CN110843957B

CN110843957B - 一种带有升降手的农业机器人平台及其工作方法

Info

Publication number: CN110843957B
Application number: CN201911223040.1A
Authority: CN
Inventors: 秦振华
Original assignee: Shandong Agriculture and Engineering University
Current assignee: Shandong Agriculture and Engineering University
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: CN110843957A

Abstract

本发明公开了一种带有升降手的农业机器人平台及其工作方法，包括舵轮、底盘和升降机构，舵轮滑动连接于底盘的底面以适应地面环境，升降机构可移动地连接底盘的顶面；升降机构包括多个，多个升降机构的升降运动同步，其中，升降机构能够沿底盘的第一方向往复运动。本发明使用特殊的升降和移动构件，扩大农业机器人平台适应范围。

Description

一种带有升降手的农业机器人平台及其工作方法

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，具体的，涉及一种带有升降手的农业机器人平台及其工作方法。

背景技术

我国是农业大国，尤其近年来设施农业的发展，智能化农业逐渐成为我国农业发展的趋势，目前智能运动平台在工业领域已经得到了广泛的应用，很大程度上提高了生产效率，正朝着高精尖的方向发展，但智能运动平台目前在农业领域还缺乏研究及应用。

目前作为设施农业用智能运动平台有以下集中主流方案，第一种主流方案为，履带式运动底盘，浙江工业大学公开号为CN208016373U公开了一种智能采摘山竹果的机械装置，采用的底盘驱动方式为履带，手部采摘部分为关节式机械手，湖北工业大学公开号为CN208402413U公开了一种精量播种的农业机器人，底盘采用履带驱动，发明人认为，履带底盘存在相对速度较低、效率低、运动噪声大、功耗大等缺点，所以一般应用于重载场合，关节机械手在工作过程中确实能够很大程度提高效率，但由于关节较多，运动过程有误差累积，所以控制起来相对复杂，并且价格较高；第二种主流方案为，轮式运动底盘，汕头大学公开号为CN108942862A公开了一种复合型移动机器人，底盘采用四驱轮式结构，手部为关节机械手，中信重工开诚智能装备有限公司公开号为CN207939233U公布了一种防爆轮式巡检机器人防爆自动充电装置，底盘驱动采用四驱轮式，发明人认为，目前轮式机器人应用多为两驱或四驱，两驱运动平台在运动过程中采用差速的方式进行转向，其他轮子为随动轮，那么在运动过程中容易出现甩尾或晃动等现象。四驱运动平台在原地转向时，由于旋转中心就几何中心，存在较大的摩擦，容易出现剧烈振动或轮胎加速磨损等现象。同时，发明人还认为，目前的农业用智能运动平台对于田垄缺少针对性的考虑。

发明内容

针对现有的农业机器人平台的不足，本发明旨在提供一种带有升降手的农业机器人平台，其使用特殊的升降和移动构件，扩大农业机器人平台适应范围。

本发明的第一目的，是提供一种带有升降手的农业机器人平台。

本发明的第二目的，是提供一种带有升降手的农业机器人平台的工作方法。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

第一方面，本发明公开了一种带有升降手的农业机器人平台，包括舵轮、底盘和升降机构，舵轮滑动连接于底盘的底面以适应地面环境，升降机构可移动地连接底盘的顶面；升降机构包括多个，多个升降机构的升降运动同步，其中，升降机构能够沿底盘的第一方向往复运动。

进一步，所述舵轮包括偶数个，偶数个舵轮分为两列布置于底盘的底面；每一列舵轮分别连接第一侧杆件和第二侧杆件，丝杠机构穿过第一侧杆件和第二侧杆件。

进一步，所述舵轮包括四个，四个舵轮呈矩形布置于所述底盘的底侧。

进一步，所述舵轮包括轮体、第一电机、第二电机、支架和转向齿轮组，第一电机连接并驱动轮体转动，轮体可旋转地连接支架，支架连接转向齿轮组，第二电机连接转向齿轮组。

进一步，所述底盘呈板状；所述升降机构的底部具有滑块，滑块与导轨配合。

进一步，所述导轨包括两个，每条导轨均连接一个升降机构。

进一步，所述升降机构包括第一杆件、第二杆件、齿轮组和伸缩杆，第一杆件、第二杆件通过齿轮组连接，第一杆件的底部铰接滑块，第一杆件还通过伸缩杆连接滑块。

进一步，所述第一杆件和所述第二杆件还通过框体连接，所述齿轮组位于框体的内侧。

进一步，所述框体的一侧铰接第一杆件，所述框体的另一侧铰接第二杆件；所述齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮在其齿面连接第一杆件，所述第二齿轮在其齿轮连接第二杆件，第一齿轮啮合于第二齿轮。

另一方面，本发明还公开了一种带有升降手的农业机器人平台的工作方法，使用所述的带有升降手的农业机器人平台，当所述的带有升降手的农业机器人平台直行时，固定于所述底盘的多个舵轮均保持与当前行进方向平行的方向；当所述的带有升降手的农业机器人平台原地转弯时，当平台原地转弯时，多个舵轮向需要转向的方向转动；当所述的带有升降手的农业机器人平台侧行时，多个舵轮均转向与直行时垂直的方向。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

1)本发明中，使用轮式底盘，并且使用舵轮作为动力，轮式底盘功耗较低，机动性强，并且在运动过程中摩擦较小，对地面和轮胎的损坏较小，使用舵轮可以增强整个方案的集成度，简化整体结构。

2)本发明中，使用舵轮作为动力和运动机构，不仅可以实现普通智能平台的各种运动，还可以实现全向运动(直行，原地转弯，侧向移动，任意方向移动)，尤其在地形复杂的设施农业场地，其能够适应田垄、水洼地形，优势更为明显。

3)本发明中，升降机构部分采用与传统的剪叉式升降架不同的结构，只通过一个电动推杆可以实现承载平台部分大行程的升降，升降过程，承载平台始终保持与底盘平行的平移运动。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1整体结构示意图，

图2为实施例2整体结构示意图，

图3为实施例1或实施例2中的舵轮的示意图。

图中，11、第二杆件，12、第一杆件，13、框体，14、第一铰接件，15、滑块，16、第一齿轮，17、第二齿轮，18，第二铰接件，21、第一导轨，22、第二导轨，23、第三电机，31、第一侧杆件，32、第二侧杆件，33、丝杠，34、连接螺杆的电机，4、舵轮，41、第一电机，42、第二电机，43、支架，44、轮体，45、转向齿轮组、5、底盘。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，针对现有的农业机器人平台的不足，本发明旨在提供一种带有升降手的农业机器人平台，其使用特殊的升降和移动构件，扩大农业机器人平台适应范围，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

本实施例公开了一种带有升降手的农业机器人平台，包括舵轮4、底盘5和升降机构，舵轮4滑动连接于底盘5的底面以适应地面环境，升降机构可移动地连接底盘5的顶面；升降机构包括多个，多个升降机构的升降运动同步，其中，升降机构能够沿底盘5的第一方向往复运动。本实施例中的第一方向为第一导轨21所延伸的方向。

本实施例中，所述舵轮4包括偶数个，偶数个舵轮4分为两列布置于底盘5的底面；每一列舵轮4分别连接第一侧杆件31和第二侧杆件32，丝杠33机构穿过第一侧杆件31和第二侧杆件32；所述舵轮4包括轮体44、第一电机41、第二电机42、支架43和转向齿轮组45，第一电机41连接并驱动轮体44转动，轮体44可旋转地连接支架43，支架43连接转向齿轮组45，第二电机42连接转向齿轮组45；所述底盘5呈板状；所述升降机构的底部具有滑块15，滑块15与第一导轨21配合；所述升降机构包括第一杆件12、第二杆件11、齿轮组和伸缩杆，第一杆件12、第二杆件11通过齿轮组连接，第一杆件12的底部铰接滑块15，第一杆件12还通过伸缩杆连接滑块15；所述第一杆件12和所述第二杆件11还通过框体13连接，所述齿轮组位于框体13的内侧；所述框体13的一侧铰接第一杆件12，所述框体13的另一侧铰接第二杆件11；所述框体13具体呈凹字形；所述齿轮组包括第一齿轮16和第二齿轮17，所述第一齿轮16在其齿面连接第二杆件11，所述第二齿轮17在其齿轮连接第一杆件12，第一齿轮16啮合于第二齿轮17。

更为具体的，所述舵轮4包括四个，四个舵轮4呈矩形布置于所述底盘5的底侧。

所述第一导轨21包括两个，每条第一导轨21均连接一个升降机构。

可以理解的是，本实施例中，所述底盘5为一板件，底盘5的作用是给舵轮4和升降机构提供固定的基座。本实施例中的舵轮4选用的是万向轮，并且本实施例中的万向轮集成了动力源，因此，本实施例从的舵轮4可以避免使用传动机构，以简化整个装置的具体结构。更加详细的，所述舵轮4可以选用AVG系统常用的舵轮4，舵轮4的具体构造包括驱动部分、轮体44以及转向齿轮组45，驱动部分连接轮体44以及转向齿轮组45，驱动部分采用直流电机和传动箱组合，反对称安装方式。这种方式可以在使轮对同轴，提供较大动力(通常电机外形尺寸和功率成一定比例)的情况下，大大缩短轮距，节约空间，以使机器人体积小型化。由于采用这种安装方式，电机的选择就可比较广泛，变速箱可以提升扭矩，减小转速，也可以利用之间的摩擦自锁在需要停止时起到刹车作用，同时延长轴距以满足轮对安装需要。可以理解的是，驱动部分还包括一个转向电机，转向电机直接驱动转向齿轮组45，转向齿轮组45通过支架43连接轮体44。

可以理解的是，本实施例中，为了实现滑块15在第一导轨21上运动，滑块15需要安装驱动机构，本实施例中滑块15的驱动机构为第四电机(附图中未示出)，第四电机连接转转轮，转轮配合于第一导轨21，以使得转轮能够配合于第一导轨21运动。第四电机为可编程的步进电机，步进电机连接处理器；同样的，四个舵轮4的电机均为不仅电机，四个舵轮4的电机均连接处理器。

可以理解的是，本实施例中，为了滑动连接四个滑块15，底盘5的底端具有两个突出于底盘5底侧平面的第二导轨22；每个第二导轨22均包括两条L状的轨道，从第二导轨22的竖向截面上看，两条L状的轨道之间形成倒凸字形的间隙，舵轮4的顶部连接倒凸字形的凸块，倒凸字形的凸块与两条L状的轨道之间形成倒凸字形的间隙配合，从而将舵轮4连接于底盘5。

本实施例中，位于左侧的两个舵轮4的顶部均连接第一侧杆件31，位于右侧的两个舵轮4的顶部均连接第二侧杆件32，实际上第一侧杆件31和第二侧杆件32均呈长条状；本实施例中丝杠33机构包括一根丝杠33以及连接丝杠33的步进电机；可以理解的是，第一侧杆件31或第二侧杆件32设有能够与丝杠33配合的螺孔，同时第一侧杆件31或第二侧杆件32设有能够供丝杠33穿过的壁面光滑的圆孔，丝杠33穿过螺孔和圆孔，则步进电机转动丝杠33即可控制第一侧杆件31或第二侧杆件32的运动，改变第一侧杆件31和第二侧杆件32的间距，间接改变左侧的舵轮4与右侧的舵轮4之间的轮距，以适应不同的地形环境。

可以举例的是，如，针对不同宽度的土垄，本实施例的使用可以方便的用丝杠33调节轮距，以适应不同宽度的土垄。

可以理解的是，本实施例中，两个升降机构均在其顶端铰接同一平台，两个升降机构实际上构成了类似于平行四边形机构的形式。

本实施例中，伸缩杆采用可编程电动伸缩杆，可编程电动伸缩杆连接处理器。

实施例2

实施例2与实施例1的区别是，本实施例中，为了实现滑块15在第一导轨21上运动，第一导轨21需要安装驱动机构，本实施例中第一导轨21的驱动机构为电机，本实施例中的第一导轨21为丝杠33，本实施例中的滑块15配合于丝杠33；同时，丝杠33的外部套接与盒体内，丝杠33穿过盒体，滑块15位于盒体之上，电机连接并驱动丝杠33，则滑块15贴于盒体之上运动。

实施例3

实施例2公开了一种带有升降手的农业机器人平台的工作方法，使用如实施例1或实施例2所述的带有升降手的农业机器人平台，当所述的带有升降手的农业机器人平台直行时，固定于所述底盘5的多个舵轮4均保持与当前行进方向平行的方向；当所述的带有升降手的农业机器人平台原地转弯时，当平台原地转弯时，多个舵轮4向需要转向的方向转动；当所述的带有升降手的农业机器人平台侧行时，多个舵轮4均转向与直行时垂直的方向。

可以理解的是，本实施例中，针对复杂的农场地形，尤其是田垄相交错的农场，可以使用遥控装置或自动检测装置控制丝杠33机构的电机，进而控制舵轮4间距。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，包括舵轮、底盘和升降机构，舵轮滑动连接于底盘的底面以适应地面环境，升降机构可移动地连接底盘的顶面；升降机构包括多个，多个升降机构的升降运动同步，其中，升降机构能够沿底盘的第一方向往复运动；多个升降机构顶端铰接有同一平台；多个升降机构实际上构成了类似于平行四边形机构的形式，只通过一个电动推杆实现承载平台大行程的升降，并使承载平台在升降过程中始终保持与底盘平行的平移运动；

底盘的底端具有两个突出于底盘底侧平面的第二导轨；每个第二导轨均包括两条L状的轨道，从第二导轨的竖向截面上看，两条L状的轨道之间形成倒凸字形的间隙，舵轮的顶部连接倒凸字形的凸块，倒凸字形的凸块与两条L状的轨道之间形成倒凸字形的间隙配合，从而将舵轮连接于底盘；所述舵轮包括偶数个，偶数个舵轮分为两列布置于底盘的底面；每一列舵轮分别连接第一侧杆件和第二侧杆件，丝杠机构穿过第一侧杆件和第二侧杆件，丝杠机构包括丝杠以及连接丝杠的步进电机，步进电机转动丝杠控制第一侧杆件或第二侧杆件的运动；

所述舵轮包括轮体、第一电机、第二电机、支架和转向齿轮组，第一电机连接并驱动轮体转动，轮体可旋转地连接支架，支架连接转向齿轮组，第二电机连接转向齿轮组；

所述升降机构包括第一杆件、第二杆件、齿轮组和伸缩杆，第一杆件、第二杆件通过齿轮组连接，第一杆件的底部铰接滑块，第一杆件还通过伸缩杆连接滑块。

2.如权利要求1所述的带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，所述舵轮包括四个，四个舵轮呈矩形布置于所述底盘的底侧。

3.如权利要求1所述的带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，所述底盘呈板状；所述升降机构的底部具有滑块，滑块与第一导轨配合。

4.如权利要求3所述的带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，所述第一导轨包括两个，每条第一导轨均连接一个升降机构。

5.如权利要求1所述的带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，所述第一杆件和所述第二杆件还通过框体连接，所述齿轮组位于框体的内侧。

6.如权利要求5所述的带有升降手的农业机器人平台，其特征在于，所述框体的一侧铰接第一杆件，所述框体的另一侧铰接第二杆件；所述齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮在其齿面连接第一杆件，所述第二齿轮在其齿轮连接第二杆件，第一齿轮啮合于第二齿轮。

7.一种带有升降手的农业机器人平台的工作方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任意一项所述的带有升降手的农业机器人平台，当所述的带有升降手的农业机器人平台直行时，固定于所述底盘的多个舵轮均保持与当前行进方向平行的方向；当所述的带有升降手的农业机器人平台原地转弯时，多个舵轮向需要转向的方向转动；当所述的带有升降手的农业机器人平台侧行时，多个舵轮均转向与直行时垂直的方向。