CN116276919A - 一种收获机自动驾驶机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于收获机自动驾驶领域，具体公开了一种收获机自动驾驶机器人，包括驾驶室底板、转向机械手、换挡机械手、离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿、离合踏板、制动踏板和油门踏板；转向机械手由转向电机、联轴器、转向轴、后轴承座、前轴承座、方向盘固定爪、U型螺栓、挡板组成，转向轴通过后轴承座和前轴承座固定在斜支撑板上，转向轴一端通过联轴器连接转向电机，转向轴另一端通过键连接方向盘固定爪，方向盘固定爪通过U型螺栓和挡板固定在现有收获机的方向盘上。

Description

一种收获机自动驾驶机器人

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种收获机自动驾驶机器人。

背景技术

收获机驾驶机器人是指在不对收获机的执行机构（方向盘、换挡手柄、离合踏板、制动踏板、油门踏板）进行二次改动或破坏的前提下，可无损安装于收获机驾驶室内代替驾驶员操纵收获机的机器人，易于在其它所需机型上面兼用。

经检索，中国专利申请号为CN202111540693.X的专利，公开了一种基于北斗导航的双轨模式下的收获机驾驶机器人，其包括基座、上滑轨、下滑轨、转向机械手、换挡机械手、踏板机械腿；其中基座通过焊接与上滑轨、下滑轨固定，上滑轨、下滑轨通过螺栓连接滑块；其中转向机械手包括转向机构连接轴、转向机构连接块、转向电机、扭矩传感器、转向机固定器、电磁吸盘；转向机械手通过滑块旋转连接上滑轨，其转向机构连接轴通过连接块与滑块旋转连接，转向机构连接块通过连接块与转向机构连接轴旋转连接，转向机固定器通过转向电机转动，转向机固定器一端连接扭矩传感器，转向机固定器另一端通过电磁吸盘连接转向机；其中换挡机械手包括电动推杆、力传感器、尼龙套筒；换挡机械手通过滑块旋转连接上滑轨，其电动推杆一端通过连接块与滑块旋转连接，电动推杆另一端通过连接块与尼龙套筒旋转连接，力传感器安装在电动推杆上面；踏板机械腿通过滑块旋转连接下滑轨。但是上述专利中的收获机驾驶机器人存在以下不足：

需先将方向盘拆卸，转向机械手中的转向机固定器再通过电磁吸盘与转向机固定，借助转向电机的动力实现转向操作，拆卸操作繁琐，转向紧固性不强；换挡机械手借助滑块在上滑轨进行左右平移，依靠电动推杆的伸缩实现选档、换挡操作，电动推杆动力不能完全线性输出到换挡手柄上，选档、换挡操作容易卡顿，从而导致换挡精度不高，降低了收获机的行驶稳定性；

在专利CN 201711232560 .X中也公开了一种用于汽车的无人驾驶机器人，其包括转向机械手、换挡机械手机箱、换挡机械手控制结构、换挡机械手、三条机械腿、三条机械腿控制结构和机械腿机箱；其中转向机械手包括下底板、四条臂杆、丝杠、丝杠导杆、上顶板、大螺杆、小螺杆、电机夹板、伺服电机、万向联轴器、减速器、连接轴、转向爪盘、转向抓手；其中，两个大螺杆平行放置在换挡手机箱上，下底板安装在在两个大螺杆间并且下底板的两端分别和两个大螺杆连接，下底板可以沿着大螺杆轴向移动，四条臂杆分为两组，每组两条臂杆组成剪叉式结构连接下底板和上顶板，丝杠连接在上顶板上，通过丝杠导杆连接臂杆，另外两个小螺杆平行安装在上顶板上，伺服电机由电机夹板夹住，套在两个小螺杆上，可以沿着小螺杆轴向移动，减速器与伺服电机连接，连接轴一端与减速器输出端连接，另一端连接万向联轴器，万向联轴器输出端与转向爪盘固定连接，转向抓手设置三个，固定在转向爪盘上，且与方向盘活动连接，所述转向抓手由摆动杆、连接杆、抓手架、螺母组成；连接杆上有螺纹，通过移动连接杆，可以实现摆动杆在抓手架上转动，抓住方向盘时，用摆动杆和抓手架之间的空隙抓住方向盘，待连接杆移动到合适的位置时，用螺母固定，从而实现转向抓手抓住方向盘的操作。但是上述专利中的用于汽车的无人驾驶机器人存在以下不足：

转向机械手在旋转方向盘时，机械手和方向盘之间仅靠摆动杆与抓手架进行固定，其易于与方向盘之间产生相对滑动，此外仅通过拧紧螺母的方式对方向盘固定，在汽车无人驾驶过程中，容易造成方向盘的损坏，易于造成转向操作的不准确性与不平稳性，存在安全隐患；换挡机械手在控制换挡手柄时，直线旋转电机进行供能，仅依靠旋转杆的摆动实现动力传递，最终完成选档、换挡操作，换挡机械手强度不高，且机械结构较为复杂，直线旋转电机的动力不能直接作用在换挡手柄上，传动效率受限，操作过程中易产生卡顿现象，精度难以控制。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种收获机自动驾驶机器人。

本发明采用的技术方案为：

一种收获机自动驾驶机器人，包括驾驶室底板、基架横梁、基架立柱、转向机械手、换挡机械手、离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿、离合踏板、制动踏板、油门踏板；所述的基架立柱与驾驶室底板相连，在基架立柱上安装基架横梁，在基架横梁上安装有支撑横板，在支撑横板上设置有高度可调的支撑竖板，在支撑竖板上设置有斜支撑板，所述的支撑竖板高度可调；在所述的斜支撑板上设置转向机械手，所述的转向机械手由转向电机、联轴器、转向轴、后轴承座、前轴承座、方向盘固定爪、U型螺栓、挡板组成，所述转向轴通过后轴承座和前轴承座固定在斜支撑板上，所述转向轴一端通过联轴器连接转向电机，所述转向轴另一端通过键连接方向盘固定爪，所述方向盘固定爪通过U型螺栓和挡板固定在现有收获机的方向盘上。

作为进一步的技术方案，所述的方向盘固定爪包括一个与转向轴相连的连接盘以及沿着连接盘外圈延伸出的三个固定爪，固定爪之间的夹角与收获机方向盘内圈相邻连杆之间的夹角相同，在每个固定爪的外端设置一个U型螺栓，所述的U型螺栓的两个螺杆与挡板配合，所述的固定爪端部、U型螺栓和挡板三者之间形成收获机的方向盘内圈连杆的固定空间。

作为进一步的技术方案，所述的换挡机械手安装在基架立柱的中间位置，其包括XY轴十字滑台模组和步进电机，所述的XY轴十字滑台模组与换挡套筒相连，所述的换挡套筒与收获机的换挡手柄相连，所述的步进电机控制XY轴十字滑台模组。

作为进一步的技术方案，所述的离合机械腿包括第一横杆，所述的第一横杆一端与基架立柱转动连接，所述第一横杆另一端与第一电动推杆相连，所述第一电动推杆的动力输出端旋转连接第一安装座，所述第一安装座焊接在离合踏板固定前板上，所述离合踏板固定前板与离合踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的离合踏板。

作为进一步的技术方案，所述的制动机械腿包括第二横杆，所述的第二横杆一端与基架立柱转动连接，所述第二横杆另一端与第二电动推杆相连，所述第二电动推杆的动力输出端旋转连接第二安装座，所述第二安装座焊接在制动踏板固定前板上，所述制动踏板固定前板与制动踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的制动踏板。

作为进一步的技术方案，所述的油门机械腿包括第三横杆，所述的第三横杆一端与基架立柱转动连接，所述第三横杆另一端与第三电动推杆相连，所述第三电动推杆的动力输出端旋转连接第三安装座，所述第三安装座焊接在油门踏板固定前板上，所述油门踏板固定前板与油门踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的油门踏板。

作为进一步的技术方案，所述的转向机械手与斜支撑板之间通过第一连接件可拆卸式连接。

作为进一步的技术方案，换挡机械手所述的换挡机械手与基架立柱通过第二连接件可拆卸式连接。

作为进一步的技术方案，所述的离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿与基架立柱各自通过第三连接件可拆卸式连接。

作为进一步的技术方案，所述的离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿的设置位置与收获机上的离合踏板、制动踏板、油门踏板的位置对应。

本发明的有益效果为：

本发明的转向机械手利用U型螺栓与收获机方向盘固定，通过调节支撑竖板的高度，可以使转向轴与收获机方向盘轴线始终处在同一条直线上；此外本发明的方向盘固定爪的末端设置有U型螺栓，通过U型螺栓与两个螺杆以及挡板配合使得转向机械手与现有收获机的方向盘内圈的连杆之间可以紧固连接，与现有技术中的转向机械手相比，本发明的转向机械手在安装时不需要对方向盘进行二次改动，且转向机械手与方向盘之间不产生相对滑动，在自动驾驶过程中，转向精度得到保障，且方便转向机械手在不同型号的收获机方向盘上使用。

进一步的，本发明提出的收获机驾驶机器人的转向机械手、换挡机械手、离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿基本通过连接件可拆卸连接各自对应的基架横梁、基架立柱等，在不对收获机的执行机构进行二次改动或破坏的前提下，可无损安装于收获机驾驶室内。

进一步的，本发明提出的换挡机械手利用步进电机和XY轴十字滑台模组来控制换挡手柄，使得丝杠的旋转运动转化为直线运动，保证动力输出直接作用在换挡手柄上，控制精度高，同时选挡、换挡操作互不干扰，实现了机械解耦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构正面示意图；

图2为本发明的转向机械手示意图；

图3为本发明的换挡机械手示意图；

图4为本发明的离合机械腿示意图；

图5为本发明的方向盘固定装置示意图；

图6为本发明方向盘固定装置与方向盘之间的固定示意图；

图中：1-驾驶室底板；2-基架横梁；3-基架立柱；4-转向机械手；5-换挡机械手；6-离合机械腿；7-制动机械腿；8-油门机械腿；9-离合踏板；10-制动踏板；11-油门踏板；12-换挡套筒；13-方向盘；14-支撑横板；15-支撑竖板；16-平板；17-横杆；18-转向电机；19-联轴器；20-转向轴；21-后轴承座；22-前轴承座；23-方向盘固定爪；24-U型螺栓；25-挡板；26-换挡手柄；27-X方向电机；28-Y方向电机；29-X方向滑台；30-X方向丝杠；31-X方向滑块；32-Y方向滑台；33-Y方向丝杠；34-Y方向滑块；35-矩形板；36-电动推杆；37-电动推杆安装座；38-踏板固定前板；39-踏板固定后板；40-斜支撑板。

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，本发明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。

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，除非本发明另外明确指出，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；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

参照说明书附图1至附图6对本发明的一种收获机自动驾驶机器人，作以下详细地说明。

本实施例公开了一种收获机自动驾驶机器人，包括驾驶室底板1、基架横梁2、基架立柱3、转向机械手4、换挡机械手5、离合机械腿6、制动机械腿7、油门机械腿8、离合踏板9、制动踏板10、油门踏板11、换挡套筒12、方向盘13、支撑横板14、支撑竖板15、平板16、横杆17、转向电机18、联轴器19、转向轴20、后轴承座21、前轴承座22、方向盘固定爪23、U型螺栓24、挡板25、换挡手柄26、X方向电机27、Y方向电机28、X方向滑台29、X方向丝杠30、X方向滑块31、Y方向滑台32、Y方向丝杠33、Y方向滑块34、矩形板35、电动推杆36、电动推杆安装座37、踏板固定前板38、踏板固定后板39、斜支撑板40；

所述的驾驶室底板1与基架立柱3固定，所述基架横梁2和基架立柱3顶部通过螺栓连接，在基架横梁2上水平设置有支撑横板14，在支撑横板14上固定有支撑竖板15，所述的支撑竖板15上设置有斜支撑板40；在斜支撑板40上连接有转向机械手4；所述的支撑竖板15包括两块竖板，两块竖板上开设有若干连接孔，通过连接件连接两个竖板不同的孔，可以调节支撑竖板15的高度。

进一步的，所述基架立柱3的中部位置设置有平板16，通过平板16连接换挡机械手5。所述基架立柱3通过螺栓分别连接离合机械腿6、制动机械腿7、油门机械腿8。

进一步的，所述转向机械手4由转向电机18、联轴器19、转向轴20、后轴承座21、前轴承座22、方向盘固定爪23、U型螺栓24、挡板25、斜支撑板40组成，所述转向轴20通过后轴承座21和前轴承座22固定在斜支撑板40上，所述转向轴20一端通过联轴器19连接转向电机18，所述转向轴20另一端通过键连接方向盘固定爪23，所述方向盘固定爪23通过U型螺栓24和挡板25固定在现有收获机的方向盘13上，具体的，方向盘固定爪23的U型螺栓24从现有收获机的方向盘内圈的连杆的两侧向下延伸，然后与设置在连杆底部的挡板25相连，实现方向盘固定爪23在方向盘上的固定。

如图5、图6所示，所述的方向盘固定爪23包括一个与转向轴20相连的连接盘以及沿着连接盘外圈延伸出的三个固定爪，相邻固定爪之间的夹角为120°，在每个固定爪的外端设置一个U型螺栓24，所述的U型螺栓24的两个螺杆与挡板25配合，所述的固定爪端部、U型螺栓24和挡板25三者之间形成现有收获机的方向盘内圈连杆的固定空间。本发明的转向机械手通过U型螺栓与收获机上的方向盘相连，通过调节支撑竖板的高度，可以使转向轴与收获机方向盘轴线始终处在同一条直线上；利用三等分圆（每一根固定爪之间的角度为120°）的特性设计方向盘固定爪，通过U型螺栓24固定，使得方向盘固定爪与方向盘之间更加紧固，在自动驾驶过程中，转向精度得到保障，且方便转向机械手在不同型号的收获机方向盘上使用。

进一步的，所述换挡机械手5由X方向电机27、Y方向电机28、X方向滑台29、X方向丝杠30、X方向滑块31、Y方向滑台32、Y方向丝杠33、Y方向滑块34、平板16、矩形板35、换挡套筒12组成，所述平板16下端通过螺栓连接X方向滑台29，所述X方向电机27通过联轴器连接X方向丝杠30，所述X方向丝杠30连接X方向滑块31，所述X方向滑块31下端通过螺栓连接Y方向滑台32，所述Y方向电机28通过联轴器连接Y方向丝杠33，所述Y方向丝杠33连接Y方向滑块34，所述Y方向滑块34下端通过螺栓连接矩形板35，所述矩形板35通过螺栓连接换挡套筒12，所述换挡套筒12连接换挡手柄26。本发明换挡机械手利用步进电机和XY轴十字滑台模组来控制换挡手柄，使得丝杠的旋转运动转化为直线运动，保证动力输出直接作用在换挡手柄上，同时选挡、换挡操作互不干扰，实现了机械解耦。

进一步的，所述离合机械腿6、制动机械腿7、油门机械腿8均由横杆17、电动推杆36、电动推杆安装座37、踏板固定前板38、踏板固定后板39组成，离合机械腿6固定在其中一个基架立柱3上，制动机械腿7、油门机械腿8同时固定在另一根基架立柱3上，离合机械腿6、制动机械腿7、油门机械腿8相互之间的距离与现有收获机上离合踏板、制动踏板以及油门踏板之间的距离对应，实现离合机械腿6、制动机械腿7、油门机械腿8与现有收获机之间的装配。

以离合机械腿6为例，所述横杆17通过螺栓旋转连接基架立柱3，所述电动推杆36一端通过螺栓旋转连接横杆17，所述电动推杆36另一端通过螺栓旋转连接电动推杆安装座37，所述电动推杆安装座37焊接在踏板固定前板38上，所述踏板固定前板38、踏板固定后板39通过螺栓固定离合踏板9；

同样的，所述的制动机械腿也包括一个横杆，所述的横杆一端与基架立柱转动连接，所述横杆另一端与电动推杆相连，所述电动推杆的动力输出端旋转连接安装座，所述安装座焊接在制动踏板固定前板上，所述制动踏板固定前板、制动踏板固定后板通过螺栓固定于现有收获机的制动踏板。

同样的，所述的油门机械腿也包括一个横杆，所述的横杆一端与基架立柱转动连接，所述横杆另一端与电动推杆相连，所述电动推杆的动力输出端旋转连接安装座，所述安装座焊接在油门踏板固定前板上，所述油门踏板固定前板、油门踏板固定后板通过螺栓固定于现有收获机的油门踏板。

该种发明收获机自动驾驶机器人，通过控制系统（单片机）控制转向机械手、换挡机械手、离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿，分别驱动收获机的方向盘、换挡手柄、离合踏板、制动踏板、油门踏板，从而实现收获机的自动驾驶。

最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

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 (10)

1.一种收获机自动驾驶机器人，包括驾驶室底板、基架横梁、基架立柱、转向机械手、换挡机械手、离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿、离合踏板、制动踏板和油门踏板；其特征在于，所述的基架立柱与驾驶室底板相连，在基架立柱上安装基架横梁，在基架横梁上安装有支撑横板，在支撑横板上设置有高度可调的支撑竖板，在支撑竖板上设置有斜支撑板，所述的支撑竖板高度可调；在所述的斜支撑板上设置转向机械手，所述的转向机械手由转向电机、联轴器、转向轴、后轴承座、前轴承座、方向盘固定爪、U型螺栓、挡板组成，所述转向轴通过后轴承座和前轴承座固定在斜支撑板上，所述转向轴一端通过联轴器连接转向电机，所述转向轴另一端通过键连接方向盘固定爪，所述方向盘固定爪通过U型螺栓和挡板固定在现有收获机的方向盘上。

2.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的方向盘固定爪包括一个与转向轴相连的连接盘以及沿着连接盘外圈延伸出的三个固定爪，固定爪之间的夹角与收获机方向盘内圈相邻连杆之间的夹角相同，在每个固定爪的外端设置一个U型螺栓，所述的U型螺栓的两个螺杆与挡板配合，所述的固定爪端部、U型螺栓和挡板三者之间形成收获机的方向盘内圈连杆的固定空间。

3.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的换挡机械手安装在基架立柱的中间位置，其包括XY轴十字滑台模组和步进电机，所述的XY轴十字滑台模组与换挡套筒相连，所述的换挡套筒与收获机的换挡手柄相连，所述的步进电机控制XY轴十字滑台模组。

4.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的离合机械腿包括第一横杆，所述的第一横杆一端与基架立柱转动连接，所述第一横杆另一端与第一电动推杆相连，所述第一电动推杆的动力输出端旋转连接第一安装座，所述第一安装座焊接在离合踏板固定前板上，离合踏板固定前板、离合踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的离合踏板。

5.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的制动机械腿包括第二横杆，所述的第二横杆一端与基架立柱转动连接，所述第二横杆另一端与第二电动推杆相连，所述第二电动推杆的动力输出端旋转连接第二安装座，所述第二安装座焊接在制动踏板固定前板上，制动踏板固定前板、制动踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的制动踏板。

6.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的油门机械腿包括第三横杆，所述的第三横杆一端与基架立柱转动连接，所述第三横杆另一端与第三电动推杆相连，所述第三电动推杆的动力输出端旋转连接第三安装座，所述第三安装座焊接在油门踏板固定前板上，油门踏板固定前板、油门踏板固定后板通过螺栓固定于收获机的油门踏板。

7.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的转向机械手与斜支撑板之间通过第一连接件可拆卸式连接。

8.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的换挡机械手与基架立柱之间通过第二连接件可拆卸式连接。

9.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿与基架立柱各自通过第三连接件可拆卸式连接。

10.如权利要求1所述的收获机自动驾驶机器人，其特征在于，所述的离合机械腿、制动机械腿、油门机械腿的设置位置与收获机上的离合踏板、制动踏板、油门踏板的位置对应。

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