CN111201899A - 一种除草避障机构及除草避障机器人 - Google Patents

一种除草避障机构及除草避障机器人 Download PDF

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CN111201899A CN202010029538.0A CN202010029538A CN111201899A CN 111201899 A CN111201899 A CN 111201899A CN 202010029538 A CN202010029538 A CN 202010029538A CN 111201899 A CN111201899 A CN 111201899A
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刘永平
贾耀文
何嘉鑫
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    • B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones

Abstract

本发明涉及一种除草避障机构及除草避障机器人，其中除草避障机构，包括除草结构和避障结构；除草结构包括固定刀盘盖和转动刀盘盖；转动刀盘盖通过避障结构与固定刀盘盖相连接；避障结构包括连杆和直线驱动部件；连杆的第一端与固定刀盘盖可转动地连接，连杆的第二端与转动刀盘盖相连接；直线驱动部件的第一端与固定刀盘盖可转动地连接，直线驱动部件的第二端与连杆可转动地连接。本发明通过采用避障结构驱动转动刀盘盖相对固定刀盘盖转动，能够在株间避障割草，防止对果树造成伤害，确保不同间距的果树周围的杂草能被清除干净；能够改变除草的幅宽，提高割草作业的效率。

Description

一种除草避障机构及除草避障机器人
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，具体而言，涉及一种除草避障机构及除草避障机器人。
背景技术
果园产业是我国的重要产业，果园中的果树均是按照一定的行间距和株间距进行栽植。由于果树之间的间距比较大，果树间会生长许多杂草，杂草会吸收土壤中的营养成分，影响果树的生长和产量，因此，需要对果园中的杂草进行多次清除。
随着果园机械化水平的不断提升，国内外涌现出各式除草机，但果园除草机械智能化水平较低，专用的先进除草机数量少，除草技术含量低，作业面积少，价格昂贵。大多数果园除草机采用行间行走方式进行作业，这就使得果树株间的杂草不能被有效去除，尤其是果树周围的杂草不能被割除，能够实现果园株间除草的设备多为背负式除草机、斜挎式除草机、手推式除草机和后拉悬挂式除草机，该类型的除草机工作效率低、通过性差、人工消耗大、除草率低、对果树的伤害大、果树周围的杂草仍需要人工拔除。这些都限制了果园机械化水平的发展，也影响了果园产量。
发明内容
本发明的目的是提供一种除草避障机构及除草避障机器人，除草时能够在株间避障割草，防止对果树造成伤害；能够改变除草的幅宽，提高割草作业的效率。
本发明的第一方面，提供一种除草避障机构，包括除草结构和避障结构；所述除草结构包括固定刀盘盖和转动刀盘盖；所述转动刀盘盖通过所述避障结构与所述固定刀盘盖相连接；所述避障结构包括连杆和直线驱动部件；所述连杆的第一端与所述固定刀盘盖可转动地连接，所述连杆的第二端与所述转动刀盘盖相连接；所述直线驱动部件的第一端与所述固定刀盘盖可转动地连接，所述直线驱动部件的第二端与所述连杆可转动地连接。
本发明通过采用避障结构驱动转动刀盘盖相对固定刀盘盖转动，一方面可以有效地实现避障，在避障过程中割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害；另一方面，本发明适应性强，能够依据不同的株间距和不同行间距调整转动刀盘盖的位置，从而调整割草的幅宽，提高除草效率。
进一步地，所述直线驱动部件的第二端可转动地连接于所述连杆的第一端和第二端之间。
进一步地，所述直线驱动部件为为以下方式之一：电动推杆、液压推杆、气动推杆、电液混合推杆。
进一步地，所述连杆的第一端与所述固定刀盘盖的第一偏心位置相铰接，所述连杆的第二端与所述转动刀盘盖的中心位置相连接。
进一步地，所述直线驱动部件的第一端与所述固定刀盘盖的第二偏心位置相铰接。
进一步地，所述第一偏心位置和所述第二偏心位置位于所述固定刀盘盖的中心的两侧。
进一步地，所述除草避障结构还包括避障传感器，所述避障传感器设置在所述转动刀盘盖上。
进一步地，所述避障传感器为激光扫描仪。
本发明的第二方面提供一种除草避障机器人，包括上述任一项所述的除草避障机构，所述固定刀盘盖包括第一固定刀盘盖和第二固定刀盘盖，所述转动刀盘盖包括第一转动刀盘盖和第二转动刀盘盖；所述第一固定刀盘盖与所述第二固定刀盘盖相邻并列布置；所述第一转动刀盘盖位于所述第一固定刀盘盖的外侧，所述第二转动刀盘盖位于所述第二固定刀盘盖的外侧；所述第一转动刀盘盖通过所述避障结构与所述第一固定刀盘盖相连接；所述第二转动刀盘盖通过所述避障结构与所述第二固定刀盘盖相连接。
进一步地，所述除草避障机器人包括刀盘架和移动平台，所述刀盘架的一端与所述固定刀盘盖相连接，所述刀盘架的另一端与所述移动平台相连接。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
(1)本发明通过采用避障结构驱动转动刀盘盖相对固定刀盘盖转动，一方面可以有效地实现避障，在避障过程中割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害；另一方面，本发明适应性强，能够依据不同的株间距和不同行间距调整转动刀盘盖的位置，从而调整割草的幅宽，提高除草效率。
(2)本发明通过在除草避障结构上设置避障传感器，实现对周围果树等障碍物的感知，并主动控制转动刀盘盖的移动，实现自主避障，防止造成对果树的伤害。
(3)本发明通过将除草避障机器人上设置两组除草避障机构，一方面，扩大除草的幅宽以及实现自动除草，减小工人的的劳动强度，提高除草效率；另一方面，除草避障机器人的两侧均可以避障，适应不同的果树间距，并在避障的同时调节割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害。
(4)本发明通过将除草避障机构设置在可移动的机器人本体上，实现自动除草，减小工人的的劳动强度，提高除草效率。
附图说明
图1为本发明除草避障机构的整体结构示意图；
图2为本发明除草避障机构的俯视图；
图3为本发明除草避障机构的主视图；
图4为本发明除草避障机器人结构示意图；
图5为本发明除草避障机器人的局部结构示意图；
图6为本发明除草避障机器人中移动平台的结构示意图；
图7为本发明除草避障机器人的整体结构示意图；
图8为本发明除草避障机器人避障原理图；
附图标记说明：
100-除草避障机构；110-除草结构；111-刀盘架；111-1-第一刀盘架；111-2-第二刀盘架；120-固定刀盘盖；120-1-第一固定刀盘盖；120-2-第二固定刀盘盖；121-第一转轴；122-第二转轴；123-第一刀盘；124-第一电机；130-转动刀盘盖；130-1-第一转动刀盘盖；130-2-第二转动刀盘盖；140-避障结构；141-连杆；142-直线驱动部件；200-移动平台；201-连接架；202-车身；203-底盘机构；204-电池组；205-控制箱；300-调整机构；301-第一调整机构；302-第二调整机构；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图1-8对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见附图1和2，本发明提供一种除草避障机构100，包括除草结构110和避障结构140；
所述除草结构110包括固定刀盘盖120和转动刀盘盖130；
所述转动刀盘盖130通过所述避障结构140与所述固定刀盘盖120相连接；
所述避障结构140包括连杆141和直线驱动部件142；
所述连杆141的第一端与所述固定刀盘盖120可转动地连接，所述连杆141的第二端与所述转动刀盘盖130相连接；所述直线驱动部件142的第一端与所述固定刀盘盖120可转动地连接，所述直线驱动部件142的第二端与所述连杆141可转动地连接。
需要说明的是，所述固定刀盘盖120和所述转动刀盘盖130的数量不限于各1个。
在一种具体的实施方式中，所述固定刀盘盖120的数量为1个，所述转动刀盘盖130的数量为1个，所述转动刀盘盖130位于所述固定刀盘盖120的外侧，所述转动刀盘盖130通过所述避障结构140与所述固定刀盘盖120相连接。
在另一种具体的实施方式中，所述固定刀盘盖120的数量为1个，所述转动刀盘盖130的数量为2个，2个所述转动刀盘盖130位于所述固定刀盘盖120的外侧，2个所述转动刀盘盖130分别通过所述避障结构140与所述固定刀盘盖120相连接。
因此，本发明通过避障结构140驱动转动刀盘盖130相对固定刀盘盖120转动，一方面可以有效地实现避障，在避障过程中，割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害；另一方面，本发明的适应性强，能够依据不同的株间距和不同行间距调整转动刀盘盖130的位置，从而调整割草的幅宽，提高除草效率。
参见附图1和2，所述直线驱动部件142的第二端可转动地连接于所述连杆141的第一端和第二端之间。
优选地，所述直线驱动部件142的第二端与所述连杆141的中部相铰接。
优选地，参见附图2，所述连杆141的中部设有凹槽，所述凹槽为弧形结构，所述凹槽用于容纳所述直线驱动部件142的第二端。
所述直线驱动部件142可以是电动推杆或液压推杆或气动推杆或电液混合推杆等，优选地，所述直线驱动部件142为电动推杆。
参见附图1和2，所述连杆141的第一端与所述固定刀盘盖120的第一偏心位置相铰接，所述连杆141的第二端与所述转动刀盘盖130的中心位置相连接。
优选地，参见附图1和2，所述固定刀盘盖120包括第一转轴121，所述第一转轴121位于所述第一偏心位置，所述连杆141的第一端为第一转动支座；所述转动刀盘盖130包括连接件131，所述连接件131设置在所述中心位置；所述连杆141的第一转动支座与所述第一转轴121相铰接；所述连杆141的第二端与所述连接件131相连接。
需要说明的是，所述第一转轴121与所述固定刀盘盖120可以是一体成型或固定连接或可拆卸连接。
上述转动连接结构中，将第一转轴121设置在固定刀盘盖120上，所述连杆141的第一端为转动支座，类似地，也可将转轴设置在连杆141上，而将转动支座设置在固定刀盘盖120上，只要能够保证所述连杆141的第一端与所述固定刀盘盖120的第一偏心位置相铰接即可。
具体地，所述固定刀盘盖120包括第二转动支座(未图示)，所述连杆141的第一端为第二转轴(未图示)，所述第二转动支座位于所述第一偏心位置；所述转动刀盘盖130包括连接件131，所述连接件131设置在所述中心位置；所述连杆141的第二转轴与所述第二转动支座相铰接；所述连杆141的第二端与所述连接件131相连接。
具体地，参见附图1，所述连接件131的形状为L形，所述连接件131设置有多个安装孔，用于安装所述连杆141的第二端。
参见附图1和2，所述直线驱动部件142的第一端与所述固定刀盘盖120的第二偏心位置相铰接。
优选地，所述固定刀盘盖120包括第三转轴122，所述第三转轴122位于所述第二偏心位置；所述直线驱动部件142的第一端为第三转动支座；所述直线驱动部件142的第三转动支座与所述第三转轴122相铰接。需要说明的是，所述第三转轴122与所述固定刀盘盖120可以是一体成型或固定连接或可拆卸连接。
可选地，所述固定刀盘盖120包括第二支座，所述第二支座位于所述第二偏心位置；所述直线驱动部件142的第一端与所述第二支座相铰接。
上述转动连接结构中，将第三转轴122设置在固定刀盘盖120上，所述直线驱动部件142的第一端为第三转动支座，类似地，也可将转轴设置在所述直线驱动部件142上，而将转动支座设置在固定刀盘盖120上，只要能够保证所述直线驱动部件连杆142的第一端与所述固定刀盘盖120的第二偏心位置相铰接即可。
具体地，所述固定刀盘盖120包括第四转动支座(未图示)，所述直线驱动部件142的第一端为第四转轴(未图示)，所述第四转动支座位于所述第二偏心位置；所述直线驱动部件142的第四转轴与所述第四转动支座相铰接。
优选地，所述除草避障机构100，还包括避障传感器(图中未示出)，所述避障传感器设置在所述转动刀盘盖130上。所述避障传感器用于确定周边障碍物的位置，具体地，所述避障传感器用于感知周边果树的位置，当达到避障距离时，控制所述电动推杆的伸缩，驱动所述转动刀盘盖130转动，实现及时避障。
所述避障传感器可以是红外传感器、激光扫描仪、超声波传感器、摄像头等中的一种或及几种的组合。优选地，所述避障传感器为激光扫描仪。
因此，本发明通过在除草避障结构140上设置避障传感器，实现对周围果树等障碍物的感知，并主动控制转动刀盘盖130的移动，实现自主避障，防止造成对果树的伤害。
参见附图3，所述固定刀盘盖120上设置有第一刀盘123和第一电机124，所述第一电机124固定在所述固定刀盘盖120上，所述第一电机124的电机轴与所述第一刀盘123的旋转轴相连接，所述第一电机124带动所述第一刀盘123转动，用于割草；
所述转动刀盘盖130上设置有第二刀盘132和第二电机133，所述第二电机133固定在所述转动刀盘盖130上，所述第二电机133的电机轴与所述第二刀盘132的旋转轴相连接，所述第二电机133带动所述第二刀盘132转动，用于割草。
本发明的第二方面，参见附图4，提供一种除草避障机器人，包括上述所述的除草避障机构100，所述固定刀盘盖120包括第一固定刀盘盖120-1和第二固定刀盘盖120-2，所述转动刀盘盖130包括第一转动刀盘盖130-1和第二转动刀盘盖130-2；所述第一固定刀盘盖120-1与所述第二固定刀盘盖120-2相邻并列布置；所述第一转动刀盘盖130-1位于所述第一固定刀盘盖120-1的外侧，所述第二转动刀盘盖位于所述第二固定刀盘盖120-2的外侧；所述第一转动刀盘盖130-1通过所述避障结构140与所述第一固定刀盘盖120-1相连接；所述第二转动刀盘盖130-2通过所述避障结构140与所述第二固定刀盘盖120-2相连接。
因此，本发明通过将除草避障机器人上设置两组除草避障机构100，一方面，扩大除草的幅宽，提高除草效率；另一方面，除草避障机器人的两侧均可以避障，适应不同的果树间距，并在避障的同时调节割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害。
参见附图4和5，所述除草避障机器人包括刀盘架111和移动平台200，所述刀盘架111的一端与所述固定刀盘盖120相连接，所述刀盘架111的另一端与所述移动平台200相连接。
优选地，参见附图4，所述刀盘架111包括第一刀盘架111-1和第二刀盘架111-2，所述第一刀盘架111-1与所述第一固定刀盘盖120-1相连接，所述第二刀盘架111-2与所述第二固定刀盘盖120-2相连接。
优选地，参见附图6，所述除草避障机器人包括移动平台200，所述移动平台200包括连接架201、车身202和底盘203；所述连接架201位于所述车身202的前端，所述连接架201与所述车身202垂直连接；所述第一刀盘架111-1和所述第二刀盘架111-2分别与所述连接架201相连接；所述车身202与所述底盘203相连接，所述底盘203带动所述除草避障机构100移动。
具体地，所述连接架201呈L形，所述连接架201包括加强肋，所述加强肋用于增强所述连接架201的强度，减小变形。
需要说明的是，所述连接架201与所述车身202的连接方式可以是固定连接，比如焊接，也可以是可拆卸地连接，比如螺钉连接。
因此，本发明通过将除草避障机构100设置在可移动的机器人本体上，实现自动除草，减小工人的的劳动强度，提高除草效率。
优选地，参见附图4和7，所述除草避障机器人，还包括调整机构300，所述调整机构300的第一端与所述刀盘架111相连接，所述调整机构300第二端与所述连接架201相连接，所述调整机构300可使所述刀盘架111升降或着倾斜一定角度。
所示调整机构300的数量为2个，所述调整机构300包括第一调整机构301和第二调整机构302，所述第一调整机构301位于所述第一刀盘架111-1与所述连接架201之间；所述第二调整机构302位于所述第二刀盘架111-2与所述连接架201之间。
因此，本发明通过在除草避障机器人中加入调整机构300，调节除草高度以及刀具入土倾角，满足不同的割草需求和锄地的需求。
参见附图6，所述除草避障机器人还包括电池组204和控制箱205，所述电池组204和所述控制箱205分别安装在所述移动平台200的车身202上，为机器人提供动力。
本发明的工作原理和工作流程：
当进行除草作业前，控制箱205控制调整机构300动作，从而调节除草结构110的高度和倾斜角度以满足不同的需求，以及控制箱205控制避障结构140中电动推杆的伸缩量，调整割草幅宽以适应不同的株间距；
当进行除草作业时，除草避障机器人的底盘203带动移动平台200以及与移动平台200相连的除草避障机构100前进与转向，在除草行进的方向上，当激光扫描仪没有检测到树干等障碍物在安全距离以外时，正常作业，电动推杆的伸缩量不改变，如图8(a)所示；当激光扫描仪检测到树干等障碍物到达非安全距离，即到达避障距离后，通过控制箱205控制电动推杆推动连杆141带动转动刀盘盖130沿远离障碍物的第一方向转动，从而规避障碍物，避免造成对果树的损伤以及遇到障碍物时对刀盘盖的损坏，如图8(b)所示；当转动刀盘盖130完全通过障碍物时，避障过程结束，如图8(c)所示；除草机器人继续直行，控制箱205控制电动推杆推动连杆141带动转动刀盘盖130沿与第一方向相反的方向转动，增大除草幅宽，如图8(d)所示；以此往复循环运动可以达到不改变车体运动方向的前提下实现避障，在工作区域内，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害；依据不同的株间距和不同行间距调节电动推杆的伸缩量，从而调节转动刀盘盖130的位置，调整割草的幅宽，提高除草效率。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
(1)本发明通过避障结构140驱动转动刀盘盖130相对固定刀盘盖120转动，一方面可以有效地实现避障，在避障过程中，割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害；另一方面，本发明的适应性强，能够依据不同的株间距和不同行间距调整转动刀盘盖130的位置，从而调整割草的幅宽，提高除草效率。
(2)本发明通过在除草避障结构140上设置避障传感器，实现对周围果树等障碍物的感知，并主动控制转动刀盘盖130的移动，实现自主避障，防止造成对果树的伤害。
(3)本发明通过将除草避障机器人上设置两组除草避障机构100，一方面，扩大除草的幅宽，提高除草效率；另一方面，除草避障机器人的两侧均可以避障，适应不同的果树间距，并在避障的同时调节割草幅宽尽可能最大化，确保不同株间距和不同行间距的果树周围的杂草能被清除干净，避免对果树造成伤害。
(4)本发明通过将除草避障机构100设置在可移动的机器人本体上，实现自动除草，减小工人的的劳动强度，提高除草效率。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种除草避障机构，其特征在于，包括除草结构和避障结构；
所述除草结构包括固定刀盘盖和转动刀盘盖；
所述转动刀盘盖通过所述避障结构与所述固定刀盘盖相连接；
所述避障结构包括连杆和直线驱动部件；
所述连杆的第一端与所述固定刀盘盖可转动地连接，所述连杆的第二端与所述转动刀盘盖相连接；
所述直线驱动部件的第一端与所述固定刀盘盖可转动地连接，所述直线驱动部件的第二端与所述连杆可转动地连接。
2.根据权利要求1所述的除草避障机构，其特征在于，所述直线驱动部件的第二端可转动地连接于所述连杆的第一端和第二端之间。
3.根据权利要求1所述的除草避障机构，其特征在于，所述直线驱动部件为以下方式之一：电动推杆、液压推杆、气动推杆、电液混合推杆。
4.根据权利要求1所述的除草避障机构，其特征在于，所述连杆的第一端与所述固定刀盘盖的第一偏心位置相铰接，所述连杆的第二端与所述转动刀盘盖的中心位置相连接。
5.根据权利要求4所述的除草避障机构，其特征在于，所述直线驱动部件的第一端与所述固定刀盘盖的第二偏心位置相铰接。
6.根据权利要求5所述的除草避障机构，其特征在于，所述第一偏心位置和所述第二偏心位置位于所述固定刀盘盖的中心的两侧。
7.根据权利要求1-6之一所述的除草避障机构，其特征在于，还包括避障传感器所述避障传感器设置在所述转动刀盘盖上。
8.根据权利要求7所述的除草避障机构，其特征在于，所述避障传感器为激光扫描仪。
9.一种除草避障机器人，包括权利要求1-8中任一项所述的除草避障机构，其特征在于，所述固定刀盘盖包括第一固定刀盘盖和第二固定刀盘盖，所述转动刀盘盖包括第一转动刀盘盖和第二转动刀盘盖；
所述第一固定刀盘盖与所述第二固定刀盘盖相邻并列布置；
所述第一转动刀盘盖位于所述第一固定刀盘盖的外侧，所述第二转动刀盘盖位于所述第二固定刀盘盖的外侧；
所述第一转动刀盘盖通过所述避障结构与所述第一固定刀盘盖相连接；
所述第二转动刀盘盖通过所述避障结构与所述第二固定刀盘盖相连接。
10.根据权利要求9所述的除草避障机器人，其特征在于，包括刀盘架和移动平台，所述刀盘架的一端与所述固定刀盘盖相连接，所述刀盘架的另一端与所述移动平台相连接。
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