CN105557452A - 一种模块化沙漠植树机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模块化沙漠植树机器人，所述植树机器人包括自走式底盘、可更换苗盘、抓苗机械手系统、送苗辅助装置、钻土装置和防流沙装置。所述钻土装置是由电动杠和竖直滑轨控制升降，马达驱动的螺旋钻头，所述防流沙装置是直径略大于螺旋钻头的空心圆筒，由独立的电动杠和竖直滑轨控制升降。作业时螺旋钻头内置于防流沙圆筒内部，两者共同下降，达到作业深度后，螺旋钻头率先提出地面，待抓苗机械手将树苗放入防流沙圆筒后，防流沙圆筒提升，完成一次作业。与现有技术比，本发明提供的植树机器人通过更高效地取土，降低了在干旱沙漠中植树作业的难度，显著提高作业效率，有利于大规模开展荒漠化治理工作。
Description
技术领域
本发明涉及环保装备领域，具体地，设计一种适合荒漠化治理的模块化沙漠植树机器人。
背景技术
20世纪以来随着世界人口数量急剧增长，以及人类各种不合理的垦荒活动和全球变暖趋势的加强，世界各国正面临日益严峻的土地荒漠化挑战，以中国为例，在960万平方公里的国土面积中，荒漠化面积占到了27.4%，并且据统计，自20世纪70年代以来土地沙化面积扩大速度，达到每年2460平方公里。同时，荒漠化造成了严重的社会和环境问题，包括可耕地减少、沙尘暴活动频繁、土地整体涵养水源能力下降导致的年降水量逐年减少等等，严重恶化了人类的生存环境。
栽植适宜当地降水和地下水环境的耐旱树种是有效遏制荒漠化加剧形势，应对全球荒漠化的一个重要举措。但从世界范围来看，此项工作开展的最大难题不是没有树苗，或没有决心、资金，而是没有一种能够保证园艺要求的，可以高效、规模化、自动化开展植树作业的适用机械。
目前国内外仅在科技竞赛领域有研发植树机器人的尝试，但据了解仅限于单株树苗的种植，不仅单株栽植成本高，效率低下，更重要的是完全没有考虑到针对干旱沙漠植树过程中所必须面对流沙问题，不能适应当前荒漠化治理的作业要求。
发明内容
本发明的目的是提供一款能够自动化栽植树苗，同时有效解决植树挖坑过程中所面临的流沙问题的植树机器人。本发明的一种模块化沙漠植树机器人，包括自走式底盘、可更换苗盘、抓苗机械手系统、送苗辅助装置、钻土装置和防流沙装置。具体结构是：
所述自走式底盘由配有电动轮箍的车轮和底盘车架组成；可更换苗盘作为独立模块可由车架中移出和装入，每个苗盘均包含底板、上盖板和连接底板并贯穿上盖板的多个圆筒式苗杯；抓苗机械手系统由直线导轨，以及电动舵机驱动的多自由度机械手组成；送苗辅助装置是一个作业时可平移伸出至作业状态的防流沙圆筒上方的圆筒；钻土装置的螺旋钻头由其上方的电动马达驱动，马达的法兰盘侧向连接的滑动套筒与竖直滑轨配合，滑动套筒由升降电动杠控制升降；钻土装置的竖直滑轨通过作业臂连接到车架，并由作业臂电动杠驱动；防流沙装置的直径略大于螺旋钻头的空心圆筒侧向通过滑动套筒与竖直滑轨连接，滑动套筒由升降电动杠控制升降；防流沙装置的竖直滑轨通过作业臂连接到车架，并由作业臂电动杠驱动。
优选地，所述底盘车架为底部中间掏空，左右两侧对称的结构，中间掏空预留空间为作业结束后，机器人走过已栽植树苗上方时防刮蹭的预留空间。
优选地，每个植树机器人模块包括首尾两套独立的作业装置，分别位于自走式底盘的前后两侧。
优选地，送苗辅助装置由一个独立的，悬挂于车架底部的电动杠驱动。
优选地，控制钻土装置和防流沙装置升降用的电动杠为电机驱动的螺母螺杆机构，移动螺母的一端为与电动杠内壁上滑槽配合的滑块，滑块两端挂有钢丝绳，钢丝绳经过电动螺杆两端外壁伸出，并从上下两侧与滑动套筒的上下两端连接，电动螺杆的外壁充当竖直滑轨。
优选地，钻土装置和防流沙装置的作业臂均安装在车架上的滑轨内，并受作业臂电动杠控制在滑轨内平移。
优选地，防流沙圆筒是由2个半圆筒通过弹簧合页连接到一起，一个半圆筒固定连接于升降滑动套筒，另一个半圆筒外壁装有钢丝绳，钢丝绳另一端穿过活动套筒上的安装孔，并连接到一个外露的扳机上，控制扳机的触发装置安装在防流沙圆筒所在的竖直滑轨上。
优选地，多个植树机器人可以以多排多列的方式连接在一起，共同由动力机车牵引，完成规模化连片作业。
本发明装置的作业流程是：植树机器人在即将到达作业地点时，机器人前后两组作业装置即同时独立开展准备工作，包括一、每一组的防流沙装置的的两个半圆筒张开并整体移动到计划作业地点上方，同时钻土装置移动到防流沙半圆筒内部，此时防流沙装置的两个半圆筒闭合；二、抓苗机械手系统开始取苗。待整机移动到作业地点时，防流沙装置与旋转着的钻土钻头即刻同时下探至指定深度，然后钻土钻头提升并后撤，此时已经就绪的夹苗装置和送苗辅助装置同时移动至防流沙装置的上方，夹苗装置放苗，等栽植树苗落入防流沙圆筒后，抓秒机械手系统和送苗辅助装置撤回，同时防流沙装置提升，完全到达地面以上时防流沙圆筒的两部分再次张开，并后撤，整个作业过程结束，整机再次前进。
应用本发明将显著提高沙漠干沙环境下的植树效率，对于大规模荒漠化治理必将起到极大的推动作用。
附图说明
图1是本发明的植树机器人的整体结构立体图；
图2是本发明的底盘和车架立体图；
图3是本发明的苗盘立体图；
图4是本发明的抓苗机械手系统立体图；
图5是本发明的送苗辅助装置与车架装配示意图；
图6是本发明的钻土装置结构示意图；
图7是本发明的钻土装置与车架装配示意图；
图8是本发明的钻土装置和防流沙装置升降用电动杠内部结构图；
图9是本发明的防流沙装置结构示意图；
图10是本发明的防流沙装置与车架装配示意图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图1~10所示，本发明的沙漠植树机器人，自走式底盘101由配有电动轮箍102的车轮103、底盘104以及车架105组成，车架105中部设置有多个苗盘201的安装位106，两侧车架中间底部预留过苗通道107。
苗盘201由底板202、上盖板203和连接底板202并贯穿上盖板203的多个圆筒式苗杯204组成，并安装于车架105上的苗盘安装位106内。
抓苗机械手系统301由水平横向直线导轨302和驱动舵机303、纵向直线导轨304和驱动舵机305、竖直直线导轨306和驱动舵机307、竖直轴旋转装置308和驱动舵机309、夹苗机械手310和驱动舵机311组成。
送苗辅助装置401的圆筒402由悬挂于车架105上的电动杠403驱动。
钻土装置501的螺旋钻头502由其上方的电动马达503驱动，电动马达503的安装法兰504侧向连接的滑动套筒505与竖直滑轨506配合，滑动套筒505由升降电动杠507的牵引钢丝绳508控制升降；竖直滑轨506后方连接作业臂509，作业臂509安装在车架105上设置的滑轨510内，并由车架105上安装的电动杠511驱动。
控制钻土装置和防流沙装置升降用的电动杠507和605的结构形式相同，为电机512驱动的螺母螺杆机构，移动螺母513的一端为与电动杠内壁上滑槽514配合的滑块515，滑块515两端挂有钢丝绳508，钢丝绳508经过电动杠两端外壁伸出，并从上下两侧与滑动套筒505的上下两端连接，电动杠的外壁516充当钻土装置501和防流沙装置601升降用竖直滑轨。
防流沙装置601的空心圆筒602是由2个由弹簧合页连接到一起的半圆筒组成，固定半圆筒603与滑动套筒604连接，滑动套筒604由电动杠605的钢丝绳606驱动沿电动杠外壁上下移动，活动半圆筒607外壁装有钢丝绳608，钢丝绳608另一端穿过活动套筒604上的安装孔609，并连接到一个外露的扳机610上，控制扳机610的触发装置611安装在电动杠605上。电动杠605后部连接作业臂612，并有电动杠613控制在车架105上的滑轨614内滑动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种模块化沙漠植树机器人，其特征在于，所述植树机器人包括自走式底盘、可更换苗盘、抓苗机械手系统、送苗辅助装置、钻土装置和防流沙装置，具体结构是：
所述自走式底盘由配有电动轮箍的车轮和底盘车架组成；
可更换苗盘作为独立模块可由车架中移出和装入，每个苗盘均包含底板、上盖板和连接底板并贯穿上盖板的多个圆筒式苗杯；
抓苗机械手系统由直线导轨，以及电动舵机驱动的多自由度机械手组成；
送苗辅助装置是一个作业时可平移伸出至作业状态的防流沙圆筒上方的圆筒；
钻土装置的螺旋钻头由其上方的电动马达驱动，马达的法兰盘侧向连接的滑动套筒与竖直滑轨配合，滑动套筒由升降电动杠控制升降；竖直滑轨通过作业臂连接到车架，并由作业臂电动杠驱动；
防流沙装置的直径略大于螺旋钻头的空心圆筒侧向通过滑动套筒与竖直滑轨连接，滑动套筒由升降电动杠控制升降；防流沙装置的竖直滑轨通过作业臂连接到车架，并由作业臂电动杠驱动。
2.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，所述底盘车架为底部中间掏空，左右两侧对称的结构，中间掏空预留空间为作业结束后，机器人走过已栽植树苗上方时防刮蹭的预留空间。
3.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，每个植树机器人模块包括首尾两套独立的作业装置，分别位于自走式底盘的前后两侧。
4.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，送苗辅助装置由一个独立的，悬挂于车架底部的电动杠驱动。
5.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，控制钻土装置和防流沙装置升降用的电动杠为电机驱动的螺母螺杆机构，移动螺母的一端为与电动杠内壁上滑槽配合的滑块，滑块两端挂有钢丝绳，钢丝绳经过电动螺杆两端外壁伸出，并从上下两侧与滑动套筒的上下两端连接，电动螺杆的外壁充当竖直滑轨。
6.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，钻土装置和防流沙装置的作业臂均安装在车架上的滑轨内，并受作业臂电动杠控制在滑轨内平移。
7.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，防流沙圆筒是由2个半圆筒通过弹簧合页连接到一起，一个半圆筒固定连接于升降滑动套筒，另一个半圆筒外壁装有钢丝绳，钢丝绳另一端穿过活动套筒上的安装孔，并连接到一个外露的扳机上，控制扳机的触发装置安装在防流沙圆筒所在的竖直滑轨上。
8.根据权利要求1所述的植树机器人，其特征在于，多个植树机器人可以以多排多列的方式连接在一起，共同由动力机车牵引，完成规模化连片作业。
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