CN116569810B - 智能植树机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能植树机器人，涉及机械手技术领域，机械臂一端安装在机身上、另一端安装有执行末端，执行末端包括末端支架、以及分别安装在末端支架两侧的钻孔机构和覆土机构，钻孔机构包括设置在末端支架一侧的第一直线模组、以及设置在第一直线模组上的钻头；覆土机构包括设置在末端支架另一侧的第二夹爪组件和覆土盘，覆土盘后侧可旋转地安装在末端支架上，相配合的两个覆土盘设置在第二夹爪组件的下侧，两个覆土盘的侧面分别设置有相配合的凹槽。钻孔机构用于钻孔，第二夹爪组件用于夹持树苗，覆土盘用于覆土，实现钻孔、种植和覆土操作，实现自动化植树；覆土过程中树苗保持在通孔内，不会对树苗造成损伤。

Description

智能植树机器人

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体涉及智能植树机器人。

背景技术

植树机器人是一种用于自动化植树的设备，已逐渐成为树苗种植的主要方式。尤其是在恶劣环境下，植树机器人成为代替人工种植的重要工具。目前，植树机器人的自动化程度偏低，主要是用于在土壤中钻孔；在实际操作过程中，仍然需要大量的人工辅助，例如种植树苗和覆土等。因此需要设计一种智能化的植树机器人。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种智能植树机器人，能够打孔、种植和覆土，实现自动化植树。

本发明公开了一种智能植树机器人，包括机身、机械臂和执行末端，所述机械臂一端安装在所述机身上、另一端安装有执行末端，所述执行末端包括末端支架、以及分别安装在所述末端支架两侧的钻孔机构和覆土机构，所述钻孔机构包括设置在所述末端支架一侧的第一直线模组、以及设置在第一直线模组上的钻头；所述覆土机构包括设置在所述末端支架另一侧的第二夹爪组件和覆土盘，所述覆土盘后侧可旋转地安装在所述末端支架上，相配合的两个覆土盘设置在所述第二夹爪组件的下侧，所述两个覆土盘之间设置有通孔，所述通孔设置在所述第二夹爪组件下侧。钻孔机构用于钻孔，第二夹爪组件用于夹持树苗，覆土盘用于覆土，实现钻孔、种植和覆土操作，实现自动化植树；覆土过程中树苗保持在通孔内，不会对树苗造成损伤。

其中，两个覆土盘的侧面分别设置有相配合的凹槽，在两个覆土盘闭合时，两个凹槽拼接为通孔。

所述第二夹爪组件包括夹爪支架和夹爪，所述夹爪支架设置在所述末端支架另一侧，所述夹爪支架外侧设置有滑轨，一对夹爪可滑动地设置在滑轨上；所述夹爪支架上设置有气缸，所述气缸的输出端与夹爪连接，所述夹爪上侧设置有导向件；所述钻头外侧设置有螺旋刀片；覆土盘下端设置有向下延伸的压土件。所述末端支架上设置有转轴，所述覆土盘的内侧安装在所述转轴上；覆土盘一侧设置有加强件，所述加强件一端安装在所述转轴上，所述末端支架内设置有覆土驱动器，所述覆土驱动器的输出端与所述转轴连接。所述末端支架上设置有转轴，所述覆土盘的内侧安装在所述转轴上；覆土盘一侧设置有加强件，所述加强件一端安装在所述转轴上，所述末端支架内设置有覆土驱动器，所述覆土驱动器的输出端与所述转轴连接。将夹持和覆土相结合，实现有利的种植操作。

所述末端支架另一侧还设置有覆土支架，所述覆土支架外侧设置有第二直线模组，所述第二直线模组上设置有第一夹爪组件。以加强对树苗的夹持力，能够适应较高或较重的树苗。

所述机械臂包括旋转座、转台、第一手臂、第二手臂和伸缩臂，所述旋转座设置在机身上，所述转台可旋转地安装所述旋转座上，所述第一手臂内端铰接在所述旋转座上，所述第二手臂一端铰接在所述第一手臂外端，所述第二手臂外端设置有伸缩臂，所述伸缩臂外端铰接有吊架，所述末端支架设置在所述吊架下端；本发明还包括气动组件，所述气动组件包括设置在所述转台上的第一液压缸，所述第一液压缸的输出端与第一手臂连接。机械臂用于控制执行末端的运动和定位，实现有利的定位和操控。

所述机身上还设置有树苗取送机构，所述树苗取送机构包括托架、传动机构和苗杯，所述托架安装在所述机身上侧，所述托架上设置有传动机构，所述传动机构包括环设在所述托架内的传动皮带，所述苗杯安装在所述传动皮带上。所述托架一端设置有传感器支架，所述传感器支架上安装有接近开关或光电传感器。所述传动皮带上设置有第一安装座，所述第一安装座上安装有苗架，所述苗杯安装在所述苗架前端。所述托架内设置有驱动电机，托架一侧设置有轴承座、另一侧设置有从动盘，所述轴承座上设置有传动轴，所述传动轴上间隔设置有带盘和至少一个传动盘，所述驱动电机的输出轴通过轮带与带盘连接，传动皮带套设在从动盘和传动盘上。通过树苗取送机构为执行末端提供树苗，树苗取送机构的取苗位上设置有传感器，用于树苗的检测；机械臂每次从所述取苗位中夹取树苗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：钻孔机构用于钻孔，第二夹爪组件用于夹持树苗，覆土盘用于覆土，实现钻孔、种植和覆土操作，实现自动化植树；覆土过程中树苗保持在通孔内，不会对树苗造成损伤。

附图说明

图1是智能植树机器人的结构示意图；

图2是树苗取送机构的结构示意图；

图3是机械臂的结构示意图；

图4是执行末端的结构示意图；

图5是覆土机构的结构示意图；

图6是覆土盘的结构示意图。

图中标记：1机身，12控制箱，13雷达组件，14履带；

2树苗取送机构，21苗杯，22第一底座，23苗架，24传动机构，241驱动电机，242轮带，243传动轴，244传动盘，245传动皮带，246第一安装座， 247轴承座，248从动盘，25托架，26传感器支架，27导向架；

3机械臂，31旋转座，32转台，33第一手臂，34第二手臂，35伸缩臂；

4气动组件，41第一液压缸，42蓄能器；

5执行末端，51末端支架，511吊架，52钻孔机构， 521钻孔支架，522第一直线模组，523第一滑动架，524钻孔驱动器，525钻头，526螺旋刀片，527风琴罩，53覆土机构，531覆土支架，532第二直线模组，533第二滑动架，534第二夹爪组件，535第一夹爪组件，536导向件，537夹爪支架，538夹爪， 541覆土盘，542加强件，543通孔，544压土件，545轴承座，546转轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1-6，本发明提供一种智能植树机器人，也称为植树车，包括机身1、机械臂3、树苗取送机构2和执行末端5。树苗取送机构2和机械臂3设置在机身1上，机身1下设置有履带14，机身1一侧设置有雷达组件13，机械臂3的末端设置有执行末端5，执行末端5用于打孔、种植和覆土。具体的，执行末端5包括末端支架51、以及分别安装在末端支架51两侧的钻孔机构52和覆土机构53，钻孔机构52包括设置在末端支架51一侧的第一直线模组522、以及设置在第一直线模组522上的钻头525；覆土机构53包括设置在末端支架51另一侧的第二夹爪组件534和覆土盘541，覆土盘541后侧可旋转地安装在末端支架51上，相配合的两个覆土盘541设置在第二夹爪组件534的下侧，两个覆土盘541的侧面分别设置有相配合的凹槽；两个覆土盘541闭合时，两个凹槽拼接为通孔543，通孔543设置在第二夹爪组件534下侧。

钻孔机构用于钻孔，第二夹爪组件用于夹持树苗，覆土盘用于覆土，实现钻孔、种植和覆土操作，实现自动化植树；覆土过程中树苗保持在通孔内，不会对树苗造成损伤。一个具体的操作方式如下：

步骤101：第一直线模组522带动钻头525向下移动，通过钻头525打孔。打孔过程中，部分土分布在孔的周围；打孔结束后，通过第一直线模组522操控钻头525向上移动，并复位。其中，钻头525外侧可以设置有螺旋刀片。

步骤102：张开两个覆土盘541，通过第二夹爪组件534夹持树苗，并将所述树苗放入所打的孔内。

步骤103：闭合两个覆土盘541，将孔周围的土覆盖在孔内，实现覆土。重复张开和闭合覆土盘的操作，直到孔被土覆盖，例如重复2-5次。覆土过程中，树苗保持在通孔543内，而不会受到损伤。

步骤104：覆土结束后，张开第二夹爪组件534，松开树苗。

步骤105：对覆土进行压实：闭合两个覆土盘541、张开第二夹爪组件534，通过机械臂3控制覆土盘541按压到覆土上，对覆土进行压实；通过机械臂3控制覆土盘541上下运动，对覆土进一步压实，实现种植一颗树苗。其中，覆土盘541下端设置有向下延伸的压土件544。

重复执行步骤101-104，实现自动化树苗种植。

图3-图6示出了执行末端的具体结构。第二夹爪组件534包括夹爪支架537和夹爪538，夹爪支架537设置在末端支架51另一侧，夹爪支架537外侧设置有滑轨，一对夹爪538可滑动地设置在所述滑轨上。夹爪支架537上设置有多个气缸（图中未示出），所述气缸的输出端与夹爪538连接，夹爪538上侧设置有导向件536，用于提高夹持面积。应当指出的是，本发明的第二夹爪组件534不限于气缸驱动，也可以通过电机驱动。

如图6，末端支架51上设置有转轴546，覆土盘541的内侧安装在转轴546上；覆土盘541一侧还可设置有加强件542，加强件542一端安装在转轴546上，末端支架51内设置有覆土驱动器（图中未示出），所述覆土驱动器的输出端与转轴546连接。其中，覆土驱动器可以采用减速电机，末端支架上可以设置有轴承座545，转轴安装在轴承座545内。

作为一个改进的实施例，末端支架51另一侧还设置有覆土支架531，覆土支架531外侧设置有第二直线模组532，第二直线模组532上设置有第一夹爪组件535。第一夹爪组件535与第二夹爪组件534配合，用于夹持树苗，以适应较大、较重的树苗；第二直线模组532用于调节第一夹爪组件535与第二夹爪组件534的距离。更具体的，第二直线模组532的丝杠上安装有第二滑动架533，第一夹爪组件534安装在第二滑动架533上。其中，第一直线模组522和第二直线模组532的结构和驱动方式为现有技术，本发明中不再赘述。

图5示出了部分伸缩臂35的截面。图4示出了设置在第一直线模组522外侧的风琴罩527。末端支架51一侧设置有钻孔支架521，钻孔支架521，第一直线模组522的丝杠上设置有第一滑动架523，钻头525及钻孔驱动器524安装在第一滑动架523上，钻头外侧设置有螺旋刀片526。

如图3，机械臂3包括旋转座31、转台32、第一手臂33、第二手臂34和伸缩臂35，旋转座31设置在机身1上，转台32可旋转地安装旋转座31上，第一手臂33内端铰接在旋转座31上，第二手臂34一端铰接在第一手臂33外端，第二手臂34外端设置有伸缩臂35，伸缩臂35外端铰接有吊架511，末端支架51设置在吊架511下端。本发明的部分机械臂采用气动组件4驱动，以第一手臂33为例，气动组件4包括设置在转台32上的第一液压缸41，第一液压缸41的输出端与第一手臂33连接，第一液压缸上还可以设置有蓄能器42。其中，转台32、第二手臂34、伸缩臂35、吊架511的驱动以及角度调节为现有技术，本发明中不再赘述。

图1和图2示出了树苗取送机构2的结构。树苗取送机构2包括托架25、传动机构24和多个苗杯21，托架25安装在机身1上侧，托架25上设置有传动机构24，传动机构24包括环设在托架25内的传动皮带245，苗杯21安装在传动皮带245上。苗杯21用于放置树苗，通过传动皮带245驱动苗杯21进行移动，从而调节苗杯和树苗的位置，使执行末端5的第二夹爪组件534能够夹持到树苗。

可以在托架25一端设置有传感器支架26，传感器支架26用于安装接近开关或光电传感器（图中未示出），接近开关或光电传感器用于检测树苗。例如，通过红外传感器检测树苗。树苗运输流程如下：

步骤201：树苗移走后，红外传感器的信号发生变化，则控制传动皮带移动一个杯位，直到红外传感器检测到树苗信号，停止传动皮带。使具有树苗信号的苗杯21进入与传感器支架26相应的取苗位。其中，红外传感器与苗杯21底部的距离应当高于树苗的高度。

步骤202：执行末端从该取苗位夹取树苗，执行步骤201，直到所有树苗种植完毕或种植任务完成。

在更具体的设计中，传动皮带245上间隔设置有多个第一安装座246，第一安装座246上安装有苗架23，苗杯21安装在苗架23前端。其中，苗架23上部设置有向前侧突起的导向部，用于保持树苗；下侧设置有举托部，用于支撑苗杯21；中部设置有操作部，便于执行末端夹取树苗。图2中移除了部分苗架23和苗杯21。传动机构24还包括设置在托架25内的驱动电机241，托架25一侧设置有轴承座247、另一侧设置有从动盘248，轴承座247上设置有传动轴243，传动轴243上间隔设置有带盘和至少一个传动盘244，驱动电机241的输出轴通过轮带242与带盘连接，传动皮带245套设在从动盘248和传动盘244上。图2中，托架25内上下两侧分别设置有一个传动皮带，苗架23上下两侧分别安装在相应的传动皮带245上；托架外侧还可设置有导向架27；机身1前后两侧分别设置有一个树苗取送机构2。

如图1，机身1上设置有第一底座22，树苗取送机构2安装在第一底座22上；机械臂3安装在机身1的一侧，远离机械臂3的机身上设置有控制箱12，树苗取送机构2安装在机械臂3和控制箱12之间，实现机身两侧的重量平衡，其中，控制箱12用于安装电池、控制电路、通讯模块等。传感器支架26靠近机械臂3，利于机械臂的运动，机身1上还的雷达组件13，用于检测植树机器人的运行环境，利于植树机器人的自动驾驶；机身1下侧的履带，利于在恶劣环境下的行驶。

以上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)

1.一种智能植树机器人，其特征在于，包括机身、机械臂和执行末端，所述机械臂一端安装在所述机身上、另一端安装有执行末端，

所述执行末端包括末端支架、以及分别安装在所述末端支架两侧的钻孔机构和覆土机构，

所述钻孔机构包括设置在所述末端支架一侧的第一直线模组、以及设置在第一直线模组上的钻头；

所述覆土机构包括设置在所述末端支架另一侧的第二夹爪组件和覆土盘，所述覆土盘后侧可旋转地安装在所述末端支架上，相配合的两个覆土盘设置在所述第二夹爪组件的下侧，所述两个覆土盘的侧面分别设置有相配合的凹槽；

所述第二夹爪组件包括夹爪支架和夹爪，

所述夹爪支架设置在所述末端支架另一侧，所述夹爪支架外侧设置有滑轨，一对夹爪可滑动地设置在滑轨上；

所述夹爪支架上设置有气缸，所述气缸的输出端与夹爪连接，所述夹爪上侧设置有导向件；

所述机械臂包括旋转座、转台、第一手臂、第二手臂和伸缩臂，

所述旋转座设置在机身上，所述转台可旋转地安装所述旋转座上，所述第一手臂内端铰接在所述旋转座上，所述第二手臂一端铰接在所述第一手臂外端，所述第二手臂外端设置有伸缩臂，所述伸缩臂外端铰接有吊架，所述末端支架设置在所述吊架下端；

操作流程如下：

张开两个覆土盘，通过第二夹爪组件夹持树苗，并将所述树苗放入钻孔机构所打的孔内；

闭合两个覆土盘，将孔周围的土覆盖在孔内，实现覆土；

覆土结束后，张开第二夹爪组件，松开树苗；

闭合两个覆土盘、张开第二夹爪组件，通过机械臂控制覆土盘按压到覆土上，对覆土进行压实。

2.根据权利要求1所述的智能植树机器人，其特征在于，

所述钻头外侧设置有螺旋刀片；

覆土盘下端设置有向下延伸的压土件。

3.根据权利要求2所述的智能植树机器人，其特征在于，所述末端支架上设置有转轴，所述覆土盘的内侧安装在所述转轴上；

覆土盘一侧设置有加强件，所述加强件一端安装在所述转轴上，所述末端支架内设置有覆土驱动器，所述覆土驱动器的输出端与所述转轴连接。

4.根据权利要求1所述的智能植树机器人，其特征在于，所述末端支架另一侧还设置有覆土支架，所述覆土支架外侧设置有第二直线模组，所述第二直线模组上设置有第一夹爪组件。

5.根据权利要求1所述的智能植树机器人，其特征在于，还包括气动组件，所述气动组件包括设置在所述转台上的第一液压缸，所述第一液压缸的输出端与第一手臂连接。

6.根据权利要求1所述的智能植树机器人，其特征在于，所述机身上还设置有树苗取送机构，所述树苗取送机构包括托架、传动机构和苗杯，

所述托架安装在所述机身上侧，所述托架上设置有传动机构，所述传动机构包括环设在所述托架内的传动皮带，所述苗杯安装在所述传动皮带上。

7.根据权利要求6所述的智能植树机器人，其特征在于，所述托架一端设置有传感器支架，所述传感器支架上安装有接近开关或光电传感器；

树苗运输流程如下：

步骤201：树苗移走后，接近开关或光电传感器的信号发生变化，则控制传动皮带移动一个杯位，直到接近开关或光电传感器检测到树苗信号，停止传动皮带；具有树苗的苗杯进入与传感器支架相应的取苗位；

步骤202：执行末端从所述取苗位夹取树苗，执行步骤201，直到所有树苗种植完毕或种植任务完成。

8.根据权利要求7所述的智能植树机器人，其特征在于，所述传动皮带上设置有第一安装座，所述第一安装座上安装有苗架，所述苗杯安装在所述苗架前端。

9.根据权利要求8所述的智能植树机器人，其特征在于，所述托架内设置有驱动电机，托架一侧设置有轴承座、另一侧设置有从动盘，所述轴承座上设置有传动轴，所述传动轴上间隔设置有带盘和至少一个传动盘，

所述驱动电机的输出轴通过轮带与带盘连接，传动皮带套设在从动盘和传动盘上。

10.根据权利要求7所述的智能植树机器人，其特征在于，所述机身上设置有第一底座，所述树苗取送机构安装在所述第一底座上；

所述机械臂安装在所述机身的一侧，远离机械臂的机身上设置有控制箱，所述树苗取送机构安装在机械臂和控制箱之间，

所述传感器支架靠近所述机械臂，

所述机身上还设置有雷达组件；

所述机身下侧设置有履带。