CN114342648A - 油菜薹行星轮系式夹取末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，包括驱动装置及两组开合夹持装置，两组开合夹持装置对称地安装在驱动装置前端部；每组开合夹持装置包括行星轮系开合装置和夹持装置；能够模拟人工采收夹取动作，保证了机械化夹取与切割动作的有序进行，有效降低机械化收获过程中造成的机械物理损伤；通过对行星轮系开合装置开合角度(0～90°)的调整以实现夹持宽幅可调，适应不同株型。

Description

油菜薹行星轮系式夹取末端执行器

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种油菜薹行星轮系式夹取末端执行器。

背景技术

2016年全国农业技术推广服务中心发布《2016/2017年度冬油菜生产技术指导意见》，首次提出推广油菜多功能开发与利用，充分发掘甘蓝型油菜作为功能型蔬菜的价值成为油菜全价值链开发的重要的一环。利用冬季闲田发展油菜薹产业，即可有效缓解冬季蔬菜短缺，保证“菜篮子”，又可促进农民增收。目前，油菜薹机械化收获装备匮乏，且适收期油菜薹个体之间存在明显的形态差异，其收获方式主要以人工选择性收获为主，劳动强度大，且效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种能够模拟人工采收夹取动作的油菜薹行星轮系式夹取末端执行器。

为实现上述目的，本发明所设计的油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，包括驱动装置及两组开合夹持装置，两组开合夹持装置对称地安装在驱动装置前端部；每组开合夹持装置包括行星轮系开合装置和夹持装置；所述行星轮系开合装置包括齿轮箱、太阳轮轴、固接在太阳轮轴上端的上传动齿轮、固接在太阳轮轴下端的下传动齿轮、固接在太阳轮轴中部的太阳轮、固接在行星轮轴中部的行星轮及固接在中间轴上的中间轮，且中间轮分别与太阳轮和行星轮啮合；齿轮箱包括上盖和下盖，中间轴通过轴承固定在下盖上，太阳轮轴及行星轮轴均依次穿过上盖和下盖，太阳轮位于齿轮箱内部，上传动齿轮位于上盖的外部，下传动齿轮位于下盖的外部，行星轮位于齿轮箱内部，中间轮位于齿轮箱内部。

进一步地，所示驱动装置包括上壳体、下壳体、齿条支架及与齿条支架后端轴相连的电动往复式伸缩杆，齿条支架垂直布置于上壳体和下壳体之间的中间位置，且齿条支架的上端凸台卡在上壳体的滑槽内，对应地，齿条支架的下端凸台卡在下壳体的滑槽内；齿条支架的上部两侧侧凸台各布置有上齿条，齿条支架的下部两侧侧凸台各布置有下齿条，且两个上齿条和两个下齿条呈上下左右对称布置。

进一步地，每组所述开合夹持装置的太阳轮轴上端穿过驱动装置的上壳体轴孔后通过限位螺母轴向限位，太阳轮轴的下端穿过驱动装置的下壳体轴孔后通过限位螺母轴向限位，上传动齿轮与齿轮箱上盖的法兰嵌入固接，同时上传动齿轮与齿条支架上的上齿条相啮合；下传动齿轮与齿轮箱下盖的法兰嵌入固接，同时下传动齿轮与齿条支架上的下齿条相啮合。

进一步地，所述夹持装置包括夹持侧板、铰接在夹持侧板外侧面后端部的角度调节侧板、对称安装在角度调节侧板后端的一对连接杆及均匀安装在夹持侧板内侧面的多个柔性齿。

进一步地，上方的所述连接杆端部轴孔套置在行星轮轴上端后通过限位螺母轴向限位，下方的连接杆端部轴孔套置在行星轮轴下端后通过限位螺母轴向限位。

进一步地，所述夹持侧板外侧面安装有滑杆，对应地，角度调节侧板开设有供滑杆滑动的弧形导向孔，角度调节侧板与夹持侧板通过销钉连接，滑杆在弧形导向孔内转动从而角度调节侧板的角度。

进一步地，两组所述夹持装置中的柔性齿呈相对布置，柔性齿包括底板、两侧板和弧形盖板，底板的宽度和侧板的高度相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，能够模拟人工采收夹取动作，保证了机械化夹取与切割动作的有序进行，有效降低机械化收获过程中造成的机械物理损伤；通过对行星轮系开合装置开合角度(0～90°)的调整以实现夹持宽幅可调，适应不同株型；角度调节侧板与夹持侧板之间的角度调整(0～90°)可适应行星轮系式柔性夹持装置的不同作业姿态。

附图说明

图1为本发明油菜薹行星轮系式夹取末端执行器结构示意图；

图2为图1中驱动装置结构示意图；

图3为图2的A-A示意图；

图4为图1中行星轮系开合装置结构示意图；

图5为图1中夹持装置结构示意图；

图6为图5中柔性齿结构示意图；

图7为图1的张开运动过程示意图。

其中：行星轮系开合装置1(其中：齿轮箱1-1、上传动齿轮1-2、下传动齿轮1-3、限位螺母1-4、太阳轮轴1-5、太阳轮1-6、中间轮1-7、行星轮1-8、行星轮轴1-9、下盖1-10、上盖1-11)、驱动装置2(其中：电动往复式伸缩杆2-1、上壳体2-2、下壳体2-3、齿条支架2-4、上齿条2-5、滑槽2-6、下齿条2-7)、夹持装置3(其中：连接杆3-1、角度调节侧板3-2、夹持侧板3-3、柔性齿3-4、柔性齿3-5、滑杆3-6、弧形导向孔3-7、底板3-4a、两侧板3-4b、弧形盖板3-4c)。

具体实施方式

下面结合图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，以便本领域技术人员理解。

如图1所示油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，包括驱动装置2及两组开合夹持装置，两组开合夹持装置对称地安装在驱动装置2前端部。结合图2、3所示驱动装置2包括上壳体2-2、下壳体2-3、齿条支架2-4及与齿条支架2-4后端轴相连的电动往复式伸缩杆2-1，齿条支架2-4垂直布置于上壳体2-1和下壳体2-2之间的中间位置，且齿条支架2-4的上端凸台卡在上壳体2-1的滑槽2-6内，对应地，齿条支架2-4的下端凸台卡在下壳体2-2的滑槽2-6内；同时，齿条支架2-4的上部两侧侧凸台各布置有上齿条2-5，齿条支架2-4的下部两侧侧凸台各布置有下齿条2-7，且两个上齿条2-5和两个下齿条2-7呈上下左右对称布置。

结合图4所示，每组开合夹持装置包括行星轮系开合装置1和夹持装置3。行星轮系开合装置1包括齿轮箱1-1、太阳轮轴1-5、固接在太阳轮轴1-5上端的上传动齿轮1-2、固接在太阳轮轴1-5下端的下传动齿轮1-3、固接在太阳轮轴1-5中部的太阳轮1-6、固接在行星轮轴1-9中部的行星轮1-8及固接在中间轴上的中间轮1-7，且中间轮1-7分别与太阳轮1-6和行星轮1-8啮合。齿轮箱1-1包括上盖1-11和下盖1-10，中间轴通过轴承固定在下盖1-10上，太阳轮轴1-5及行星轮轴1-9均依次穿过上盖1-11和下盖1-10，太阳轮1-6位于齿轮箱1-1内部，上传动齿轮1-2位于上盖1-11的外部，下传动齿轮1-3位于下盖1-10的外部，行星轮1-8位于齿轮箱1-1内部，中间轮1-7位于齿轮箱1-1内部。

结合图5所示夹持装置3包括夹持侧板3-3、铰接在夹持侧板3-3外侧面后端部的角度调节侧板3-2、对称安装在角度调节侧板3-2后端的一对连接杆3-1及均匀安装在夹持侧板3-3内侧面的多个柔性齿3-4。夹持侧板3-3外侧面安装有滑杆3-6，对应地，角度调节侧板3-2开设有供滑杆滑动的弧形导向孔3-7，角度调节侧板3-2与夹持侧板3-3通过销钉连接，滑杆3-6在弧形导向孔3-7内转动从而角度调节侧板3-2的角度。上方的连接杆3-1端部轴孔套置在行星轮轴1-9上端后通过限位螺母1-4轴向限位，下方的连接杆3-1端部轴孔套置在行星轮轴1-9下端后通过限位螺母1-4轴向限位。

两组夹持装置3中柔性齿3-4呈相对布置。如图6所示，柔性齿3-4包括底板3-4a、两侧板3-4b和弧形盖板3-4c，底板3-4a的宽度和侧板3-4b的高度相等均为10mm，弧形盖板3-4c的半径为5mm，每相邻两柔性齿3-4的间隔为2mm。

每组开合夹持装置的太阳轮轴1-5上端穿过驱动装置2的上壳体2-2轴孔后通过限位螺母1-4轴向限位，太阳轮轴1-5的下端穿过驱动装置2的下壳体2-3轴孔后通过限位螺母1-4轴向限位，上传动齿轮1-2与齿轮箱1-1上盖1-11的法兰嵌入固接，同时上传动齿轮1-2与齿条支架2-4上的上齿条2-5相啮合；同理，下传动齿轮1-3与齿轮箱1-1下盖1-10的法兰嵌入固接，同时下传动齿轮1-3与齿条支架2-4上的下齿条2-7相啮合。

上齿条2-5与上传动齿轮1-2啮合传动、下齿条2-7与下传动齿轮1-3啮合传动，将齿条的直线运动转化为上传动齿轮1-2和下传动齿轮1-3的回转运动，进而驱动与上传动齿轮1-2和下传动齿轮1-3固接的齿轮箱1-1运动，从而带动齿轮箱1-1内部的行星轮系进行啮合运动。此时，中间轮1-7绕太阳轮1-6公转且自转，行星轮1-8与中间轮1-7相互啮合传动。由于夹持装置固接于行星轮1-8，最终运动传递至夹持装置，使其实现相互平行。综上所述，该装置有效地将齿条的直线运动转化为行星轮系齿轮箱的回转运动，进而通过行星轮系齿轮箱内行星轮系的啮合传动将运动转化为夹持装置的平动。

通过构建机构数学模型进一步阐述其运动机理，以太阳轮间距中点为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴建立笛卡尔坐标系，规定以逆时针转动为正方向，顺时针转动为负方向，如图7示，在夹持机构张开和闭合合过程中，数学建模运动关系一致，仅运动方向相反，故以张开过程为例阐述运动关系。

齿条与上传动齿轮之间的运动关系如下：

式中：n——上传动齿轮转速

V——齿条运动速度

θ——上传动齿轮转过的角度

d——上传动齿轮的分度圆直径

t——时间

同理，齿条与下传动齿轮的运动关系与齿条与上传动齿轮之间的运动关一致；且上传动齿轮和下传动齿轮均与行星轮系齿轮箱固接，故齿轮箱中心线与y轴夹角即为上传动齿轮转过角度θ。

太阳轮为固定轮，故太阳轮转速为0，进而由周转轮系传动比关系可得下式

式中：i_3H——行星轮与太阳轮传动比

z₁——太阳轮齿数

z₃—行星轮齿数

由公式(2)可知行星轮转速为0，说明固定于行星轮上的夹持装置只作平动，夹持装置在运动过程总始终垂直于x轴，且保持平行。

左侧行星轮中心点B的相对位移方程为

式中：L₁——原点O的x轴坐标

L_OB——太阳轮与行星轮之间的中心距

θ——齿轮箱中心线与y轴之间夹角

n——上传动齿轮转速

则左侧行星轮中心点B的相对速度方程为

式中：L₁——原点O的x轴坐标

L_OB——太阳轮与行星轮之间的中心距

θ——齿轮箱中心线与y轴之间夹角

——θ的导数

n——上传动齿轮转速

右侧行星轮中心点B'的相对位移方程

式中：L₁——原点O的x轴坐标

L_O′B′——太阳轮与行星轮之间的中心距

θ——齿轮箱中心线与y轴之间夹角

n——为上传动齿轮转速

则右侧行星轮中心点B'的相对速度方程为

式中：L₁——O点x轴坐标

L_O′B′——太阳轮与行星轮之间的中心距

θ——齿轮箱中心线与y轴之间夹角，θ＝2πnt

——θ的导数

n——上传动齿轮转速

由于夹持装置固接在行星轮上，故C点、C′点速度分别与B点和B′点相同。所以，由公式(4)、(6)可知V_xB＝V_xB′，即V_xC＝V_x′C，夹持装置可实现平行夹持且夹持速度大小相等方向相反。

夹持开合距离L₂与齿条运动速度V之间运动关系如下

式中：L₂——夹持开合距离

L₁——太阳轮中心点水平距离

d——上传动齿轮的分度圆直径

t——时间

工作时，电动往复式伸缩杆2-1驱动齿条支架2-4匀速前进，此时，固接在齿条支架2-4上的上齿条2-5与上传动齿轮1-2啮合传动、下齿条2-5与下传动齿轮1-3啮合传动，驱动一侧的齿轮箱1-1绕太阳轮轴1-5逆时针转动，带动中间轮1-7绕太阳轮1-9逆时针转动，进而，与中间轮1-7啮合的行星轮1-8做顺时针转动且平动；驱动另一侧的齿轮箱1-1绕太阳轮轴1-5顺时针转动，带动中间1-7轮绕太阳轮1-6顺时针转动，进而，与中间轮1-7啮合的行星轮1-8做逆时针转动且平动；故安装于每个行星轴1-9的夹持装置3随行星轴1-9做平动，平行张开。电动往复式伸缩杆2-1驱动齿条支架2-4匀速后退，此时，固接在齿条支架2-4上的上齿条2-5与上传动齿轮1-2啮合传动、下齿条2-5与下传动齿轮1-3啮合传动，，驱动一侧的齿轮箱1-1(上述张开过程中逆时针转动)绕太阳轮轴1-5顺时针转动，带动中间轮1-7绕太阳轮1-6顺时针转动，进而，与中间轮1-7啮合的行星轮1-8做逆时针转动且平动；驱动另一侧的齿轮箱1-1(上述张开过程中顺势针转动)绕太阳轮轴1-5逆时针转动，带动中间1-7轮绕太阳轮1-6逆时针转动，进而，与中间轮1-7啮合的行星轮1-8做顺时针转动且平动；故安装于每个行星轴1-9的夹持装置3随行星轴1-9做平动，平行闭合，完成夹持动作。

本发明结构紧凑，采用齿轮齿条啮合传动，传动稳定，使行星轮系开合装置在夹取过程中可实现平行夹取，有效降低对油菜薹的机械物理损伤；通过对行星轮系开合装置开合角度(0-90°)的调整以实现夹持宽幅可调，适应不同株型；角度调节侧板与夹持侧板之间的角度调整(0-90°)可适应行星轮系式柔性夹持装置的不同作业姿态。

以上实施例仅用说明本发明的技术方案而非限制，不脱离本发明技术方案的精神和范围而对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，包括驱动装置(2)及两组开合夹持装置，两组开合夹持装置对称地安装在驱动装置(2)前端部；其特征在于：每组开合夹持装置包括行星轮系开合装置(1)和夹持装置(3)；所述行星轮系开合装置(1)包括齿轮箱(1-1)、太阳轮轴(1-5)、固接在太阳轮轴(1-5)上端的上传动齿轮(1-2)、固接在太阳轮轴(1-5)下端的下传动齿轮(1-3)、固接在太阳轮轴(1-5)中部的太阳轮(1-6)、固接在行星轮轴(1-9)中部的行星轮(1-8)及固接在中间轴上的中间轮(1-7)，且中间轮(1-7)分别与太阳轮(1-6)和行星轮(1-8)啮合；齿轮箱(1-1)包括上盖(1-11)和下盖(1-10)，中间轴通过轴承固定在下盖(1-10)上，太阳轮轴(1-5)及行星轮轴(1-9)均依次穿过上盖(1-11)和下盖(1-10)，太阳轮(1-6)位于齿轮箱(1-1)内部，上传动齿轮(1-2)位于上盖(1-11)的外部，下传动齿轮(1-3)位于下盖(1-10)的外部，行星轮(1-8)位于齿轮箱(1-1)内部，中间轮(1-7)位于齿轮箱(1-1)内部。

2.根据权利要求1所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：所示驱动装置(2)包括上壳体(2-2)、下壳体(2-3)、齿条支架(2-4)及与齿条支架(2-4)后端轴相连的电动往复式伸缩杆(2-1)，齿条支架(2-4)垂直布置于上壳体(2-1)和下壳体(2-2)之间的中间位置，且齿条支架(2-4)的上端凸台卡在上壳体(2-1)的滑槽(2-6)内，对应地，齿条支架(2-4)的下端凸台卡在下壳体(2-2)的滑槽(2-6)内；齿条支架(2-4)的上部两侧侧凸台各布置有上齿条(2-5)，齿条支架(2-4)的下部两侧侧凸台各布置有下齿条(2-7)，且两个上齿条(2-5)和两个下齿条(2-7)呈上下左右对称布置。

3.根据权利要求2所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：每组所述开合夹持装置的太阳轮轴(1-5)上端穿过驱动装置(2)的上壳体(2-2)轴孔后通过限位螺母(1-4)轴向限位，太阳轮轴(1-5)的下端穿过驱动装置(2)的下壳体(2-3)轴孔后通过限位螺母(1-4)轴向限位，上传动齿轮(1-2)与齿轮箱(1-1)上盖(1-11)的法兰嵌入固接，同时上传动齿轮(1-2)与齿条支架(2-4)上的上齿条(2-5)相啮合；下传动齿轮(1-3)与齿轮箱(1-1)下盖(1-10)的法兰嵌入固接，同时下传动齿轮(1-3)与齿条支架(2-4)上的下齿条(2-7)相啮合。

4.根据权利要求1所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：所述夹持装置(3)包括夹持侧板(3-3)、铰接在夹持侧板(3-3)外侧面后端部的角度调节侧板(3-2)、对称安装在角度调节侧板(3-2)后端的一对连接杆(3-1)及均匀安装在夹持侧板(3-3)内侧面的多个柔性齿(3-4)。

5.根据权利要求4所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：上方的所述连接杆(3-1)端部轴孔套置在行星轮轴(1-9)上端后通过限位螺母(1-4)轴向限位，下方的连接杆(3-1)端部轴孔套置在行星轮轴(1-9)下端后通过限位螺母(1-4)轴向限位。

6.根据权利要求4所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：所述夹持侧板(3-3)外侧面安装有滑杆(3-6)，对应地，角度调节侧板(3-2)开设有供滑杆滑动的弧形导向孔(3-7)，角度调节侧板(3-2)与夹持侧板(3-3)通过销钉连接，滑杆(3-6)在弧形导向孔(3-7)内转动从而角度调节侧板(3-2)的角度。

7.根据权利要求4所述油菜薹行星轮系式夹取末端执行器，其特征在于：两组所述夹持装置(3)中的柔性齿(3-4)呈相对布置，柔性齿(3-4)包括底板(3-4a)、两侧板(3-4b)和弧形盖板(3-4c)，底板(3-4a)的宽度和侧板(3-4b)的高度相等。

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