CN102804974A - 杨梅果实采摘机器人升降平台 - Google Patents

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闫智勇
王涛
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本发明公开一种杨梅果实采摘机器人升降平台。由连杆、铰链和滑块构件组成升降平台的主体结构，通过电机驱动、丝杆螺母副和滑台的运动，带动剪叉式连杆副做上下伸缩。剪叉式连杆副置于滚珠丝杆螺母副轴向水平方向的两侧，在每副连杆的中间部位用CF轴承铰接，处于中间各层同一高度的前、后连杆的两端用连接轴铰接，最上面一副连杆的两端与动平台侧板、滑块用销轴铰接，最下面一副连杆的两端与连杆支座、支板用CF轴承铰接，滚珠丝杆螺母副安装在底板的中间，其螺母与螺母连接板连接，螺母连接板的两端依次与支板、连接板和滑台连接。本升降平台适宜安装在高枝果实采摘机器人的移动底盘上，平台升降自如，方便机器人采摘高枝果实和整体位移。

Description

杨梅果实采摘机器人升降平台
技术领域
本发明涉及农业果蔬采摘机器人技术领域，尤其是一种杨梅果实采摘机器人升降平台。
背景技术
杨梅是中国南方的特产珍果，目前杨梅采摘主要靠人手工完成，其效率低，而且处在高枝上的果实，果农要爬上树去摘取，由此带来不安全因素。研制杨梅果实采摘机器人能够降低采摘劳动强度、提高劳动生产率、保证果农的安全采摘，因而具有很大发展潜力。目前，虽然国内外已经在研制果蔬采摘机器人，但主要集中在草莓、葡萄、黄瓜等田地、低枝的果蔬采摘，对长在较高树枝上的杨梅，其采摘机器人还未曾见有文献报道。为了解决高枝采果的问题，需解决机器人的机械臂具有较大距离的升缩功能，但机器人常用的多节关节臂，特别是小型机器人，每节臂长度受刚度要求限制不能太长，采用多节关节臂不能满足采摘果实的高度要求。所以，杨梅采摘机器人需采用升降平台来解决这一问题。而升降平台目前在国内外工程车辆中主要采用的是车载液压升降平台，该平台组合多组剪叉式连杆和液压缸，可以使平台升高达至10多米，广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修、物业管理、路灯检修、电力等高空设备安装和检修。但是，由于这种升降平台采用千瓦级电力、液压缸驱动，整体结构庞大、笨重，不适宜在没有电力输送的山坡果林地使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供杨梅果实采摘机器人升降平台，该升降平台用蓄电池供直流电机驱动，前后双排多副剪叉式连杆副组成升降平台的主体结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种杨梅果实采摘机器人升降平台，由连杆、铰链和滑块构件组成升降平台的主体结构，通过电机驱动、丝杆螺母副和滑台的运动，带动前后双排多副剪叉式连杆副做上下伸缩，动平台升降。剪叉式连杆副置于滚珠丝杆螺母副轴向水平方向的两侧，在每副连杆的中间部位用CF轴承铰接，处于中间各层同一高度的前、后连杆的两端用连接轴铰接，最上面一副连杆的两端与动平台侧板、滑块用销轴铰接，最下面一副连杆的两端与连杆支座、支板用CF轴承铰接，滚珠丝杆螺母副安装在底板的中间，其螺母与螺母连接板连接，螺母连接板的两端依次与支板、连接板和滑台连接。
滑轨和连杆支座在丝杆轴向方向两侧的同一直线方向上，并保证支板、连杆支座与连杆配合的平面在同一铅垂平面上，每副连杆的左、右和中间部位的铰链连接点位于各自的铅垂线上。
顶板与侧板用螺钉连接构成动平台，滑轨和连杆支座用螺钉固定在底板上。
丝杆与电机用联轴器连接，丝杆的两端用左、右轴承座支撑，电机支座、左右轴承座均用螺钉固定在底板上。
电机采用直流减速电机，丝杆、螺母采用滚珠丝杆螺母副，滑轨、滑台采用直线滑台副。
在底板上设有用于升降平台安装在机器人移动底盘上的安装孔，在顶板上设有安装机器人机械臂旋转自由度电机的安装孔。
为了有效减轻升降平台的自重及防锈，除直流减速电机、滚珠丝杆副及其连接和支撑部件、直线滑台副和螺钉连接件以外，其余零件均采用铝合金材料。
本升降平台的工作原理是：滚珠丝杆的螺母与螺母连接板、支板、连接板和滑台均为刚性连接。支板与最下面的一个连杆的下端用CF轴承连接构成铰链，两个连杆用CF轴承连接构成铰链，另一个连杆的下端与连杆支座(机架)用CF轴承连接构成铰链，滑台与滑轨(机架)配合构成滑动副，即2个连杆构件、1个滑块构件和1个机架构件、3个铰链(转动副)和1个移动副组成连杆铰链滑块机构，其滑块为主动件，2个连杆的另一端为输出端，在两个输出端上，与连杆的下端对称配置：连杆与滑块、连杆与侧板用销轴连接构成铰链。直流减速电机的动力可由放置于机器人移动底盘上的蓄电池组提供，也可以自配直流稳压电源，电力由果园电力网提供。通过直流减速电机的正、反转，滚珠丝杆作正、反向旋转，螺母作左、右移动，与螺母相连的螺母连接板、支板、连接板和滑台就与螺母一同移动，铰接在支板上的连杆也一同移动，同时铰接在滑块上的连杆也与滑块一起在侧板横槽中移动，而连杆的另一端铰链是固定的。通过这种连杆铰链滑块机构的运动，即可实现连杆副一端固定，另一端伸展或收缩运动，即实现升降平台的升降运动功能。而前后双排对称布置叉形连杆副，以及前排、后排连杆副用连接轴铰接是为了提高平台的整体刚度和强度。当在高度方向上串联多副连杆后，升降平台的升降高度得到成倍数增加。
理论上升降高度不受限制，连杆副的个数越多，升降距离越大，但实际上受外力作用，材料强度、几何尺寸精度和动力大小的影响，增加连杆副越多，整体强度、刚度会降低，制造成本、运动误差、动力会增加。通过实施例样机试制，采用4至5副连杆比较合适。
本发明的有益效果是，在杨梅或其他高枝果实采摘机器人的移动底盘上安装本发明升降平台，可以使机械臂的伸展高度达到采摘高枝果实的高度，并且能根据果实所在高度控制升降平台的高度，在机器人进入或离开采摘现场时，升降平台可降低到初始高度，使其重心下降，方便机器人的整体位移。
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是本发明整体构造轴测图。
图2是杨梅果实采摘机器人升降平台整体构造主视图。
图中1.底板，2.直流减速电机，3.电机支座，4.联轴器，5.螺母连接板，6.丝杆右轴承座，7.螺母，8.滚珠丝杆，9.连接轴，10.侧板，11.顶板，12.滑块，13.销轴，14.连杆，15.CF轴承，16.连杆支座，17.滑轨，18.支板，19.连接板，20.滑台，21.丝杆左轴承座。
具体实施方式
在图1和图2实施例中，两个连杆(14)组成1副剪叉式连杆副，共采用10副，前、后各布置5副。每副连杆交叉叠放，中间部位用CF轴承(15)铰接，前、后等高处的每副连杆，其两端用连接轴(9)铰接，以加强伸降平台结构的刚度和强度。
由底板(1)向上数的第1副连杆(14)的两端部，左端部连杆与连杆支座(16)用CF轴承(15)铰接，连杆支座用螺钉固定在底板(1)上，右端部连杆与支板(18)用CF轴承铰接，螺母连接板(5)的两端依次与支板和滑台连接板(19)用螺钉连接，滑台连接板用螺钉连接在滑台(20)上，在螺母连接板的中间部位与螺母(7)用螺钉连接。当螺母做直线运动时，通过螺母连接板带动滑台在滑轨上滑动。
在底板(1)上，前后平行安装两个由滑轨(17)和滑台(20)组成的直线滑台，滑轨用螺钉固定在底板上。顶板(10)与前、后侧板(11)用螺钉连接，构成动平台，侧板的一端有水平横槽，另一端有固定孔。最上面的第5连杆副，其一端与放置在水平横槽的滑块(12)用销轴(13)铰接，另一端与侧板固定孔用销轴(13)铰接。当最下面的第1连杆副的一端随螺母(7)沿滑轨移动时，与第5连杆副相连的滑块(12)也在侧板(10)横槽里移动。
滚珠丝杆(8)由左、右轴承座(21、6)支撑，左、右轴承座用螺钉固定在底板(1)上，滚珠丝杆与直流减速电机(2)的输出轴用联轴器(4)连接，直流减速电机(2)用螺钉固定在电机支座(3)上，电机支座用螺钉固定在底板上。
底板(1)上的连杆支座(16)、滑轨(17)和滑台(20)上的连接板(19)、支板(18)和动平台侧板(10)上的固定孔和横槽，在安装时，要保证他们的几何尺寸关系，即：滑轨和连杆支座在滚珠丝杆轴向方向两侧的同一直线方向上，支板、连杆支座与连杆(14)配合的平面在同一铅垂平面上，每副连杆的左、右和中间部位的铰链连接点位于各自的铅垂线上。
在顶板(11)上预先加工有用于机器人机械臂旋转自由度的电机安装孔，在底板(1)上预先加工有升降平台安装在机器人移动底盘上的安装孔。

Claims (6)

1.一种杨梅果实采摘机器人升降平台，由连杆、铰链和滑块构件组成升降平台的主体结构，通过电机驱动、丝杆螺母副和滑台的运动，带动前后双排多副剪叉式连杆副做上下伸缩，动平台升降，其特征是：剪叉式连杆副置于滚珠丝杆螺母副轴向水平方向的两侧，在每副连杆的中间部位用CF轴承铰接，处于中间各层同一高度的前、后连杆的两端用连接轴铰接，最上面一副连杆的两端与动平台侧板、滑块用销轴铰接，最下面一副连杆的两端与连杆支座、支板用CF轴承铰接，滚珠丝杆螺母副安装在底板的中间，其螺母与螺母连接板连接，螺母连接板的两端依次与支板、连接板和滑台连接。
2.根据权利要求1所述的杨梅果实采摘机器人升降平台，其特征是：滑轨和连杆支座在丝杆轴向方向两侧的同一直线方向上，并保证支板、连杆支座与连杆配合的平面在同一铅垂平面上，每副连杆的左、右和中间部位的铰链连接点位于各自的铅垂线上。
3.根据权利要求1所述的杨梅果实采摘机器人升降平台，其特征是：顶板与侧板用螺钉连接构成动平台，滑轨和连杆支座用螺钉固定在底板上。
4.根据权利要求1所述的杨梅果实采摘机器人升降平台，其特征是：丝杆与电机用联轴器连接，丝杆的两端用左、右轴承座支撑，电机支座、左右轴承座均用螺钉固定在底板上。
5.根据权利要求1所述的杨梅果实采摘机器人升降平台，其特征是：电机采用直流减速电机，丝杆、螺母采用滚珠丝杆螺母副，滑轨、滑台采用直线滑台副。
6.根据权利要求1所述的杨梅果实采摘机器人升降平台，其特征是：在底板上设有用于升降平台安装在机器人移动底盘上的安装孔，在顶板上设有安装机器人机械臂旋转自由度电机的安装孔。
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