CN106034980A - 一种自动切割橡胶机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动切割橡胶机器人，属于农业机械领域。其特征包括:夹持机构、切割深度调节机构、动力装置和切割轨迹控制机构。夹持机构由旋转块和支撑杆组成；切割深度调节机构由带刻度的旋转盘和可移动定位轮及刀架组成；动力由步进电机提供；切割轨迹控制机构包括上下环形轨道及小车驱动机构和丝杠螺母机构。该自动切割橡胶机器人通过夹持机构使其夹紧在橡胶树上，利用切割轨迹控制机构使切割轨迹成螺线形，并借助丝杠螺母实现换行切割，最后利用切割深度调节机构调节适当的切割深度，实现自动割胶。本自动切割橡胶机器人可自动调节割胶深度，自动换行，适应不同树径，具有结构简单、控制方便、成本低，可靠实用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其是涉及一种用于切割橡胶树树皮的机器人。
背景技术
天然橡胶具有优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特性，经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质，用途广泛。日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松紧带;医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管、避孕套;交通运输上使用的各种轮胎;工业上使用的传送带、运输带、耐酸和耐碱手套;农业上使用的排灌胶管、氨水袋;气象测量用的探空气球;科学试验用的密封、防震设备;国防上使用的飞机、坦克、大炮、防毒面具;甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。因此，天然橡胶是重要的战略物资和工业原料。
橡胶树通过割胶来获取经济产量，橡胶树投产后可割胶30-40年，割胶的劳动投入占整个橡胶生产劳动总收入的70%以上，因此割胶生产是橡胶生产的重要环节，而割胶是一个需要高技术的手工工作，割胶技术和割胶制度的好坏不仅影响产量，还影响生产周期，甚至影响橡胶树的寿命。同时橡胶切割需要凌晨3点钟开始割树，每3个小时收集一次，不但辛苦而且对劳动者身体有害。胶工的大量投入，成为橡胶生产的瓶颈。因此，使用机械割胶成为减少胶工劳动时间和劳动强度，提高效率的重要形式。
目前切割橡胶机械的研究已出现一些，如申请号为CN201420735025.1的中国实用新型专利，公告日为2015-06-10，记载了一种由绑树固定架，环形行星齿轮外壳和矢量移动刀架组成的割胶机。其中矢量移动刀架总成上设置齿轮轴,矢量移动刀架总成内设置马达和带齿轮齿条的割胶刀架。该割胶机能够在电机的带动下，使得割刀做上下运动和绕树干的圆周运动，通过齿轮之间的齿数配比从而实现割胶的整体螺线运动。该割胶机切割动作和换行动作均由一个电机控制，控制简单，但是其机构复杂，换行距离不可调。同时复杂的机构和集成控制导致成本较高。再如申请号为CN201280011835.6的中国发明专利，公告日为2013-11-27，记载了一种具有倾角可以任意设定且在高速马达带动下做旋转运动的割胶机割刀以及采用PLC进行控制的自动割胶机。该自动割胶机采用太阳能供电，割胶方便，但是切割动作不完整，没有设计整体的圆周运动，且切割深度不可调节，采用PLC控制，使成本增高。
如申请号为CN201420358369.5的中国实用新型专利，公告日为2014-11-26，记载了一种可自动换行定位且切割轨迹为弧形的自动割胶机。其割刀设置为倾斜，切割动作只有一个圆周方向的运动，动作简单，割刀角度可调，且太阳能供电方便。但是其换行装置结构复杂，而且没有设计固定装置，简单的切割动作难以保证切割深度一致，刀尖的运动轨迹为椭圆形或螺线形较难实现，太阳能电池板供电不稳定且成本较高。
发明内容
为了解决背景技术中提到的诸多问题，本发明提供一种可自动换行、切割深度可调、夹持机构稳定、重量轻、成本低、结构简单和控制方便的自动切割橡胶机器人。
为了实现上述目的，本发明为一种可适应不同橡胶树树径的自动切割橡胶机器人。其主要结构包括：由旋转块和支撑杆组成的夹持机构，利用旋转块旋紧，通过支撑杆增加夹持机构强度；由带刻度的旋转盘及可移动定位轮和刀架组成的切割深度调节机构，根据橡胶树的直径，通过带刻度旋转盘确定切割深度，利用定位轮保证切割过程中切割深度的恒定；步进电机组成动力装置，为整个切割运动提供动力；由上下环形轨道及小车驱动机构和丝杠螺母机构组成的切割轨迹控制机构，与橡胶树同心的上下环形轨道与夹持机构相连，固定在橡胶树外围，两个轨道上各布置有一个小车驱动机构，一方面实现切割机器人的水平方向运动，另一方面连接并固定丝杠螺母机构，通过丝杠的转动实现切割机器人的竖直方向运动。
所述夹持机构，采用旋钮式旋转块，旋转块内置有螺孔，可增大旋紧力，使机器人夹紧橡胶树，保证整个机构固定可靠。
所述切割深度调节机构，整个机构固定在丝杠螺母机构的螺母上，由一个步进电机控制，实现进刀和退刀，带刻度的旋转盘主要用来手动控制切割深度，移动定位轮实现切割深度的调整，在割胶刀移动过程中可移动的定位轮始终与橡胶树皮紧紧接触，可保证切割过程中的切割深度恒定，且控制方便。
所述切割轨迹控制机构，主要包括上下环形轨道，小车驱动结构和丝杠螺母机构。上下环形轨道主要用于控制机器人水平运动，承载小车驱动机构，而小车驱动机构是要用于承载和连接丝杠螺母机构，实现机器人的水平方向运动，丝杠螺母机构起到控制机器人竖直运动，承载并连接切割深度调节机构以及实现自动换行的作用。由小车驱动机构控制的割胶刀的水平方向运动和由丝杠螺母机构控制的割胶刀的竖直运动，合成后为螺旋轨迹运动，该螺旋轨迹即为切割轨迹。
所述动力装置，主要为三个步进电机，1个用于控制割胶深度调节机构，1个用于控制小车驱动机构，另1个用于控制丝杠螺母机构。
本发明一种自动切割橡胶机器人的有益技术效果为：新颖、实用、高效，可有效解决现有割橡胶机不可适应树径变化、结构复杂、控制系统集成，成本高的缺点，可批量生产，具有较好的推广和使用价值。
附图说明
图1是一种自动切割橡胶机器人的总体结构图。
图2是切割深度调节机构简图。
图3是切割轨迹控制机构简图。
图4是该机器人进刀开始切割橡胶树示意图。
图5是该机器人切割橡胶树皮过程示意图。
图6是该机器人退刀结束本行切割橡胶树示意图。
图7是该机器人换行切割示意图。
具体实施方式
结合图1—7对本发明做出进一步的详细说明。
图1是一种自动切割橡胶机器人的总体结构图，该自动割胶机器人由由旋转块和支撑杆组成的夹持机构，由带刻度的旋转盘和可移动定位轮组成的深度调节机构，由步进电机组成的动力装置，由上下环形轨道及小车驱动机构和丝杠螺母机构组成的切割轨迹控制机构组成。
图2是切割深度调节机构简图，由一个步进电机控制该机构，实现进刀和退刀动作，带刻度的旋转盘主要用来手动控制切割深度，移动定位轮实现切割深度的调整。
图3是切割轨迹控制机构简图，主要包括上下环形轨道，小车驱动结构和丝杠螺母机构。上下环形轨道主要用于控制机器人水平运动，承载小车驱动机构，而小车驱动机构是要用于承载和连接丝杠螺母机构，实现机器人的水平方向运动，丝杠螺母机构起到控制机器人竖直运动，承载并连接切割深度调节机构和实现自动换行的作用。由小车驱动机构控制的割胶刀的水平方向运动和由丝杠螺母机构控制的割胶刀的竖直运动，合成后为螺旋轨迹运动，该螺旋轨迹即为切割轨迹。
图4是该机器人进刀开始切割橡胶树示意图，利用切割深度调节机构调整好切割深度后，布置在机构上的步进电机驱动机构整体进刀，开始切割橡胶树。
图5是该机器人切割橡胶树皮过程示意图，小车驱动机构弧形轨道做圆周运动，同时带动割胶刀移动，可移动的定位轮始终与橡胶树皮紧紧接触，保证切割过程中的切割深度恒定，同时丝杠螺母机构转动，实现上下移动，从而实现割刀以螺线形轨迹运动，切割橡胶树皮。
图6是该机器人退刀结束本行切割橡胶树示意图，本行切割至终点时，布置在切割深度调节机构上的步进电机控制整个深度调节机构向树外伸出设定的距离，割刀远离橡胶树皮，实现退刀。
图7是该机器人换行切割示意图，本行切割动作完成后，控制割胶刀空刀返回至初始切割位置，可用限位块控制，回到初始位置后，转动丝杠使割胶刀下降设定的距离，实现自动换行。
上述应用实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做出的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种自动切割橡胶机器人，机械本体包括：由旋转块(2)和支撑杆(3)组成的夹持机构，由带刻度的旋转盘(11)和可移动定位轮(12)以及刀架（13）组成的深度调节机构，由步进电机(5)(7)(8)组成的动力装置，由上下环形轨道(1)及小车驱动机构(6)以及丝杠螺母机构（丝杠（10）和螺母（9））组成的切割轨迹控制机构；通过夹持机构将割胶机夹紧在橡胶树上，主要利用旋转块（2）旋紧，利用支撑杆（3）增加夹持机构强度，在橡胶树周围设置两条与橡胶树同心的可调弧形轨道(1)，轨道上布置小车驱动机构(6)，丝杠(9)固定于两小车之间，切割深度调节机构固定于螺母（9）上，割胶刀布置在刀架（13）上；割胶运动开始时，根据橡胶树的直径，通过带刻度的旋转盘（11）和定位轮（12）调整好切割深度，电机（5）带动齿轮机构进而带动主动小车从初始位置沿着横向轨道移动，同时电机（7）带动丝杠（10）转动，进而带动螺母（9）及切割深度调节机构上下移动，形成螺线形割胶轨迹；利用计数器记下总共切割次数，每次切割完毕后，割胶刀退刀后沿环形轨道（1）回到割胶初始位置，然后将割胶刀按割胶次数向下移动一定距离，实现换行割胶。
2.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：小车驱动机构由1个步进电机，齿轮组，两个支撑轮和两个行走轮组成，其中齿轮组由两个大齿轮和一个中间小齿轮组成，两个行走轮固定在两个大齿轮上；步进电机驱动齿轮组运动，进而带动小车的行走轮移动，同时利用支撑轮来支撑整个小车重量。
3.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：可调的环形轨道为圆弧形而非椭圆形或螺线形，小车驱动机构将驱动小车将沿轨道做圆周运动。
4.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：丝杠螺母机构固定在小车驱动机构上，割胶深度调节机构固定在螺母上。
5.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：可根据橡胶树的直径，利用带刻度的旋转盘预先调节好橡胶切割深度，在割胶刀移动过程中可移动的定位轮将始终与橡胶树皮紧紧接触，可保证切割过程中的切割深度恒定。
6.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：割胶轨迹为螺线形，整体运动由水平与竖直两个方向的运动组合而成，水平方向运动主要由小车驱动机构驱动，竖直方向运动主要由丝杠螺母机构实现。
7.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：该割胶机器人需要三个步进电机，1个用于控制割胶深度调节机构，1个用于控制小车驱动机构，另1个用于控制丝杠螺母机构。
8.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：丝杠螺母机构既可以用于控制割胶机器人的竖直割胶轨迹，又可以用于控制割胶机器人实现自动换行割胶。
9.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：两个环形轨道可调，可用于不同直径的橡胶树。
10.根据权利要求1所述的一种自动切割橡胶机器人，其特征在于：利用干电池供电，供电持久可靠且使用及更换方便。
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Application publication date: 20161026 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |