CN108406846A - 一种足式行走间歇性工作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种足式行走间歇性工作机器人，属于农用机械领域，该发明包括第一行走支架1、第二行走支架2、行进动力装置3、动力控制系统4、导轨5、滑座6、转向系统7、伸缩支腿8、工作系统9，第一行走支架1和第二行走支架2上都配有伸缩支腿8，两者之间设有设有行进动力装置3，导轨5固连在第一行走支架1上，滑座6设置在第二行走支架2上，转向系统7用于机器人转向、调向动作，动力控制系统4控制各部分协同工作，并为整个机器人工作提供能量，工作系统9设置在第一行走支架1上用于对农田劳动作业，本发明相比现有技术方案，结构更加简洁，控制更加简单，造价更加低廉，实用性得到进一步提升，并且不会降低工作性能。

Description

一种足式行走间歇性工作机器人

技术领域

本发明涉及一种农用机械设备，具体说涉及一种足式行走间歇性工作机器人。

背景技术

现有的农用机械多为轮式结构作为底盘，但是轮式结构在田地里行走容易损坏农作物，例如在农田进行喷药作业、套种作业时就不适合使用轮式结构作为行走底盘。为解决这个问题，我公司对之进行了创新研究，并且已经申请了一项发明专利，一种足式行走机器人（专利申请号2017105178907），这项专利技术追求的目标是通过保证工作系统的匀速运动进而实现工作装置在均匀速率下的高品质工作，但是在我们实践过程中发现，追求工作系统的匀速运动是实现高品质工作的一种途径，但是这种方案的整机成本相对较高，如果采用间歇性工作的模式代替匀速模式将能进一步简化机器人的结构以及降低整机生产成本，并且工作效果不会降低。经过我们团队深入实践，创新改进，对结构进行了重新布局，我们又设计出这种新的改进方案。本发明公开的设计方案与之前公开的方案相比，结构更加简洁，控制更加简单，造价更加低廉，实用性得到进一步提升，并且不会降低工作性能。

发明内容

为了实现该种机器人结构更加简洁，控制更加简单，造价更加低廉，实用性得到进一步提升，并且不降低工作性能这一目的，本发明公开一种足式行走间歇性工作机器人，该发明包括第一行走支架、第二行走支架、行进动力装置、动力控制系统、导轨、滑座、转向系统、伸缩支腿、工作系统，第一行走支架和第二行走支架上都配有伸缩支腿，第一行走支架和第二行走支架之间设有导轨和滑座，导轨固连在第一行走支架上，滑座设置在第二行走支架上，第一行走支架和第二行走支架之间设有行进动力装置，行进动力装置可以使第一行走支架和第二行走支架这两部分做相对往复运动，转向系统设置在第二行走支架和滑座之间，转向系统可以驱动第一行走支架和第二行走支架之间发生相对转动，进而实现机器人在行走过程中进行转向、调向动作，动力控制系统控制各部分协同工作，并为整个机器人工作提供能量，通过控制第一行走支架和第二行走支架之间的相对运动并配合伸缩支腿的伸缩，使得机器人可以整体进行前进、后退动作，工作系统设置在第一行走支架上，工作系统用于对农田劳动作业。

优选地，所述第一行走支架和第二行走支架上设有伸缩支腿，第一行走支架和第二行走支架上各设置3个伸缩支腿，第二行走支架整体呈Y字形，并且两个支腿布置在前部，一个支腿布置在后部，第一行走支架的支腿布置方式与第二行走支架相反。

优选地，所述行进动力装置的驱动为多级缸。

优选地，所述伸缩支腿和行进动力装置的驱动为气动缸。

优选地，所述动力控制系统包括控制驱动模块、电源模块、空气动力模块、视频传输模块、控制终端，控制驱动模块可以接受控制信号并且控制驱动各动力单元工作，电源模块为机器人整机提供电能，空气动力模块可以产生高压气体，高压气体传输给各动力缸驱动其运动，视频传输模块可以采集机器人周边视频信号，并将视频信号时时传输给控制终端，便于操作者根据机器人周边状况给机器人发出相应的控制指令。

优选地，所述滑座上设有支撑杆，支撑杆与支撑板固连，动力控制系统以及工作系统的储物仓这些较重的部件都布置在支撑板上。

优选地，所述转向系统包括第一支撑板、中部推力轴承、第二支撑板、下部推力轴承、定位螺母、传动轴、联轴器、转向马达，第一支撑板与滑座固定连接，第一支撑板和第二支撑板之间设有中部推力轴承，第二支撑板与第二行走支架固定连接，第二行走支架下方设有下部推力轴承，传动轴与第一支撑板固定连接，并且穿过第二行走支架与其轴连接，下部推力轴承下侧设有定位螺母，定位螺母与传动轴螺纹连接，定位螺母通过传动轴将串在其中的各部分沿传动轴轴向进行固定，转向马达固定在第二行走支架上并且和传动轴通过联轴器连接。中部推力轴承可以选用尼龙板，转向马达优选减速步进电机。

优选地，所述工作系统包括储物仓、物料输送通道、机械臂、工作装置，储物仓用于存储物料，物料输送通道置于储物仓和工作装置之间，承担两者之间物料传输任务，机械臂可以将工作装置移动到需要工作的位置，工作装置承担各种劳动任务。

优选地，所述机械臂呈三轴框架结构，在三轴坐标系内，机械臂可以将工作装置移动到任何需要工作的位置，工作装置可以贴近地面完成各种劳动任务。该种结构布局适用于农作物套种、采摘等工作情况。

优选地，所述机械臂呈摆杆结构，摆杆可以在180度范围内摆动，工作装置布置在摆杆上，工作装置在农作物上方一个平面区域内进行工作，无需贴近地面。该种结构布局特别适用于农田喷洒农药、喷洒叶面肥等工作情况。

当然，可以理解的是，该机器人主要用于农田作业，但也可以用于其它适合场合，农用是该机器人最主要的适用场合，但并不是对机器人使用范围的限定。

通过上述技术方案，本发明与现有方案相比结构更加简洁，控制更加简单，造价更加低廉，实用性得到进一步提升，并且不会降低工作性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是机器人整体结构布局示意图；

图2是机器人动力控制系统部分结构示意图；

图3是机器人滑座支撑部分结构示意图；

图4是机器人转向系统部分结构示意图；

图5是机器人三轴框架式机械臂工作系统结构示意图；

图6是机器人摆杆式机械臂工作系统结构示意图。

附图标记说明

1、第一行走支架；2、第二行走支架；3、行进动力装置；4、动力控制系统；401、控制驱动模块；402、电源模块；403、空气动力模块；404、视频传输模块；405、控制终端；5、导轨；6、滑座；601、支撑杆；602、支撑板；7、转向系统；701、第一支撑板；702、中部推力轴承；703、第二支撑板；704、下部推力轴承；705、定位螺母；706、传动轴；707、联轴器；708、转向马达；8、伸缩支腿；9、工作系统；901、储物仓；902、物料输送通道；903、机械臂；904、工作装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。使用的方位词如“左、右”是指附图中的左、右方位。

如图1所示，本发明提供了一种足式行走间歇性工作机器人，该发明包括第一行走支架1、第二行走支架2、行进动力装置3、动力控制系统4、导轨5、滑座6、转向系统7、伸缩支腿8、工作系统9，第一行走支架1和第二行走支架2上都配有伸缩支腿8，第一行走支架1和第二行走支架2之间设有导轨5和滑座6，导轨5固连在第一行走支架1上，滑座6设置在第二行走支架2上，第一行走支架1和第二行走支架2之间设有行进动力装置3，行进动力装置3可以使第一行走支架1和第二行走支架2这两部分做相对往复运动，转向系统7设置在第二行走支架2和滑座6之间，转向系统7可以驱动第一行走支架1和第二行走支架2之间发生相对转动，进而实现机器人在行走过程中进行转向、调向动作，动力控制系统4控制各部分协同工作，并为整个机器人工作提供能量，通过控制第一行走支架1和第二行走支架2之间的相对运动并配合伸缩支腿8的伸缩，使得机器人可以整体进行前进、后退动作，工作系统9设置在第一行走支架1上，工作系统9用于对农田劳动作业，工作时，在第一行走支架1静止期间，工作系统9对农田进行劳动作业，同时第二行走支架2向前移动一个工位，当第一行走支架1运动时，工作系统9可以停止工作，这样就实现了第一行走支架1和第二行走支架2间歇行进过程中，第一行走支架1处于静止时工作系统9对已行进的该段田地进行劳动作业，最终实现足式行走间歇性工作的目的。可以理解的是工作系统9亦可布置在第二行走支架2上，在第二行走支架2处于静止状态下工作系统9进行工作。还可以理解的是，工作系统9在移动过程中可以停止工作，也可以不停止工作，这个可以根据需要选择。

第一行走支架1和第二行走支架2上设有伸缩支腿8，第一行走支架1和第二行走支架2上各设置3个伸缩支腿8，第二行走支架2整体呈Y字形，并且两个支腿布置在前部，一个支腿布置在后部，第一行走支架1的支腿布置方式与第二行走支架2相反，这样布置支腿可以使机器人在一次行进过程中具有最大行进距离，进而提高了机器人行进效率以及降低了支腿对农作物的破坏率。

行进动力装置3的驱动优选多级缸，如多级气缸或是多级液压缸，行进动力装置3选用多级缸有利于提高机器人在一次行进过程中的行进距离，便于空间布局。

为了降低整机制造成本，提高机器人行进速度，伸缩支腿8和行进动力装置3的驱动优选气动缸作为动力源。

如图2所示，动力控制系统4包括控制驱动模块401、电源模块402、空气动力模块403、视频传输模块404、控制终端405，控制驱动模块401可以接受控制信号并且控制驱动各动力单元工作，电源模块402为机器人整机提供电能，电源模块402选用蓄电池或是燃料发电机，空气动力模块403可以产生高压气体，高压气体传输给各动力缸驱动其运动，视频传输模块404可以采集机器人周边视频信号，并将视频信号时时传输给控制终端405，便于操作者根据机器人周边状况给机器人发出相应的控制指令。

如图3所示，滑座6与导轨5嵌套连接，滑座6可以沿导轨5滑动，支撑杆601固连在滑座6上，支撑杆601与支撑板602固连，动力控制系统4以及工作系统9的储物仓901等较重的部件布置在支撑板602上，这样布置有利于整机的重心始终处于三个处于支撑状态的支腿连线形成的三角形内部，可以确保整机的平衡。

如图4所示，转向系统7包括第一支撑板701、中部推力轴承702、第二支撑板703、下部推力轴承704、定位螺母705、传动轴706、联轴器707、转向马达708，第一支撑板701与滑座6固定连接，第一支撑板701和第二支撑板703之间设有中部推力轴承702，第二支撑板703与第二行走支架2固定连接，第二行走支架2下方设有下部推力轴承704，传动轴706与第一支撑板701固定连接，并且穿过第二行走支架2与其轴连接，下部推力轴承704下侧设有定位螺母705，定位螺母705与传动轴706螺纹连接，定位螺母705通过传动轴706将串在其中的各部分沿传动轴706轴向进行固定，转向马达708固定在第二行走支架2上并且和传动轴706通过联轴器707连接。中部推力轴承702可以选用尼龙板，转向马达708优选减速步进电机。

如图5所示，工作系统9包括储物仓901、物料输送通道902、机械臂903、工作装置904，储物仓901用于存储物料，物料输送通道902置于储物仓901和工作装置904之间，承担两者之间物料传输任务，机械臂903呈三轴框架结构，可以将工作装置904移动到任何需要工作的位置，工作装置904承担各种劳动任务。可以理解的是，工作装置904可以根据不同工作需要进行更换，该种结构布局特别适用于农作物套种、采摘等工作。

如图6所示，工作系统9的机械臂903呈摆杆结构，摆杆可以在180度范围内摆动，工作装置904布置在摆杆上，该种结构布局特别适用于农田喷洒农药、喷洒叶面肥等工作。

当然，可以理解的是，该机器人主要用于农田作业，但也可以用于其它适合场合，农用是该机器人最主要的适用场合，但并不是对机器人使用范围的限定。

为了更清楚的反应该机器人的结构和功能，现在介绍该机器人的工作过程，此举例仅为多种选择方案中的一种，不是对本发明的限制。

如图1所示，结合以下诸图，将机器人运至需要作业的田地中，所有伸缩支腿8向外伸出，然后第二行走支架2上的所有伸缩支腿8收缩，伸缩支腿8收缩到位后，这时第一行走支架1与大地接触固定，行进动力装置3收缩，将第二行走支架2向前驱动一个工位，行进动力装置3收缩到位后，第二行走支架2上的所有伸缩支腿8向外伸出，伸出到位后，第一行走支架1上的所有伸缩支腿8收缩，第一行走支架1上的所有伸缩支腿8收缩到位后，这时第二行走支架2与大地接触固定，行进动力装置3向外伸出将第一行走支架1向前驱动一个工位，这样就实现了机器人前进动作。

工作系统9的机械臂903布置在第一行走支架1上，在第一行走支架1与大地接触固定时，工作系统9相对于大地也是静止的，在第二行走支架2轮换向前运动过程中，工作系统9也完成了相应的工作任务，这样第一行走支架1和第二行走支架2之间间歇性的运动配合工作系统9的间歇性工作就实现了农田全范围内的工作。

在机器人需要转向时，第二行走支架2移动至预设位置，第二行走支架2上的所有伸缩支腿8收缩，在转向系统7上的转向马达708作用下，第二行走支架2相对于第一行走支架1发生转动，转动的角度根据需要控制，到达预设角度后，转向马达708停止转动，第二行走支架2上的所有伸缩支腿8伸出对机器人进行支撑，第一行走支架1上的所有伸缩支腿8收缩，在转向系统7上的转向马达708作用下，第一行走支架1相对于第二行走支架2发生转动，转动的角度大小就是第二行走支架2相对于第一行走支架1发生转动的角度，这样第一行走支架1和第二行走支架2就恢复原有的相对位置，机器人整体就实现了转向，并且可以在360度范围内实现任意角度的转向。当然，可以理解的是，机器人在行走过程中还有走偏的现象，这需要在行走过程中对机器人走向进行方向纠偏，纠偏的过程类似于转向的步骤，只是相当于小角度转向，并且在调向过程中，工作系统9可以正常工作。

通过上述技术方案，本发明相比现有技术方案，结构更加简洁，控制更加简单，造价更加低廉，实用性得到进一步提升，并且不会降低工作性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，以及与我公司已公布专利方案中的部分功能结构进行组合，这些简单变型、组合均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，该机器人包括第一行走支架（1）、第二行走支架（2）、行进动力装置（3）、动力控制系统（4）、导轨（5）、滑座（6）、转向系统（7）、伸缩支腿（8）、工作系统（9），第一行走支架（1）和第二行走支架（2）上都配有伸缩支腿（8），第一行走支架（1）和第二行走支架（2）之间设有导轨（5）和滑座（6），导轨（5）固连在第一行走支架（1）上，滑座（6）设置在第二行走支架（2）上，第一行走支架（1）和第二行走支架（2）之间设有行进动力装置（3），行进动力装置（3）可以使第一行走支架（1）和第二行走支架（2）这两部分做相对往复运动，转向系统（7）设置在第二行走支架（2）和滑座（6）之间，转向系统（7）可以驱动第一行走支架（1）和第二行走支架（2）之间发生相对转动，进而实现机器人在行走过程中进行转向、调向动作，动力控制系统（4）控制各部分协同工作，并为整个机器人工作提供能量，通过控制第一行走支架（1）和第二行走支架（2）之间的相对运动并配合伸缩支腿（8）的伸缩，使得机器人可以整体进行前进、后退动作，工作系统（9）设置在第一行走支架（1）上，工作系统（9）用于对农田劳动作业。

2.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述第一行走支架（1）和第二行走支架（2）上设有伸缩支腿（8），第一行走支架（1）和第二行走支架（2）上各设置3个伸缩支腿（8），第二行走支架（2）整体呈Y字形，并且两个支腿布置在前部，一个支腿布置在后部，第一行走支架（1）的支腿布置方式与第二行走支架（2）相反。

3.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述行进动力装置（3）的驱动为多级缸。

4.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述伸缩支腿（8）和行进动力装置（3）的驱动为气动缸。

5.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述动力控制系统（4）包括控制驱动模块（401）、电源模块（402）、空气动力模块（403）、视频传输模块（404）、控制终端（405），控制驱动模块（401）可以接受控制信号并且控制驱动各动力单元工作，电源模块（402）为机器人整机提供电能，空气动力模块（403）可以产生高压气体，高压气体传输给各动力缸驱动其运动，视频传输模块（404）可以采集机器人周边视频信号，并将视频信号时时传输给控制终端（405），便于操作者根据机器人周边状况给机器人发出相应的控制指令。

6.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述滑座（6）上设有支撑杆（601），支撑杆（601）与支撑板（602）固连，动力控制系统（4）以及工作系统（9）的储物仓（901）这些较重的部件都布置在支撑板（602）上。

7.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述转向系统（7）包括第一支撑板（701）、中部推力轴承（702）、第二支撑板（703）、下部推力轴承（704）、定位螺母（705）、传动轴（706）、联轴器（707）、转向马达（708），第一支撑板（701）与滑座（6）固定连接，第一支撑板（701）和第二支撑板（703）之间设有中部推力轴承（702），第二支撑板（703）与第二行走支架（2）固定连接，第二行走支架（2）下方设有下部推力轴承（704），传动轴（706）与第一支撑板（701）固定连接，并且穿过第二行走支架（2）与其轴连接，下部推力轴承（704）下侧设有定位螺母（705），定位螺母（705）与传动轴（706）螺纹连接，定位螺母（705）通过传动轴（706）将串在其中的各部分沿传动轴（706）轴向进行固定，转向马达（708）固定在第二行走支架（2）上并且和传动轴（706）通过联轴器（707）连接。

8.根据权利要求1所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述工作系统（9）包括储物仓（901）、物料输送通道（902）、机械臂（903）、工作装置（904），储物仓（901）用于存储物料，物料输送通道（902）置于储物仓（901）和工作装置（904）之间，承担两者之间物料传输任务，机械臂（903）可以将工作装置（904）移动到需要工作的位置，工作装置（904）承担各种劳动任务。

9.根据权利要求8所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述机械臂（903）呈三轴框架结构，在三轴坐标系内，机械臂（903）可以将工作装置（904）移动到任何需要工作的位置，工作装置（904）可以贴近地面完成各种劳动任务。

10.根据权利要求8所述的一种足式行走间歇性工作机器人，其特征在于，所述机械臂（903）呈摆杆结构，摆杆可以在180度范围内摆动，工作装置（904）布置在摆杆上，工作装置（904）在农作物上方一个平面区域内进行工作，无需贴近地面。