CN110178548A - 一种攀爬拨刷式椰子采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了攀爬拨刷式椰子采摘机器人，包括：爬树装置、连接装置和回转梳刷装置。爬树装置抱紧树干，并通过控制爬树装置中的第一电动推杆、第二电动推杆和第三电动推杆有序的伸缩，从而达到攀爬椰子树干到指定位置的目的。回转梳刷装置，通过电机驱动内齿圈旋转，从而带动固定在内齿圈上的梳刷指做回环运动，做回环运动的梳刷杆反复拨刷椰子，最终使椰子掉落。连接装置连接爬树装置和回转梳刷装置，尽可能的确保树干处于回转梳刷装置的中心。本发明爬树摘椰子机器人节省了人力资源且工作效率高，对工作环境适应能力强。

Description

一种攀爬拨刷式椰子采摘机器人

技术领域

本发明涉及农林机械领域，尤其涉及一种攀爬拨刷式椰子采摘机器人。

背景技术

椰子具有很高的医用价值与食用价值。我国主要产于广东、海南、台湾、云南等。椰子树是常绿乔木，树干挺直，树干高约15～30米，无枝无蔓，树表面几乎成圆柱体，不易攀爬。目前摘椰子的方法主要有长竹竿钩果、人工攀爬采摘。人工攀爬采摘，劳动强度大，工作效率低，危险系数大，长竹竿钩果容易将椰子划破，而且操作复杂。

专利公布号为CN109463116A，公开了一种椰子采摘装置，该专利采用机械手抓取椰子的方式实现椰子的采摘，机械手由于支撑轨道的限制其采摘范围受到局限，抓取采摘过程需要人遥控机械手的动作，整个抓取采摘过程动作复杂，采摘效率较低。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种能够节省人力物力资源的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，并且工作效率高，对工作环境适应能力强。

实现本发明目的的技术解决方案为：攀爬拨刷式椰子采摘机器人，包括爬树装置和搭载在爬树装置上的回转梳刷装置，所述回转梳刷装置包括内齿圈、外圈轨道、驱动电机、梳刷杆；所述内齿圈和外圈轨道均为具有缺口的弧形结构，所述内齿圈滑动连接在外圈轨道上，所述驱动电机固定连接在外圈轨道上，驱动电机的转轴上安装有齿轮，齿轮和内齿圈相啮合，从而带动内齿圈绕着外圈轨道运动，所述外圈轨道外沿向外延伸有外侧壁，外侧壁上设置有若干条等间隔的梳刷杆轨道，所述梳刷杆的一端铰接在内齿圈上，梳刷杆另一端穿出梳刷杆轨道。

进一步的，所述爬树装置包括上机架、下机架和第二电动推杆，所述上机架和下机架结构相同，两者通过第二电动推杆固定连接，均包括主架体、第一电动推杆、第一抓树臂、第二抓树臂、抓树臂扣环、抓树块，所述主架体呈U形，两侧设置两条等长滑槽，抓树块的两端滑动设置在两侧的滑槽上，主架体的两侧分别与第一抓树臂的一端和第二抓树臂的一端铰链连接，所述第一抓树臂的另一端和第二抓树臂的另一端闭合，并通过抓树臂扣环固定连接，所述第一电动推杆的伸出端驱动抓树块滑动，第一电动推杆的固定端固定连接在主架体上。

进一步的，回转梳刷装置通过连接装置搭载在爬树装置上，所述连接装置包括从动机械推杆套筒、从动机械推杆、抓树块连接柱、主架体连接柱，所述主架体连接柱固定连接在上机架的主架体上，从动机械推杆套筒固定在主架体连接柱上，从动机械推杆穿设在从动机械推杆套筒中，从动机械推杆和上机架的抓树块之间通过抓树块连接柱固定连接，外圈轨道固定在从动机械推杆上。

进一步的，所述驱动电机有两个，两个驱动电机分布在外圈轨道的缺口两端。

进一步的，两个驱动电机与内齿圈的圆心构成的圆心角要大于内齿圈缺口的圆心角，即任何情况下至少有一个齿轮与内齿圈啮合传动。

进一步的，内齿圈缺口的圆心角小于180度。

进一步的，所述外圈轨道的缺口通过外圈连接弧连接。

进一步的，所述梳刷杆轨道的上端缺口处设置有梳刷杆轨道连接块，梳刷杆轨道连接块的一端与外侧壁铰接，梳刷杆轨道连接块的另一端抵住梳刷杆轨道的上端缺口的侧壁上。

进一步的，所述外圈轨道上固定有内齿圈固定臂，内齿圈固定臂抵住内齿圈的上表面。

进一步的，所述抓树块的两端分别固定连接有第一滑杆和第二滑杆，所述第一滑杆和第二滑杆在主架体的两侧滑槽中滑动。

相对于现有技术，本发明所具有的有益效果是：本发明采用由梳刷杆组成的梳刷装置,通过该装置的回转运动，可实现椰树360度范围内不同生长高度椰子的梳刷采摘，采摘动作简单，工作效率高。

附图说明

图1为本发明爬树摘椰子机器人的整体结构图；

图2为本发明爬树摘椰子机器人的回转梳刷装置示意图；

图3为回转梳刷装置的剖视图；

图4为图1中A处局部放大图；

图5为图1中B处局部放大图；

图6为本发明爬树摘椰子机器人的爬树装置示意图；

图7为本发明爬树摘椰子机器人的连接装置和上机架连接示意图；

图中，下主架体1、第一电动推杆2、第二电动推杆3、上第二滑杆4、上主架体5、主架体连接柱6、外圈轨道7、从动机械推杆套筒8、内齿圈9、梳刷杆支座10、梳刷杆11、梳刷杆轨道连接块12、抓树块连接柱13、上抓树块14、上第一滑杆15、第一内齿圈固定臂16、第一齿轮17、第一驱动电机18、上第一抓树臂19、第一电机固定架20、外圈连接弧21、第二齿轮22、第二驱动电机23、第二电机固定架24、下第一滑杆25、下抓树块26、下第一抓树臂27、下抓树臂扣环28、下第二抓树臂29、上第二抓树臂30、第三电动推杆31、抓树块连接柱固定支座32、上推杆固定支座33、第二内齿圈固定臂34、上抓树臂扣环35、下第二滑杆36、下推杆固定支座37、从动机械推杆38、梳刷杆轨道39。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有的实施方式。相反，它们仅是与如所附中权利要求书中所详述的，本发明的一些方面相一致的装置的例子。本说明书的各个实施例均采用递进的方式描述。

如图1-7所示，本发明提供的攀爬拨刷式椰子采摘机器人主要由爬树装置与回转梳刷装置两个部分组成,整体结构如图，回转梳刷装置搭载在爬树装置上。

结合图2-图5，作为一种具体示例，所述回转梳刷装置包括内齿圈9、外圈轨道7、驱动电机、梳刷杆11；所述内齿圈9和外圈轨道7均为具有缺口的弧形结构，所述内齿圈9滑动连接在外圈轨道7上，具体可以为外圈轨道7上开有弧形滑槽，内齿圈9的下表面具有与弧形滑槽相配合的弧形凸起；所述驱动电机固定连接在外圈轨道7上，驱动电机的转轴上安装有齿轮，齿轮和内齿圈9相啮合，从而带动内齿圈9绕着外圈轨道7运动，为了保持始终至少有一个驱动电机能驱动内齿圈做连续的回环运动，所以所述驱动电机有两个，记为第一驱动电机18和第二驱动电机23，第一驱动电机18转轴上安装有第一齿轮17，第二驱动电机23转轴上安装有第二齿轮22，第一驱动电机18通过第一电机固定架20固定在外圈轨道7的缺口一端，第二驱动电机23通过第二电机固定架24固定在外圈轨道7的缺口另一端，两个驱动电机与内齿圈9的圆心构成的圆心角要大于内齿圈9缺口的圆心角，即任何情况下至少有一个齿轮与内齿圈9啮合传动。两个驱动电机与内齿圈9的圆心构成的圆心角是小于或等于180°的，所以优选内齿圈9缺口的圆心角小于180度。梳刷杆11优选采用弹性杆。

所述外圈轨道7外沿向外延伸有外侧壁，外侧壁上设置有若干条等间隔的梳刷杆轨道39，梳刷杆轨道39为绕外圈轨道7中心轴从底部逐渐上升的滑槽，所述梳刷杆11的一端通过梳刷杆支座10与内齿圈9铰接，梳刷杆11滑动设置在外圈轨道7的外壁上的梳刷杆轨道39上，梳刷杆11另一端穿出外圈轨道7的外壁。所述外圈轨道7的外壁上的梳刷杆轨道39的上端缺口处设置有梳刷杆轨道连接块12，梳刷杆轨道连接块12的一端与外侧壁铰接，另一端抵住外圈轨道7的外壁上的梳刷杆轨道39的上端缺口的侧壁，梳刷杆轨道连接块12用于当梳刷杆11从外圈轨道7的外壁上的梳刷杆轨道运动到外圈轨道7的外壁边缘做回转运动后，封闭梳刷杆轨道的开口，避免梳刷杆在外圈轨道7的外壁边缘运动产生振动。梳刷杆11在爬树时可以收缩到外圈轨道7外壁的梳刷杆轨道中，避免爬树时造成干扰，不能爬到预期的指定位置。

为了使内齿圈在限定的轨道上做完整的回环运动，不至于从既定轨道上脱落，所述外圈轨道7上固定有内齿圈9固定臂，本实施例的内齿圈9固定臂具有两个，分别记为第一内齿圈固定臂16和第二内齿圈固定臂34，第一内齿圈固定臂16和第二内齿圈固定臂34抵住内齿圈9的上表面。

为了使梳刷杆能在外圈轨道7上做完整的回环运动，所述外圈轨道7的缺口通过外圈连接弧21连接，使外圈轨道完整。

通过第一驱动电机18和第二驱动电机23驱动第一齿轮17和第二齿轮22，带动内齿圈9绕着外圈轨道7运动，于此同时带动梳刷杆11沿着外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道斜向上滑，推动梳刷杆轨道连接块12使外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道上端的缺口打开，从而滑出外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道，梳刷杆11滑出外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道后，梳刷杆11支撑在外侧壁的上端沿，梳刷杆轨道连接块12在重力的作用下使外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道上端的缺口闭合，梳刷杆11不再滑回到外圈轨道7的外壁梳刷杆轨道中，此后梳刷杆11支撑在外侧壁的上端沿；通过梳刷杆11梳刷椰子。

结合图6和图7，作为一种具体示例，所述爬树装置包括：上机架、下机架和第二电动推杆3，所述上机架和下机架结构相同，上机架位于下机架的正上方，所述第二电动推杆3伸出端固定连接上机架，另一端固定连接下机架。

所述下机架包括下主架体1、第一电动推杆2、下第一抓树臂27、下第二抓树臂29、下抓树臂扣环28、下抓树块26、下推杆固定支座37，所述下主架体1呈U形，所述下主架体1两侧设置两条等长滑槽，下主架体1的两侧分别与下第一抓树臂27的一端和下第二抓树臂29的一端铰链连接，所述下第一抓树臂27的另一端和下第二抓树臂29的另一端闭合，并通过下抓树臂扣环28固定连接，所述第一电动推杆2的伸出端与下推杆固定支座37固定连接，另一端与下主架体1固定连接，所述下推杆固定支座37固定连接下抓树块26，下抓树块26的两端滑动设置在两侧的滑槽上；进一步的，所述下抓树块26的两端固定连接下第一滑杆和下第二滑杆36，所述下第一滑杆和下第二滑杆36在下主架体1的滑槽中滑动。

所述上机架包括上主架体5、第三电动推杆31、上第一抓树臂19、上第二抓树臂30、上抓树臂扣环35、上抓树块14、上推杆固定支座33，所述上主架体5呈U形，所述上主架体5两侧设置两条等长滑槽，上主架体5的两侧分别与上第一抓树臂19的一端和上第二抓树臂30的一端铰链连接，所述上第一抓树臂19的另一端和上第二抓树臂30的另一端闭合，并通过上抓树臂扣环35固定连接，所述第三电动推杆31的伸出端与上推杆固定支座33固定连接，另一端与上主架体5固定连接，所述上推杆固定支座33固定连接上抓树块14，上抓树块14的两端滑动设置在两侧的滑槽上；进一步的，所述上抓树块14的两端固定连接上第一滑杆15和上第二滑杆4，所述上第一滑杆15和上第二滑杆4在上主架体5的滑槽中滑动。

结合图6和图7，作为一种具体示例，回转梳刷装置通过连接装置搭载在爬树装置上，所述连接装置包括从动机械推杆38套筒8、从动机械推杆38、抓树块连接柱13、主架体连接柱6和抓树块连接柱固定支座32，所述主架体连接柱6固定连接在上机架的主架体上，从动机械推杆38套筒8固定在主架体连接柱6上，从动机械推杆38穿设在从动机械推杆38套筒8中，从动机械推杆38和上机架的抓树块之间通过抓树块连接柱13固定连接，抓树块连接柱13和上抓树块14之间通过抓树块连接柱固定支座32连接，外圈轨道7固定在从动机械推杆38上。

本发明的工作原理和使用过程：

攀爬拨刷式椰子采摘机器人在初始状态下，第一电动推杆2、第二电动推杆3和第三电动推杆31处于收缩状态。内齿圈9的缺口和外圈轨道7的缺口朝同一个方向。梳刷杆11安置于外圈轨道7外壁的梳刷杆轨道39中。将椰子树干置于爬树采摘椰子机器人中，将下第一抓树臂27与下第二抓树臂29闭合并用下抓树臂扣环28使其固定；同时也将上第一抓树臂19与上第二抓树臂30闭合并用上抓树臂扣环35使其固定。将外圈连接弧21安装在外圈轨道7上，补全上面的缺口。

启动攀爬拨刷式椰子采摘机器人，爬树装置先运动。使第一电动推杆2伸长，在第一电动推杆2的作用下抓树块26与下第一抓树臂27和下第二抓树臂29共同夹紧树干。接着第二电动推杆3伸长，当第二电动推杆3停止运动后，第三电动推杆31伸长，在第三电动推杆31的作用下上抓树块14与上第一抓树臂19和上第二抓树臂30共同夹紧树干。接着第一电动推杆2收缩，下抓树块26与下第一抓树臂27和下第二抓树臂29松开树干，第二电动推杆3收缩，当第二电动推杆3收缩停止后，使第一电动推杆2伸长，在第一电动推杆2的作用下抓树块26与下第一抓树臂27和下第二抓树臂29共同夹紧树干。然后使第三电动推杆31收缩，上抓树块14与上第一抓树臂19和上第二抓树臂30松开树干。如上动作反复进行直至到达指定位置，第一电动推杆2和第三电动推杆31同时处于伸长状态，即下抓树块26与下第一抓树臂27和下第二抓树臂29共同夹紧树干同时上抓树块14与上第一抓树臂19和上第二抓树臂30共同夹紧树干。自此爬树完成。

在爬树完成后，回转梳刷装置运动。在第一驱动电机18和第二驱动电机23的驱动下，内齿圈9在外圈轨道7的滑槽内旋转，与固定在内齿圈9上的梳刷杆支座10铰接的梳刷杆11随着内齿圈9作回环运动，梳刷杆11从初始位置沿着外圈轨道7外壁的梳刷杆轨道39运动直至外圈轨道7的上边沿，然后梳刷杆11沿着外圈轨道7的上边沿作回环运动，与此同时梳刷椰子树上的椰子，直至椰子树上的椰子掉落。椰子掉落完全后，在内齿圈9的缺口和外圈轨道7的缺口朝同一个方向的位置，第一驱动电机18和第二驱动电机23停止输出。

梳刷椰子完成后，爬树装置运动。从树上爬下来是爬树过程的逆过程，爬树机器人按照爬树的逆过程爬下来，整个过程就完成了。最后从树上去下爬树机器人，人工将其恢复至初始状态。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，包括爬树装置和搭载在爬树装置上的回转梳刷装置，所述回转梳刷装置包括内齿圈、外圈轨道、驱动电机、梳刷杆等；所述内齿圈和外圈轨道均为具有缺口的弧形结构，所述内齿圈滑动连接在外圈轨道上，所述驱动电机固定连接在外圈轨道上，驱动电机的转轴上安装有齿轮，齿轮和内齿圈相啮合，从而带动内齿圈绕着外圈轨道运动，所述外圈轨道外沿向外延伸有外侧壁，外侧壁上设置有若干条等间隔的梳刷杆轨道，所述梳刷杆的一端铰接在内齿圈上，梳刷杆另一端穿出梳刷杆轨道。

2.根据权利要求1所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述爬树装置包括上机架、下机架和第二电动推杆，所述上机架和下机架结构相同，两者通过第二电动推杆固定连接，均包括主架体、第一电动推杆、第一抓树臂、第二抓树臂、抓树臂扣环、抓树块，所述主架体呈U形，两侧设置两条等长滑槽，抓树块的两端滑动设置在两侧的滑槽上，主架体的两侧分别与第一抓树臂的一端和第二抓树臂的一端铰链连接，所述第一抓树臂的另一端和第二抓树臂的另一端闭合，并通过抓树臂扣环固定连接，所述第一电动推杆的伸出端驱动抓树块滑动，第一电动推杆的固定端固定连接在主架体上。

3.根据权利要求2所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，回转梳刷装置通过连接装置搭载在爬树装置上，所述连接装置包括从动机械推杆套筒、从动机械推杆、抓树块连接柱、主架体连接柱，所述主架体连接柱固定连接在上机架的主架体上，从动机械推杆套筒固定在主架体连接柱上，从动机械推杆穿设在从动机械推杆套筒中，从动机械推杆和上机架的抓树块之间通过抓树块连接柱固定连接，外圈轨道固定在从动机械推杆上。

4.根据权利要求3所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述驱动电机有两个，两个驱动电机分布在外圈轨道的缺口两端。

5.根据权利要求4所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，两个驱动电机与内齿圈的圆心构成的圆心角要大于内齿圈缺口的圆心角，即任何情况下至少有一个齿轮与内齿圈啮合传动。

6.根据权利要求5所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，内齿圈缺口的圆心角小于180度。

7.根据权利要求6所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述外圈轨道的缺口通过外圈连接弧连接。

8.根据权利要求7所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述梳刷杆轨道的上端缺口处设置有梳刷杆轨道连接块，梳刷杆轨道连接块的一端与外侧壁铰接，梳刷杆轨道连接块的另一端抵住梳刷杆轨道的上端缺口的侧壁上。

9.根据权利要求8所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述外圈轨道上固定有内齿圈固定臂，内齿圈固定臂抵住内齿圈的上表面。

10.根据权利要求9所述的攀爬拨刷式椰子采摘机器人，其特征在于，所述抓树块的两端分别固定连接有第一滑杆和第二滑杆，所述第一滑杆和第二滑杆在主架体的两侧滑槽中滑动。