CN108076885B

CN108076885B - 一种园林修剪机器人

Info

Publication number: CN108076885B
Application number: CN201711221163.2A
Authority: CN
Inventors: 马爱峰; 王学军; 伍星; 伞红军; 高进姝; 李生者; 李辰宗; 吴亚彬; 陈明方
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: CN108076885A

Abstract

本发明公开了一种修剪园林机器人，属于智能机器人技术领域；其包括转向机构、车架、升降机构、修剪机械臂、修剪刀具、行星转动机构、驱动装置、蓄电池；其中转向机构安装在车架前面，可以实时进行转向，蓄电池安装在车架前下方，为该机器人提供电源，驱动装置安装在车架后下方，通过四个驱动电机提供足够的动力，行星转动机构安装在车架上，可以实现修剪时360度旋转，升降机构安装在行星转动机构上，可以自由调节修剪的高度，修剪机械臂安装在升降机构上，修剪刀具安装在修剪机械臂上，采用链条锯实现修剪；实现园林修剪自动化，性能高，实用性强，可代替人工修剪，推广价值高；并可在平缓、斜坡等复杂环境的园林中进行修剪灌木丛，功能显著。

Description

一种园林修剪机器人

技术领域

本发明涉及一种修剪园林机器人，属于智能机器人技术领域。

背景技术

现在人们越来越注重绿化，各种各样的园林也随之出现，园林修剪对于园林绿化和观赏具有十分重要的意义，修剪园林不仅可以让树木有良好的树形，而且还有利于树木生长，使得树木的枝条分布均匀，长得繁茂昌盛。然而目前园林的修剪虽然已经提出了许多辅助修剪工具但是修剪的过程仍需人工修剪完成的，人工修剪园林既耗时又浪费劳动力，有时修剪效果还不是很好。

发明内容

本发明的目的是提供一种修剪园林机器人，以传统人工修剪园林为基础，设计了可移动和可转向的方式，并且有升降装置能够自由调整高度以适应不同高度的园林修剪需求，可以实现复杂环境下园林中灌木的修剪。

本发明修剪园林机器人包括转向机构、车架、升降机构、修剪机械臂、修剪刀具、行星转动机构、驱动装置、蓄电池；其中转向机构安装在车架前面，可以实时进行转向，蓄电池安装在车架前下方，为该机器人提供电源，驱动装置安装在车架后下方，通过四个驱动电机提供足够的动力，行星转动机构安装在车架上，可以实现修剪时360度旋转，升降机构安装在行星转动机构上，可以自由调节修剪的高度，修剪机械臂安装在升降机构上，修剪刀具安装在修剪机械臂上，采用链条锯实现修剪。

所述蓄电池为大容量蓄电池。

所述转向机构包括2个前轮轴、转向架、转向舵机、2个减震器Ⅰ、2个转向连杆Ⅰ、2个前轮、2个转向连杆Ⅱ、2个前轮轴架、转向舵机架；2个前轮轴架分别设置在转向架下端两侧，即前轮轴架一端连接在转向架下端，另一端连接在前轮轴上，前轮安装在前轮轴上；转向舵机架固定在转向架上，转向舵机安装在转向舵机架上，减震器Ⅰ一端安装在转向架上端，另一端固定在前轮轴架，转向连杆Ⅰ一端安装在前轮轴上，另一端与转向连杆Ⅱ一端连接，转向连杆Ⅱ另一端安装在转向舵机架底部。

所述驱动装置包括车架轴、两个驱动部件，两个驱动部件分别铰接于车架轴两端，车架轴两端与车架铰接；每个驱动部件包括驱动架、2个驱动器；2个驱动器分别安装于驱动架两端；其中每个驱动器包括驱动轮、减震器Ⅱ、减速箱、驱动电机Ⅰ、驱动轮架；减速箱安装在驱动轮架一侧，驱动电机Ⅰ安装在驱动轮架上，驱动电机Ⅰ的输出轴与减速箱输入端连接，驱动轮与减速箱的输出端连接并设置在驱动轮架另一侧，驱动轮架铰接于驱动架上，减震器Ⅱ一端固定在驱动架上，另一端与驱动轮架铰接。

本装置由四个驱动电机共同提供动力，能够提供足够的动力，解决了在环境复杂的园林中行进的问题。

所述行星转动机构包括底座、电机箱、电机箱盖、驱动电机Ⅱ、滚珠、主动转向齿轮、从动行星齿轮，电机箱安装在底座上，驱动电机Ⅱ安装在电机箱里，电机箱盖安装在电机箱上，滚珠安装在底座和电机箱之间，减小了两者之间的摩擦，主动转向齿轮安装在驱动电机Ⅱ输出轴上并位于电机箱底部，3个从动行星齿轮固定在电机箱底部，并与主动转向齿轮相啮合；可以在车身不动的情况下转动修剪机械臂，使工作效率更高。

所述升降机构包括二级液压器Ⅰ、二级液压器Ⅱ、平行四边形铰链升降机构Ⅰ、平行四边形铰链升降机构Ⅱ、抬升板、伺服电机支座Ⅰ；平行四边形铰链升降机构Ⅰ和平行四边形铰链升降机构Ⅱ对称安装于电机箱盖上，抬升板安装于平行四边形铰链升降机构Ⅰ和平行四边形铰链升降机构Ⅱ上，伺服电机支座Ⅰ安装在抬升板上，二级液压器Ⅰ和二级液压器Ⅱ一端安装于电机箱盖上，另一端安装在平行四边形铰链升降机构Ⅰ和平行四边形铰链升降机构Ⅱ的上端连接处；从而解决了所需修剪的高度不同的问题。

所述修剪机械臂包括驱动电机Ⅲ、链条锯、电机支架Ⅱ、伺服电机Ⅲ、电机支架Ⅰ、机械臂Ⅰ、伺服电机Ⅰ、伺服电机支座Ⅱ、机械臂Ⅱ、伺服电机Ⅱ；伺服电机Ⅱ安装在伺服电机支座Ⅰ上，机械臂Ⅱ下端安装在伺服电机支座Ⅰ上并与伺服电机Ⅱ的输出端连接，伺服电机支座Ⅱ安装在机械臂Ⅱ上端，伺服电机Ⅰ安装在伺服电机支座Ⅱ上且其输出端与机械臂Ⅱ的上端相连，机械臂Ⅰ一端安装在伺服电机支座Ⅱ上，机械臂Ⅰ另一端上安装有电机支架Ⅰ，伺服电机Ⅲ安装在电机支架Ⅰ上，电机支架Ⅱ安装在伺服电机Ⅲ输出端上，驱动电机Ⅲ安装在电机支架Ⅱ上，驱动电机Ⅲ的输出端与链条锯连接。

伺服电机Ⅱ可控制机械臂Ⅱ绕机械臂Ⅱ下端做一定角度的转动，伺服电机Ⅰ可控制机械臂Ⅰ绕械臂Ⅱ上端做一定角度的转动，伺服电机Ⅲ可控制电机支架Ⅱ绕机械臂Ⅰ轴线转动。

本发明修剪园林机器人的工作原理为：两个前轮安装在转向机构上，转向机构上装有转向舵机，通过转向连杆Ⅰ和转向连杆Ⅱ带动前轮达到转换方向的目的；驱动装置上有大容量蓄电池，能够提供机器人工作所需要消耗的电源，同时安装有驱动电机Ⅰ，能够提供动力，使其在园林路面上以轮式前进，提高行进效率；由四个驱动电机共同提供动力，能够提供足够的动力，解决了在环境复杂的园林中行进的问题；行星转动机构中安装有驱动电机Ⅱ，通过驱动内部齿轮带动电机箱从而使修剪机械臂转动；升降机构可以抬升一定的高度，使其工作效果更佳；修剪机械臂上安装有链条锯、伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅲ，链条锯能够达到修剪园林的目的，伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅲ可以控制速度，使修剪达到更好的效果。

本发明具有以下有益效果：

1、机器人用于修剪园林领域，可在平缓、倾斜等复杂环境中进行园林的修剪，功能显著；

2、机器人有转向和行走的功能，能够在复杂的园林环境中自由移动，正常工作；

3、修剪部分具有多自由度和抬升机构，可适应不同形状、高度的树木修剪；

4、使用大容量蓄电池，可减少排放、绿色环保，可在园林中方便使用；

5、通过传感器智能控制，减少人工的使用，大大提高了修剪效率和修剪质量。

附图说明

图1为发明的整体结构示意图；

图2为转向机构整体示意图；

图3为转向架部分结构示意图；

图4为转向舵机架、转向连杆部分结构示意图；

图5为驱动装置示意图；

图6为驱动器结构示意图；

图7为驱动轮架结构示意图；

图8为驱动架结构示意图；

图9为行星转动机构、升降机构结构示意图；

图10为行星转动机构部分结构示意图；

图11为行星转动机构行星轮啮合图；

图12为修剪机械臂结构示意图；

图13为伺服电机Ⅰ和伺服电机支座Ⅱ结构示意图；

图中各标号为：1-转向机构、2-车架、3-升降机构、4-修剪机械臂、5-修剪刀具、6-行星转动机构、7-驱动装置、8-蓄电池、9-前轮轴、10-转向架、11-转向舵机、12-减震器Ⅰ、13-转向连杆Ⅰ、14-前轮、15-转向连杆Ⅱ、16-前轮轴架、17-驱动部件、18-驱动轮、19-减震器Ⅱ、20-驱动架、21-车架轴、22-减速箱、23-驱动器、24-驱动电机Ⅰ、25-驱动轮架、26-底座、27-电机箱、28-电机箱盖、29-二级液压器Ⅰ、30-平行四边形铰链升降机构Ⅰ、31-伺服电机支座Ⅰ、32-抬升板、33-二级液压器Ⅱ、34-驱动电机Ⅱ、35-滚珠、36-主动转向齿轮、37-平行四边形铰链升降机构Ⅱ、38-驱动电机Ⅲ、39-链条锯、40-电机支架Ⅱ、41-伺服电机Ⅲ、42-电机支架Ⅰ、43-机械臂Ⅰ、44-伺服电机Ⅰ、45-伺服电机支座Ⅱ、46-机械臂Ⅱ、47-伺服电机Ⅱ、48-转向舵机架、49-从动行星齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，但所述实施例只是本发明的一部分实施例，并不仅仅限于所述范围。

实施例1：如图1-5、8-13所示，本修剪园林机器人包括转向机构1、车架2、升降机构3、修剪机械臂4、修剪刀具5、行星转动机构6、驱动装置7、蓄电池8；其中转向机构1安装在车架2前面，蓄电池8安装在车架2前下方，驱动装置7安装在车架2后下方，行星转动机构6安装在车架2上，升降机构3安装在行星转动机构6上，修剪机械臂4安装在升降机构3上，修剪刀具5安装在修剪机械臂4上；

所述转向机构1包括2个前轮轴9、转向架10、转向舵机11、2个减震器Ⅰ12、2个转向连杆Ⅰ13、2个前轮14、2个转向连杆Ⅱ15、2个前轮轴架16、转向舵机架48；2个前轮轴架16分别设置在转向架10下端两侧，即前轮轴架一端连接在转向架10下端，另一端连接在前轮轴9上，前轮14安装在前轮轴9上；转向舵机架48固定在转向架10上，转向舵机11安装在转向舵机架48上，减震器Ⅰ12一端安装在转向架10上端，另一端固定在前轮轴架16上，转向连杆Ⅰ13一端安装在前轮轴9上，另一端与转向连杆Ⅱ15一端连接，转向连杆Ⅱ15另一端安装在转向舵机架48底部；

所述驱动装置7包括车架轴21、两个驱动部件17，两个驱动部件17分别铰接于车架轴21两端，车架轴21两端与车架2铰接；每个驱动部件17包括驱动架20、2个驱动器23；2个驱动器23分别安装于驱动架20两端；

所述行星转动机构6包括底座26、电机箱27、电机箱盖28、驱动电机Ⅱ34、滚珠35、主动转向齿轮36、从动行星齿轮49，电机箱27安装在底座26上，驱动电机Ⅱ34安装在电机箱27里，电机箱盖28安装在电机箱27上，滚珠35安装在底座26和电机箱27之间，主动转向齿轮36安装在驱动电机Ⅱ34输出轴上并位于电机箱27底部，3个从动行星齿轮49固定在电机箱27底部，并与主动转向齿轮36相啮合；

所述升降机构3包括二级液压器Ⅰ29、二级液压器Ⅱ33、平行四边形铰链升降机构Ⅰ30、平行四边形铰链升降机构Ⅱ37、抬升板32、伺服电机支座Ⅰ31；平行四边形铰链升降机构Ⅰ30和平行四边形铰链升降机构Ⅱ37对称安装于电机箱盖28上，抬升板32安装于平行四边形铰链升降机构Ⅰ30和平行四边形铰链升降机构Ⅱ37上，伺服电机支座Ⅰ31安装在抬升板32上，二级液压器Ⅰ29和二级液压器Ⅱ33一端安装于电机箱盖28上，另一端安装在平行四边形铰链升降机构Ⅰ30和平行四边形铰链升降机构Ⅱ37的上端连接处；

所述修剪机械臂4包括驱动电机Ⅲ38、链条锯39、电机支架Ⅱ40、伺服电机Ⅲ41、电机支架Ⅰ42、机械臂Ⅰ43、伺服电机Ⅰ44、伺服电机支座Ⅱ45、机械臂Ⅱ46、伺服电机Ⅱ47；伺服电机Ⅱ47安装在伺服电机支座Ⅰ31上，机械臂Ⅱ46下端安装在伺服电机支座Ⅰ31上并与伺服电机Ⅱ47的输出端连接，伺服电机支座Ⅱ45安装在机械臂Ⅱ46上端，伺服电机Ⅰ44安装在伺服电机支座Ⅱ45上且其输出端与机械臂Ⅱ46的上端相连，机械臂Ⅰ43一端安装在伺服电机支座Ⅱ45上，机械臂Ⅰ43另一端上安装有电机支架Ⅰ42，伺服电机Ⅲ41安装在电机支架Ⅰ42上，电机支架Ⅱ40安装在伺服电机Ⅲ41输出端上，驱动电机Ⅲ38安装在电机支架Ⅱ40上，驱动电机Ⅲ38的输出端与链条锯39连接。

实施例2：如图5-7所示，本实施例装置结构同实施例1，不同在于驱动器23包括驱动轮18、减震器Ⅱ19、减速箱22、驱动电机Ⅰ24、驱动轮架25；减速箱22安装在驱动轮架25一侧，驱动电机Ⅰ24安装在驱动轮架25上，驱动电机Ⅰ24的输出轴与减速箱22输入端连接，驱动轮18与减速箱22的输出端连接并设置在驱动轮架25另一侧，驱动轮架25铰接于驱动架20上，减震器Ⅱ19一端固定在驱动架20上，另一端与驱动轮架25铰接。

Claims

1.一种修剪园林机器人，其特征在于：包括转向机构（1）、车架（2）、升降机构（3）、修剪机械臂（4）、修剪刀具（5）、行星转动机构（6）、驱动装置（7）、蓄电池（8）；其中转向机构（1）安装在车架（2）前面，蓄电池（8）安装在车架（2）前下方，驱动装置（7）安装在车架（2）后下方，行星转动机构（6）安装在车架（2）上，升降机构（3）安装在行星转动机构（6）上，修剪机械臂（4）安装在升降机构（3）上，修剪刀具（5）安装在修剪机械臂（4）上；

所述转向机构（1）包括2个前轮轴（9）、转向架（10）、转向舵机（11）、2个减震器Ⅰ（12）、2个转向连杆Ⅰ（13）、2个前轮（14）、2个转向连杆Ⅱ（15）、2个前轮轴架（16）、转向舵机架（48）；2个前轮轴架（16）分别设置在转向架（10）下端两侧，即前轮轴架一端连接在转向架（10）下端，另一端连接在前轮轴（9）上，前轮（14）安装在前轮轴（9）上；转向舵机架（48）固定在转向架（10）上，转向舵机（11）安装在转向舵机架（48）上，减震器Ⅰ（12）一端安装在转向架（10）上端，另一端固定在前轮轴架（16）上，转向连杆Ⅰ（13）一端安装在前轮轴（9）上，另一端与转向连杆Ⅱ（15）一端连接，转向连杆Ⅱ（15）另一端安装在转向舵机架（48）底部；

所述驱动装置（7）包括车架轴（21）、两个驱动部件（17），两个驱动部件（17）分别铰接于车架轴（21）两端，车架轴（21）两端与车架（2）铰接；驱动部件（17）包括驱动架（20）、2个驱动器（23）；2个驱动器（23）分别安装于驱动架（20）两端；其中驱动器（23）包括驱动轮（18）、减震器Ⅱ（19）、减速箱（22）、驱动电机Ⅰ（24）、驱动轮架（25）；减速箱（22）安装在驱动轮架（25）一侧，驱动电机Ⅰ（24）安装在驱动轮架（25）上，驱动电机Ⅰ（24）的输出轴与减速箱（22）输入端连接，驱动轮（18）与减速箱（22）的输出端连接并设置在驱动轮架（25）另一侧，驱动轮架（25）铰接于驱动架（20）上，减震器Ⅱ（19）一端固定在驱动架（20）上，另一端与驱动轮架（25）铰接；

所述升降机构（3）包括二级液压器Ⅰ（29）、二级液压器Ⅱ（33）、平行四边形铰链升降机构Ⅰ（30）、平行四边形铰链升降机构Ⅱ（37）、抬升板（32）、伺服电机支座Ⅰ（31）；平行四边形铰链升降机构Ⅰ（30）和平行四边形铰链升降机构Ⅱ（37）对称安装于电机箱盖（28）上，抬升板（32）安装于平行四边形铰链升降机构Ⅰ（30）和平行四边形铰链升降机构Ⅱ（37）上，伺服电机支座Ⅰ（31）安装在抬升板（32）上，二级液压器Ⅰ（29）和二级液压器Ⅱ（33）一端安装于电机箱盖（28）上，另一端安装在平行四边形铰链升降机构Ⅰ（30）和平行四边形铰链升降机构Ⅱ（37）的上端连接处；

所述修剪机械臂（4）包括驱动电机Ⅲ（38）、链条锯（39）、电机支架Ⅱ（40）、伺服电机Ⅲ（41）、电机支架Ⅰ（42）、机械臂Ⅰ（43）、伺服电机Ⅰ（44）、伺服电机支座Ⅱ（45）、机械臂Ⅱ（46）、伺服电机Ⅱ（47）；伺服电机Ⅱ（47）安装在伺服电机支座Ⅰ（31）上，机械臂Ⅱ（46）下端安装在伺服电机支座Ⅰ（31）上并与伺服电机Ⅱ（47）的输出端连接，伺服电机支座Ⅱ（45）安装在机械臂Ⅱ（46）上端，伺服电机Ⅰ（44）安装在伺服电机支座Ⅱ（45）上且其输出端与机械臂Ⅱ（46）的上端相连，机械臂Ⅰ（43）一端安装在伺服电机支座Ⅱ（45）上，机械臂Ⅰ（43）另一端上安装有电机支架Ⅰ（42），伺服电机Ⅲ（41）安装在电机支架Ⅰ（42）上，电机支架Ⅱ（40）安装在伺服电机Ⅲ（41）输出端上，驱动电机Ⅲ（38）安装在电机支架Ⅱ（40）上，驱动电机Ⅲ（38）的输出端与链条锯（39）连接。

2.根据权利要求1所述的修剪园林机器人，其特征在于：行星转动机构（6）包括底座（26）、电机箱（27）、电机箱盖（28）、驱动电机Ⅱ（34）、滚珠（35）、主动转向齿轮（36）、从动行星齿轮（49），电机箱（27）安装在底座（26）上，驱动电机Ⅱ（34）安装在电机箱（27）里，电机箱盖（28）安装在电机箱（27）上，滚珠（35）安装在底座（26）和电机箱（27）之间，主动转向齿轮（36）安装在驱动电机Ⅱ（34）输出轴上并位于电机箱（27）底部，3个从动行星齿轮（49）固定在电机箱（27）底部，并与主动转向齿轮（36）相啮合。