一种用于树木捆扎的移动机器人与自动捆扎方法

本发明涉及农林机械，特别是涉及一种用于树木捆扎的移动机器人与自动捆扎方法。

背景技术：

1、在果园栽培、苗木定植、园林养护和支撑固定作业中，常需要使用胶带/捆扎布对树木进行捆扎。现有树木捆扎作业大多采用人工逐株操作，或者借助简易手持式绑扎工具完成。该类方式通常需要人工完成找位、送带、绕带、压紧和切断等多道工序，劳动强度较大，作业效率较低，难以满足连续化、规模化作业需求。

2、现有部分自动或半自动捆扎装置多针对规则工件设计，其工作通道通常为闭合结构，难以在不绕过树干端部的情况下直接套设于树干外周，因此不适合树木现场作业。与此同时，树木直径、高度和姿态均存在差异，若缺少有效的触发定位和自适应环绕机构，容易出现对位偏差、缠绕中断、胶带贴靠不良以及切带不稳定等问题。

3、因此，有必要提供一种用于树木胶带捆扎的移动机器人及自动捆扎方法，以实现树木自动检测、自动触发、连续环绕以及自动切断，提高树木胶带捆扎作业的自动化程度和作业效率。

技术实现思路

1、本发明一方面提供一种用于树木捆扎的移动机器人，以解决现有技术中树木无法方便进入环绕捆扎机构的工作区域、开口式环绕机构在开口处驱动不连续、自动化程度低、胶带缠绕、压紧和切断过程衔接不充分等难以实现沿树干轴向的连续多圈螺旋式自动捆扎的问题。本发明另一方面提供一种利用树木捆扎的移动机器人的自动捆扎方法。

2、本发明第一方面提供一种用于树木捆扎的移动机器人，包括移动底盘、车架、升降组件、捆扎机头组件、检测触发组件、电源模块和控制模块；

3、所述移动底盘用于承载整机并带动整机在果园、苗圃或园林作业区域内移动；

4、所述车架安装于所述移动底盘上，用于安装和支撑各功能部件；

5、所述电源模块设置于所述移动底盘上，用于为整机各执行部件提供电能；

6、所述升降组件安装于所述车架上，所述升降组件的输出端的前侧设有所述捆扎机头组件，所述升降组件用于使所述捆扎机头组件沿竖直方向移动；

7、所述捆扎机头组件包括捆扎机头安装板和胶带缠绕切割组件，所述胶带缠绕切割组件设置在所述捆扎机头安装板上；

8、所述捆扎机头安装板上设有环形腔，且所述环形腔具有开口，树干能够经所述开口进入所述环形腔内，所述开口为树干提供侧向进入通道；

9、所述胶带缠绕切割组件用于完成胶带的环绕缠绕、切断和收尾；

10、所述检测触发组件用于检测所述捆扎机头组件与树干之间的距离信号；

11、所述控制模块分别与所述移动底盘、所述升降组件、所述检测触发组件和所述捆扎机头组件电连接，用于在树木到位后控制所述捆扎机头组件执行自动捆扎动作，并在缠绕过程中控制所述升降组件按照预设节距运动，以在树干外周形成螺旋式胶带缠绕结构。

12、所述的用于树木捆扎的移动机器人，优选地，所述升降组件包括升降驱动电机、升降丝杆、升降滑台和导轨端部安装板，所述导轨端部安装板设置于所述车架的前部，所述升降丝杆上设有所述升降滑台，所述升降滑台的前端设有所述捆扎机头安装板，所述升降驱动电机驱动所述升降丝杆旋转，从而带动所述升降滑台沿竖直方向移动，以实现所述捆扎机头组件在树干轴向方向上的位置调节。

13、所述的用于树木捆扎的移动机器人，优选地，所述胶带缠绕切割组件包括缠绕组件和切割组件；

14、所述缠绕组件包括胶带放置架、齿轮驱动电机、第一驱动齿轮、第二驱动齿轮、环绕轴承、开口齿圈和多个环绕轴承支架，所述开口齿圈为环形齿圈结构，其圆周上设置有供树干从侧向进入的开口通道，所述开口通道与所述开口重合，所述胶带放置架用于安装胶带卷，且所述胶带放置架设置在所述开口齿圈上，所述齿轮驱动电机和所述开口齿圈设置在所述捆扎机头安装板上，所述齿轮驱动电机驱动所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮转动，通过所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮交替与所述开口齿圈保持啮合，使所述开口齿圈围绕树干连续旋转，从而带动所述胶带绕树干进行环绕缠绕；

15、多个所述环绕轴承支架沿所述环形腔的内壁的圆周向设置，所述环绕轴承支架上设有所述环绕轴承，靠近所述环形腔的内侧设有所述检测触发组件；

16、所述切割组件包括电动推杆支架、伸缩杆、推杆电机、推杆安装座、电动推杆、上侧压带块、下侧压带块、刀片槽和切带刀片，所述电动推杆支架设置在所述捆扎机头安装板上，所述电动推杆支架上设有所述推杆安装座，所述推杆电机安装在所述推杆安装座上，所述推杆安装座上设有所述电动推杆，所述推杆电机通过传动结构所述伸缩杆相连，所述伸缩杆套设在所述电动推杆内，所述电动推杆的顶部设有所述下侧压带块，所述伸缩杆的顶部设有所述上侧压带块；

17、所述上侧压带块的下表面设有所述刀片槽，所述下侧压带块的上表面设有卡槽，所述卡槽内设有所述切带刀片，且所述刀片槽与所述切带刀片设置在靠近所述开口齿圈的一侧，所述刀片槽与所述切带刀片设置的位置对应，且所述刀片槽的宽度大于所述切带刀片的厚度。

18、所述的用于树木捆扎的移动机器人，优选地，所述捆扎机头组件还包括机头连接支架，所述捆扎机头安装板通过所述机头连接支架设置于所述升降滑台的前端。

19、所述的用于树木捆扎的移动机器人，优选地，所述检测触发组件包括距离传感器，所述距离传感器设置在所述电动推杆支架上，所述控制模块与所述距离传感器电连接。

20、所述的用于树木捆扎的移动机器人，优选地，还包括相机支撑架和深度相机，所述相机支撑架设置在所述捆扎机头安装板上，所述相机支撑架上设有所述深度相机。

21、本发明第二方面提供一种利用用于树木捆扎的移动机器人的自动捆扎方法，包括如下具体步骤：

22、自动控制移动底盘行驶至目标树木附近，使树干进入捆扎机头组件的前方工作区域；

23、控制移动机器人继续靠近或调整姿态，使树干经由开口齿圈的开口通道进入开口齿圈围成的环绕区域；

24、距离传感器接收距离信号，达到预设阈值时判定树干已到达捆扎工位；

25、伸缩杆推出，操作人员将胶带放置架上胶带的端部绕过在伸缩杆半圈，伸缩杆收回使上侧压带块和下侧压带块贴合实现切带刀片切割胶带，此时，所述胶带的端部夹紧在上侧压带块和下侧压带块之间；

26、控制齿轮驱动电机驱动第一驱动齿轮和第二驱动齿轮带动开口齿圈连续转动，使胶带缠绕在树干外周上，伸缩杆推出，松开上侧压带块和下侧压带块之间的胶带，随即伸缩杆收回，此时，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮继续带动开口齿圈连续转动，使胶带缠绕在树干外周；

27、在开口齿圈持续转动的同时，控制升降组件带动捆扎机头组件沿树干轴向移动，使胶带在圆周缠绕的同时沿轴向逐渐偏移，从而在树干表面形成螺旋式缠绕层；

28、当缠绕圈数、缠绕长度、轴向行程或时间中任一项达到预设值时，伸缩杆推出，胶带继续缠绕一圈后，伸缩杆收回使上侧压带块和下侧压带块贴合实现切带刀片切割胶带，完成此次捆扎过程；

29、完成切带后，开口齿圈停止转动并复位，升降组件返回初始位置，此时，上侧压带块和下侧压带块保持夹住胶带，移动底盘驱动整机驶向下一目标树木，进入下一轮作业循环。

30、有益效果是：

31、1、开口齿圈实现树干侧向进入：本发明采用带有开口的齿圈结构。与传统闭合环形机构不同，该开口为树干提供侧向进入通道，因此机器人无需从树干顶部或底部穿套即可完成对树干外周的包围。该结构特别适合实际果园和园林环境中的现场作业。

32、2、双齿轮连续啮合保证开口齿圈不停转：由于齿圈带有开口，若仅设置单个驱动齿轮，则驱动齿轮转至开口位置时会失去啮合，导致齿圈无法持续旋转。为解决该问题，本发明设置两个与开口齿圈啮合的驱动齿轮，并使二者在周向上错位布置。这样，在任一时刻至少有一个驱动齿轮与开口齿圈保持有效啮合，从而保证开口齿圈能够跨越开口区域连续转动，进而实现树干外周的不间断缠绕。

33、3、距离传感器实现树干到位自动触发：本发明在树干进入路径上设置距离传感器，当距离信号达到预设阈值时产生触发信号，控制模块接收到该信号后，无需人工下达缠绕指令即可自动启动捆扎程序，从而简化操作流程并提高自动化程度。

34、4、胶带缠绕与切断协同完成自动捆扎：胶带由胶带放置架引出，在开口齿圈转动时，胶带围绕树干进行圆周缠绕；达到预设缠绕要求后，胶带缠绕切割组件的切割组件从而切断胶带，形成完整捆扎单元。

35、5、螺旋式缠绕提高包覆范围和稳定性：本发明并非仅在同一高度进行重复缠绕，而是在开口齿圈旋转的同时，控制捆扎机头组件沿树干轴向移动，使胶带缠绕轨迹从单一圆环变为连续螺旋线。这样能够在更大轴向范围内实现连续包覆，提高胶带层间连接稳定性，并适于不同绑扎长度需求。