韓立兮 鐘千翔 鐘佩佩

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421001）

0 引言

為了配合生態(tài)文明建設(shè)，提高生態(tài)治理效率，本研究設(shè)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(chǎn)效率、保證修剪質(zhì)量的多重目的，為美化城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境、提高人們生活質(zhì)量打下有力基礎(chǔ)。

1 綠籬修剪要求

根據(jù)城鎮(zhèn)環(huán)境要求，在不同綠化區(qū)域，會建設(shè)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(yōu)美、形態(tài)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(guī)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(dāng)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(yōu)美、效率高、不對植物根系產(chǎn)生影響與破壞。

2 綠籬修剪機的機械原理

根據(jù)綠籬修剪的要求，本修剪機設(shè)計一種可以上下調(diào)節(jié)高度的裝置，工作原理是通過電機驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)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(gòu)圖2頂部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

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(shè)計了一個頂部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，當(dāng)該機構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時，可以在平板車帶動移動的情況下修剪綠籬墻，當(dāng)該機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，則可對單株植物進行修剪。其結(jié)構(gòu)如圖書2 所示。

為了達到變形修剪的目的，設(shè)計如圖3所示修剪機構(gòu)。

圖3 變形修剪機構(gòu)

該機構(gòu)的工作原理：當(dāng)控制系統(tǒng)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(chǎn)生相對運動，從而產(chǎn)生變形，當(dāng)伸縮電機按各自的運動要求伸縮時，就可以使整個系統(tǒng)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(tài)下的裝配效果。

圖4 不同變形效果

根據(jù)上述介紹，本設(shè)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(qū)域間。

2、當(dāng)頂部旋轉(zhuǎn)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(gòu)產(chǎn)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(dāng)頂部旋轉(zhuǎn)機構(gòu)慢速旋轉(zhuǎn)時，改變圖3所示各伸縮電機的伸縮量，使修剪機構(gòu)產(chǎn)生不同形狀，就可以對單株植物進行軸對稱修剪。

本機構(gòu)修剪模塊可根據(jù)需要進行增加或減少，從而適應(yīng)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(yīng)用效率。

3 自動控制模塊介紹

本設(shè)計采用用戶界面、系統(tǒng)控制及電機驅(qū)動幾個模塊，主要功能介紹如下：

用戶界面是本控制系統(tǒng)的人機交互界面，主要包括標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)、造型編輯、參數(shù)保存等幾個模塊，標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)模塊是對綠籬修剪方案中常用的幾種形態(tài)，將常用形態(tài)設(shè)計成固定方式，只需要修改少量參數(shù)就可以方便進行形態(tài)設(shè)置；造型編輯模塊則允許用戶通過使用鼠標(biāo)拖動造型鏈任意修改形狀，當(dāng)完成設(shè)置后，系統(tǒng)自動對修剪模塊上不同位置的伸縮電機給出相應(yīng)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(shè)置；參數(shù)保存則可以保存所有已有或造型得到的不同形狀參數(shù)，留待下次對同一綠籬修剪時，可調(diào)用保存參數(shù)進行修剪，既能加快修剪參數(shù)設(shè)置，也可以保證下次修剪時形狀的一致性。

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

電機驅(qū)動模塊則主要是提出輸出功率，保證各伸縮電機、旋轉(zhuǎn)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(xiàn)修剪機對籬笆墻的造型修剪，可實現(xiàn)高矮自動調(diào)節(jié)；再通過行走機構(gòu)的與升降同步，可以修剪出高矮規(guī)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(jié)語

通過本次研究，設(shè)計了一種新型的修剪機器，由于其具有創(chuàng)新性，現(xiàn)已經(jīng)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(jié)構(gòu)及主要控制模塊，具有很強的實用價值，產(chǎn)品對美化環(huán)境，提高人們生活質(zhì)量具有重要意義；同時，本產(chǎn)品可為林業(yè)機械自動化提供參考與借鑒。