CN107950362A - 一种变胞式车载花木浇水机器人机构 - Google Patents

Abstract

一种变胞式车载花木浇水机器人机构，包括轮式运载车、后动力箱、蓄水箱、驱动连杆、传动连杆、电机、三角架、输出杆、限位四杆机构、铰链、机架和销轴，机架安装在后动力箱上，与液压旋转底座相连，电机和驱动连杆安装在机架上，水管喷水装置与输出杆连接。当驱动杆仅为前摇杆，输出杆实现由两自由度向单自由度转变，为单自由度输出，此时主要控制水管喷水装置为中低空浇水作业；当前后摇杆都驱动时，输出杆实现两自由度输出，此时主要控制水管喷水装置为高中空浇水作业。该机构具有两种自由度转变、两种变胞构态的特点，兼具柔性输出、结构稳定和易于控制等优点，可广泛应用于公路、园林、山林等栽种花草树木区域进行自动化浇水或者施肥撒药等作业。

Description

一种变胞式车载花木浇水机器人机构

技术领域

本发明涉及花草树木浇水施肥撒药领域，特别是一种变胞式车载花木浇水机器人机构。

背景技术

变胞机构同时具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特点，可以灵活的适用于不同场合、不同任务等。同时，现在公路、园林、山林等区域花草树木浇水多为半自动化作业，即人工操作喷水装置进行浇水作业，人工在长时间作业中容易出现疲劳导致效率低下。而且现在的花草树木都是整齐排列栽种，这种栽种方式给了应用自动化作业更大的有利条件。栽种后的花草树木需要进行长时间的浇水灌溉，即需要进行重复循环的浇水作业。当前人工浇水作业已不能更好的满足这种频繁循环作业需求。

目前尚未见到一种具有两种不同构态的可变胞机构、同时具有柔性输出、结构稳定和易于控制的花草树木浇水机器人机构的创新发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种变胞式车载花木浇水机器人机构，它能实现两种不同构态变化，单自由度和两自由度之间可以灵活转变，兼具柔性输出、结构稳定和易于控制特点，可广泛应用于公路、园林、山林等栽种花草树木区域进行自动化浇水或者施肥撒药等作业。

本发明提供的一种变胞式车载花木浇水机器人机构，包括轮式运载车、后动力箱、蓄水箱、驱动连杆、传动连杆、电机、三角架、输出杆、限位四杆机构、铰链、机架和销轴，所述后动力箱包括泵水动力装置和液压旋转动力装置，所述驱动连杆为前摇杆和后摇杆，前摇杆一端通过第一销轴与第一铰链连接在机架上，另一端通过第二销轴和三角架连接，后摇杆通过第四铰链连接到机架上，另一端通过第五销轴和第一连杆连接，所述传动连杆包括第一连杆、第二连杆和三角架，三角架通过第二销轴、第三销轴和第四销轴分别与前摇杆、输出杆、和第一连杆连接，所述电机包括第一可控电机和第二可控电机，电机全部安装在机架上，实现稳定输出，所述三角架与所述输出杆为通过第三销轴和第四销轴固定连接，所述限位四杆机构包括第二连杆、后摇杆、机架和中摇杆，中摇杆一端通过第八销轴与第三铰链和机架连接，另一端通过第七销轴和第二连杆连接，第二连杆另一端通过第六销轴和后摇杆连接，后摇杆通过第四铰链连接到机架上，所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链，所述销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴。

本发明的一种变胞式车载花木浇水机器人机构，所述驱动连杆全部运动时，输出杆通过第三销轴和第四销轴与三角架连接，实现两自由度运动；当第二铰链与第七销轴同轴心时，限位四杆机构变成三杆稳定机构进行限制后摇杆运动，驱动杆为前摇杆，输出杆实现单自由度运动。

本发明的突出优点在于：

1、工作过程中，根据花草树木生长高低程度不同，可任意进行机构自由度之间变换，灵活转变构态。两自由度运动时，主要控制水管喷水装置为高中空浇水作业；单自由度运动时，主要控制水管喷水装置为中低空浇水作业。

2、自动化程度高，可代替人工作业，降低人工疲劳程度，输出控制更稳定，可对花草树木进行长时间的浇水作业。

3、机构可通过液压旋转底座向任意方向转动，其最大转动角度范围为(-90°，90°)，可满足不同位置、不同场合需要来调整输出杆的位置。

4、可广泛应用于公路、园林、山林等不同栽种花草树木区域进行自动化浇水或者施肥撒药等作业，大大提高作业效率，减少人力物力投入。

附图说明

图1为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构的结构示意图。

图2为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构两自由度时第一状态的结构示意图。

图3为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构两自由度时第二状态的结构示意图。

图4为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构单自由度时第一状态的结构示意图。

图5为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构单自由度时第二状态的结构示意图。

图6为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构两自由度时可转方向的结构示意图。

图7为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构单自由度时可转方向的结构示意图。

图8为本发明所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构单自由度时可转方向的结构示意图。

图中标记为：1、机架；2、第一销轴；3、第一铰链；4、第一可控电机；5、输出杆；6、前摇杆；7、第二销轴；8、第三销轴；9、三角架；10、第一连杆；11、第四销轴；12、第五销轴；13、后摇杆；14、第六销轴；15、第二连杆；16、第七销轴；17、第二可控电机；18、第四铰链；19、中摇杆；20、第八销轴；21、第三铰链；22、第二铰链；23、后动力箱；24、轮式运载车；25、蓄水箱；26、液压旋转底座；

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述；显然，实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他变形和改进，均属于本发明保护的范围。

对应图1，一种变胞式车载花木浇水机器人机构：包括轮式运载车24、后动力箱23、蓄水箱25、驱动连杆、传动连杆、电机、三角架9、输出杆5、限位四杆机构、铰链、机架1和销轴，所述后动力箱24包括泵水动力装置和液压旋转动力装置，所述驱动连杆为前摇杆6和后摇杆13，前摇杆6一端通过第一销轴2与第一铰链3连接在机架上1，另一端通过第二销轴7和三角架9连接，后摇杆13通过第四铰链18连接到机架1上，另一端通过第五销轴12和第一连杆10连接，所述传动连杆包括第一连杆10、第二连杆15和三角架9，三角架通过第二销轴7、第三销轴8和第四销轴11分别与前摇杆6、输出杆5、和第一连杆10连接，所述电机包括第一可控电机4和第二可控电机17，电机全部安装在机架1上，实现稳定输出，所述三角架9与所述输出杆5为通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，所述限位四杆机构包括第二连杆15、后摇杆13、机架1和中摇杆19，中摇杆19一端通过第八销轴20与第三铰链21和机架1连接，另一端通过第七销轴16和第二连杆15连接，第二连杆15另一端通过第六销轴14和后摇杆13连接，后摇杆13通过第四铰链18连接到机架1上，所述铰链包括第一铰链3、第二铰链22、第三铰链21和第四铰链18，所述销轴包括第一销轴2、第二销轴7、第三销轴8、第四销轴11、第五销轴12、第六销轴14、第七销轴16、第八销轴20。

工作原理及过程：

对应图1和图2，图1为原始状态，第二可控电机17右旋转量最大，后摇杆13通过第四铰链18转动到最大摆动量，第一可控电机4通过驱动前摇杆6将其转动到合适位置，此时满足输出杆5前端朝下放置。对应图2，第一可控电机4工作，前摇杆6通过第一销轴1与第一铰链3向前转动，同时第二可控电机17驱动，给后摇杆13提供动力以保证其不会向前转动，由于三角架9与输出杆5通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，故此时输出杆5通过第二销轴7与前摇杆6连接并随着前摇杆6向前转动而向上转动，输出杆5是两自由度运动，实现水管喷水装置为高中空浇水作业。

对应图3，在图2基础上，第一可控电机4驱动前摇杆6向后转动，同时第二可控电机17驱动后摇杆13向前转动，第二连杆15通过第七销轴16带动中摇杆19向前转动实现限位四杆机构的转动，由于三角架9与输出杆5通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，后摇杆13通过带动第一连杆10，而第一连杆10通过第四销轴11、第五销轴12分别与三角架9、后摇杆13连接，故输出杆5随着后摇杆13向前转动而向下转动，此时输出杆5是两自由度运动，实现水管喷水装置为中低空浇水作业。

对应图4，在图3的基础上，第二可控电机17继续驱动后摇杆13向前转动，当中摇杆19的轴心与第二铰链22同轴心，此时限位四杆机构包括的后摇杆13、第二连杆15、中摇杆19和机架1可看做是一个固定的机架，后摇杆13通过带动第一连杆10向前转动，输出杆5也随之向前转动，第一可控电机4继续驱动，此时输出杆5是单自由度运动；当前摇杆6向前转动到水平位置第一可控电机4停止驱动时，输出杆5是零自由度运动，此时输出杆5处于水平位置，与机架1平行，实现水管喷水装置为水平(中空)浇水作业。

对应图5，在图4基础上，第二可控电机17保持不驱动，限位四杆机构依然看做一个固定的机架；第一可控电机4驱动，带动前摇杆6通过第一销轴2向后转动，由于三角架9与输出杆5通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，故输出杆5的前端随着前摇杆6的向后转动而向下转动，而输出杆5的末端向上转动，此时输出杆5是单自由度运动，实现水管喷水装置为低空喷水作业。

对应图6，在图5的基础上，液压旋转底座26旋转带动机构顺时针旋转到图中所示位置，在转动过程中，第二可控电机17驱动，带动通过与第四铰链18连接的后摇杆13向后转动，后摇杆13带动通过第六销轴14连接的第二连杆15转动，从而带动通过第七销轴17连接的中摇杆19转动，中摇杆19的轴心与第二铰链22的轴心分开，第二可控电机17继续驱动后摇杆13向后转动到最大旋转量；同时，第一可控电机4也驱动起来，带动通过第一销轴2连接的前摇杆6向后转动，由于三角架9与输出杆5通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，故输出杆5的前端随着前摇杆6的转动而向上转动，转动到图中所示位置，输出杆5由单自由度运动向两自由度转变，实现水管喷水装置为高中空浇水作业。

对应图7，在图6基础上，第二可控电机17驱动后摇杆13一直向前转动，当中摇杆19的轴心与第二铰链22同轴心，此时限位四杆机构包括的后摇杆13、第二连杆15、中摇杆19和机架1可看做是一个固定的机架，后摇杆13通过带动第一连杆10向前转动，输出杆5也随之向前转动，此时输出杆5是单自由度运动；第一可控电机4同时驱动前摇杆6向前转动，当前摇杆6向前转动到水平位置第一可控电机4停止驱动时，输出杆5是零自由度运动，此时输出杆5处于水平位置，与机架1平行，实现水管喷水装置为水平(中空)浇水作业。

对应图8，在图7的基础上，液压旋转底座26旋转带动机构逆时针旋转到图中位置，此时机构所处位置相对于机构的原始状态为转动了-90°。转动过程中，第二可控电机17不驱动，第一可控电机4驱动前摇杆6向后转动，由于三角架9与输出杆5通过第三销轴8和第四销轴11固定连接，故输出杆5的前端随着前摇杆6的转动而向上转动，转动到图中所示位置，此时输出杆5是单自由度运动，实现水管喷水装置为中低空浇水作业。

Claims (3)

1.一种变胞式车载花木浇水机器人机构，包括轮式运载车、后动力箱、蓄水箱、驱动连杆、传动连杆、电机、三角架、输出杆、限位四杆机构、铰链、机架和销轴，其特征在于：所述后动力箱包括泵水动力装置和液压旋转动力装置，所述驱动连杆为前摇杆和后摇杆，前摇杆一端通过第一销轴与第一铰链连接在机架上，另一端通过第二销轴和三角架连接，后摇杆通过第四铰链连接到机架上，另一端通过第五销轴和第一连杆连接，所述传动连杆包括第一连杆、第二连杆和三角架，三角架通过第二销轴、第三销轴和第四销轴分别与前摇杆、输出杆、和第一连杆连接，所述电机包括第一可控电机和第二可控电机，电机全部安装在机架上，实现稳定输出，所述三角架与所述输出杆为通过第三销轴和第四销轴固定连接，所述限位四杆机构包括第二连杆、后摇杆、机架和中摇杆，中摇杆一端通过第八销轴与第三铰链和机架连接，另一端通过第七销轴和第二连杆连接，第二连杆另一端通过第六销轴和后摇杆连接，后摇杆通过第四铰链连接到机架上，所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链，所述销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴、第八销轴。

2.根据权利要求1所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构，其特征在于：驱动连杆一全部运动时，输出杆通过第三销轴和第四销轴与三角架连接，实现两自由度运动；当第二铰链与第七销轴同轴心时，限位四杆机构变成三杆稳定机构进行限制后摇杆运动，驱动杆为前摇杆，输出杆实现单自由度运动。

3.根据权利要求2所述的一种变胞式车载花木浇水机器人机构，其特征在于：前摇杆尺度比后摇杆长，第一连杆尺度比前后摇杆长。