CN106171651B - 一种用于农业温室大棚的机器人自动转轨系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于农业温室大棚的机器人自动转轨系统。本发明公开了一种农业温室大棚中轨道车辆转轨用的机器人自动转轨系统。本系统主要包括机器人、换轨车、换轨车道、机器人轨道、待机区域和控制系统。所述控制系统连接换轨车和机器人，所述的换轨车包括轨道车体、轨道主体、轨道升降组件、绳索收放组件和轨道蓄能回弹组件，可以实现左右运动、轨道主体的升降和自动收拢伸展，所述换轨车道与机器人轨道的一端垂直交接，待机区域在换轨车道的一端。控制系统包括上位机控制系统I和车载控制系统II，上位机控制系统I包括上位机和无线模块甲，车载控制系统II包括无线模块乙、PLC控制器、传感器、接触器和热继电器。本发明能够辅助机器人自动换轨，并且实现换轨车的自动收拢伸展，提高了现代化农业温室大棚的自动化程度和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种可自动转换轨道的机器人自动化系统，特别是一种农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，属于农业机械自动化领域。
背景技术
随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。智能农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制，温室大棚需要移动机器人携带传感器对大棚中的微观环境进行实时检测，确保植物生长状态可控。随着现代化农业自动化水平的发展，对温室大棚的机器人轨道系统的自动化、智能化要求也日益提高。
目前用于标准化农业温室大棚的轨道多为平行轨道，移动机器人在多条轨道之间操作的情况下，需要经常切换轨道。但由于空间狭小，机器人尺寸较大，较难实现自主周转换更轨道，而目前用于农业大棚的转轨系统自动化水平较低，很多情况下仍需要人工辅助机器人周转轨道，大大降低了效率，不利于现代化农业大棚的发展。此外，农业温室大棚中温度、湿度等环境状况对人并不适宜，长期在这种环境下工作对人的健康会产生影响。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，解决现有的农业温室大棚机器人的自动换轨问题，提高农业大棚轨道系统的自动化水平，将人员从繁重恶劣的工作环境中解脱出来。
为解决上述技术问题，本发明的构思是：
本发明一种农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，包括机器人、换轨车、换轨车道、机器人轨道和控制系统。所述控制系统连接换轨车和机器人，所述换轨车道与机器人轨道的一端垂直交接，待机区域在换轨车道的一端。
所述换轨车包括轨道车体、轨道主体、轨道升降组件、绳索收放组件和轨道蓄能回弹组件。所述轨道主体上安置轨道车体，轨道升降组件、绳索收放组件和轨道蓄能回弹组件均与轨道主体和轨道车体相连接。
所述轨道车体包括左车架、右车架、四个车轮、左轮轴、右轮轴、主驱动电机、驱动传动装置，四个车轮分别装在左轮轴和右轮轴上，左轮轴和右轮轴分别装在左车架、右车架上，主驱动电机和驱动传动装置相连，主驱动电机通过驱动传动装置里面齿轮啮合将动力传递到右轮轴上，这样换轨车通过右轮驱动可以实现运动。
所述轨道主体包括中心移动轨道、中心支撑架、前移动轨道、前支撑板、后移动轨道和后支撑板，前支撑板、中心支撑架和后支撑板通过焊接分别与前移动轨道、中心移动轨道、后移动轨道连接，固定并支撑轨道的左右两部分，前支撑板和后支撑板与中心支撑架分别由铰链相连，并可绕中心支撑架旋转。
所述轨道升降组件包括（两个）左电缸、（两个）右电缸，电缸的底座与轨道车体中的车架固定连接，电缸的滑台与中心支撑架固定连接，通过电缸实现了轨道主体与轨道车体的连接。
所述绳索收放组件包括绳索收放机架、左双槽定滑轮、右双槽定滑轮、滚筒、绳索收放电机、绳索收放电机架、钢筋绳，绳索收放电机的电机轴与滚筒相连，并通过绳索收放电机架固定在绳索收放机架上，前双槽定滑轮和后双槽定滑轮均通过销轴连接在绳索收放机架上，钢筋绳一端固定在前支撑板、后支撑板，一端分别绕过前双槽定滑轮、后双槽定滑轮，缠绕在滚筒上，绳索收放机架与中心支撑架固定相连。
所述轨道蓄能回弹组件包括蓄能弹簧、六角滑道、六角滑杆、回弹用滚子、回弹用滚道，蓄能弹簧放置在六角滑道内，一端抵住六角滑道封闭端，一端与六角滑杆末端接触，回弹用滚子与六角滑杆的另一末端用销轴相连，回弹用滚道分别固定在前移动轨道和后移动轨道的左右两边，与回弹用滚子一对一配对使用，六角滑杆与中心支撑架固定相连。
所述控制系统包括上位机控制系统I和车载控制系统II，上位机控制系统I包括上位机和无线模块甲，车载控制系统II包括无线模块乙、PLC控制器、传感器、接触器和热继电器，PLC控制器经无线模块乙接收到来自上位机的信号，处理后控制换轨车行走、定位，控制轨道主体升起、降下。传感器将检测到的信号通过无线模块乙传给上位机，接触器和热继电器用于控制主驱动电机、全部电缸和绳索收放电机。所述传感器包括换轨车定位方面的激光测距传感器和增量式光学编码器，激光测距传感器装在轨道车体右车架的右端，可以实现换轨车的粗定位，增量式光学编码器装在换轨车右轮轴上，通过和激光测距传感器协作可以实现换轨车精确定位，两者共同进行换轨车行进和与机器人轨道对接时的定位；轨道翻转定位方面的接近开关，接近开关装在中心支撑架的上部和前后侧边底部，分别用于前移动轨道和后移动轨道的收拢和伸展过程的终止位置定位。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
（1）农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统解决了农业温室大棚中机器人无法自主换轨的问题，提高了智能温室大棚的生产效率和自动化水平。
（2）农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统可以实现换轨车的自动收拢伸展，有效地节约了空间，便于存放。
附图说明
图1是农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统示意图。
图2是农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统的控制系统示意图。
图3是农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统的换轨车结构图。
图4是换轨车右侧轨道车体结构图。
图5是换轨车绳索收放组件结构图。
图6是换轨车轨道蓄能回弹组件结构图。
图7是农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统中的换轨车收拢后的整体示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施过程结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1~图7，本农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨包括机器人（C）、换轨车（A）、换轨车道（B）、机器人轨道（D）、待机区域（E）和控制系统，所述控制系统连接换轨车（A）和机器人（C），所述换轨车道（B）与机器人轨道（D）的一端垂直交接，待机区域（E）在换轨车道（B）的一端。
实施例二，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述换轨车（A）包括轨道车体（A-1）、轨道主体（A-2）、轨道升降组件（A-3）、绳索收放组件（A-4）和轨道蓄能回弹组件（A-5），所述轨道主体上安置轨道车体（A-1），轨道升降组件（A-3）、绳索收放组件（A-4）和轨道蓄能回弹组件（A-5）均与轨道主体（A-2）和轨道车体（A-1）相连接。
所述换轨车（A）的轨道车体（A-1）包括左车架（19）、右车架（1）、（四个）车轮（7）、左轮轴（13）、右轮轴（6）、主驱动电机（2）和驱动传动装置（3），所述（四个）车轮（7）分别装在左轮轴（13）和右轮轴（6）上，左轮轴（13）和右轮轴（6）分别装在左车架（19）、右车架（1）上，主驱动电机（2）和驱动传动装置（3）相连，由蓄电池（4）供电，主驱动电机（2）通过驱动传动装置（3）里面齿轮啮合将动力传递到右轮轴（6）上，进而驱动换轨车运动。
所述换轨车（A）的轨道主体（A-2）包括中心移动轨道（12）、中心支撑架（14）、前移动轨道（30）、前支撑板（31）、后移动轨道（10）和后支撑板（9），所述前支撑板（31）、中心支撑架（14）和后支撑板（9）通过焊接分别与前移动轨道（30）、中心移动轨道（12）、后移动轨道（10）连接，固定并支撑轨道的左右两部分，前支撑板（31）和后支撑板（9）与中心支撑架（14）分别由铰链相连，并可绕中心支撑架（14）旋转。
所述换轨车（A）的轨道升降组件（A-3）包括（两个）左电缸（20）、（两个）右电缸（28），所述所有电缸的底座与轨道车体（A-1）中的车架，包括左车架（19）和右车架（1），固定连接，电缸的滑台通过与中心支撑架（14）固定连接，从而通过电缸（20、28）实现了轨道主体（A-2）与轨道车体（A-1）的连接，以及轨道主体（A-2）整体地升降。
所述换轨车（A）的绳索收放组件（A-4）包括绳索收放机架（25）、前双槽定滑轮（23）、后双槽定滑轮（22）、滚筒（24）、绳索收放电机（21）、绳索收放电机架（27）和钢筋绳（26），所述绳索收放电机（21）的电机轴与滚筒（24）相连，并通过绳索收放电机架（27）固定在绳索收放机架（25）上，前双槽定滑轮（23）和后双槽定滑轮（22）均通过销轴连接在绳索收放机架（25）上，钢筋绳（26）一端固定在前支撑板（31）、后支撑板（9），一端分别绕过
前双槽定滑轮（23）、后双槽定滑轮（22），缠绕在滚筒（24）上，绳索收放机架（25）与中心支撑架（14）固定相连。
所述换轨车（A）的轨道蓄能回弹组件（A-5）包括蓄能弹簧（18）、六角滑道（17）、六角滑杆（16）、回弹用滚子（15）和回弹用滚道（11），所述蓄能弹簧（18）放置在六角滑道（17）内，一端抵住六角滑道（17）的封闭端，一端与六角滑杆（16）末端接触，回弹用滚子（15）与六角滑杆（16）的另一末端用销轴相连，回弹用滚道（11）固定在前移动轨道（30）和后移动轨道（10）的左右两边，与回弹用滚子（15）一对一配对使用，六角滑杆（16）与中心支撑架（14）固定相连。
所述控制系统包括上位机控制系统（I）和车载控制系统（II），上位机控制系统（I）包括上位机（I-1）和无线模块甲（I-2），车载控制系统（II）包括无线模块乙（II-1）、PLC控制器（II-2）、传感器、接触器（II-3）和热继电器（II-4），PLC控制器（II-2）经无线模块乙（II-1）接收到来自上位机（I-1）的信号，处理后控制换轨车（A）行走、定位，控制轨道主体（A-2）升起、降下；传感器将检测到的信号通过无线模块乙（II-1）传给上位机（I-1），接触器（II-3）和热继电器（II-4）用于控制主驱动电机（2）、电缸（20、28）和绳索收放电机（21）。
所述控制系统内的传感器包括换轨车（A）定位方面的激光测距传感器（29）和增量式光学编码器（5），激光测距传感器（29）装在轨道车体（A-1）右车架（1）的右端，可以实现换轨车（A）的粗定位，增量式光学编码器（5）装在换轨车右轮轴（6）上，通过和激光测距传感器（29）协作可以实现换轨车（A）精确定位，两者共同进行换轨车（A）行进和与机器人轨道（D）对接时的定位；轨道翻转定位方面的接近开关（8），接近开关（8）分别安装在中心支撑架（14）的上部和前后侧边底部，分别用于前移动轨道（30）和后移动轨道（10）的收拢和伸展过程的终止位置定位。
实施例三：
本发明农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统可辅助机器人（C）实现自动换轨。启动系统，轨道升降组件（A-3）的左电缸（20）和右电缸（28）驱动中心支撑架（14）下降，使整个轨道主体（A-2）下降，直至与机器人（所在）轨道（D）对接，机器人（C）驶入轨道主体（A-2）上，然后左电缸（20）和右电缸（28）反向驱动轨道主体（A-2）上升至预定高度，随后主驱动电机（2）通过驱动传动装置驱动换轨车（A）朝机器人（目标）轨道（D）运动，在激光测距传感器（29）和增量式光学编码器（5）的检测下，换轨车（A）定位到机器人（目标）轨道（D）位置并停止，之后在轨道升降组件（A-3）驱动下，轨道主体（A-2）下降并与机器人（目标）轨道（D）对接，机器人（C）随后驶出轨道主体（A-2），进入机器人（目标）轨道（D），整个换轨工作完成。
本发明农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统中的换轨车可以实现整车的自动收拢伸展。对于收拢过程，首先轨道主体（A-2）在轨道升降组件（A-3）驱动下上升至预定高度，然后绳索收放组件（A-4）中的绳索收放电机（21）启动，通过滚筒（24）的转动收紧钢筋绳（26），通过钢筋绳（26）拉动并翻转固定前移动轨道（30）的前支撑板（31）和固定后移动轨道（10）的后支撑板（9），在前移动轨道（30）和后移动轨道（10）将要翻转至竖直位置时，固定在前支撑板（31）和后支撑板（9）上的回弹用滚道（11）与回弹用滚子（15）接触，之后随着翻转运动的继续，回弹用滚道（11）将与回弹用滚子（15）相连的六角滑杆（16）压回六角滑道（17），并压缩蓄能弹簧（18），同时也保证钢筋绳（26）可以一直张紧，当接近开关（8）检测到已经翻转到了预定位置时，绳索收放电机（21）停转自锁，轨道主体（A-2）完成收拢，整车收拢过程结束。对于伸展过程，首先绳索收放组件（A-4）中的绳索收放电机（21）启动，通过滚筒（24）的转动放出钢筋绳（26），在被压缩蓄能弹簧（18）提供的作用力下，与回弹用滚道（11）相连的前支撑板（31）和后支撑板（9）将翻转过竖直位置，之后，前支撑板（31）和后支撑板（9）在重力作用下继续翻转，当接近开关（8）检测到前移动轨道（30）和后移动轨道（10）翻转至水平位置时，绳索收放电机（21）停转自锁，轨道主体（A-2）完成伸展，整车伸展过程结束，整个过程中钢筋绳（26）保持拉紧状态。
本发明农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统在工作时，首先换轨车（A）从待机区域（E）运动至机器人（所在）轨道（D）位置，随后收拢的轨道主体（A-2）伸展并下降直至与机器人（所在）轨道（D）对接，之后机器人（C）运动至换轨车（A）的轨道主体（A-2）上，然后轨道主体（A-2）上升至预定高度，随后换轨车（A）朝机器人（目标）轨道（D）运动，当换轨车（A）定位到机器人（目标）轨道（D）位置并停止后，轨道主体（A-2）下降并与机器人（目标）轨道（D）对接，机器人（C）随之驶出轨道主体（A-2），进入机器人（目标）轨道（D），轨道主体（A-2）随之上升至预定高度并收拢，换轨车（A）运动至待机区域（E）以备再次使用，一次完整的机器人换轨工作结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：包括机器人(C)、换轨车(A)、换轨车道(B)、机器人轨道(D)和控制系统，所述控制系统连接换轨车(A)和机器人(C)，所述换轨车道(B)与机器人轨道(D)的一端垂直交接，待机区域(E)在换轨车道(B)的一端；所述换轨车(A)包括轨道车体(A-1)、轨道主体(A-2)、轨道升降组件(A-3)、绳索收放组件(A-4)和轨道蓄能回弹组件(A-5)，所述轨道主体上安置轨道车体(A-1)，轨道升降组件(A-3)、绳索收放组件(A-4)和轨道蓄能回弹组件(A-5)均与轨道主体(A-2)和轨道车体(A-1)相连接。
2.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述轨道车体(A-1)包括左车架(19)、右车架(1)、四个车轮(7)、左轮轴(13)、右轮轴(6)、主驱动电机(2)和驱动传动装置(3)，所述四个车轮(7)分别装在左轮轴(13)和右轮轴(6)上，左轮轴(13)和右轮轴(6)分别装在左车架(19)、右车架(1)上，主驱动电机(2)和驱动传动装置(3)相连，由蓄电池(4)供电，主驱动电机(2)通过驱动传动装置(3)里面齿轮啮合将动力传递到右轮轴(6)上，进而驱动换轨车运动。
3.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述轨道主体(A-2)包括中心移动轨道(12)、中心支撑架(14)、前移动轨道(30)、前支撑板(31)、后移动轨道(10)和后支撑板(9)，所述前支撑板(31)、中心支撑架(14)和后支撑板(9)通过焊接分别与前移动轨道(30)、中心移动轨道(12)、后移动轨道(10)连接，固定并支撑轨道的左右两部分，前支撑板(31)和后支撑板(9)与中心支撑架(14)分别由铰链相连，并可绕中心支撑架(14)旋转。
4.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述轨道升降组件(A-3)包括两个左电缸(20)、两个右电缸(28)，所述所有电缸的底座与轨道车体(A-1)中的车架，包括左车架(19)和右车架(1)，固定连接，电缸的滑台通过与中心支撑架(14)固定连接，从而通过电缸(20、28)实现了轨道主体(A-2)与轨道车体(A-1)的连接，以及轨道主体(A-2)整体地升降。
5.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述绳索收放组件(A-4)包括绳索收放机架(25)、前双槽定滑轮(23)、后双槽定滑轮(22)、滚筒(24)、绳索收放电机(21)、绳索收放电机架(27)和钢筋绳(26)，所述绳索收放电机(21)的电机轴与滚筒(24)相连，并通过绳索收放电机架(27)固定在绳索收放机架(25)上，前双槽定滑轮(23)和后双槽定滑轮(22)均通过销轴连接在绳索收放机架(25)上，钢筋绳(26)一端固定在前支撑板(31)、后支撑板(9)，一端分别绕过前双槽定滑轮(23)、后双槽定滑轮(22)，缠绕在滚筒(24)上，绳索收放机架(25)与中心支撑架(14)固定相连。
6.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述轨道蓄能回弹组件(A-5)包括蓄能弹簧(18)、六角滑道(17)、六角滑杆(16)、回弹用滚子(15)和回弹用滚道(11)，所述蓄能弹簧(18)放置在六角滑道(17)内，一端抵住六角滑道(17)的封闭端，一端与六角滑杆(16)末端接触，回弹用滚子(15)与六角滑杆(16)的另一末端用销轴相连，回弹用滚道(11)分别固定在前移动轨道(30)和后移动轨道(10)的左右两边，与回弹用滚子(15)一对一配对使用，六角滑杆(16)与中心支撑架(14)固定相连。
7.根据权利要求1所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述控制系统包括上位机控制系统(Ⅰ)和车载控制系统(Ⅱ)，上位机控制系统(Ⅰ)包括上位机(Ⅰ-1)和无线模块甲(Ⅰ-2)，车载控制系统(Ⅱ)包括无线模块乙(Ⅱ-1)、PLC控制器(Ⅱ-2)、传感器、接触器(Ⅱ-3)和热继电器(Ⅱ-4)，PLC控制器(Ⅱ-2)经无线模块乙(Ⅱ-1)接收到来自上位机(Ⅰ-1)的信号，处理后控制换轨车(A)行走、定位，控制轨道主体(A-2)升起、降下；传感器将检测到的信号通过无线模块乙(Ⅱ-1)传给上位机(Ⅰ-1)，接触器(Ⅱ-3)和热继电器(Ⅱ-4)用于控制主驱动电机(2)、全部电缸(20、28)和绳索收放电机(21)。
8.根据权利要求7所述的农业温室大棚中轨道车辆换轨用的机器人自动转轨系统，其特征在于：所述传感器包括换轨车(A)定位方面的激光测距传感器(29)和增量式光学编码器(5)，激光测距传感器(29)装在轨道车体(A-1)右车架(1)的右端，可以实现换轨车(A)的粗定位，增量式光学编码器(5)装在换轨车右轮轴(6)上，通过和激光测距传感器(29)协作可以实现换轨车
(A)精确定位，两者共同进行换轨车(A)行进和与机器人轨道(D)对接时的定位；轨道翻转定位方面的接近开关(8)，接近开关(8)分别安装在中心支撑架(14)的上部和前后侧边底部，分别用于前移动轨道(30)和后移动轨道(10)的收拢和伸展过程的终止位置定位。
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