CN114830986B - 一种全地形多功能自动种树机器人及其种树方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全地形多功能自动种树机器人及其种树方法。种树机器人，包括车架，以及安装在车架上的树苗储存运输模块、冲土模块、钻穴存土模块和压土模块。树苗储存运输模块包括育苗杯储存运输模块和枝条储存运输模块。钻穴存土模块用于在土地中开设出树苗种植所需的坑洞。育苗杯储存运输模块包括树苗存储输送通道。所述的枝条储存运输模块包括依次排列的枝条储苗仓、枝条输出组件和滑管。冲土模块包括冲管、冲土驱动组件、翘板和翘土驱动组件。压土模块包括两块开合压板。本发明切换为育苗杯种植模式或枝条种植模式，既能够在荒山等境中自动种植育苗杯，又能够在沙漠等环境中自动种植枝条类树苗，具有极强的环境适应能力。

Description

一种全地形多功能自动种树机器人及其种树方法

技术领域

本发明属于绿化设备技术领域，具体涉及一种全地形多功能自动种树机器人及其种树方法。

背景技术

种树机是一种栽植苗木的营林机械。作业时，通过开沟器在土地上开出植树沟或穴，用人工或种树机构按一定株距将树苗投放到沟中，然后由覆土压实装置将树苗根部土壤覆盖压实。更传统的种植手段是园林工人先用钻孔机或者铁锹等工具挖掘树坑，再将树木移植到树坑中，最后进行埋土处理，后期对树木定期进行维护和浇水，保持树木成长过程中的养分。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：自动化种植程度较低，需要大量人力、物力；此外，现有种树机仅能够用于单一类型树苗、单一地形的种植，无法实现全地形、多类型树苗的自动化种植。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全地形多功能自动种树机器人及其种树方法。

该全地形多功能自动种树机器人，包括车架，以及安装在车架上的树苗储存运输模块、冲土模块、钻穴存土模块和压土模块。树苗储存运输模块包括育苗杯储存运输模块和枝条储存运输模块。钻穴存土模块用于在土地中开设出树苗种植所需的坑洞。

所述的育苗杯储存运输模块包括树苗存储输送通道。树苗存储输送通道安装在车架上，且能够逐个输出育苗杯。所述的枝条储存运输模块包括依次排列的枝条储苗仓、枝条输出组件和滑管。枝条储苗仓一侧的底部设置有出料槽。滑管顶部为内凹设置，能够容纳枝条类树苗。枝条输出组件用于将枝条储苗仓输出的枝条类树苗搬运到滑管。初始状态水平的滑管能够翻转至竖直或倾斜状态，使得枝条类树苗滑出。

所述的冲土模块包括冲管、冲土驱动组件、翘板和翘土驱动组件。竖直设置的冲管滑动连接在机架上，并在冲土驱动组件的驱动下进行升降运动。冲管的底面倾斜设置；翘板的顶部边缘与冲管底面的上边缘转动连接；翘板在翘土驱动组件的驱动下进行翻转。冲管降低至下极限位置时，树苗存储输送通道输出的育苗杯，以及滑管滑出的枝条类树苗均落入到冲管中。

所述的压土模块位于冲土模块的正下方，其包括两块开合压板。两块开合压板均能够在动力元件的驱动下进行升降和横向移动；两块开合压板的相对侧边缘均开设有让位缺口；两个让位缺口能够对接在一起，形成闭环卡口；通过两块开合压板的相向或相背运动，调整闭环卡口的大小。

作为优选，所述的育苗杯储存运输模块还包括树苗输送盘；水平设置的树苗输送盘转动连接在车架上。呈弧形的树苗存储输送通道固定在车架上，并位于树苗输送盘上。位于树苗存储输送通道内的育苗杯支撑在树苗输送盘上。沿着树苗输送方向，树苗存储输送通道的宽度逐渐减小。所述的树苗输送盘由动力元件驱动旋转。

作为优选，所述树苗存储输送通道的输出口处设置有推出组件。所述的推出组件包括推杆、摆齿轮和曲柄轮。推杆滑动连接在树苗存储输送通道的输出口处。推杆的侧部设置有齿条段；摆齿轮转动连接在树苗存储输送通道上。摆齿轮上设置有齿轮段。摆齿轮上的齿轮段与推杆上的齿条段啮合。摆齿轮远离齿轮段的一侧设置有滑槽。曲柄轮转动连接在树苗存储输送通道上；曲柄轮的侧面上偏心设置有凸柱；凸柱伸入滑槽内。曲柄轮的转动能够带动推杆往复滑动，将树苗存储输送通道输出口处的育苗杯推出树苗存储输送通道外。工作过程中，通过调整曲柄轮的转向，使得推杆在快出慢回模式与快出慢回模式之间切换，适应不同重心高度的育苗杯。

作为优选，枝条储苗仓的内腔底面倾斜设置；出料槽位于枝条储苗仓的内腔底面的最低处。

作为优选，所述的枝条输出组件包括两个固定运输块和两个抬送组件；间隔设置的两个固定运输块均固定在车架上。两个固定运输块顶面的一端分别靠近枝条储苗仓的出料槽底部的两端；两个固定运输块顶面的另一端分别靠近滑管顶部的两端。所述固定运输块的顶面上设置有依次排列的多个三角齿块。间隔设置的两个抬送组件位于两个固定运输块之间。抬送组件包括移动运输块、两个抬送电机和两根连杆。两个抬送电机固定在车架上，且输出轴与两根连杆的一端分别固定；两根连杆的另一端与移动运输块的两端分别转动连接。移动运输块、车架和两根连杆形成平行四边形机构。移动运输块的顶部设置有依次排列的多个三角齿块。

作为优选，所述的翘土驱动组件包括同步轮、同步带和翘土驱动电机；翘土驱动电机固定在冲管外侧。翘土驱动电机的输出轴以及固定在翘板顶部边缘的转动轴上均固定有同步轮；两组同步轮通过同步带连接。

作为优选，在种植枝条类树苗的状态下，滑管与冲管通过滑管联动组件连接；所述滑管联动组件包括连接座和联动杆。连接座固定在冲管靠近滑管的一侧；连接座上开设有竖直设置的滑槽。联动杆的一端固定有销轴；该销轴穿过连接座上的滑槽。联动杆的另一端与滑管底面靠近冲管的端部转动连接。联动杆与滑管的连接点位于滑管的转动中心靠近冲管的一侧。

作为优选，所述的钻穴存土模块包括双形态翻转架、移动支座、第二丝杠、螺旋钻头、钻头移动架、储土移动架和储土管。双形态翻转架转动连接在车架上。车架上设置有两组下安装基座；两组下安装基座与双形态翻转架转动轴线的距离相等；移动支座与任意一组下安装基座可拆卸固定。由动力元件驱动的第二丝杠转动连接在双形态翻转架与移动支座之间。钻头移动架和储土移动架均与两根丝杠通过螺母连接；储土移动架与第二丝杠之间的螺母采用开合螺母；根据开合螺母的状态，第二丝杠旋转带动钻头移动架和储土移动架同步滑动，或钻头移动架单独滑动。储土管的顶端与储土移动架固定。螺旋钻头穿过储土管。由动力元件驱动旋转的螺旋钻头与钻头移动架转动连接。通过将移动支座的安装位置在两组下安装基座之间切换，螺旋钻头在倾斜状态和竖直状态之间切换。

作为优选，两块开合压板均由两轴压土驱动组件驱动进行升降和横向运动；所述两轴压土驱动组件包括横移驱动组件和升降驱动组件；横移驱动组件包括横移丝杠和横向滑移块。横向滑移块沿水平方向滑动连接在车架上。横移丝杠支承在车架上，并由电机驱动旋转。横向滑移块与横移丝杠构成螺旋副。升降驱动组件包括升降块和升降丝杠；竖直设置的两根升降丝杠均转动连接在横向滑移块的底部。两个升降块与两根升降丝杠均构成螺旋副。两个升降块的底部与对应的开合压板的两侧分别固定。

作为优选，所述冲管倾斜的底面朝向靠近钻穴存土模块的一侧。

作为优选，所述的冲土驱动组件包括第一丝杠和冲土驱动电机。竖直设置的第一丝杠转动连接在车架上。固定在冲管上的螺母与第一丝杠构成螺旋副。第一丝杠由电机驱动。

该全地形多功能自动种树机器人具有育苗杯种植模式和枝条种植模式。

育苗杯种植模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将螺旋钻头调节至倾斜状态；螺旋钻头调整至储土管内，储土移动架与第二丝杠之间的开合螺母调节至连接状态。冲管底部的翘板关闭。将育苗杯储存于树苗存储输送通道中。

步骤二、车架沿目标方向行进，且车架每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头正向旋转并倾斜向下运动，钻取出倾斜的种植坑洞后复位；种植坑洞中原有的土壤转移到储土管中。

每当冲管处于一个种植坑洞的正上方时，均进行一次育苗杯种植动作，具体如下：

①.冲管下降，进入种植坑洞；翘板向外翻转，拨动种植坑洞中的土壤。

②.育苗杯储存运输模块输出育苗杯；育苗杯经过冲管后，掉落到种植坑洞中。

③.冲管上升，螺旋钻头反向旋转，将储土管中的土壤送回到种植坑洞中。

④.压土模块压实育苗杯周围的土壤，防止育苗杯倾倒。

枝条种植模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将螺旋钻头调节至竖直状态；储土移动架与第二丝杠之间的开合螺母调节至分离状态，并向上移动储土移动架，使得螺旋钻头从储土管的底部露出。之后，重新将开合螺母调节至接合状态。螺旋钻头的底部调整至伸出储土管以外的状态。将枝条类树苗储存于枝条储苗仓。

步骤二、车架沿目标方向行进，且车架每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头均旋转并向下运动，钻取出种植坑洞。

每当冲管到达一个种植坑洞上方时，均进行一次枝条类树苗种植动作，具体如下：

①.冲管进行一次下降并升高的动作；冲管下降过程中，伸入到种植坑洞；在冲管伸入坑洞后，滑管上翻，使得滑管内的枝条类树苗滑落并插入到种植坑洞中。滑管复位后，枝条输出组件将一根枝条类树苗送上滑管。

②.枝条类树苗插入种植坑洞后，冲管升高；此时，枝条类树苗位于两块开合压板之间的闭环卡口内；两块开合压板相向运动，使得闭环卡口逐渐缩小，将枝条类树苗扶正，并夹住枝条类树苗；之后，两块开合压板向下运动，将枝条类树苗进一步插入土地中，并压实枝条类树苗周围的土地；闭环卡口夹紧树苗并向下运动的动作执行若干次。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明切换为育苗杯种植模式或枝条种植模式，既能够在荒山等环境中自动种植育苗杯，又能够在沙漠等环境中自动种植枝条类树苗，具有极强的环境适应能力。

2、本发明处于枝条种植模式时，通过冲管向下移动时能够自动带动滑管上翻，从而将滑管上的枝条类树苗送入冲管，并经由冲管种植到土地中；此外，利用联动杆与滑槽的配合，冲管下冲的前半段不会带动滑管翻转，仅在冲管接近最低位置时，滑管才跟随冲管上翻，避免了枝条先于冲管接触到地面的情况出现。

3、本发明中的推出组件利用曲柄轮的转动配合齿轮齿条结构实现了育苗杯的推出；利用该推出组件的急回特性，本发明通过改变曲柄轮的转向，即可将育苗杯的推出动作在快出慢回与慢出快回之间切换，从而为不同重心高度的育苗杯提供最优的推出方式。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中育苗杯储存运输模块与冲土模块的组合示意图。

图3为本发明中枝条储存运输模块与冲土模块的第一张组合示意图。

图4为本发明中枝条储存运输模块与冲土模块的第二张组合示意图。

图5为本发明中钻穴存土模块的结构示意图。

图6为本发明中压土模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种全地形多功能自动种树机器人，具有两种工作模式，分别为育苗杯种植模式和枝条种植模式。该全地形多功能自动种树机器人包括车架1，以及安装在车架1上的树苗储存运输模块、冲土模块3、钻穴存土模块2和压土模块4。车架1的两侧均设置有两个由电机驱动的行进轮；树苗储存运输模块包括育苗杯储存运输模块5和枝条储存运输模块6，该两个储存运输模块分别用于存储和输出育苗杯(即灌木类树苗)和枝条类树苗。钻穴存土模块2用于在土地中开设出树苗种植所需的坑洞；冲土模块3用于冲击土地上的坑洞并拨开冗余土壤，同时为树苗的下落提供导向。压土模块4用于对种入土壤中的树苗进行扶正和土壤压实，提高树苗的成活率和美观性。

如图2所示，育苗杯储存运输模块5包括树苗存储输送通道5-1、树苗输送盘5-2和推出组件。水平设置的树苗输送盘5-2转动连接在车架1上。树苗存储输送通道5-1固定在车架1上，且接触或靠近树苗输送盘5-2顶面。树苗存储输送通道5-1为内外设置的两块树苗挡板形成一条螺旋形通道。树苗存储输送通道5-1的一端封闭设置，另一端开放设置并设有输出口。在封闭端向开放端的方向上，树苗存储输送通道5-1的宽度逐渐减小至存放灌木树苗的育苗杯直径。将树苗存储输送通道5-1设计成螺旋形的结构，能够通过摩擦力使树苗按顺序依次移动，减少卡死的可能性，并对运输过程中树苗的损害降到最低，提高树苗存活率。

位于树苗存储输送通道5-1内的育苗杯支撑在树苗输送盘5-2上。树苗输送盘5-2由动力元件驱动旋转；随着树苗输送盘5-2的转动，树苗输送盘5-2上的各育苗杯沿着树苗存储输送通道5-1依次排列输送向输出口处。树苗输送盘5-2的具体驱动结构为：车架1上固定有输送驱动电机；输送驱动电机的输出轴和树苗输送盘5-2的底部均同轴固定有第一齿轮；两个第一齿轮啮合。

推出组件用于将输出口的树苗推出到树苗存储输送通道5-1外。推出组件包括推杆5-3、摆齿轮5-4和曲柄轮5-5。推杆5-3滑动连接在树苗存储输送通道5-1的输出口处，其往复滑动能够将育苗杯逐个推出树苗存储输送通道5-1。推杆5-3的侧部设置有齿条段；摆齿轮5-4转动连接在树苗存储输送通道5-1上。摆齿轮5-4上设置有120°的齿轮段。摆齿轮5-4上的齿轮段与推杆5-3上的齿条段啮合。摆齿轮5-4远离齿轮段的一侧设置有滑槽。滑槽的轴线经过齿轮段的圆心。曲柄轮5-5转动连接在树苗存储输送通道5-1上；曲柄轮5-5的侧面上偏心设置有凸柱；凸柱伸入滑槽内。曲柄轮5-5的持续转动能够带动推杆5-3往复转动，且该结构中的推杆5-3具有急回特性。因此，只需通过改变曲柄轮5-5的转向，即可使得推杆5-3在快出慢回与慢出快回这两种工作模式之间切换，从而根据育苗杯内树苗的大小及重心高低来调整推出方式(针对重心高的树苗，推杆5-3应当慢出快回以避免倾倒；针对重心低的树苗，推杆5-3应当快出慢回避免树苗卡住无法下落)。

如图3和4所示，枝条储存运输模块6包括枝条储苗仓6-1、枝条输出组件、滑管6-2和支撑座6-3。枝条储苗仓6-1、枝条输出组件和滑管6-2依次横向排列。枝条储苗仓6-1一侧的底部设置有出料槽。枝条储苗仓6-1的内腔底面倾斜设置；出料槽位于枝条储苗仓6-1的内腔底面的最低处。枝条类树苗堆放在枝条储苗仓6-1内，且长度方向平行于出料槽的长度方向。滑管6-2的截面呈开口朝上的半圆形，用于承接单根枝条。

枝条输出组件包括两个固定运输块6-4和两个抬送组件；间隔设置的两个固定运输块6-4均固定在车架1上。两个固定运输块6-4顶面的一端分别靠近枝条储苗仓6-1的出料槽底部的两端；两个固定运输块6-4顶面的另一端分别靠近滑管6-2顶部的两端。

固定运输块6-4的顶面上设置有沿枝条储苗仓6-1向滑管6-2方向依次排列的多个三角齿块。间隔设置的两个抬送组件位于两个固定运输块6-4之间。抬送组件包括移动运输块6-5、两个抬送电机6-6和两根连杆6-7。两个抬送电机6-6固定在车架1上，且输出轴与两根连杆6-7的一端分别固定；两根连杆6-7的另一端与移动运输块6-5的两端分别转动连接。移动运输块6-5、车架1和两根连杆6-7形成平行四边形机构。移动运输块6-5的顶部设置有与固定运输块6-4对应的多个三角齿块。两个抬送电机6-6同步转动能够带动移动运输块6-5沿圆形平移，将枝条储苗仓6-1输出的枝条逐根搬运向滑管6-2(移动运输块6-5每平移一周，枝条向前移动一个三角齿块)。

如图2、3和4所示，冲土模块3包括固定平台3-1、导杆3-2、冲管3-3、冲土驱动组件、翘板3-4和翘土驱动组件。固定平台3-1固定在车架1上；竖直设置的四根导杆3-2就固定在车架1上。冲管3-3与四根导杆3-2滑动连接。冲土驱动组件包括第一丝杠3-5和冲土驱动电机。竖直设置的两根第一丝杠3-5均转动连接在固定平台3-1与车架1之间。固定在冲管3-3两侧的螺母与两根第一丝杠3-5分别构成螺旋副。两根第一丝杠3-5由两个第一电机(图中未示出)分别驱动。

冲管3-3呈方管状，且底面为矩形的倾斜面；冲管3-3倾斜的底面朝向靠近钻穴存土模块2的一侧。翘板3-4的形状与冲管3-3的底面轮廓一致；翘板3-4的顶部边缘与冲管3-3底部的上边缘转动连接；初始状态下，翘板3-4贴合在冲管3-3的底面上。翘土驱动组件包括同步轮3-6、同步带和翘土驱动电机(图中未示出)；翘土驱动电机固定在冲管3-3外侧。翘土驱动电机的输出轴以及固定在翘板3-4顶部边缘的转动轴上均固定有同步轮3-6；两组同步轮3-6通过同步带连接，实现翘板3-4的翻转驱动。

在育苗杯种植过程中，丝杆旋转带动螺母与冲管3-3下冲，当到达坑底时，翘土驱动电机带动翘板3-4打开，拨开坑洞中的部分土壤，将倾斜的孔洞底部调整为接近水平的状态，完成土坑的挖掘。

在枝条类树苗种植过程中，翘板3-4保持开启状态，冲管3-3仅起到为枝条类树苗导向的作用。开始枝条类树苗种植前，将滑管6-2与冲管3-3通过滑管联动组件连接；滑管联动组件包括连接座3-7和联动杆3-8。连接座3-7固定在冲管3-3靠近滑管6-2的一侧；连接座3-7上开设有竖直设置的滑槽。联动杆3-8的一端固定有销轴；该销轴穿过连接座3-7上的滑槽。联动杆3-8的另一端与滑管6-2底面靠近冲管3-3的端部转动连接。联动杆3-8与滑管6-2的连接点位于滑管6-2与支撑座6-3的连接点靠近冲管3-3的一侧；当联动杆3-8向下拉动滑管6-2时，滑管6-2整体向上翻转至竖直状态，且滑管6-2与冲管3-3的顶部开口对齐，使得滑管6-2内的枝条类树苗滑入到冲管3-3中。

由于销轴能够在滑槽中滑动，故在冲管3-3向下移动的前半段，联动杆3-8仅相对于连接座3-7上的滑槽滑动，在冲管3-3向下移动的后半段，联动杆3-8到达连接座3-7上的滑槽的端部，在滑槽拉动下使得滑管6-2翻转至竖直状态，将枝条类树苗送入冲管3-3中。该结构省去了滑管6-2翻转所需的动力源，降低了成本并提高了稳定性。

如图5所示，钻穴存土模块2包括双形态翻转架2-1、移动支座2-2、第二丝杠2-3、螺旋钻头2-4、钻头移动架2-5、储土移动架2-6和储土管2-7。螺旋钻头2-4采用双叶螺旋钻头。双形态翻转架2-1转动连接在车架1上。车架1上设置有两组下安装基座；两组下安装基座与双形态翻转架2-1转动轴线的距离相等；移动支座2-2与任意一组下安装基座可拆卸固定。相互平行且间隔设置的两根第二丝杠2-3均转动连接在双形态翻转架2-1与移动支座2-2之间。两根第二丝杠2-3通过带传动机构连接，并由电机驱动；钻头移动架2-5和储土移动架2-6均与两根丝杠通过螺母连接；储土移动架2-6与两根第二丝杠2-3之间的螺母采用开合螺母；通过储土移动架2-6侧部的调整螺钉调节开合螺母与对应丝杠的连接与分离。当储土移动架2-6上的开合螺母与对应的第二丝杠连接时，钻头移动架2-5和储土移动架2-6能够在动力元件的驱动下沿第二丝杠2-3的长度方向同步移动。当储土移动架2-6上的开合螺母与对应的第二丝杠分离时，钻头移动架2-5在动力元件的驱动下沿第二丝杠2-3的长度方向单独移动，而保持静止。

储土管2-7的顶端与储土移动架2-6固定。储土管2-7穿过移动支座2-2；螺旋钻头2-4同轴设置在储土管2-7内。螺旋钻头2-4的驱动转轴与钻头移动架2-5转动连接；螺旋钻头2-4由安装在钻头移动架2-5上的电机驱动旋转。

通过将移动支座2-2的安装位置在两组下安装基座之间切换；能够将螺旋钻头2-4在倾斜状态和竖直状态之间切换。螺旋钻头2-4处于倾斜状态时，螺旋钻头2-4轴线与水平面成60°夹角，且螺旋钻头2-4轴线在土地上倾斜钻出的坑洞位于冲管3-3的正下方。

螺旋钻头2-4的倾斜状态对应育苗杯种植模式，用于在荒山等土地环境中进行育苗杯种植。在种植过程中，60°倾斜角有助于螺旋钻头2-4斜切入土壤。同时电机带动螺旋钻头2-4正转，由锥形头攻坚，土壤沿螺旋线卷入储土管2-7中，进行短暂的保存，螺旋钻头2-4反转时土壤吐出完成回填。

螺旋钻头2-4的竖直状态对应枝条种植模式，用于在沙漠环境中进行枝条类树苗的种植。螺旋钻头2-4能够在地面上钻出坑洞，为后续下苗做准备。

本实施例中将螺旋钻头2-4设置为两种模式的原因在于：沙漠主要以沙石为主表面松软无需大力挖坑，所以直接将钻头垂直打入沙中将多余的沙子甩出即可，荒山等环境主要以硬土为主挖掘困难所以利用斜切的方式增大压强便于转土存土。

当开合螺母被调节为与第二丝杠2-3连接的状态时，丝杠同时带动储土管2-7和螺旋钻头2-4同步移动，同时进行钻孔存土。当开合螺母被调节为与第二丝杠2-3分离的状态时，丝杠仅带动螺旋钻头2-4移动，仅进行钻孔；此时，还可以将储土移动架2-6向上移动至最高处使钻头全部露出，避免储土管2-7影响钻土工作。

如图6所示，压土模块4位于冲土模块3的正下方，其包括开合压板4-1和两轴压土驱动组件。两块开合压板4-1分别通过相互独立的两个两轴压土驱动组件安装在车架1底部。两轴压土驱动组件分别驱动两块开合压板4-1进行升降运动和横向开合运动。其中一块开合压板4-1的内侧开设有让位凹槽；另一块开合压板4-1的内侧边缘能够伸入让位凹槽内。

两块开合压板4-1的相对侧边缘均开设有呈半圆形的让位缺口；两个让位缺口对接在一起，形成用于树苗穿过和扶正的闭环卡口4-2；通过两块开合压板4-1的相向或相背运动，调整闭环卡口4-2的大小，从而起到扶正枝条类树苗的作用，以及对育苗杯中树苗子叶进行支撑和收拢的作用。此外，两块开合压板4-1的同步下降运动，能够起到压实树苗周围土壤的作用。

两轴压土驱动组件包括横移驱动组件和升降驱动组件；横移驱动组件包括横移丝杠4-3和横向滑移块4-4。横向滑移块4-4沿水平方向滑动连接在车架1上。横移丝杠4-3支承在车架1上，并由电机驱动旋转。横向滑移块4-4与横移丝杠4-3构成螺旋副。升降驱动组件包括升降块4-5和升降丝杠4-6；竖直设置的两根升降丝杠4-6均转动连接在横向滑移块4-4的底部。两个升降块4-5与两根升降丝杠4-6均构成螺旋副。两个升降块4-5的底部与对应的开合压板4-1的两侧分别固定。

在压土模块4中，两块开合压板4-1的横向移动可以将树苗的枝叶聚拢避免下压过程中损伤树苗。两块开合压板4-1形成的闭环卡口4-2能够在沙漠中对沙柳树苗进行扶正和矫准，并对土壤进行全方面按压，减少种植后树苗倾倒的可能性，提高存活率。

该全地形多功能自动种树机器人的育苗杯种植模式应用于在荒山、园林等密实地面中种植沙柳等枝条类树苗；该模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将冲管3-3与滑管6-2之间的联动杆拆除；将螺旋钻头2-4调节至倾斜状态；通过储土移动架2-6上的开合螺母调节至与第二丝杠2-3连接，且螺旋钻头2-4位于储土管内的状态。冲管底部的翘板关闭。将育苗杯储存于树苗存储输送通道5-1中。

步骤二、开始种植育苗杯时，车架1沿目标方向行进，且车架1每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头2-4正向旋转并倾斜向下运动，钻取出倾斜的种植坑洞后复位；种植坑洞中原有的土壤转移到储土管中。种植坑洞的顶部位于冲管的正下方。

每当冲管处于一个种植坑洞的正上方时，均进行一次育苗杯种植动作，具体如下：

①.冲管向下移动，伸入到种植坑洞；在冲管伸入种植坑洞后，翘板翻转至开启状态，拨动种植坑洞中的土壤。

②.树苗输送盘5-2转动，带动各育苗杯逐渐排列，并输送到树苗存储输送通道5-1的输出口处。推出组件将一个育苗杯推出；育苗杯沿着冲管掉落到种植坑洞中。

③.冲管上升复位螺旋钻头2-4反向旋转，将储土管中的土壤送回到种植坑洞中，在育苗杯的底部覆盖土壤。

④.压土模块压实育苗杯周围的土壤，起到稳固育苗杯位置，避免育苗杯倾倒的问题。

该全地形多功能自动种树机器人的枝条种植模式应用于在沙漠等松软地面中种植沙柳等枝条类树苗；该模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将冲管3-3与滑管6-2通过滑管联动组件连接在一起；将螺旋钻头2-4调节至竖直状态；通过储土移动架2-6上的开合螺母调节至与第二丝杠2-3分离的状态后，向上移动储土移动架2-6，使得储土管与螺旋钻头2-4分离；之后将开合螺母重新调节至与第二丝杠2-3接合的状态，保证储土管在工作过程中不会受重力作用而下落。冲管底部的翘板保持在开启状态。将枝条类树苗储存于枝条储苗仓6-1；最下方的枝条类树苗在重力作用下从出料槽输出到固定运输块6-4上。

步骤二、当开始种植枝条类树苗时，车架1沿目标方向行进，且车架1每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头2-4均旋转并向下运动，钻取出种植坑洞。同时，枝条输出组件中的移动运输块6-5开始沿着圆形轨迹周期性平动，将固定运输块6-4上的枝条类树苗逐根搬运到滑管6-2上，使得滑管6-2持续保持装有一根枝条类树苗的状态。

每当冲管到达一个种植坑洞上方时，均进行一次枝条类树苗种植动作，具体如下：

①.冲管进行一次下降并升高的动作；冲管下降过程中，伸入到种植坑洞；在冲管伸入坑洞后，通过联动杆拉动滑管上翻，使得滑管内的枝条类树苗滑落并插入到种植坑洞中。冲管移动过程中车架保持静止。

②.枝条类树苗插入种植坑洞后，冲管升高；此时，枝条类树苗位于两块开合压板4-1之间的闭环卡口4-2内；为了防止过长的枝条类树苗倾倒在沙地上；两块开合压板4-1相向运动，使得闭环卡口4-2逐渐缩小，最终将枝条类树苗扶正；闭环卡口4-2缩小至极限时将至枝条类树苗夹紧；之后，两块开合压板4-1向下运动，将枝条类树苗进一步插入土地中，并压实枝条类树苗周围的土地；闭环卡口4-2松开并向上复位后，重复进行多次夹紧下压的动作，从而确保枝条类树苗的土地中的稳固性。一棵枝条类树苗种植完成后，通过两块开合压板4-1分离的方式避免车架前进时压土模块4与树苗发生干涉的情况。

螺旋钻头2-4开设种植坑洞的周期、冲管进行下冲的周期(相邻两次下冲的时间间隔)和移动运输块6-5的转动周期相等，从而实现持续种植动作。

Claims (8)

1.一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：包括车架（1），以及安装在车架（1）上的树苗储存运输模块、冲土模块（3）、钻穴存土模块（2）和压土模块（4）；树苗储存运输模块包括育苗杯储存运输模块（5）和枝条储存运输模块（6）；钻穴存土模块（2）用于在土地中开设出树苗种植所需的坑洞；

所述的育苗杯储存运输模块（5）包括树苗存储输送通道（5-1）；树苗存储输送通道（5-1）安装在车架上，且能够逐个输出育苗杯；所述的枝条储存运输模块（6）包括依次排列的枝条储苗仓（6-1）、枝条输出组件和滑管（6-2）；枝条储苗仓（6-1）一侧的底部设置有出料槽；滑管（6-2）顶部为内凹设置，能够容纳枝条类树苗；枝条输出组件用于将枝条储苗仓（6-1）输出的枝条类树苗搬运到滑管（6-2）；初始状态水平的滑管（6-2）能够翻转至竖直或倾斜状态，使得枝条类树苗滑出；

所述的冲土模块（3）包括冲管（3-3）、冲土驱动组件、翘板（3-4）和翘土驱动组件；竖直设置的冲管（3-3）滑动连接在机架上，并在冲土驱动组件的驱动下进行升降运动；冲管（3-3）的底面倾斜设置；翘板（3-4）的顶部边缘与冲管（3-3）底面的上边缘转动连接；翘板（3-4）在翘土驱动组件的驱动下进行翻转；冲管（3-3）降低至下极限位置时，树苗存储输送通道（5-1）输出的育苗杯，以及滑管（6-2）滑出的枝条类树苗均落入到冲管（3-3）中；

在种植枝条类树苗的状态下，滑管（6-2）与冲管（3-3）通过滑管联动组件连接；所述滑管联动组件包括连接座（3-7）和联动杆（3-8）；连接座（3-7）固定在冲管（3-3）靠近滑管（6-2）的一侧；连接座（3-7）上开设有竖直设置的滑槽；联动杆（3-8）的一端固定有销轴；该销轴穿过连接座（3-7）上的滑槽；联动杆（3-8）的另一端与滑管（6-2）底面靠近冲管（3-3）的端部转动连接；联动杆（3-8）与滑管（6-2）的连接点位于滑管（6-2）的转动中心靠近冲管（3-3）的一侧；

所述的压土模块（4）位于冲土模块（3）的正下方，其包括两块开合压板（4-1）；两块开合压板（4-1）均能够在动力元件的驱动下进行升降和横向移动；两块开合压板（4-1）的相对侧边缘均开设有让位缺口；两个让位缺口能够对接在一起，形成闭环卡口（4-2）；通过两块开合压板（4-1）的相向或相背运动，调整闭环卡口（4-2）的大小；

所述的钻穴存土模块（2）包括双形态翻转架（2-1）、移动支座（2-2）、第二丝杠（2-3）、螺旋钻头（2-4）、钻头移动架（2-5）、储土移动架（2-6）和储土管（2-7）；双形态翻转架（2-1）转动连接在车架（1）上；车架（1）上设置有两组下安装基座；两组下安装基座与双形态翻转架（2-1）转动轴线的距离相等；移动支座（2-2）与任意一组下安装基座可拆卸固定；由动力元件驱动的第二丝杠（2-3）转动连接在双形态翻转架（2-1）与移动支座（2-2）之间；钻头移动架（2-5）和储土移动架（2-6）均与两根丝杠通过螺母连接；储土移动架（2-6）与第二丝杠（2-3）之间的螺母采用开合螺母；根据开合螺母的状态，第二丝杠（2-3）旋转带动钻头移动架（2-5）和储土移动架（2-6）同步滑动，或钻头移动架（2-5）单独滑动；储土管（2-7）的顶端与储土移动架（2-6）固定；螺旋钻头（2-4）穿过储土管（2-7）；由动力元件驱动旋转的螺旋钻头（2-4）与钻头移动架（2-5）转动连接；通过将移动支座（2-2）的安装位置在两组下安装基座之间切换，螺旋钻头（2-4）在倾斜状态和竖直状态之间切换。

2.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：所述的育苗杯储存运输模块（5）还包括树苗输送盘（5-2）；水平设置的树苗输送盘（5-2）转动连接在车架（1）上；呈弧形的树苗存储输送通道（5-1）固定在车架（1）上，并位于树苗输送盘（5-2）上；位于树苗存储输送通道（5-1）内的育苗杯支撑在树苗输送盘（5-2）上；沿着树苗输送方向，树苗存储输送通道（5-1）的宽度逐渐减小；所述的树苗输送盘（5-2）由动力元件驱动旋转。

3.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：所述树苗存储输送通道（5-1）的输出口处设置有推出组件；所述的推出组件包括推杆（5-3）、摆齿轮（5-4）和曲柄轮（5-5）；推杆（5-3）滑动连接在树苗存储输送通道（5-1）的输出口处；推杆（5-3）的侧部设置有齿条段；摆齿轮（5-4）转动连接在树苗存储输送通道（5-1）上；摆齿轮（5-4）上设置有齿轮段；摆齿轮（5-4）上的齿轮段与推杆（5-3）上的齿条段啮合；摆齿轮（5-4）远离齿轮段的一侧设置有滑槽；曲柄轮（5-5）转动连接在树苗存储输送通道（5-1）上；曲柄轮（5-5）的侧面上偏心设置有凸柱；凸柱伸入滑槽内；曲柄轮（5-5）的转动能够带动推杆（5-3）往复滑动，将树苗存储输送通道（5-1）输出口处的育苗杯推出树苗存储输送通道（5-1）外；工作过程中，通过调整曲柄轮（5-5）的转向，使得推杆（5-3）在快出慢回模式与快出慢回模式之间切换，适应不同重心高度的育苗杯。

4.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：枝条储苗仓（6-1）的内腔底面倾斜设置；出料槽位于枝条储苗仓（6-1）的内腔底面的最低处。

5.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：所述的枝条输出组件包括两个固定运输块（6-4）和两个抬送组件；间隔设置的两个固定运输块（6-4）均固定在车架（1）上；两个固定运输块（6-4）顶面的一端分别靠近枝条储苗仓（6-1）的出料槽底部的两端；两个固定运输块（6-4）顶面的另一端分别靠近滑管（6-2）顶部的两端；所述固定运输块（6-4）的顶面上设置有依次排列的多个三角齿块；间隔设置的两个抬送组件位于两个固定运输块（6-4）之间；抬送组件包括移动运输块（6-5）、两个抬送电机（6-6）和两根连杆（6-7）；两个抬送电机（6-6）固定在车架（1）上，且输出轴与两根连杆（6-7）的一端分别固定；两根连杆（6-7）的另一端与移动运输块（6-5）的两端分别转动连接；移动运输块（6-5）、车架（1）和两根连杆（6-7）形成平行四边形机构；移动运输块（6-5）的顶部设置有依次排列的多个三角齿块。

6.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：所述的翘土驱动组件包括同步轮（3-6）、同步带和翘土驱动电机；翘土驱动电机固定在冲管（3-3）外侧；翘土驱动电机的输出轴以及固定在翘板（3-4）顶部边缘的转动轴上均固定有同步轮（3-6）；两组同步轮（3-6）通过同步带连接。

7.根据权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人，其特征在于：两块开合压板（4-1）均由两轴压土驱动组件驱动进行升降和横向运动；所述两轴压土驱动组件包括横移驱动组件和升降驱动组件；横移驱动组件包括横移丝杠（4-3）和横向滑移块（4-4）；横向滑移块（4-4）沿水平方向滑动连接在车架（1）上；横移丝杠（4-3）支承在车架（1）上，并由电机驱动旋转；横向滑移块（4-4）与横移丝杠（4-3）构成螺旋副；升降驱动组件包括升降块（4-5）和升降丝杠（4-6）；竖直设置的两根升降丝杠（4-6）均转动连接在横向滑移块（4-4）的底部；两个升降块（4-5）与两根升降丝杠（4-6）均构成螺旋副；两个升降块（4-5）的底部与对应的开合压板（4-1）的两侧分别固定。

8.如权利要求1所述的一种全地形多功能自动种树机器人的种树方法，其特征在于：该全地形多功能自动种树机器人具有育苗杯种植模式和枝条种植模式；育苗杯种植模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将螺旋钻头（2-4）调节至倾斜状态；螺旋钻头（2-4）调整至储土管内，储土移动架（2-6）与第二丝杠（2-3）之间的开合螺母调节至连接状态；冲管底部的翘板关闭；将育苗杯储存于树苗存储输送通道（5-1）中；

步骤二、车架（1）沿目标方向行进，且车架（1）每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头（2-4）正向旋转并倾斜向下运动，钻取出倾斜的种植坑洞后复位；种植坑洞中原有的土壤转移到储土管中；

每当冲管处于一个种植坑洞的正上方时，均进行一次育苗杯种植动作，具体如下：

①.冲管下降，进入种植坑洞；翘板向外翻转，拨动种植坑洞中的土壤；

②.育苗杯储存运输模块（5）输出育苗杯；育苗杯经过冲管后，掉落到种植坑洞中；

③.冲管上升，螺旋钻头（2-4）反向旋转，将储土管中的土壤送回到种植坑洞中；

④.压土模块压实育苗杯周围的土壤，防止育苗杯倾倒；

枝条种植模式下的种树方法包括以下步骤：

步骤一、将螺旋钻头（2-4）调节至竖直状态；储土移动架（2-6）与第二丝杠（2-3）之间的开合螺母调节至分离状态，并向上移动储土移动架（2-6），使得螺旋钻头（2-4）从储土管的底部露出；之后，重新将开合螺母调节至接合状态；螺旋钻头（2-4）的底部调整至伸出储土管以外的状态；将枝条类树苗储存于枝条储苗仓（6-1）；

步骤二、车架（1）沿目标方向行进，且车架（1）每经过预设距离停顿一次，螺旋钻头（2-4）均旋转并向下运动，钻取出种植坑洞；

每当冲管到达一个种植坑洞上方时，均进行一次枝条类树苗种植动作，具体如下：

①.冲管进行一次下降并升高的动作；冲管下降过程中，伸入到种植坑洞；在冲管伸入坑洞后，滑管上翻，使得滑管内的枝条类树苗滑落并插入到种植坑洞中；滑管复位后，枝条输出组件将一根枝条类树苗送上滑管；

②.枝条类树苗插入种植坑洞后，冲管升高；此时，枝条类树苗位于两块开合压板（4-1）之间的闭环卡口（4-2）内；两块开合压板（4-1）相向运动，使得闭环卡口（4-2）逐渐缩小，将枝条类树苗扶正，并夹住枝条类树苗；之后，两块开合压板（4-1）向下运动，将枝条类树苗进一步插入土地中，并压实枝条类树苗周围的土地；闭环卡口（4-2）夹紧树苗并向下运动的动作执行若干次。

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