CN118140704A - 一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，包括行走机构，包括底盘、车轮组，车轮组设置于底盘上，所述车轮组能够进行行走、转向；多连杆工作平台用于承载工作人员；驱动机构用于驱动多连杆工作平台；重心调节系统，其用于在工作人员采摘水果过程中调整行走机器人整体的重心位置，使行走机器人的重心处于安全范围内；中央控制系统，其用于分别对行走机构、驱动机构、重心调节系统进行中央调控。本发明能够实现在工作过程中，实时自动调整装置重心位置，保证工作安全。

Description

一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人。

背景技术

当前老龄化社会带来诸多问题，部分老年人有从事农业工作的需要和意愿，在农业水果采摘过程中，由于老年人腿脚不便，在长时间工作后会导致身体不适，导致采摘效率降低。为解决上述问题，工作人员可坐于行走车上，由行走车承载工作人员行走至待采摘水果位置处，由工作人员伸手做出采摘动作，在采摘过程中，由于果树上的果实所处于的位置以及高度不同，工作人员需做出不同的采摘动作，包括身体前倾、侧倾、后仰等动作。在此过程中，工作人员在行走车上的动作过程会导致行走车的重心实时发生变化。此外由于园林的土壤存在不平的现象，在行走车行走过程中遇到地势坡度较大的位置，也会导致行走车的重心发生偏移。当行走车的重心偏移出安全范围之外，易出现行走小车连带工作人员发生侧翻的风险，存在一定安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，具体方案如下：

一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，包括：

行走机构，其用于承载人体行走，包括底盘、车轮组，车轮组设置于底盘上，所述车轮组能够进行行走、转向；

多连杆工作平台，其设置于行走机构的底盘上，包括支腿部、支座部、背板部；所述支腿部设置于行走机构的底盘上，所述支座部的前端与所述支腿部铰接，使支座部可相对于支腿部翻转；所述背板部与所述支座部的后端铰接，实现可调整背板部与支座部之间的夹角；

驱动机构，其包括第一驱动机构、第二驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支座部相对于所述支腿部向上翻转；所述第二驱动机构用于驱动所述背板部相对于所述支座部进行翻转；

重心调节系统，其用于在工作人员采摘水果过程中调整行走机器人整体的重心位置，使行走机器人的重心处于安全范围内；

中央控制系统，其用于分别对行走机构、驱动机构、重心调节系统进行中央调控。

作为技术方案的补充，所述第一驱动机构包括第一升降气缸，第一驱动机构的第一升降气缸的下端与行走机构的底盘铰接，第一升降气缸的上端与支座部的下端面铰接；所述第二驱动机构包括第二升降气缸，第二升降气缸的下端与行走机构的底盘铰接，第二驱动机构的升降气缸的上端与背板部部的后端面的上部铰接。

作为技术方案的补充，还包括回转平台，所述回转平台设置于所述行走机构的底盘上，所述多连杆工作平台以及第一驱动机构、第二驱动机构均设置于回转平台上，回转平台旋转通过中央控制系统控制能够带动多连杆工作平台、第一驱动机构以及第二驱动机构进行水平旋转。

作为技术方案的补充，所述重心调节系统包括重心传感器、移动配重装置，所述行走机构上的车轮组设有四个车轮，所述重心传感器设置于行走机构的车轮与底盘连接处，中央控制系统对重心传感器监测处的载荷收集，通过计算出行走机器人实际重心位置，并传递信号至配重装置；所述移动配重装置能够对行走机器人实际中心位置调整配重，将行走机器人的重心控制在安全范围内。

作为技术方案的补充，所述移动配重装置包括配重管路、配重移动块、配重块驱动机构，所述配重管路设有两组且两组配重管路相对交叉垂直设置于所述行走机构的底盘下方，两组配重管路内分别设有一配重移动块，所述配重块驱动机构能够驱动配重移动块在配重管路中移动。

作为技术方案的补充，所述多连杆工作平台的支腿部上设有用于驱动支腿部进行升降的支腿升降机构。

作为技术方案的补充，所述支腿部包括支撑板、升降杆，所述升降杆竖向设置，支撑板设置于升降杆的上端，所述支腿升降机构包括支腿气缸，所述支腿气缸竖向设置于支撑板的下方，支腿气缸的上端与升降板连接。

作为技术方案的补充，所述回转平台包括驱动电机、齿盘、转轴，所述齿盘通过轴承结构设置于行走机构的底盘上，所述驱动电机设置于行走机构的底盘上且行走电机的转轴上套设有主动齿轮，所述主动齿轮与所述齿盘相啮合。。

有益效果：在本发明的另一个方面中，通过多连杆工作平台与驱动机构的设置，能够随工作人员采摘果实的体位变化实时对工作人员的身体提供支撑，背板部能够能够调整与支座部之间的夹角，实时对工作人员的后背提供支撑。在本发明的另一个方面中，通过支腿气缸的设置，能够适应不同腿长的工作人员，使工作人员的双脚能够与齿盘相接触，使双脚能够发力对果实采摘过程中保证工作人员的稳定性。通过回转平台的设置，能够带动多连杆工作平台随其一同旋转，能够实现装置整体灵活度。本发明在一个方面中，通过重心调节系统的设置，能够实现在工作过程中多连杆工作平台的机械动作、回转平台的机械动作以及工作人员的采摘动作影响下，对装置整体进行实时重心调控，保证装置整体的中心处于安全范围内，保证工作安全。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图。

图2是本发明侧视结构示意图。

图3是本发明回转平台结构示意图。

图4是本发明移动配重机构结构示意图。

图5是本发明移动配重装置配重原理示意图。

图中：1.行走机构、2.底盘、3.车轮组、4.支腿部、5.支座部、6.背板部、7.第一升降气缸、8.第二升降气缸、9.回转平台、10.移动配重装置、11.配重管路、12.配重移动块、13.支撑板、14.升降杆、15.支腿气缸、16.驱动电机、17.主动齿轮、18.齿盘。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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中的具体含义。

如图1至图5所示，一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，便于老年人农业果树采摘，包括：

行走机构1，其用于承载人体行走，包括底盘2、车轮组3，车轮组3设置于底盘2上，车轮组3上设有轮毂电机，通过轮毂电机驱动车轮组3转动，能够驱动底盘2进行前后行走，通过车轮组3的差速转动实现带动底盘2的转向功能；

多连杆工作平台，其设置于行走机构1的底盘2上，包括支腿部4、支座部5、背板部6。所述支腿部4设置于行走机构1的底盘2上，所述支座部5的前端与所述支腿部4铰接，使支座部5可相对于支腿部4翻转。工作人员可坐在支座部5上，工作人员的膝盖位于支腿部4与支座部5铰接位置处。所述背板部6与所述支座部5的后端铰接，实现可调整背板部6与支座部5之间的夹角，工作人员坐于支座部5上时，后背倚靠于背板部6上。

驱动机构，其包括第一驱动机构、第二驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支座部5相对于所述支腿部4向上翻转；所述第二驱动机构用于驱动所述背板部6相对于所述支座部5进行翻转。在进行果树采摘过程中，由行走机构1的车轮组3行走至待采摘位置，工作人员可坐于行走机器人上完采摘动作。当部分水果高度处于较高位置时，工作人员难以进行水果采摘，此时可通过第一驱动机构驱动支座部5升起，推动坐于支座部5上的工作人员做起身工作，在此过程中背板部6通过第二驱动机构驱动调整与支座部5之间的夹角，二者可调整的夹角区间为90°至180°。由于支座部5的升起，带动工作人员整体上升，背板部6在此过程中与支座部5之间的夹角随支座部5升高的高度增加逐渐增大，使人体的后背依旧能够倚靠于背板部6上，工作人员的起身动作提供后部支撑。

重心调节系统，其用于在工作人员采摘水果过程中调整行走机器人整体的重心位置，使行走机器人的重心处于安全范围内。由于工作人员采摘水果过程中会做出侧身或者通过第一驱动机构、第二驱动机构驱动完成起身动作，行走机器人整体重心会发生偏移的现象，当重心偏移出安全范围内之后，会出现行走机器人发生侧翻的问题，通过重心调节系统使工作人员的重心一直处于安全范围内，保证工作安全。

中央控制系统，其用于分别对行走机构1、驱动机构、重心调节系统进行中央调控。

作为上述技术方案的优选技术方案，所述第一驱动机构包括第一升降气缸7。第一驱动机构的第一升降气缸7的下端与行走机构1的底盘2铰接，第一升降气缸7的上端与支座部5的下端面铰接。第二驱动机构包括第二升降气缸8，第二升降气缸8的下端与行走机构1的底盘2铰接，第二驱动机构的升降气缸的上端与背板部6部的后端面的上部铰接。

作为本发明的优选技术方案，为适应不同身高的工作人员，使工作人员坐落于支座部5上时，工作人员的双脚不悬空，所述多连杆工作平台的支腿部4上设有用于驱动支腿部4进行升降的支腿升降机构。所述支腿升降机构用于调整工作人员双脚相较于行走机构1的底盘2之间的间距。

作为上述实施例的优选技术方案，所述支腿部4包括支撑板13、升降杆14，所述升降杆14竖向设置，所述升降竖杆由多个不同直径的圆管首尾连而成具有伸缩功能，支撑板13设置于升降杆14的上端，用于支撑支座部5，所述支腿升降机构包括支腿气缸15，所述支腿气缸15竖向设置于支撑板13的下方，支腿气缸15的上端与升降板连接。当支腿气缸15升起时，支腿气缸15将支撑板13顶起，支撑板13带动支座部5升高，调整坐落于支座部5上的工作人员的水平高度。此过程中升降竖杆伸长。

作为本发明的优选技术方案，还包括回转平台9，所述回转平台9设置于所述行走机构1的底盘2上，所述多连杆工作平台以及第一驱动机构、第二驱动机构均设置于回转平台9上，回转平台9旋转通过中央控制系统驱动能够带动多连杆工作平台、第一驱动机构以及第二驱动机构进行水平旋转。

通过回转平台9的设置，使工作人员在采摘水果过程中，行走机构1可停止不动，通过回转平台9完成多连杆工作的平台的旋转功能。

作为上述实施例的优选技术方案，所述回转平台9包括驱动电机16、齿盘18、转轴，所述齿盘18通过轴承结构设置于行走机构1的底盘2上，所述驱动电机16设置于行走机构1的底盘2上且行走电机的转轴上套设有主动齿轮17，所述主动齿轮17与所述齿盘18相啮合。通过驱动电机16旋转带动齿盘18转动，所述多连杆工作平台设置于所述齿盘18上，齿盘18的转动带动多连杆工作平台的旋转。

作为上述实施例的优选技术方案，所述齿盘18还可通过齿条结构驱动，将齿条设置于齿盘18一侧，齿条与齿盘18相啮合，通过气缸驱动齿条伸缩，带动齿盘18进行旋转。

作为本发明的优选技术方案，所述重心调节系统包括重心传感器、移动配重装置10，所述行走机构1上的车轮组3设有四个车轮，所述重心传感器设置于行走机构1的车轮与底盘2连接处，对各车轮位置处所承受的载荷进行检测，并将载荷数据传递给中央控制系统，基于载荷传感传递而来的数据进行计算，测算出实际重心位置，然后将信号传递给移动配重装置10。所述移动配重装置10能够对行走机器人实际中心位置调整配重，将行走机器人的重心控制在安全范围内。使行走机器人在行走或工作人员采摘过程中，重心传感器实时监测重心位置，当行走机器人的重心偏离至安全范围外时，移动配重装置10重心偏移的方向和距离由指定安全范围的中心点g0和重心偏移后的位置gt决定。

作为本发明的优选技术方案，移动配重装置10包括配重管路11、配重移动块12、配重块驱动机构，所述配重管路11设有两组且两组配重管路11相对交叉垂直设置于所述行走机构1的底盘2下方，两组配重管路11内分别设有一配重移动块12，所述配重块驱动机构能够驱动配重移动块12在配重管路11中移动，配重块驱动机构通过中央控制系统控制工作。

作为上述实施例的优选技术方案，所述配重块驱动机构可采用气缸结构驱动，气缸的活塞杆的端部与所述配重移动块12连接，推动配重移动块12在配重管路11内移动。两个配重移动块12分别沿X轴、Y轴方向在配重管路11内移动。在初始状态下，两个配重移动块12均位于安全范围的中心点g0。如图5所示，当工作人员采摘果实身体向侧方位前倾时，装置整体重心点位于A点，此时两个配重移动块12分别沿X轴、Y轴方向进行移动，使两个配重移动块12之间形成的载荷重心位于B点，使工作人员工作侧前倾产生的重心偏移与两个配重移动块12移动产生的重心偏移相抵消，使装置整体的重心位于安全范围内。工作时重心传感器将实测实时数据传递给中央控制系统，中央控制系统计算重心偏移量，并基于重心偏移量驱动移动配重装置10，调整配重移动块12，进行调整重心位置。

作为上述实施例的优选技术防范，所述移动配重装置10可采用丝杠机构，所述配重移动块12设置于丝杠上，通过电机驱动丝杠转动实现配重移动块12在丝杠上的位移，调整配重移动块12的位置。

作为上述实施例的优选技术方案，所述移动配重装置10中配重移动块12并不局限于仅在X轴与Y轴方向设置两组，可在X轴方向上并排设置多组、Y轴方向上并排设置多组，对重心进行精确控制。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，包括：

行走机构(1)，其用于承载人体行走，包括底盘(2)、车轮组(3)，车轮组(3)设置于底盘(2)上，所述车轮组(3)能够进行行走、转向；

多连杆工作平台，其设置于行走机构(1)的底盘(2)上，包括支腿部(4)、支座部(5)、背板部(6)；所述支腿部(4)设置于行走机构(1)的底盘(2)上，所述支座部(5)的前端与所述支腿部(4)铰接，使支座部(5)可相对于支腿部(4)翻转；所述背板部(6)与所述支座部(5)的后端铰接，实现可调整背板部(6)与支座部(5)之间的夹角；

驱动机构，其包括第一驱动机构、第二驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支座部(5)相对于所述支腿部(4)向上翻转；所述第二驱动机构用于驱动所述背板部(6)相对于所述支座部(5)进行翻转；

重心调节系统，其用于在工作人员采摘水果过程中调整行走机器人整体的重心位置，使行走机器人的重心处于安全范围内；

中央控制系统，其用于分别对行走机构(1)、驱动机构、重心调节系统进行中央调控。

2.根据权利要求1所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一升降气缸(7)，第一驱动机构的第一升降气缸(7)的下端与行走机构(1)的底盘(2)铰接，第一升降气缸(7)的上端与支座部(5)的下端面铰接；所述第二驱动机构包括第二升降气缸(8)，第二升降气缸(8)的下端与行走机构(1)的底盘(2)铰接，第二驱动机构的升降气缸的上端与背板部(6)部的后端面的上部铰接。

3.根据权利要求1所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，还包括回转平台(9)，所述回转平台(9)设置于所述行走机构(1)的底盘(2)上，所述多连杆工作平台以及第一驱动机构、第二驱动机构均设置于回转平台(9)上，回转平台(9)旋转通过中央控制系统控制能够带动多连杆工作平台、第一驱动机构以及第二驱动机构进行水平旋转。

4.根据权利要求3所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述重心调节系统包括重心传感器、移动配重装置(10)，所述行走机构(1)上的车轮组(3)设有四个车轮，所述重心传感器设置于行走机构(1)的车轮与底盘(2)连接处，中央控制系统对重心传感器监测处的载荷收集，通过计算出行走机器人实际重心位置，并传递信号至配重装置；所述移动配重装置(10)能够对行走机器人实际中心位置调整配重，将行走机器人的重心控制在安全范围内。

5.根据权利要求4所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述移动配重装置(10)包括配重管路(11)、配重移动块(12)、配重块驱动机构，所述配重管路(11)设有两组且两组配重管路(11)相对交叉垂直设置于所述行走机构(1)的底盘(2)下方，两组配重管路(11)内分别设有一配重移动块(12)，所述配重块驱动机构能够驱动配重移动块(12)在配重管路(11)中移动。

6.根据权利要求1所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述多连杆工作平台的支腿部(4)上设有用于驱动支腿部(4)进行升降的支腿升降机构。

7.根据权利要求6所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述支腿部(4)包括支撑板(13)、升降杆(14)，所述升降杆(14)竖向设置，支撑板(13)设置于升降杆(14)的上端，所述支腿升降机构包括支腿气缸(15)，所述支腿气缸(15)竖向设置于支撑板(13)的下方，支腿气缸(15)的上端与升降板连接。

8.根据权利要求3所述的一种基于重心自调节的农业采摘助力机器人，其特征在于，所述回转平台(9)包括驱动电机(16)、齿盘(18)、转轴，所述齿盘(18)通过轴承结构设置于行走机构(1)的底盘(2)上，所述驱动电机(16)设置于行走机构(1)的底盘(2)上且行走电机的转轴上套设有主动齿轮(17)，所述主动齿轮(17)与所述齿盘(18)相啮合。