座上安装有减速直流电机，其输出轴连接与所述扇形齿轮配合的传动齿轮，实现支架体的打开和闭合；所述减速直流电机由控制组件进行控制。

在三个所述短边上分别安装有滑轨固定座和固定滑轨，所述滑轨固定座与短边固定连接，在滑轨固定座的下方安装所述固定滑轨，在所述固定滑轨的下方设置有滑台，所述滑台能够沿与短边垂直的直线进行往复移动，在所述滑台的上端面设有燕尾槽，所述固定滑轨通过其下方的梯形导轨安装在所述燕尾槽中；闭合时，相邻两个滑台之间的夹角为120度；

在所述滑台上方的另一端依次设置有超声波传感器座和万向轮座，在所述超声波传感器座上设置有超声波传感器，在所述万向轮座上设置有万向轮，闭合时，万向轮与树木接触；在所述超声波传感器座与滑轨固定座之间安装有与滑台平行的直线光轴，该直线光轴的一端与超声波传感器座固定连接，另一端穿过所述滑轨固定座，并能够相对滑轨固定座移动，在所述超声波传感器座与滑轨固定座之间的直线光轴上套装有弹簧；

在所述滑台的下端面上设有齿条，在滑台下端设有移动喷头座，移动喷头座的上方与所述滑台滑动连接，能够沿滑台进行移动，在所述移动喷头座上安装有减速直流电机，该减速直流电机的输出轴与一齿轮连接，该齿轮与所述滑台上的齿条配合，该减速直流电机带动齿轮旋转，通过齿轮与齿条的配合带动移动喷头座沿滑台移动。

所述喷料组件包括原料桶，气泵和扇形水雾喷头；所述扇形水雾喷头安装在所述移动喷头座的下方；

所述原料桶和气泵分别固定在底盘上，在所述原料桶上设置有加压口、出料口和加料口；所述气泵与原料桶的加压口连接，所述原料桶的出料口通过管路与所述扇形水雾喷头连接。

优选地，所述自动树木涂刷装置进一步包括装置移动组件，其包括后轮驱动机构和转向机构；

所述后轮驱动机构包括大扭矩直流减速电机、传动齿轮、后轮轴和后轮；所述大扭矩直流减速电机的输出轴与传动齿轮配合，传动齿轮与后轮轴固定连接，在后轮轴的两端连接有后轮；所述大扭矩直流减速电机通过传动齿轮带动后轮轴转动，进而带动后轮转动；在所述后轮轴上安装有两个轴承，与两个轴承配合的轴承座与所述底盘固定连接，

所述转向机构包括轮子、转向连动杆、曲柄摇杆机构和转向步进电机；所述转向连动杆包括一个横杆和两个纵杆，所述横杆的中部与曲柄摇杆机构的活动部分连接，横杆的两端分别与一个纵杆活动连接；两个纵杆的另一端分别与一个轮子连接；所述曲柄摇杆机构与所述转向步进电机连接。

所述控制组件包括控制面板和中央控制芯片；所述控制面板用于设置喷头移动组件、上下移动组件的移动速度、装置移动组件的方向和移动速度、气泵的气压；所述中央控制芯片安装于控制面板内，采用stm32系列芯片，用于接收和处理超声波传感器、摄像头和限位开关的信号，同时控制气泵和各个电机。

利用上述自动树木涂刷装置实现的自动树木涂刷方法包括：

(1)通过控制面板设置装置移动组件的移动方向和速度、上下移动组件的上下移动的速度、气泵的气压；

(2)启动超声波传感器、摄像头、限位开关，中央控制芯片通过超声波传感器与摄像头的配合，自动计算出树木直径以及该自动树木涂刷装置与树木的距离，当靠近树木时，控制所述喷头移动组件自动打开，然后控制所述装置移动组件向前推进一定距离，使得所述喷头移动组件能够再次闭合，抱住树木；

(3)调整扇形水雾喷头与树木的距离，启动气泵，进行涂刷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明装置具有结构简单、安全性高、易于操作等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例的机架组件示意图；

图3-1为本发明实施例的装置的移动组件中的后轮驱动机构的示意图；

图3-2为本发明实施例的装置的移动组件中的转向机构的示意图；

图4为本发明实施例的喷头移动组件示意图；

图5为本发明实施例的喷头移动组件支架体开合机构示意图；

图6为本发明实施例的喷头移动组件滑轨滑台示意图；

图7为本发明实施例的上下移动组件示意图

1-机架组件；101-1500mm长立柱；102-底盘；103-铝型材连接件；104-1200mm长立柱；105-横梁；106-竖梁；

2-装置移动组件；201-后轮；202-立式轴承座；203-减速直流电机；204-2.5模24齿齿轮；205-2.5模60齿齿轮；206-曲柄摇杆机构；207-57步进电机；208-短转向连动杆；209-长转向连动杆；210-转向轮；211-后轴；

3-喷头移动组件；301-中框架杆件、302-短框架杆件、303-长框架杆件；304-固定夹；306-下直角连接件、307-上直角连接件；309-电机固定座；310-齿轮固定夹；311-2.5模扇形齿轮；312-减速直流电机；313-2.5模15齿齿轮；314-喷头座；315-1模20齿齿轮；316-减速直流电机；317-齿条；318-滑台；319-滑轨；320-滑轨固定座；321-5mm直线光轴；323-弹簧；326-万向轮；327-万向轮座；328-5mm光轴座；

4-上下移动组件；401-直线光轴固定架；402-5m20齿12mm孔径同步带轮；403-横光轴；404-竖光轴；405-卧式轴承座；406-长同步带；407-滑块；408-卧式直线光轴固定座；409-短同步带；410-5m60齿同步带轮；411-5m20齿8mm孔径同步带轮；412直流减速电机；

5-气泵；7-原料桶；308-喷头；6-控制面板；8-限位开关；305-摄像头；322-超声波信号反射片；324-超声波传感器；325-超声波传感器座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的技术方案是：一种自动树木刷白机装置，包括：由标准铝型材以及铝合金板材组成的机架组件；用于驱动装置移动的装置移动组件，安装于机架底盘下方；用于放置喷头的喷头移动组件，通过支架上的传感器可以计算出树木直径，然后由滑轨与齿轮系统配合，使喷头定位到确定位置；用于实现喷头移动组件移动的上下移动组件，由直流减速电机驱动，通过同步带的移动带动喷头移动组件上下移动，从而使地面以上一段距离的树木刷白；由气泵、原料桶、喷头通过软管连接组成的喷料组件，气泵工作通过使原料桶内部压力增大将石灰水压出；用于分析计算树木直径、控制石灰水喷出量以及石灰水喷涂支架上下移动速度的电子控制系统组件。

如图1-图7所示，本实施例包括：由标准铝型材以及铝合金板材102组成的机架组件1；用于驱动装置移动的装置移动组件2，安装于机架底盘102下方；用于放置喷头308的喷头移动组件3，通过支架上的传感器可以计算出树木直径，然后由滑台318与齿轮315、齿条317配合，使喷头308定位到确定位置；用于实现喷头移动组件3移动的上下移动组件4，由直流减速电机412驱动，通过同步带406的移动带动喷头移动组件3上下移动，从而使地面以上一段距离的树木刷白；由气泵5、原料桶7、喷头通308过软管连接组成的喷料组件，气泵5工作通过使原料桶7内部压力增大将石灰水压出；用于分析计算树木直径、控制石灰水喷出量以及石灰水喷涂支架上下移动速度的电子控制系统组件，由控制面板6、超声波传感器324、摄像头305限位开关8组成。

在距离树木较远时，由操作者通过控制面板6上的方向键控制装置的移动，当靠近树木时，根据摄像头305反馈的信号，由中央控制器自行控制，实现喷头移动组件3自动张开，自动将树木扣合在喷头移动组件3内，通过设置确定人工控制树木刷白或者自动进行树木刷白。

进一步地，所述机架组件1包括：底盘102,由960mm*950mm*8mm铝合金板材通过切割打孔加工而成；1500mm长立柱101、1200mm长立柱104，各两根，均为3030铝型材，通过铝型材连接件103和螺栓安装于底盘上方；上方横梁105，长360mm，两根，均为3030铝型材，竖梁106长546mm，两根，3030铝型材，通过铝型材连接件103和螺栓分别安装在长立柱上。

进一步地，所述装置移动组件2包括，包含动力部分和转向部分，由伺服电机，齿轮组，连杆以及轮子组成，通过螺栓固定安装于底盘下方，用于实现装置移动以及方向变化，具体来说，包括：后轮驱动机构，大扭矩直流减速电机203，轴径12mm，配合齿轮系传动；传动齿轮系，由两个2.5模，齿数分别为25齿、60齿的齿轮204、205构成减速齿轮系将动力输出到后轮轴211上；后轮201，由两个直径265mm的轮子通过35mm合金钢后轴211连接而成，通过两个轴承座202配合轴承固定在机架组件底盘102上；转向机构，由两个6寸轮子210，转向连动杆208、209、曲柄摇杆机构206，转向动力装置207组成，其中转向连动杆分别由200mm*15mm*15mm钢材，750mm*20mm*15mm钢材加工而成，曲柄摇杆机构206有由钢材加工而成，为了实现快速精确转向且易于控制，转向机构动力输入为57步进电机207。

这里，后轮驱动电机203，转向机构步进电机207由mcu通过驱动电路单独控制。

进一步地，所述喷头移动组件3安装于所述上下移动组件上，由支架体、喷头滑轨、喷头座、齿轮、齿条、传感器组成，配合所述上下移动组件与所述电子控制系统，实现支架自动开启与扣合，环抱树木，使喷头时刻处于与树木合适的距离，节省喷涂材料，具体来说，包括：移动部分，支架体，两者通过四对直角连接件306、307连接在一起；移动部分通过固定夹304与同步带406连接在一起，支架体，首先由三个加工而成的钢材301、302、303通过铰链组合成一个可以打开或闭合的六边形框架，在两个铰链连接处，安装有电机固定座309，齿轮固定夹310，2.5模扇形齿轮311，减速直流电机312，组成支架体开合机构，用于实现支架体在遇到树木时的自动张开和闭合；在六边形框架的三个短边上分别用滑轨固定座320固定滑轨319，在滑轨318上安装弹簧323、5mm直线光轴321(滑台可以向着滑轨的方向滑动，这样在树木的挤压下，滑台沿滑轨滑动，同时挤压弹簧，321就是防止弹簧被挤出去，使得弹簧沿着321伸缩)、齿条317、1模20齿齿轮315、减速直流电机316、喷头座314以及万向轮326，其中，5mm直线光轴321安装于滑轨固定座320与5mm光轴座328上，从而使得滑台318随树木直径而变化，并且可以通过万向轮326减小与树木接触的摩擦使得支架体更易于上下移动；在滑台背面添加齿条317配合一个安装有减速直流电机316与齿轮315组合的可移动喷头座314，使得喷头308能在滑台上移动，从而能够更加灵活的控制喷头308距离树木的距离；三个滑台之间的夹角为120度，通过改变原料桶7压力可以使得喷出的喷雾连呈120度，三个配合形成360度环形水雾，完全覆盖树木。

进一步地，所述上下移动组件4通过螺栓固定安装于所述机架组件底盘的上方，由同步带轮和同步带配合传动，通过同步带带动所述喷头移动组件上下移动，具体来说，包括：卧式轴承座405共4个，5m20齿孔径12mm同步带轮402共4个，5m20齿孔径8mm同步带轮411共1个，5m60齿孔径12mm同步带轮410共1个，1500mm长12mm直径直线光轴404共4个，360mm长12mm直径直线光轴2个，同步带409、406共3根；以上零件分别通过螺栓固定安装在机架组件1上；上下移动组件4动力装置为直流减速电机412，通过同步带409、406与同步带轮402、410配合传动，从而带动所述喷头移动组件3上下移动。

进一步地，所述喷料组件由原料桶，气泵，扇形水雾喷头组成，分别固定与装置底盘以及喷头移动支架上，与喷头移动组件配合，通过上下移动，实现对树木进行喷料刷白，具体来说，包括：原料储存桶7，用一直径350mm密封性好的水桶制作而成，上面由一个加压口，一个出料口，一个加料口组成；压力产生装置，320mm*200mm*85mm，功率140w小型气泵5，最大可产生100psi压强，通过加压口给原料储存桶加压通过喷头308喷出；喷头308，可喷出60度水雾，通过改变液体压力可以调节喷雾角度。

进一步地，所述电子控制系统组件安装于所述机架组件与所述喷头移动组件上，由控制面板、中央控制芯片、传感器、限位开关以及电子元器件组成，用于实现装置移动与树木刷白的自动化、智能化控制，具体来说，包括：控制面板6，用于人机交互，可以通过面板设置树木刷白装置移动方向和速度，可以设置所述上下移动部件4上下移动的速度，可以设置气泵5气压大小等；中央控制部分，安装于控制面板内，主控芯片采用stm32系列芯片，用于接受处理超声波传感器324、摄像头305、限位开关8的信号，同时，通过用户设置向气泵5、伺服电机发送信号控制气压以及电机转动；传感器，由超声波传感器324、摄像头305、限位开关8组成，用于收集设备以及环境信号；通过超声波传感器324与摄像头305配合，控制芯片能自动计算树木直径以及装置与树木的距离，当靠近树木时，所述喷头移动组件3自动打开，然后树木刷白装置向前推进一定距离，使得所述喷头移动组件3可以再次闭合，然后再由装置自动识别，使所述喷头移动组件3可以再次闭合，抱住树木，完成树木刷白工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。