基于无人机吊挂的双圆盘毛竹去梢装置

[目的]目前，毛竹去梢主要依靠人工使用钩梢刀完成，其劳动强度大，且竹林多处于陡坡地段，可能发生工人摔倒、梢头掉落伤人等风险，危险性高。针对这一问题，设计一种基于无人机吊挂的双圆盘毛竹去梢装置，以实现毛竹梢头的自动化切割。[方法]毛竹梢头的断裂特性主要与竹材的纤维形态分布密切相关，其纤维在纵向张力和阻碍裂纹径向扩展中起主要作用，因此，在横向进行切割时，竹材的切割力较小，便于切割。同时考虑到毛竹纤维较密，普通刀盘无法保证切割断面的平滑度。因此，选用圆盘锯片作为切割刀盘，可通过调整圆盘锯片的锯齿数量、切割转速，可保证切割面的光滑度及切割效率。该装置选用外转子中空直流无刷电机，并将圆盘锯片安装在电机的动子端面，电机直接带动锯片转动，以完成切割。通过实地调研，得知毛竹梢头直径多为 30-50mm，且该装置上下端盖宽度为 106mm，因此，选用 120 个齿、直径为 255mm的圆盘锯片。[结果]搭建简易实验台吊起该双圆盘切割装置，在地面进行切割实验。通过控制毛竹的运动，将其靠近刀盘，选择不同的电机转速对毛竹进行切割。通过实验发现，当电机转速在 1500-2000r/min 时，其切割表面较为光滑，没有毛刺。若电机转速过低，其切割断面毛刺较多，转速过高，会引起锯片发热及磨损严重。[结论]通过切割实验表明，该装置能够有效地完成毛竹切割，可通过悬挂装置，将该切割装置吊挂在无人机下端，完成毛竹去梢任务，以取代现有的人工钩梢。相比人工钩梢刀，可以大幅度减少作业时间，提高作业效率。特别是在大面积毛竹林作业中，可大大降低劳动力成本，经济效益显著。