一种松塔收获机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,具体是指一种松塔收获机器人。
背景技术
目前,我国林区红松树上接的松塔每年秋季成熟需采摘时,红松林的业主,都需雇人爬树对松塔进行采摘,这种雇人爬树采摘松塔的采摘方式,时不时地,爬树人需在树上进行折枝才能采到松塔,更有甚者,有的采摘人为图方便,在采摘过程中,不惜大面积破坏树枝来进行松塔的野蛮采摘。这种采用人工式的松塔采摘方式,除费时、费力,采摘劳动强度大,工作效率低外,还有就是伤树及给松树的生长造成一定的破坏,此外,人工爬树还会危及生命,每年人工采塔都会发生有人从树上掉下摔死的意外事故。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种松塔收获机器人,其不仅结构简单,而且能够灵活快速地实现松塔的采摘,大大降低了采摘的劳动强度。
(二)技术方案
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种松塔收获机器人,包括机架,所述机架两侧分别安装有用于驱动机架行进的左履带轮和右履带轮,所述机架上安装有用于驱动左履带轮转动的左电机,以及用于驱动右履带轮转动的右电机;所述机架上设有支撑平台,所述支撑平台上可拆装地安装有爬树机构,所述爬树机构上安装有振打机构;
所述爬树机构包括上爬树机构、下爬树机构、以及用于连接上爬树机构和下爬树机构的伸缩机构;所述下爬树机构包括转盘支架、弧形导轨、第一导向座,所述支撑平台的上端面沿竖直方向设有两个定位杆,所述转盘支架上设有两个与所述定位杆配合的定位孔;所述转盘支架上设有弧形切槽,所述弧形导轨安装在转盘支架上且位于弧形切槽的边缘处;所述转盘支架的翻边侧面上安装有长条形的下横板,所述下横板上在靠近弧形切槽的侧面上对称地铰接有第一机械臂和第二机械臂;所述第一机械臂和第二机械臂上在远离下横板的一端分别铰接有第三机械臂和第四机械臂;所述下横板上在靠近其两端位置处分别铰接有第一电动推杆和第二电动推杆,所述第一电动推杆的伸缩端与第一机械臂的臂身铰接用于驱动第一机械臂绕其与下横板的铰接轴转动,所述第二电动推杆的伸缩端与第二机械臂的臂身铰接用于驱动第二机械臂绕其与下横板的铰接轴转动;所述第一机械臂和第二机械臂上在远离下横板的一端分别设有第一L形支架和第二L形支架,所述第一L形支架和第二L形支架上分别安装有第三电动推杆和第四电动推杆;所述第三电动推杆的伸缩端与第三机械臂的臂身铰接用于驱动第三机械臂绕其与第一机械臂的铰接轴转动,所述第四电动推杆的伸缩端与第四机械臂的臂身铰接用于驱动第四机械臂绕其与第二机械臂的铰接轴转动;
所述弧形导轨的内弧形侧面上设有内弧形导轨槽,所述弧形导轨的外弧形侧面上设有外弧形导轨槽;所述第一导向座上转动连接有沿竖直方向设置的第一转轴和第二转轴,所述第一转轴和第二转轴的上端均位于第一导向座的上方且分别固定安装有主动链轮和从动链轮,所述主动链轮和从动链轮之间设有传动链;所述第一转轴和第二转轴的下端位于第一导向座的下方且均安装有位于内弧形导轨槽内的第一导轮;所述第一导向座上安装有用于驱动第一转轴转动的第一电机;所述第一导向座的翻边上滑动连接有两个向外弧形导轨槽方向延伸的弹簧臂,所述弹簧臂上设有挡圈,所述弹簧臂上在伸向外弧形导轨槽的一端均转动连接有位于外弧形导轨槽内的第二导轮,所述弹簧臂上在挡圈和第一导向座的翻边之间套接有用于迫使所述第二导轮压在外弧形槽内的压紧弹簧。
通过上述技术方案,该松塔收获机器人工作时,通过左电机和右电机驱动左履带轮和右履带轮带动机架运动到指定地点,这里采用履带轮可在复杂地形上自由行走,克服了山林地形复杂多样的难题;然后将爬树机构从支撑平台上取下,通过爬树机构将振打机构固定在红杉树上,爬树机构工作时通过下爬树机构、伸缩结构、上爬树机构的配合带动振打机构向上爬动,当爬到需要的高度时通过振打机构实现对树枝的振打,从而将松塔振落;其中下爬树机构工作时,控制第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆动作,从而控制第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂动作环抱住红杉树,接着伸缩机构伸出带动上爬树机构向上运动,当有树杈或树枝挡住上爬树机构上行时,第一电机带动第一转轴转动,第一转轴转动时通过主动链轮、传动链、从动链轮带动第二转轴转动,进而带动位于内弧形导轨槽内的第一导轮转动,第一导轮转动时驱动第一导向座沿弧形导轨运动,使得上爬树机构绕开阻挡固定在树上,然后通过第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆动作,控制第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂展开松开红杉树,接着伸缩机构收缩带动下爬树机构向上运动,同样当有树杈或者树枝挡柱下爬树机构上行时,通过第一电机、第一转轴、主动链轮、传动链、从动链轮、第二转轴、第一导轮驱动弧形导轨转动,使得下爬树机构绕开阻挡固定在树上;如此循环往复就可以爬到树顶端,通过振打机构进行打松塔了;该机器人不仅结构简单,而且爬树灵活,能够快速实现松塔的振打。
进一步的技术方案中,所述伸缩机构包括第五电动推杆和导滑杆,所述第五电动推杆沿竖直方向安装在第一导向座上,所述导滑杆为两个且沿竖直方向并排地安装在第一导向座上;所述上爬树机构包括安装在第五电动推杆伸缩端的第二导向座,所述第二导向座的下端设有两个套接在所述导滑杆上的套管;所述第二导向座上安装有长条形的上横板,所述上横板的侧面上对称地铰接有第五机械臂和第六机械臂;所述第五机械臂和第六机械臂上在远离上横板的一端分别铰接有第七机械臂和第八机械臂;所述上横板上在靠近其两端位置处分别铰接有第六电动推杆和第七电动推杆,所述第六电动推杆的伸缩端与第五机械臂的臂身铰接用于驱动第五机械臂绕其与上横板的铰接轴转动,所述第七电动推杆的伸缩端与第六机械臂的臂身铰接用于驱动第六机械臂绕其与上横板的铰接轴转动;所述第五机械臂和第六机械臂上在远离上横板的一端分别设有第三L形支架和第四L形支架,所述第三L形支架和第四L形支架上分别安装有第八电动推杆和第九电动推杆;所述第八电动推杆的伸缩端与第七机械臂的臂身铰接用于驱动第七机械臂绕其与第五机械臂的铰接轴转动,所述第九电动推杆的伸缩端与第八机械臂的臂身铰接用于驱动第八机械臂绕其与第六机械臂的铰接轴转动。
通过上述技术方案,伸缩机构工作时,通过第五电动推杆带动上爬树机构和下爬树机构交替上爬;另外上爬树机构工作时,通过第六电动推杆、第七电动推杆、第八电动推杆、第九电动推杆,控制第五机械臂、第六机械臂、第七机械臂、第八机械臂运动实现上爬树机构的环抱和张开,从而完成爬树动作。
进一步的技术方案中,所述第二导向座上安装有振打机构,所述振打机构包括转动臂、中间臂、第三电机、转盘、连杆;所述转动臂安装在第二导向座上,所述第二导向座35上安装有用于驱动转动臂转动的第二电机;所述转动臂上在远离第二导向座的一端沿转动臂的长度方向设有导滑槽,所述中间臂的一端设有滑动连接在导滑槽内的滑块;所述转动臂上安装有第十电动推杆,所述第十电动推杆的伸缩端与滑块连接用于驱动滑块在导滑槽内滑动;所述转动臂上沿其长度方向设有导滑套,所述中间臂上设有滑动连接在所述导滑套内的导向杆;所述中间臂上在远离转动臂的一端铰接有振打臂;所述第三电机安装在中间臂上,所述转盘安装在第三电机的输出轴上,所述连杆的一端铰接在转盘的偏心位置处,所述连杆的另一端与振打臂的一端铰接。
通过上述技术方案,振打机构工作时,通过第二电机控制振动臂在180°范围内的转动,带动中间臂伸向待振打的树枝,然后通过第十电动推杆控制中间臂的伸长或者缩短,用以调整振打臂的位置,接着启动第三电机带动转盘转动,转盘转动时通过连杆带动振打臂绕其与中间臂的铰接点往复转动从而实现竖直的振打。
进一步的技术方案中,所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂的相向的侧面上均设有下齿条,所述第五机械臂、第六机械臂、第七机械臂、第八机械臂的相向的侧面上均设有上齿条。
通过上述技术方案,由于红杉树树干上有松枝,比较滑,所以在机械臂上加了齿条结构,保证机械臂抱紧后不滑脱。
进一步的技术方案中,所述第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂的相向的侧面上均设有第一橡胶条,所述第五机械臂、第六机械臂、第七机械臂、第八机械臂的相向的侧面上均设有第二橡胶条。
通过上述技术方案,设置第一橡胶条和第二橡胶条能起缓冲和蓄能作用,可以让抱紧力量更大。
进一步的技术方案中,所述支撑平台的下端设有四个支撑腿,所述支撑腿的下端安装有设置在机架上的滚轮,所述机架上并排设有两个用于滚轮滚动的导向板;该设置便于将支撑平台从机架上取下。
进一步的技术方案中,所述机架上安装有用于给左电机和右电机供电的第一蓄电池。
进一步的技术方案中,两个套管之间设有U形安装板,所述U形安装板内安装有用于给第一电机、第二电机、第三电机、第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、第四电动推杆、第五电动推杆、第六电动推杆、第七电动推杆、第八电动推杆、第九电动推杆、第十电动推杆供电的第二蓄电池;所述U形安装板的外侧面上安装有摄像头;安装摄像头能够识别现场情况,以便于控制机器人爬树。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
(1)该机器人采用履带式行走机构,可适应复杂地形里的行走,打松塔一般在山林中,所以此行走机构完全满足要求,可将机器人运送至目标地点;而且爬树机构可拆装地安装在支撑平台上,更加灵活可靠。
(2)爬树机构采用上爬树机构、下爬树机构、伸缩机构的结合,模仿猴子爬树的原理,遇到树枝的话可以绕着走,非常适合树枝比较多的情况下打松塔。
(3)振打机构工作时,伸出振打臂,对长着松塔的树枝进行振打,松塔在震动作用下自动掉落,收获效率高。
附图说明
图1-3是本发明中松塔收获机器人的立体结构示意图;
图4是本发明中松塔收获机器人的部分结构示意图;
图5是本发明中下爬树机构和伸缩机构的结构示意图;
图6是本发明中下爬树机构的部分结构示意图;
图7是本发明中上爬树机构和振打机构的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1-7所示,一种松塔收获机器人,包括机架1,所述机架两侧分别安装有用于驱动机架1行进的左履带轮2和右履带轮3,所述机架1上安装有用于驱动左履带轮2转动的左电机4,以及用于驱动右履带轮3转动的右电机5;所述机架1上设有支撑平台6,所述支撑平台6上可拆装地安装有爬树机构,所述爬树机构上安装有振打机构。
所述爬树机构包括上爬树机构、下爬树机构、以及用于连接上爬树机构和下爬树机构的伸缩机构;所述下爬树机构包括转盘支架7、弧形导轨8、第一导向座9,所述支撑平台6的上端面沿竖直方向设有两个定位杆10,所述转盘支架7上设有两个与所述定位杆10配合的定位孔702;所述转盘支架7上设有弧形切槽701,所述弧形导轨8安装在转盘支架7上且位于弧形切槽701的边缘处;所述转盘支架7的翻边侧面上安装有长条形的下横板11,所述下横板11上在靠近弧形切槽701的侧面上对称地铰接有第一机械臂12和第二机械臂13;所述第一机械臂12和第二机械臂13上在远离下横板11的一端分别铰接有第三机械臂14和第四机械臂15;所述下横板11上在靠近其两端位置处分别铰接有第一电动推杆16和第二电动推杆17,所述第一电动推杆16的伸缩端与第一机械臂12的臂身铰接用于驱动第一机械臂12绕其与下横板11的铰接轴转动,所述第二电动推杆17的伸缩端与第二机械臂13的臂身铰接用于驱动第二机械臂13绕其与下横板11的铰接轴转动;所述第一机械臂12和第二机械臂13上在远离下横板11的一端分别设有第一L形支架18和第二L形支架19,所述第一L形支架18和第二L形支架19上分别安装有第三电动推杆20和第四电动推杆21;所述第三电动推杆20的伸缩端与第三机械臂14的臂身铰接用于驱动第三机械臂14绕其与第一机械臂12的铰接轴转动,所述第四电动推杆21的伸缩端与第四机械臂15的臂身铰接用于驱动第四机械臂15绕其与第二机械臂13的铰接轴转动。
所述弧形导轨8的内弧形侧面上设有内弧形导轨槽801,所述弧形导轨8的外弧形侧面上设有外弧形导轨槽802;所述第一导向座9上转动连接有沿竖直方向设置的第一转轴22和第二转轴23,所述第一转轴22和第二转轴23的上端均位于第一导向座9的上方且分别固定安装有主动链轮24和从动链轮25,所述主动链轮24和从动链轮25之间设有传动链26;所述第一转轴22和第二转轴23的下端位于第一导向座9的下方且均安装有位于内弧形导轨槽801内的第一导轮27;所述第一导向座9上安装有用于驱动第一转轴22转动的第一电机28;所述第一导向座9的翻边上滑动连接有两个向外弧形导轨槽802方向延伸的弹簧臂29,所述弹簧臂29上设有挡圈30,所述弹簧臂29上在伸向外弧形导轨槽802的一端均转动连接有位于外弧形导轨槽802内的第二导轮31,所述弹簧臂29上在挡圈30和第一导向座9的翻边之间套接有用于迫使所述第二导轮31压在外弧形槽内的压紧弹簧32;该设置能够使得第一导向座更加平稳地运动。
所述伸缩机构包括第五电动推杆33和导滑杆34,所述第五电动推杆33沿竖直方向安装在第一导向座9上,所述导滑杆34为两个且沿竖直方向并排地安装在第一导向座9上;所述上爬树机构包括安装在第五电动推杆33伸缩端的第二导向座35,所述第二导向座35的下端设有两个套接在所述导滑杆34上的套管36;所述第二导向座35上安装有长条形的上横板37,所述上横板37的侧面上对称地铰接有第五机械臂38和第六机械臂39;所述第五机械臂38和第六机械臂39上在远离上横板37的一端分别铰接有第七机械臂40和第八机械臂41;所述上横板37上在靠近其两端位置处分别铰接有第六电动推杆42和第七电动推杆43,所述第六电动推杆42的伸缩端与第五机械臂38的臂身铰接用于驱动第五机械臂38绕其与上横板37的铰接轴转动,所述第七电动推杆43的伸缩端与第六机械臂39的臂身铰接用于驱动第六机械臂39绕其与上横板37的铰接轴转动;所述第五机械臂38和第六机械臂39上在远离上横板37的一端分别设有第三L形支架44和第四L形支架45,所述第三L形支架44和第四L形支架45上分别安装有第八电动推杆46和第九电动推杆47;所述第八电动推杆46的伸缩端与第七机械臂40的臂身铰接用于驱动第七机械臂40绕其与第五机械臂38的铰接轴转动,所述第九电动推杆47的伸缩端与第八机械臂41的臂身铰接用于驱动第八机械臂41绕其与第六机械臂39的铰接轴转动。
所述第二导向座35上安装有振打机构,所述振打机构包括转动臂48、中间臂49、第三电机50、转盘51、连杆52;所述转动臂48安装在第二导向座35上,所述第二导向座35上安装有用于驱动转动臂48转动的第二电机53;所述转动臂48上在远离第二导向座35的一端沿转动臂48的长度方向设有导滑槽4801,所述中间臂49的一端设有滑动连接在导滑槽4801内的滑块4901;所述转动臂48上安装有第十电动推杆54,所述第十电动推杆54的伸缩端与滑块4901连接用于驱动滑块4901在导滑槽4801内滑动;所述转动臂48上沿其长度方向设有导滑套55,所述中间臂49上设有滑动连接在所述导滑套55内的导向杆56;所述中间臂49上在远离转动臂48的一端铰接有振打臂57;所述第三电机50安装在中间臂49上,所述转盘51安装在第三电机50的输出轴上,所述连杆52的一端铰接在转盘51的偏心位置处,所述连杆52的另一端与振打臂57的一端铰接。
由于红杉树树干上有松脂,比较滑,所以第一机械臂12、第二机械臂13、第三机械臂14、第四机械臂15的相向的侧面上均设有下齿条58,所述第五机械臂38、第六机械臂39、第七机械臂40、第八机械臂41的相向的侧面上均设有上齿条59;保证机械臂抱紧后不滑脱。
所述第一机械臂12、第二机械臂13、第三机械臂14、第四机械臂15的相向的侧面上均设有第一橡胶条60,所述第五机械臂38、第六机械臂39、第七机械臂40、第八机械臂41的相向的侧面上均设有第二橡胶条61;设置第一橡胶条60和第二橡胶条61能起缓冲和蓄能作用,可以让抱紧力量更大。
所述支撑平台6的下端设有四个支撑腿601,所述支撑腿601的下端均安装有设置在机架1上的滚轮602,所述机架1上并排设有两个用于滚轮602滚动的导向板62;该设置便于将支撑平台6从机架1上取下。所述机架1上安装有用于给左电机4和右电机5供电的第一蓄电池63。两个套管36之间设有U形安装板64,所述U形安装板64内安装有用于给第一电机28、第二电机53、第三电机50、第一电动推杆16、第二电动推杆17、第三电动推杆20、第四电动推杆21、第五电动推杆33、第六电动推杆42、第七电动推杆43、第八电动推杆46、第九电动推杆47、第十电动推杆54供电的第二蓄电池65;所述U形安装板64的外侧面上安装有摄像头66;安装摄像头66能够识别现场情况,以便于控制机器人爬树。
该松塔收获机器人工作时,通过左电机4和右电机5驱动左履带轮2和右履带轮3带动机架1运动到指定地点,这里采用履带轮可在复杂地形上自由行走,克服了山林地形复杂多样的难题;然后将支撑平台6通过滚轮从机架1上取下;接着将爬树机构从支撑平台6上取下,通过爬树机构将振打机构固定在红杉树上,爬树机构工作时通过下爬树机构、伸缩结构、上爬树机构的配合带动振打机构向上爬动,当爬到需要的高度时通过振打机构实现对树枝的振打,从而将松塔振落。
其中下爬树机构工作时,控制第一电动推杆16、第二电动推杆17、第三电动推杆20、第四电动推杆21动作,从而控制第一机械臂12、第二机械臂13、第三机械臂14、第四机械臂15动作环抱住红杉树,接着第五电动推杆33伸出带动第二导向座35向上运动,当有树杈或树枝挡住上爬树机构上行时,第一电机28带动第一转轴22转动,第一转轴22转动时通过主动链轮24、传动链26、从动链轮25带动第二转轴23转动,进而带动位于内弧形导轨槽801内的第一导轮27转动,第一导轮27转动时驱动第一导向座9沿弧形导轨8运动,使得上爬树机构绕开阻挡;然后上爬树机构工作,通过第六电动推杆42、第七电动推杆43、第八电动推杆46、第九电动推杆47,控制第五机械臂38、第六机械臂39、第七机械臂40、第八机械臂41运动环抱住红杉树;接着通过第一电动推杆16、第二电动推杆17、第三电动推杆20、第四电动推杆21动作,控制第一机械臂12、第二机械臂13、第三机械臂14、第四机械臂15展开松开红杉树;然后第五电动推杆33收缩带动下爬树机构向上运动,同样当有树杈或者树枝挡柱下爬树机构上行时,通过第一电机28、第一转轴22、主动链轮24、传动链26、从动链轮25、第二转轴23、第一导轮27驱动弧形导轨8转动,使得下爬树机构绕开阻挡固定在树上;如此循环往复就可以爬到树顶端,通过振打机构进行打松塔了。
其中振打机构工作时,通过第二电机53控制振动臂在180°范围内的转动,带动中间臂49伸向待振打的树枝,然后通过第十电动推杆54控制中间臂49的伸长或者缩短,用以调整振打臂57的位置,接着启动第三电机50带动转盘51转动,转盘51转动时通过连杆52带动振打臂57绕其与中间臂49的铰接点往复转动从而实现竖直的振打。该机器人不仅结构简单,而且爬树灵活,能够快速实现松塔的振打。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。