CN108544469A - 农业机械手的三维空间行走机构 - Google Patents

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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/02—Manipulators mounted on wheels or on carriages travelling along a guideway
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/30—Robotic devices for individually picking crops
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Abstract

本发明提供了一种农业机械手的三维空间行走机构，该机构包括左右移动单元、前后移动单元和上下移动单元，左右移动单元包括高位横梁和套接于高位横梁上可沿横梁同步、相向或相背运动的两个行走箱；前后移动单元包括位于横梁左右两侧且沿与横梁轴向垂直方向设置的两列平行立柱，立柱的内侧上部设有水平凸台，凸台顶面固定有可供横梁前后移动的导轨，横梁底部设置有与导轨配合的行走滑轮和驱动横梁前后移动的驱动装置；上下移动单元包括活动连接于两个行走箱底部的两根连杆，连杆的另一端活动连接有一机械手的固定平台。本发明的行走机构，结构简单，设计巧妙，耗电少，行走时不占用土地，使用安全且成本低，对于不同种植面积的果蔬可以实现精准的采摘。

Description

农业机械手的三维空间行走机构
技术领域
本发明涉及一种农业生产辅助机械，尤其涉及一种农业用的智能机器人，更具体是涉及一种农业机械手的三维空间行走机构。
背景技术
塑料大棚种植是目前农村广泛采用的高效利用土地、一年四季满足城市蔬菜、水果市场供应的有效方法。现有大棚种植在果蔬成熟期，大多还是采用人工采摘的方式，由于人工采摘劳动强度大，费时费力，特别是在目前农业劳动力严重短缺、人工费用越来越高的情况下，当所种的果蔬大面积丰收且卖不起价时，种植户往往会无奈地让其果蔬烂在地里也不进行采摘，因为销售收入抵不过雇工采摘的费用，这不仅对种植户是一大损失，而且对资源也是一种浪费。随着机械和计算机智能控制行业的不断发展，使得智能机器人在各个领域的应用已经比较普遍，故在农业生产上也开始应用智能采摘机器人。现有的智能采摘机器人，均需要在地面行走，因此田间需要开辟出适合采摘机器人行走的路径，但对于一些果蔬，在种植初期和成熟期，其土壤都是比较潮湿的，这就使采摘机器人的行走变得十分困难，另外，对于一些种植行距比较密的果蔬，采摘机器人只能在田地的外围行走，然后靠机械手伸向地里进行采摘，由于机械手的长度不能无限延伸，因而对于面积较大的果蔬采摘还是受到很大的限制，还有，这种机器人的供电也比较麻烦，由于机器人是整机移动，耗电大，导线跟着机器人在田间走动，不仅危险，而且极易发生缠绕而造成短路。
发明内容
为解决以上存在的问题，本发明的目的是提供一种农业机械手的三维空间行走机构，该机构无需在地面行走。
为实现以上目的，本发明的农业机械手的三维空间行走机构包括左右移动单元、前后移动单元和上下移动单元，其特征在于：所述左右移动单元包括高位横梁、套接于高位横梁上的两个行走箱，横梁前后侧面固定有位置对称且轨面向上的两条第一导轨，第一导轨的背面固定有第一齿条，行走箱的前后侧壁分别设置有与第一导轨配合的第一行走滑轮和驱动行走箱沿横梁左右移动的第一驱动装置；前后移动单元包括位于横梁左右两侧且沿与横梁轴向垂直方向设置的两列平行立柱，每一立柱的内侧上部设有水平凸台，凸台顶面固定有轨面向上的第二导轨，第二导轨突出于凸台一侧的背面固定有第二齿条，横梁两端的底部设置有与第二导轨配合的第二行走滑轮和驱动横梁前后移动的第二驱动装置；上下移动单元包括活动连接于两个行走箱底部的两根连杆，连杆的另一端活动连接有一机械手的固定平台。
上述第一驱动装置包括第一电机和第一减速箱，第一减速箱固定于行走箱前侧壁和后侧壁的外表面且通过第一齿轮与第一齿条相啮合。
上述第二驱动装置包括第二电机和第二减速箱，第二减速箱固定于横梁底部且通过第二齿轮与第二齿条相啮合。
上述第一导轨和第二导轨均为轨面设有凸脊的导轨，第一行走滑轮和第二行走滑轮均为圆周面设有与凸脊对应凹槽的行走滑轮。
上述第一行走滑轮的轮轴直接固定于行走箱的前侧壁和后侧壁的内表面上。
上述第二行走滑轮的轮轴固定于横梁底部向下延伸的轴座中。
为了便于加工和安装，上述行走箱由底板、前后侧壁和箱盖构成。
为了减少三维行走机构的重量，上述的高位横梁为空心结构且两端的下表面低于整根横梁的下表面。
本发明的农业机械手的三维空间行走机构，通过在果蔬种植地的上空设置高位横梁，再在横梁上套接两个行走箱，通过两个行走箱在横梁上的左右运动来实现机械手的左右移动；在横梁的两侧设置两列平行立柱，且在立柱上架设导轨，通过横梁在导轨上的前后运动来实现机械手的前后移动；而机械手的上下移动是通过活动连接于两个行走箱底部的两杆来实现，当两个行走箱相向而行时，机械手向下移动，当两个行走箱相背而行时，机械手向上移动。本发明的三维空间行走机构，结构简单、设计巧妙，行走时不占用土地，大大节省空间，而且大棚的墙体或薄膜支撑骨架可作为立柱使用，立柱的数量可无限增加，从而实现前后行走长度的无限延伸，同时可根据种植地的跨度大小选择合适的横梁和连杆，实现对不同种植面积和不同品种果蔬的精准采摘，另外，横梁的移动和行走箱的移动耗电少，可采用电池进行供电，安全且成本低，特别适合于作为大棚种植户的生产辅助机械。
附图说明
图1是本发明农业机械手的三维空间行走机构的结构示意图。
图2是图1沿A-A线的剖面图。
图3是图2沿B-B线的剖面图。
图4是图1P区域的局部放大图。
图5是图1沿C- C线的剖面图。
图6是机械手处于最低状态的三维空间行走机构的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的农业机械手的三维空间行走机构包括左右移动单元、前后移动单元和上下移动单元；
左右移动单元包括高位横梁10、套接于高位横梁上的两个行走箱11，横梁为空心结构，横梁前后侧面下部分别固定有位置对称且顶面设有凸脊的第一导轨12，第一导轨的背面固定有第一齿条13，行走箱包括底板111、前后侧壁112和顶盖113，行走箱前后侧壁的内表面分别固定有位置对称且可套接第一行走滑轮14的轮轴15，行走箱前后侧壁的外表面固定有第一减速箱16，第一减速箱由第一电机17驱动，第一减速箱的输出轴通过第一齿轮18与第一齿条13相啮合，如图2、3所示；
前后移动单元包括位于横梁左右两侧且沿与横梁轴向垂直方向设置的两列平行立柱20，每一立柱的内侧上部设有水平凸台201，两列立柱的凸台顶面固定有两条位置对称且顶面设有凸脊的的第二导轨21，第二导轨突出于凸台一侧的背面固定有第二齿条22，横梁两端的底部向下延伸有竖向轴座101，轴座中固定有可套接第二行走滑轮23的轮轴24，轴座内侧的横梁底部固定第二减速箱25，第二减速箱由第二电机26驱动，第二减速箱的输出轴通过第二齿轮27与第二齿条22啮合，如图4、5所示；
上下移动单元包括两根连杆30和机械手40的固定平台31，连杆一端活动铰接于行走箱内侧的底部、另一端活动铰接于固定平台的左右端面，如图1、6所示。
本发明的农业机械手的三维空间行走机构，使用时，通过控制两个行走箱的同向、同步运动，实现机械手的左右移动；通过控制两个行走箱的相向和相背运动，实现机械手的上下移动，当两个行走箱的距离最大时，机械手处于最高的位置，当两个行走箱的距离最短时，机械手处于最低的位置，如图6所示；通过控制高位横梁的前后运动，实现机械手的前后移动；而通过严格控制两个行走箱行进的方向、速度及高位横梁的行进方向、速度，可实现机械手在三维空间内全方位准确定位。
本发明的机械手可以是具有不同功能的机械手，当机械手具有采摘功能时，配合本发明的行走机构就是一个无需在地面走动的采摘机械人，当机械手具有犁田或播种功能时，配合本发明的行走机构就是一个无需在地面走动的犁田或播种机械人；本发明的行走机构，仅靠行走箱和横梁的直线运动就能实现三维空间行走，可采用电池供电或架设固定线路供电。
以上只是本发明农业机械手的三维空间行走机构一个实施例的一个实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术方案的等效实施或变更，如立柱、行走滑轮、驱动装置结构或固定方式的改变，均应包含在本发明的保护范围中。

Claims (8)

1.一种农业机械手的三维空间行走机构，包括左右移动单元、前后移动单元和上下移动单元，其特征在于：所述左右移动单元包括高位横梁、套接于高位横梁上的两个行走箱，横梁前后侧面固定有位置对称且轨面向上的两条第一导轨，第一导轨的背面固定有第一齿条，行走箱的前后侧壁分别设置有与第一导轨配合的第一行走滑轮和驱动行走箱沿横梁左右移动的第一驱动装置；前后移动单元包括位于横梁左右两侧且沿与横梁轴向垂直方向设置的两列平行立柱，每一立柱的内侧上部设有水平凸台，凸台顶面固定有轨面向上的第二导轨，第二导轨突出于凸台一侧的背面固定有第二齿条，横梁两端的底部设置有与第二导轨配合的第二行走滑轮和驱动横梁前后移动的第二驱动装置；上下移动单元包括活动连接于两个行走箱底部的两根连杆，连杆的另一端活动连接有一机械手的固定平台。
2.根据权利要求1所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述第一驱动装置包括第一电机和第一减速箱，第一减速箱固定于行走箱前侧壁和后侧壁的外表面且通过第一齿轮与第一齿条相啮合。
3.根据权利要求1或2所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述第二驱动装置包括第二电机和第二减速箱，第二减速箱固定于横梁底部且通过第二齿轮与第二齿条相啮合。
4.根据权利要求3所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述第一导轨和第二导轨均为上轨面设有凸脊的导轨，第一行走滑轮和第二行走滑轮均为圆周面设有与凸脊对应凹槽的行走滑轮。
5.根据权利要求4所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述第一行走滑轮的轮轴直接固定于行走箱的前侧壁和后侧壁的内表面上。
6.根据权利要求5所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述第二行走滑轮的轮轴固定于横梁底部向下延伸的轴座中。
7.根据权利要求6所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述行走箱由底板、前后侧壁和箱盖构成。
8.根据权利要求7所述的农业机械手的三维空间行走机构，其特征在于：所述的高位横梁为空心结构且两端的下表面低于整根横梁的下表面。
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