一种可伸缩变幅宽的除草机器人

1.本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种可伸缩变幅宽的除草机器人。


背景技术：

2.除草是农耕过程中的一个必经步骤，目前的除草手段一般分为药物毒杀、人工拔草和除草机除草三种方式，药物毒杀副作用非常巨大，残留的药物直接污染泥土和其上种植的农作物，人工拔草需要人力一根根拔起，工作强较大，不适合大面积使用，因此除草机除草是最适合的一种方法。
3.现有的除草设备，如专利cn112602389b公开的一种农业用便携式除草设备及除草方法，该设备可用于对农田面积较小的土地进行除草，可用于已经种植的田地，且能够边除草、边收集剪断的杂草，可对生长在蔬菜间的杂草进行修剪。同时，专利cn208597246u中所公开的一种除草机构及除草设备，该设备能够提高除草效率并能除尽杂草。
4.但是，在果园种植时，果园的陇上以及陇间会有多种杂草生成，一般情况下是人为清除杂草。相比于田间的种植面积小，果园种植面积要大很多，现有的除草设备很难实现变幅宽除草，如果仅依靠人工除草，这项工作耗费大量人力物力，因此需要设计一种可伸缩变幅宽除草机器人来辅助果园除草工作。
5.目前国内外割草机械发展速度迅猛，但在农业中割草机械用途多为牧草收获，草坪修理，多为人工推动前进，不具备自主走行能力。这些割草机用于果园和垄地除草时存在以下问题：
6.1.果园和垄地地形复杂，需要除草机在自主行走中其除草单元能升降起伏适应地形；
7.2.果园和垄地中经济作物种植的幅宽变化范围较大，需要除草机的除草单元能够变幅宽；
8.3.果园种植乔木型树木时期望除草机在自主行走中其除草单元自主避障。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于降低果园除草的人工成本。实现快速、精准和适应多种行宽的除草，提高除草率。
10.为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种可伸缩变幅宽的除草机器人，包括驱动车体和分别设置在驱动车体前端和后端的割草装置，前端的割草装置为甩刀式割草头，所述甩刀式割草头可在竖直面内旋转割草，并通过调节组件控制甩刀式割草头高度位置，从而调节割草深度；后端的割草装置包括一对对称设置在驱动车体后端两侧的具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置，所述变幅宽的割草装置包括纵向伸缩组件、横向伸缩组件和割草刀盘；所述横向伸缩组件调整割草刀盘的相对于驱动车体的水平位置，使得一对割草刀盘能同时相互远离或靠近，从而能切割不同幅宽的杂草，或同时靠近收回至驱动车体后端；所述纵向伸缩组件调整割草刀盘的相对于驱动车体的纵向高度，使得割草刀盘
能切割不同深度的杂草或离开地面。
11.进一步的，所述驱动车体包括被构造成镂空的长方体框形的架体，架体的两侧边对称设有履带，所述甩刀式割草头设置在架体的前端，架体上部设有顶板，所述连接块居中设置在顶板的后端，且连接块的端部伸出在顶板之外，在连接块两侧边对称装有具有伸缩功能的两翼变幅宽绳式割草装置；所述架体内设置有适用于锂电池驱动的传动组件，传动组件可以驱动履带行驶。
12.进一步的，所述甩刀式割草头包括割草头刀，所述割草头刀水平设置并在竖直面内旋转割草，所述割草头刀外部套设有保护罩，所述调节组件包括电动推杆，电动推杆的末端固定安装在驱动车体的前端，电动推杆的伸长端与保护罩连接，通过所述电动推杆的伸缩可以调节甩刀式割草头的割草深度；所述割草头刀的转轴被电机的输出轴驱动；所述割草头刀外部套设有保护罩。
13.进一步的，所述纵向伸缩组件包括竖向电动推杆，所述竖向电动推杆的顶端通过连接条竖直安装在驱动车体后端的连接块的左右侧边，所述横向伸缩组件包括水平设置的横杆和分别能在横杆两端水平转动的长支杆和二折撑杆，所述割草刀盘的上部与长支杆的另一端通过铰链转动相连，所述铰链的转动轴水平布置，二折撑杆的另一端与长支杆的中部转动连接，且能水平转动，竖向电动推杆伸长杆的下端固定安装有平行于驱动车体纵向的横杆，横杆被构造成牛角形，连接块左右两侧两横杆的牛角朝向相互背离，牛角之间可以容纳折叠的二折撑杆，两横杆中的长支杆相互靠近时，所述割草刀盘远离驱动车体，所述割草刀盘侧面安装有滑轮。
14.进一步的，所述二折撑杆与横杆通过可转动的转动机构连接，转动机构由电机驱动。
15.进一步的，所述二折撑杆包括长度固定的横向电动摆杆和可伸缩的连接杆,横向电动摆杆通过可转动的转动机构连接，连接杆内设有弹性体，驱动连接伸长。
16.进一步的，所述割草刀盘包括刀盘保护罩和割草绳，刀盘保护罩被构造成包括圆形顶板和连接在圆形顶板圆周的一段弧形侧板，圆形顶板中心开孔且设置朝上的同心轴套，电机竖直安装在轴套上端，电机的输出轴穿过轴套后与割草绳连接，使得割草绳在电机的驱动下在刀盘保护罩的弧形侧板内旋转，刀盘保护罩的弧形侧板与长支杆相远离，l型架设置在刀盘保护罩具有弧形侧板的一边，l型架的长臂与轴套连接，l型架的短臂底部安装滑轮，且l型架的短臂长度大于刀盘保护罩的弧形侧板的高度，使得滑轮可以支撑起刀盘保护罩。
17.进一步的，所述驱动车体包括被构造成镂空的长方体框形的架体，架体的两侧边对称设有履带，所述甩刀式割草头设置在架体的前端，架体上部设有顶板，所述连接块居中设置在顶板的后端，且连接块的端部伸出在顶板之外，在连接块两侧边对称装有具有伸缩功能的两翼变幅宽绳式割草装置；所述架体内设置有适用于锂电池驱动的传动组件，传动组件可以驱动履带行驶。
18.进一步的，本发明还提供了一种基于可伸缩变幅宽除草机器人的除草方法，包括以下步骤：
19.步骤1.移动所述可伸缩变幅宽除草机器人至除草区域，竖向电动推杆向下缓慢伸张，驱动车体后端的变幅宽的割草装置可下降至地面，电机驱动二折撑杆转动，使变幅宽的
割草装置向外缓慢展开，驱动车体前端的电动推杆将前端甩刀式割草头缓慢放下，进入工作状态；
20.步骤2.根据工作地形与工作环境要求，可调节驱动车体后端的两翼变幅宽除草装置的展开长度，以适应工作地形，调节驱动车体前端的电动推杆的伸出长度，调节驱动车体后端竖向电动推杆伸展的长度，以达到所需的割草留茬高度；
21.步骤3.启动履带的运动底盘，通过甩刀式割草头的电机驱动甩刀式割草头刀进行竖直面的旋转割草，通过具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置的电机驱动割草刀盘进行水平面的旋转割草，除草机器人在工作环境中通过履带向前方移动，进行一片区域的割草工作；
22.步骤4.除草完毕后，将前端甩刀式割草头，通过电动推杆抬起，将后端变幅宽的割草装置，通过二折撑杆实现两翼变幅宽的割草装置的收缩，并通过竖向电动推杆抬起，至一对割草刀盘收缩靠拢至驱动车体后端，驱动车体从割草状态进入高速行走状态，快速驶离工作环境。
23.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
24.该除草机器人在驱动车体后端巧妙设置了一对具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置，该割草装置借助不同的伸缩组件来调节其高度位置和水平位置，割草装置在水平位置的调控，一方面可以实现割草幅宽的控制，另一方面可以将割草装置收回靠拢至驱动车体，避免了车体形状过于宽不便于穿过障碍物；割草装置在高度位置的调控，可以实现割草深度的控制，还能避免车体在非工作状态下，割草装置与地面过多摩擦接触，引起设备损坏或对非杂草的损坏。因此，该除草机器人能实现快速、精准和适应多种行宽的除草，提高除草效率。
附图说明
25.图1为可伸缩变幅宽除草机器人的整体结构示意图；
26.图2为图1展开状态的结构示意图；
27.图3为本发明中单独的变幅宽绳式割草装置的结构示意图；
28.图4为割草头刀的结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.本发明的提供了一种可伸缩变幅宽的除草机器人，如图1至图3所示。可伸缩变幅宽的除草机器人包括驱动车体和设置在驱动车体前端的甩刀式割草头，以及设置在驱动车体后端的具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置。
31.如图1和图4所示，驱动车体，包括被构造成镂空的长方体框形的架体18，架体18的两侧边对称设有履带12，架体18的前端设有甩刀式割草头，架体18上部设有顶板16，连接块01居中设置在顶板16的后端，且连接块01的端部伸出在顶板16之外，在连接块01两侧边对称装有具有伸缩功能的两翼变幅宽绳式割草装置。架体18内设置有适用于锂电池驱动的传
动组件，传动组件可以驱动履带12行驶。甩刀式割草头，包括电动推杆15、电机14、割草头刀20、保护罩13，割草头刀20水平设置在架体18前端，保护罩13套设在割草头刀20外，用于保护刀片，电机14的输出轴与割草头刀20的转动轴23通过传动链21连接，使得割草头刀20在架体18前端在竖直里面内旋转成余摆线而达到割草的目的，电动推杆15的末端固定安装在架体18的前端，电动推杆15的伸长端与保护罩13连接，可以用于控制割草头刀20相对架体18的高度位置。
32.具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置，包括割草刀盘和用于调整割草刀盘的伸缩组件，其中伸缩组件包括纵向伸缩组件和横向伸缩组件，其中纵向伸缩组件包括竖向电动推杆03，横向伸缩组件包括l型架19、滑轮04、横杆07以及分别能在横杆07两端水平转动的长支架11、二折撑杆，二折撑杆包括相互转动连接的横向电动摆杆08和连接杆09，横向电动摆杆08远离连接杆09的一端与横杆07的一端转动连接，连接杆09远离横向电动摆杆08的一端与长支架11的中部转动连接。割草刀盘包括电机02、刀盘保护罩10，以及与刀盘保护罩10同轴固定的割草绳05。割草刀盘通过长支架11与横杆07连接，在刀盘前方还固定有以l型架19连接的滑轮04。
33.优选的，割草刀盘的上部与长支杆11的另一端通过铰链30转动相连，铰链30的转动轴水平布置，这样滑轮04在经过高低不平的地面时，割草刀盘可绕水平的铰链30轴转动，自适应升降割草刀盘。
34.纵向伸缩组件包括两根相互平行的竖向电动推杆，竖向电动推杆03的顶端通过连接条17竖直安装在连接块01的左右侧边，竖向电动推杆03伸长杆的下端固定安装有水平布置的横杆07。横向伸缩组件中，横杆07被构造成牛角形，横杆07的两端被构造成长度不同的长杆和短杆，且连接块01左右两侧两横杆07的牛角朝向相互背离，长杆和短杆相互平行且水平布置，长杆和短杆之间的空间可以容纳折叠的二折撑杆。两个横杆07中的长杆靠近架体18，短杆远离架体18。随着竖向电动推杆03的伸出或缩回，横杆07可随竖向电动推杆03的运动在连接块01的左右两侧上下移动。
35.优选的，连接杆09被构造为可伸缩结构，内设有弹性体，弹性体用于驱动连接杆09伸长，使横向伸缩组件展开时，长支杆11趋向进一步展开，当割草刀盘在垄上除草时遇到树干，长支杆11压缩弹性体使连接杆09缩短，使长支杆11可相对连接杆09转动一定角度避让树干，在割草刀盘离开树干后，弹性体驱动连接杆09伸长，使长支杆11展开回原位，因此割草刀盘在行走时，能自动避障。
36.如图3所示，在横杆07的长杆和短杆之间，长支杆11一端与横杆07中长杆的自由端转动连接，长支杆11的另一端固定有割草刀盘。横向电动摆杆08与短杆通过可转动的转动机构连接，转动机构由电机驱动。
37.如图3所示，刀盘保护罩10被构造成包括圆形顶板和连接在圆形顶板圆周的部分弧形侧板，电机02竖直安装在位于刀盘保护罩10的圆形顶板中心的轴套上，电机02的输出轴穿过轴套后与割草绳05连接，使得割草绳05在电机02的驱动下在刀盘保护罩10的弧形侧板内旋转，长支杆11的远端与刀盘保护罩10上的轴套固定连接，刀盘保护罩10的弧形侧板与长支杆11相远离，在刀盘保护罩10的弧形侧板一边还设置有滑轮04，l型架19设置在刀盘保护罩10具有弧形侧板的一边，l型架19的长臂与轴套连接，l型架19的短臂安装滑轮04，且l型架19的短臂长度大于刀盘保护罩10的弧形侧板的高度，使得滑轮04可以支撑起刀盘保
护罩10。
38.使用时，两翼变幅宽绳式割草装置会在伸缩组件的作用下运动，实现割草装置的展开与收缩功能，实现割草装置的收起与放下功能。横向电动摆杆08相对横杆07向外转动，并带动其端部的连接杆09转动，同时带动长支杆11相对横杆07的长杆转动，当连接杆09与横向电动摆杆08转动至位于一条直线时，长支杆11被驱动至最大角度，此时长支杆11相对横杆07停止转动。相反的，当横向电动摆杆08的末端与横杆07中短杆向内转动时，发生与上述过程相反的运动，横向电动摆杆08和连接杆09可以折叠收纳在横杆07的长杆和短杆之间，长支杆11可以靠拢在横杆07侧边即收拢在架体18后端。长支杆11的运动，可以带动其末端的刀盘保护罩10及其内部的割草绳05运动，在电机驱动下，割草绳05的转动进行割草工作。除草完毕后，可变幅宽的绳式割草装置，先通过横向电动摆杆08逐渐收回至靠拢在横杆07的侧边，然后在通过竖向电动推杆03将整个割草装置抬起，这样割草装置收缩至靠拢在架体18的后端，整个驱动车体进入高速行走状态，快速驶离工作环境。
39.综上所述，一种可伸缩变幅宽的除草机器人的除草方法，包括以下步骤：
40.步骤1.移动可伸缩变幅宽除草机器人至除草区域，竖向电动推杆向下缓慢伸张，驱动车体后端的变幅宽的割草装置可下降至地面，电机驱动横向电动摆杆转动，使割草装置向外缓慢展开，进入工作状态。驱动车体前端的电动推杆将甩刀式割草头装置缓慢放下，进入工作状态。
41.步骤2.根据工作地形与工作环境要求，可调节驱动车体后端的两翼变幅宽的割草装置的展开长度，以适应工作地形，可调节驱动车体前端的电动推杆伸出长度、割草装置中伸缩组件中纵向电动推杆伸展的长度，以达到所需的割草留茬高度。
42.步骤3.启动履带的运动底盘，通过甩刀式割草头的电机可驱动割草头刀进行立面旋转割草，通过具有伸缩功能的两翼变幅宽绳式割草装置的电机可驱动后方割草装置进行水平面旋转割草，除草机器人在工作环境中通过履带向前方移动，进行一片区域的割草工作。
43.步骤4.除草完毕后，将前端甩刀式割草头，通过电动推杆抬起，将后端变幅宽绳式割草装置，通过横向电动推杆实现两翼变幅宽绳式割草装置的收缩并通过竖向电动推杆抬起，进入高速行走状态，快速驶离工作环境。
44.以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种可伸缩变幅宽的除草机器人，包括驱动车体和分别设置在驱动车体前端和后端的割草装置，其特征在于，前端的割草装置为甩刀式割草头，所述甩刀式割草头可在竖直面内旋转割草，并通过调节组件控制甩刀式割草头高度位置，从而调节割草深度；后端的割草装置包括一对对称设置在驱动车体后端两侧的具有伸缩功能的两翼变幅宽的割草装置，所述变幅宽的割草装置包括纵向伸缩组件、横向伸缩组件和割草刀盘；所述横向伸缩组件调整割草刀盘的相对于驱动车体的水平位置，使得一对割草刀盘能同时相互远离或靠近，从而能切割不同幅宽的杂草，或同时靠近收回至驱动车体后端；所述纵向伸缩组件调整割草刀盘的相对于驱动车体的纵向高度，使得割草刀盘能切割不同深度的杂草或离开地面。2.根据权利要求1任一项所述的可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述驱动车体包括被构造成镂空的长方体框形的架体(18)，架体(18)的两侧边对称设有履带(12)，所述甩刀式割草头设置在架体(18)的前端，架体(18)上部设有顶板(18)，所述连接块(01)居中设置在顶板(16)的后端，且连接块(01)的端部伸出在顶板(16)之外，在连接块(01)两侧边对称装有具有伸缩功能的两翼变幅宽绳式割草装置；所述架体(18)内设置有适用于锂电池驱动的传动组件，传动组件可以驱动履带(12)行驶。3.根据权利要求2所述的一种可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述甩刀式割草头包括割草头刀(20)，所述割草头刀(20)水平设置并在竖直面内旋转割草，所述割草头刀(20)外部套设有保护罩(13)，所述调节组件包括电动推杆(15)，电动推杆(15)的末端固定安装在驱动车体的前端，电动推杆(15)的伸长端与保护罩(13)连接，通过所述电动推杆(15)的伸缩可以调节甩刀式割草头的割草深度；所述割草头刀xx的转轴被电机(14)的输出轴驱动。4.根据权利要求2所述的一种可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述纵向伸缩组件包括竖向电动推杆(03)，所述竖向电动推杆(03)的顶端通过连接条(17)竖直安装在驱动车体后端的连接块(01)的左右侧边，所述横向伸缩组件包括水平设置的横杆(07)和分别能在横杆(07)两端水平转动的长支杆(11)和二折撑杆，所述割草刀盘的上部与长支杆(11)的另一端通过铰链转动相连，所述铰链的转动轴水平布置，二折撑杆的另一端与长支杆(11)的中部转动连接，且能水平转动，竖向电动推杆(03)伸长杆的下端固定安装有平行于驱动车体纵向的横杆(07)，横杆(07)被构造成牛角形，连接块(01)左右两侧两横杆(07)的牛角朝向相互背离，牛角之间可以容纳折叠的二折撑杆，两横杆(07)中的长支杆(11)相互靠近时，所述割草刀盘远离驱动车体，所述割草刀盘侧面安装有滑轮。5.根据权利要求3所述的一种可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述二折撑杆与横杆(07)通过可转动的转动机构连接，转动机构由电机驱动。6.根据权利要求5所述的一种可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述二折撑杆包括长度固定的横向电动摆杆(08)和可伸缩的连接杆(09)，横向电动摆杆(08)通过可转动的转动机构连接，连接杆(09)内设有弹性体，驱动连接杆(09)伸长。7.根据权利要求6所述的一种可伸缩变幅宽的除草机器人，其特征在于，所述割草刀盘包括刀盘保护罩(10)和割草绳(05)，刀盘保护罩(10)被构造成包括圆形顶板和连接在圆形顶板圆周的一段弧形侧板，圆形顶板中心开孔且设置朝上的同心轴套，电机(02)竖直安装在轴套上端，电机(02)的输出轴穿过轴套后与割草绳(05)连接，使得割草绳(05)在电机(02)的驱动下在刀盘保护罩(10)的弧形侧板内旋转，刀盘保护罩(10)的弧形侧板与长支杆
(11)相远离，l型架(19)设置在刀盘保护罩(10)具有弧形侧板的一边，l型架(19)的长臂与轴套连接，l型架(19)的短臂底部安装滑轮(04)，且l型架(19)的短臂长度大于刀盘保护罩(10)的弧形侧板的高度，使得滑轮(04)可以支撑起刀盘保护罩(10)。

技术总结
本发明公开一种可伸缩变幅宽的除草机器人，包括在驱动车体前端的一甩刀式割草头和后端的一对具有伸缩功能的变幅宽的割草装置；通过调节组件调整甩刀式割草头的割草深度，通过横向及纵向的伸缩组件调控一对具有伸缩功能的变幅宽的割草装置的水平位置和高度位置。该除草机器人在工作时，根据工作地形与工作环境要求，可调节两翼绳式变幅宽除草装置展开长度，以适应不同地形，同时根据除草深度的需要，调整前端后端割草装置的高度，从而控制割草留茬高度。在非工作状态下，除草完毕后，一方面收回前、后端割草装置，且后端割草装置靠拢，可进入高速行走状态并快速驶离工作环境，避免碰撞障碍物、转弯时灵活性高。转弯时灵活性高。转弯时灵活性高。


技术研发人员：鲍秀兰 何鹏 尹麒麟 王跃恒 任梦涛 马萧杰 施新宇 包有刚
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/15