CN101238805B - 一种除草机器人的六爪执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业机器人领域，其由外壳、主轴转盘系、割刀轴系、钢丝滑杆系所组成，外壳固定于收获机器人平台上，电机带动主轴转盘系转动，6套割刀轴系随同主轴转盘系转动。当其中1套割刀轴系转至植株行一侧时，该轴系上凹锁止轮与钢丝滑杆系上的凸锁止轮进入啮合并被锁止，使割刀外伸进入行内植株间完成除草动作。如两植株间距过小，则由另一电机拉动钢丝，使钢丝滑杆系上的凸锁止轮上移，凹锁止轮无法与其啮合，使割刀不伸出进入行内，以避免割刀伤害植株。本发明只通过主轴的主运动和钢丝的从运动配合，实现了6套割刀的任意行内、行间除草运动及其控制，除草动作连续，整体尺寸小巧，操作简单灵活，便于除草机器人的控制与操纵。
Description
技术领域
本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种除草机器人的六爪执行机构。
背景技术
为了摆脱田间除草的繁重体力劳动和克服化学除草方法所带来的危害，机械化和智能化除草成为植保发展的方向。其中行内植株之间杂草的清除必须由智能化的除草机器人来完成。目前所见的除草机构，如Einbock、Lely、Rabe Werk等公司的耙子、Bezzerides公司的转动除草器、Yetter公司的转动锄、Kongskilde公司的丹麦钉齿除草器等(Jed Colquhoun and Robin Bellinder.New Cultivation Toolsfor Mechanical Weed Control in Vegetables；Robin Bellinder.Cultivation Tools forMechanical Weed Control in Vegetables；Marie-Josée Hotte，et al.Use of mechanicalcultivators for market vegetable crops.)，均面向行间的机械化除草而设计，无法应用于行内除草。少数面对行内除草的装置，如Buddingh公司的倾斜对滚转盘手指式除草机构(Robin Bellinder.Cultivation Tools for Mechanical Weed Control inVegetables)，仅适用于草非常小时，且只能在植株间距非常均匀的情况下使用。以上除草机构无法满足一般栽培方式下行内除草的需要，更无法实现行内、行间一体化除草的需要。
发明内容
为了克服现有机器人除草装置的不足，本发明提供一种应用于除草机器人的六爪执行机构，通过六爪转盘结构和凹、凸锁止轮的啮合，同时实现行内与行间除草。同时通过对凸锁止轮的上提和转盘速度的控制，控制在植株间距变化时割刀进入行内的动作和频率，满足机器人除草的智能化要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由外壳、主轴转盘系、割刀轴系、钢丝滑杆系所组成，外壳固定于除草机器人平台上，外壳固定于除草机器人平台上，电机与主轴转盘系相连，6套割刀轴系支承在主轴转盘系上。电机带动主轴转盘系转动，6套割刀轴系随同主轴转盘系转动。当其中1套割刀轴系转至植株行一侧时，该轴系上凹锁止轮与钢丝滑杆系上的凸锁止轮进入啮合并被锁止，使割刀外伸进入行内植株间完成除草动作。如两植株间距过小，则由另一电机拉动钢丝，使钢丝滑杆系上的凸锁止轮上移，凹锁止轮无法与其啮合，使割刀不伸出进入行内，以避免割刀伤害植株。
本发明的有益效果是，只通过主轴的主运动和钢丝的从运动配合，实现了6套割刀的任意行内、行间除草运动及其控制，除草动作连续，整体尺寸小巧，操作简单灵活，便于除草机器人的控制与操纵。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为除草机器人六爪执行机构主视示意图，图2为该机构俯视示意图，图3为锁止轮轮廓曲线示意图，图4为该机构田间作业示意图。
图中1.外壳，2.主轴，3.轴承，4.钢丝，5.滑杆，6.导槽，7.压缩弹簧，8.键A，9.凸锁止轮，10.螺栓A，11.轴端挡圈A，12.键B，13.割刀，14.转轴，15.弹性挡环，16.凹锁止轮，17.螺栓B，18.轴端挡圈B，19.螺栓C，20.轴端挡圈C，21.键C，22.转盘。
具体实施方式
如图1、图2所示，该除草机器人六爪执行机构由外壳、主轴转盘系、割刀轴系、钢丝滑杆系所组成。其中主轴转盘系包括主轴(2)、转盘(22)、键C(21)、轴端挡圈C(20)、螺栓C(19)。主轴(2)由滚动轴承(3)支承，相对外壳(1)转动。转盘(22)通过键C(21)联接于主轴上，并通过轴端挡圈C(20)和螺栓C(19)进行轴向定位。
割刀轴系包括割刀(13)、转轴(14)、弹性挡环(15)、键B(12)、凹锁止轮(16)、轴端挡圈A(11)和螺栓A(10)。割刀(13)通过螺栓与转轴(14)联接，转轴(14)可以相对转盘(22)转动，并通过弹性挡环(15)进行轴向定位。转轴(14)通过键B(12)与凹锁止轮(16)联接，并通过轴端挡圈A(11)和螺栓A(10)进行轴向定位。割刀(13)、转轴(14)、弹性挡环(15)、键B (12)、凹锁止轮(16)、轴端挡圈A(11)、螺栓A(10)所形成的割刀轴系共有6套，均布于主轴(2)轴线周围，均由转盘(22)支承并相对于转盘(22)转动。
钢丝滑杆系包括钢丝(4)、滑杆(5)、导槽(6)、压缩弹簧(7)、凸锁止轮(9)、键A(8)、轴端挡圈B(18)和螺栓B(17)。导槽(6)通过螺钉固定于外壳(1)内，滑杆(5)具有矩形截面，只能相对导槽(6)上下滑动。钢丝(4)与滑杆(5)连接。凸锁止轮(9)与滑杆(5)通过键A(8)联接，并通过轴端挡圈B(18)和螺栓B(17)进行轴向定位。压缩弹簧(7)套于滑杆(5)上，位于导槽(6)和凸锁止轮(9)之间。
图3中，凸锁止轮(9)的轮廓曲线由8段曲线组成，其中M1M2和M5M6对称，为以凸锁止轮9轴心A为圆心的圆弧；M3M4为以转盘(22)轴心O为圆心的圆弧；M7M8为直线；M2M3和M4M5对称，M6M7和M8M1对称，M2M3、M4M5、M6M7和M8M1为过渡圆弧。凹锁止轮(16)的轮廓曲线由4段曲线组成，其中N1N4是以凹锁止轮(16)轴心B为圆心的圆弧，N2N3则是与M3M4相同半径的圆弧，N1N2和N3N4对称，N1N2和N3N4为过渡圆弧。
为了保证凸锁止轮(9)和凹锁止轮(16)顺利啮合，两锁止轮的轮廓曲线还应具有如下特征：
从M2到M3，M2M3过渡曲线上的点到轴心A的距离逐渐减小；从N1到N2，N1N2过渡曲线上的点到轴心B的距离逐渐减小；N2N3圆弧长度小于M3M4圆弧。
由图1～图4，该机构挂接于除草机器人移动平台上，外壳(1)相对于移动平台固定，由移动平台上的两电机分别带动主轴(2)转动和拉动钢丝(4)。当除草机器人工作时，该执行机构位于行间。在除草机器人前进时，在俯视方向，主轴(2)带动转盘(22)顺时针转动，6套割刀轴系随转盘(22)相对转盘(22)轴心转动，同时土壤与割刀(13)间的阻力使该割刀轴系绕转轴(14)的轴心转动至内侧，割刀(13)进行行间的除草。当其中1套割刀轴系随转盘(22)转动至植株行一侧，凹锁止轮(16)和凸锁止轮(9)进入啮合，使割刀(13)绕转 轴(14)的轴心顺时针转动直至两同心圆弧M3M4和N2N3进入锁止状态，割刀(13)被锁止在与主轴(2)中心的连线方向。这一过程中，割刀(13)自该六爪执行机构内侧伸出，进入行内植株之间完成切割除草动作。当割刀轴系随转盘(22)绕其轴心继续转动，凹锁止轮(16)和凸锁止轮(9)脱离啮合，割刀轴系被解除锁止，割刀(13)与土壤间的阻力又重新使割刀(13)进入六爪执行机构的内侧。故在除草机器人前进过程中，转盘(22)连续转动，而在转盘上平均分布的6套割刀轴系中，只有当其中一套割刀轴系转动到达植株行一侧时，割刀(13)才伸入行内植株之间完成切割除草动作。这样该六爪执行机构可以同时实现行内和行间的除草作业。
在除草机器人前进过程中，当除草机器人检测到行内两植株的间距过小，割刀(13)不能伸入行内植株间除草时，则控制电机带动钢丝(4)上拉，通过滑杆(5)带动凸锁止轮(9)向上运动，从而使割刀轴系随转盘(22)转动到植株行一侧相应位置时，凹锁止轮(16)和凸锁止轮(9)无法进入啮合，割刀(13)仍处于六爪执行机构内侧而不外伸进入行内。随后该电机停，通过压缩弹簧(7)的弹性力作用使凸锁止轮(9)下降回到初始位置。当除草机器人检测发现行内两植株间间距较大时，只需提高主轴(2)的转速，使转盘(22)带动割刀轴系更快绕转盘(22)轴心转动，使6套割刀轴系中两套甚至多套更快与凸锁止轮(9)进入啮合，两把甚至更多割刀(13)伸入行内植株间完成除草。
Claims (3)
1.一种除草机器人的六爪执行机构，其特征在于：由外壳、主轴转盘系、割刀轴系、钢丝滑杆系所组成，外壳固定于除草机器人平台上，电机与主轴转盘系相连，6套割刀轴系支承在主轴转盘系上；钢丝滑杆系包括钢丝(4)、滑杆(5)、导槽(6)、压缩弹簧(7)、凸锁止轮(9)、键A(8)、轴端挡圈B(18)和螺栓B(17)，导槽(6)通过螺钉固定于外壳(1)内，滑杆(5)具有矩形截面，只能相对导槽(6)上下滑动，钢丝(4)与滑杆(5)连接，凸锁止轮(9)与滑杆(5)通过键A(8)联接，并通过轴端挡圈B(18)和螺栓B(17)进行轴向定位，压缩弹簧(7)套于滑杆(5)上，位于导槽(6)和凸锁止轮(9)之间；所述主轴转盘系包括主轴(2)、转盘(22)、键C(21)、轴端挡圈C(20)、螺栓C(19)，主轴(2)由滚动轴承(3)支承，转盘(22)通过键C(21)联接于主轴上，并通过轴端挡圈C(20)和螺栓C(19)进行轴向定位；所述割刀轴系包括割刀(13)、转轴(14)、弹性挡环(15)、键B(12)、凹锁止轮(16)、轴端挡圈A(11)和螺栓A(10)，割刀(13)通过螺栓与转轴(14)联接，并通过弹性挡环(15)进行轴向定位；转轴(14)通过键B(12)与凹锁止轮(16)联接，并通过轴端挡圈A(11)和螺栓A(10)进行轴向定位；割刀(13)、转轴(14)、弹性挡环(15)、键B(12)、凹锁止轮(16)、轴端挡圈A(11)、螺栓A(10)所形成的割刀轴系共有6套，均布于主轴(2)轴线周围，均由转盘(22)支承并相对于转盘(22)转动。
2.根据权利要求1所述的除草机器人的六爪执行机构，其特征在于：所述凸锁止轮(9)的轮廓曲线由8段曲线组成，其中M1M2和M5M6对称，为以凸锁止轮(9)轴心A为圆心的圆弧；M3M4为以转盘(22)轴心O为圆心的圆弧；M7M8为直线；M2M3和M4M5对称，M6M7和M8M1对称，M2M3、M4M5、M6M7和M8M1为过渡圆弧；从M2到M3，M2M3过渡曲线上的点到轴心A的距离逐渐减小。
3.根据权利要求3所述的除草机器人的六爪执行机构，其特征在于：所述凹锁止轮(16)的轮廓曲线由4段曲线组成，其中N1N4是以凹锁止轮(16)轴心B为圆心的圆弧，N2N3是与M3M4相同半径的圆弧，N2N3圆弧长度小于M3M4圆弧；N1N2和N3N4对称，N1N2和N3N4为过渡圆弧；从N1到N2，N1N2过渡曲线上的点到轴心B的距离逐渐减小。
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