姜 山 裴啟妍 聶靖雯 田 野 姜懿辰

（東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

隨著新時(shí)代林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)水平的提升，林木病蟲(chóng)害防治始終是營(yíng)林、園林業(yè)界的核心工作以及主要困難之一，現(xiàn)階段以化學(xué)防治應(yīng)用最為廣泛，如常見(jiàn)的”樹(shù)干涂層發(fā)“”樹(shù)干注藥法“”樹(shù)干涂藥包扎法“”掛吊瓶法“”樹(shù)干涂膠法“等等，化學(xué)防治大多是用化學(xué)藥劑的藥性來(lái)防治害蟲(chóng)。在殺死害蟲(chóng)的同時(shí)，化學(xué)藥劑會(huì)揮發(fā)進(jìn)入大氣，進(jìn)而通過(guò)降雨污染生態(tài)環(huán)境；通過(guò)皮膚、呼吸粘膜、口腔進(jìn)入人體，危害健康；通過(guò)藥物殘留進(jìn)入害蟲(chóng)天敵體內(nèi)，破壞生態(tài)平衡；并且化學(xué)殺蟲(chóng)極易導(dǎo)致害蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性，因此化學(xué)殺蟲(chóng)存在不可避免的弊端。與化學(xué)殺蟲(chóng)相比，物理防治具有殺蟲(chóng)快、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有的物理滅蟲(chóng)多是人工滅蟲(chóng)及少量機(jī)器滅蟲(chóng)，其中滅蟲(chóng)機(jī)器一般都需要人工進(jìn)行操作，無(wú)論人工滅蟲(chóng)還是人工操作機(jī)器滅蟲(chóng)均存在殺蟲(chóng)率和效率都十分低的問(wèn)題。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種可自動(dòng)攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置顯得尤為重要。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本自動(dòng)攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)上、下機(jī)械手交替運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)攀爬功能，提高了工作效率，并且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭與碾蟲(chóng)輪的配合，實(shí)現(xiàn)物理滅蟲(chóng)的功能。

自動(dòng)攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置包含殺蟲(chóng)釘、碾蟲(chóng)輪、銷(xiāo)釘、u 型連接桿、碾蟲(chóng)輪電機(jī)、固定桿、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、上驅(qū)動(dòng)電機(jī)、可伸縮機(jī)架、下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下連接桿、下固定座、下機(jī)械手、下螺栓、上機(jī)械手、上螺栓、上固定座、上連接桿、電機(jī)輸出軸、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：下驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在可伸縮機(jī)架下端，所述下驅(qū)動(dòng)電機(jī)中部安裝下連接桿，所述下連接桿左端安裝下固定座，下機(jī)械手通過(guò)下螺栓鉸接在所述下固定座上，上驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述可伸縮機(jī)架上端，所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)中部安裝上連接桿，所述上連接桿左端安裝上固定座，上機(jī)械手通過(guò)上螺栓鉸接在所述上固定座上，所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)頂端安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，固定桿安裝在所述上驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，所述固定桿上端安裝u 型連接桿，轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在所述u 型連接桿內(nèi)部，銷(xiāo)釘安裝在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸前端，碾蟲(chóng)輪通過(guò)所述銷(xiāo)釘、所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在所述u 型連接桿上，碾蟲(chóng)輪電機(jī)安裝在所述u 型連接桿上，殺蟲(chóng)釘以雙排圓周方式安裝在所述碾蟲(chóng)輪上。至此構(gòu)成了一種可攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

裝置整體采用鋁合金材料，減輕裝置質(zhì)量及裝置攀爬時(shí)的負(fù)載；上下機(jī)械手，碾蟲(chóng)輪，殺蟲(chóng)釘采用耐磨性較高的硬質(zhì)合金，防止長(zhǎng)期磨損破壞裝置。1.2.1 下驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)度為200mm，寬度為200mm，高度為200mm。下連接桿長(zhǎng)度為50mm, 直徑為50mm。下固定座長(zhǎng)度為60mm, 寬度為60mm，高度60mm。下機(jī)械手圓周直徑為200mm。下螺栓長(zhǎng)度為80mm。上驅(qū)動(dòng)電機(jī)由容量為50000mAh 的下裝配電池供電。1.2.2 可伸縮機(jī)架直徑60mm,在伸長(zhǎng)到最長(zhǎng)時(shí)，長(zhǎng)度為140mm，縮短到最短時(shí)，長(zhǎng)度為80mm，即裝置一次行程量為60mm。1.2.3 上機(jī)械手、上驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上固定座、上螺栓的技術(shù)指標(biāo)分別與下機(jī)械手、下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下固定座、下螺栓的技術(shù)指標(biāo)相同，上裝配電池容量60000mAh。1.2.4 固定桿長(zhǎng)度為200mm,寬度為30mm,高度為30mm，距靠近上驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶有機(jī)械手一面60mm處，并位于兩側(cè)面的中心處，為了使得整個(gè)裝置重心靠近抓樹(shù)一側(cè)。網(wǎng)絡(luò)攝像頭直徑為40mm，固定在固定桿邊側(cè)，距離其20mm處。U形連接桿直徑為40mm，長(zhǎng)度為300mm。碾蟲(chóng)輪直徑為90mm,長(zhǎng)度為20mm。兩輪中心距為106mm。殺蟲(chóng)釘長(zhǎng)度為8mm，采用雙排圓周固定在碾蟲(chóng)輪外側(cè)，能夠有效殺死害蟲(chóng)。小型電機(jī)為AC小型標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，由上裝配電池供電。上述技術(shù)指標(biāo)在實(shí)際生產(chǎn)及使用過(guò)程中，可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況及使用需求進(jìn)行合理的調(diào)整。

2 工作原理

本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人操控自動(dòng)工作。機(jī)器作業(yè)時(shí)，將可攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置的上、下機(jī)械手15、13 裝夾于規(guī)整樹(shù)干上，開(kāi)動(dòng)開(kāi)關(guān)使下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10 工作，下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10 驅(qū)動(dòng)下機(jī)械手13 張開(kāi)，同時(shí)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10 推動(dòng)可伸縮機(jī)架9 向上收縮，可伸縮機(jī)架9 收縮的同時(shí)帶動(dòng)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、下連接桿11、下固定座12、下螺栓14、下機(jī)械手13 向上移動(dòng)，此時(shí)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)8 保持不動(dòng)，當(dāng)可伸縮機(jī)架9 完全收縮時(shí)，下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10 保持不動(dòng)，下機(jī)械手13閉合自鎖，上驅(qū)動(dòng)電機(jī)8 驅(qū)動(dòng)上機(jī)械手15 張開(kāi)，同時(shí)上驅(qū)動(dòng)電機(jī)8帶動(dòng)上連接桿18、上固定座17、上螺栓16、上機(jī)械手15 向上移動(dòng)，當(dāng)可伸縮機(jī)架9 完全伸出時(shí)，上驅(qū)動(dòng)電機(jī)8 驅(qū)動(dòng)上機(jī)械手15 閉合自鎖，上驅(qū)動(dòng)電機(jī)8 停止工作，此時(shí)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)10 開(kāi)始工作，上機(jī)械手和下機(jī)械手通過(guò)上述動(dòng)作順序交替向上運(yùn)動(dòng), 上機(jī)械手和下機(jī)械手通過(guò)上述動(dòng)作順序交替向上運(yùn)動(dòng)，該裝置實(shí)現(xiàn)了爬樹(shù)功能，在上移過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)攝像頭7 開(kāi)啟感知模式，運(yùn)用基于CamShift 的算法感知捕捉蟲(chóng)子后，碾蟲(chóng)輪電機(jī)5 啟動(dòng)，電機(jī)輸出軸19 通過(guò)聯(lián)軸器20 帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸21 轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸21 帶動(dòng)碾蟲(chóng)輪2 相向轉(zhuǎn)動(dòng)，害蟲(chóng)被殺蟲(chóng)釘1 殺滅，實(shí)現(xiàn)了物理滅蟲(chóng)功能。

3 創(chuàng)新性及前景分析

3.1 創(chuàng)新性分析

3.1.1 本裝置采用物理滅蟲(chóng)，在滅蟲(chóng)過(guò)程中，對(duì)人體以及生態(tài)環(huán)境都提供了良好的保護(hù)作用，有效解決了化學(xué)滅蟲(chóng)的污染環(huán)境，以及化學(xué)藥劑侵害人體健康的問(wèn)題。3.1.2 本裝置為全自動(dòng)滅蟲(chóng)裝置，可自動(dòng)攀爬樹(shù)干，不僅能夠識(shí)別靜止不動(dòng)的害蟲(chóng)，而且能運(yùn)用基于CamShift 的算法對(duì)低速運(yùn)行的害蟲(chóng)進(jìn)行追蹤識(shí)別，識(shí)別后碾蟲(chóng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，將害蟲(chóng)帶入輪中殺死。3.1.3 本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由攀爬、識(shí)別、滅蟲(chóng)三個(gè)部分組成。攀爬裝置主要由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由可充電電池供電，做到無(wú)線工作，攀爬形式采用伸縮方式，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制中部伸縮桿的伸縮，過(guò)程簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定可靠。考慮到樹(shù)木表面光滑規(guī)整的程度較低，上、下機(jī)械手分別采用三排手爪組合安裝。下固定座含自鎖裝置，能夠有效防止裝置在運(yùn)行過(guò)程中墜落，具有良好的防墜性。常用滅蟲(chóng)裝置多選用”滅蟲(chóng)拍“，由于樹(shù)干為圓柱形，拍死害蟲(chóng)時(shí)的“滅蟲(chóng)拍”與樹(shù)干接觸面積較小，不容易做到精準(zhǔn)拍死，故殺蟲(chóng)部分采用雙排釘相向旋轉(zhuǎn)絞入害蟲(chóng)，作用范圍大，能夠有效地殺死害蟲(chóng)。

3.2 前景分析

3.2.1 現(xiàn)如今，我國(guó)對(duì)生態(tài)文明十分重視，不斷推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)以及林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，作為林業(yè)大國(guó)，我國(guó)的林業(yè)由原先的林業(yè)生產(chǎn)加工逐漸轉(zhuǎn)變到林業(yè)資源保護(hù)，害蟲(chóng)防治正是林業(yè)資源發(fā)展中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，但是由于化學(xué)除蟲(chóng)副作用較大等多項(xiàng)問(wèn)題的干擾，除蟲(chóng)問(wèn)題一直無(wú)法得到根治，這套可自動(dòng)攀爬樹(shù)木的機(jī)械碾壓式滅蟲(chóng)裝置恰好解決了這一棘手的問(wèn)題，有效助力生態(tài)文明建設(shè)。3.2.2 本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，體積較小便于攜帶，清潔環(huán)保，物理滅蟲(chóng)效率高，做到精準(zhǔn)滅蟲(chóng)，能夠以較低投入大面積投放使用。該裝置為全自動(dòng)滅蟲(chóng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人工作，解決了人工除蟲(chóng)耗時(shí)耗力的問(wèn)題，節(jié)省了大量的人力資源。因此，該產(chǎn)品由良好的發(fā)展前景。