CN101485302A - 一种应用于除草机器人的八爪执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种应用于除草机器人的八爪执行机构。包括外壳、轨道变换滑块系、主轴转盘系、8套割刀轴系；割刀轴系随同主轴转盘系转动，轨道变换滑块在向上的外力作用下克服压缩弹簧提起，连接上侧轨道和下侧轨道。每当1套割刀轴系转至植株行一侧时，该轴系在轨道压力的作用下推动转轴向下移动，同时在与转盘系相连的套管导轨和限位销的限位作用下产生自转，使割刀外伸进入行内植株间完成除草动作。本发明的有益效果为可以同时控制多套割刀伸向外侧进行株间除草，保证株间间隙的覆盖率。除草动作连续，操作简单灵活，便于除草机器人的控制与操纵。

Description

一种应用于除草机器人的八爪执行机构

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种应用于除草机器人的八爪执行机构。

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称为植保发展的方向。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均面向行间的机械化除草而设计，无法应用于行内株间除草。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仅使用于杂草苗期，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株间除草的需要。

中国专利200810019830.3公开了一种六爪株间除草执行机构，此机构有六套铲齿，通过两个凸轮曲面是否啮合来控制除草铲齿是否外伸。该专利的存在主要问题在于：同一时间只能控制一个除草铲齿，而且凸轮啮合时有可能发生干涉。

发明内容

为了克服现有机器人除草装置的不足，本发明提供了一种应用于除草机器人的八爪执行机构，通过八爪转盘结构和轨道的变换，实现不同株间距株间除草的目的，满足机器人智能化除草的目的。

一种应用于除草机器人的八爪执行机构，包括外壳、轨道变换滑块系、主轴转盘系、8套割刀轴系，主轴转盘系包括主轴、转盘、八个带有螺旋导轨的套筒，主轴由第二径向轴承支撑，转盘连接于主轴上，八个带有螺旋导轨的套筒固定于转盘上；割刀轴系包括割刀、带有限位挡环的转轴、限位销、第一轴向轴承、第二轴向轴承、轴端挡圈、T形套筒和第一径向轴承，割刀与转轴的底端相连，转轴处于与转盘相连的套筒内，限位销穿过转轴与套筒的螺旋导轨相啮合，通过限位销与螺旋导轨啮合位置的不同来确定转轴的旋转角度，从而对割刀的方向进行定位；转轴的另一端处于T形套筒内并通过第一轴向轴承、第二轴向轴承、轴端挡圈和螺栓进行轴向定位；T形套筒的另一端与径向第一径向轴承相连，并在限位挡块与转轴的作用下，保证第一径向径向轴承始终处于上下侧轨道内；轨道变换滑块系包括轨道变换滑块导杆导槽、压缩弹簧。导槽固定于外壳内，导杆在导槽内部且相对于导槽上下滑动，通过压缩弹簧来带动滑块改变其上下位置，从而改变上侧或下侧轨道是否连接。

电机带动主轴转盘系转动，8套割刀轴系随同主轴转盘系转动。轨道变换滑块在向上的外力作用下克服压缩弹簧提起，连接上侧轨道和下侧轨道。每当1套割刀轴系转至植株行一侧时，该轴系在轨道压力的作用下推动转轴向下移动，同时在与转盘系相连的套管导轨和限位销的限位作用下产生自转，使割刀外伸进入行内植株间完成除草动作。如果植株间距过小则撤去轨道变换滑块的外力，滑块在自重和压缩弹簧的作用下回落关闭下侧轨道。此时割刀转轴不能自转和向下运动，保证了割刀不伸入行内，以避免割刀伤害植株。

本发明的有益效果，只通过主轴的主运动和轨道变换滑块的上下运动，实现了8套割刀的行间除草运动及其控制，并可以同时控制多套割刀伸向外侧进行株间除草，保证株间间隙的覆盖率。除草动作连续，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为除草机器人八爪执行机构主视示意图，图2为该机构俯视示意图，图3是一个割刀在状态一下的主视示意图和俯视示意图，图4是一个割刀在状态二下的主视示意图和俯视示意图，图5为该机构田间作业示意图。

图中1、6、16、24螺栓，2、7、17轴端挡圈，3、第一轴向轴承，8、第二轴向轴承，4、第一径向轴承，27、第二径向轴承，5T形套管，9转轴挡环，10转轴，11限位挡块，12限位销，13带有螺旋导轨的套筒，14割刀，15键，18转盘，19轨道，20轨道变换滑块，21压缩弹簧，22外壳，23导槽，25导杆，26主轴，28螺旋导轨，A上侧轨道，B下侧轨道

具体实施方式

主轴转盘系包括主轴26、转盘18、键15、轴端挡圈17、螺栓16、带有螺旋导轨28的套筒13、限位挡块11，主轴26由滚动轴承27支撑，转盘18通过键15连接于主轴上，并通过轴端挡圈17和螺栓16进行轴向定位。八个带有螺旋导轨的套筒13固定于转盘18上。

割刀轴系包括割刀14、带有挡环的转轴10、限位销12、轴向轴承3、8、螺栓1、轴端挡圈2、T形套筒5、径向轴承4，割刀通过螺栓与转轴10相连，转轴处于与转盘相连的套筒13内，限位销12穿过转轴10与套筒13的螺旋导轨相啮合。通过限位销12与螺旋导轨啮合位置的不同来确定转轴10的旋转角度从而对割刀14的方向进行定位。转轴10另一端处于T形套筒5内并通过轴向轴承3、8轴端挡圈2和螺栓1进行轴向定位。T形套筒5的另一端与径向轴承4相连，并在限位挡块11与转轴10的作用下，保证径向轴承4始终处于轨道内。

轨道变换滑块系包括滑块20滑杆25导槽23、压缩弹簧21。导槽23固定于外壳内，滑杆25在导槽23内部只能相对于导槽23上下滑动，来带动滑块20改变其上下位置，从而改变上侧与下侧轨道是否连接。

图3是一个割刀在状态1时的主视示意图和俯视示意图，如图3主视图所示，第一径向轴承4在轨道A内滑动，轴承4的下侧与轨道A的下侧面接触。此时限位销12处于与转盘18连接的套筒13的螺旋导轨内的上侧。俯视示意图显示了割刀和转盘的位置关系，割刀没有伸向外侧。

图4是一个割刀在状态2时的主视示意图和俯视示意图，如图4主视图所示，第一径向轴承4在轨道B内滑动，轴承4的下侧与轨道B的下侧平面接触。此时限位销12处于与转盘18连接的套筒13的螺旋导轨的下侧。俯视示意图显示割刀和转盘的位置关系，割刀伸向外侧进入株间进行除草。

由图1～图4，该机构挂接于除草机器人移动平台上，外壳22相对于移动平台固定，由移动平台上的电机带动主轴，由外壳22上电磁吸合装置来带动轨道变换滑块20。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26带动转盘18顺时针转动，8套割刀轴系随转盘18相对转盘18轴心转动。径向轴承4在轨道A内运动，割刀提起并转向内侧。当其中1套割刀轴系随转盘18转动至植株行一侧，轨道变换滑块20提起，径向轴承4通过倾斜轨道进入轨道B，转轴向下移动的同时在在限位销12的作用下产生自转，割刀转向外侧进入株间。当这套割刀离开植株行后，径向轴承4在轨道的作用下自动从轨道B回到轨道A，割刀提起并转入内侧，结束株间除草。在除草机器人前进的过程中，转盘18连续转动，而在转盘上平均分布的8套割刀轴系中，通过轨道变换滑块20可以控制一套或者多套割刀进入株间进行除草，保证割刀对株间间隙的覆盖率。

在除草机器人前进过程中，当除草机器人检测到行内两植物株间距离过小，可以断开电磁力在压缩弹簧21的作用下轨道变换滑块20落下，保证径向齿轮在轨道A内滚动，使割刀不伸向外侧，避免除去作物。

Claims (1)

1、一种应用于除草机器人的八爪执行机构，包括外壳(22)、轨道变换滑块系、主轴转盘系、8套割刀轴系；主轴转盘系包括主轴(26)、转盘(18)、八个带有螺旋导轨的套筒(13)，主轴(26)由第二径向轴承(27)支撑，转盘连接于主轴(26)上，八个带有螺旋导轨(28)的套筒(13)固定于转盘(18)上；割刀轴系包括割刀(14)、带有限位挡环(11)的转轴(10)、限位销(12)、第一轴向轴承(3)、第二轴向轴承(8)、轴端挡圈(2)、T形套筒(5)和第一径向轴承(4)，割刀(14)与转轴(10)的底端相连，转轴(10)处于与转盘(18)相连的套筒(13)内，限位销(12)穿过转轴(10)与套筒的螺旋导轨(28)相啮合，通过限位销(12)与螺旋导轨(28)啮合位置的不同来确定转轴(10)的旋转角度，从而对割刀(14)的方向进行定位；转轴(10)的另一端处于T形套筒(5)内并通过第一轴向轴承(3)、第二轴向轴承(8)、轴端挡圈(2)和螺栓(1)进行轴向定位；T形套筒(5)的另一端与径向第一径向轴承(4)相连，并在限位挡块(11)与转轴(10)的作用下，保证第一径向径向轴承(4)始终处于上侧轨道(A)或下侧轨道(B)内；轨道变换滑块系包括轨道变换滑块(20)、导杆(25)、导槽(23)和压缩弹簧(21)；导槽(23)固定于外壳(22)内，导杆(25)在导槽(23)内部且相对于导槽(23)上下滑动，通过压缩弹簧(21)来带动轨道变换滑块(20)改变其上下位置，从而改变上侧轨道(A)或下侧轨道(B)是否连接。

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