CN207522601U - 基于无人机的枝叶采集机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无人机的枝叶采集机械臂，整个机械臂通过搭载平台安装在无人机上，因此可以通过无人机实现高大树木的树梢枝叶采集的需求。第一配重块与可移动地第二配重块构成了可调节整个机械臂重心的结构，移动第二配重块时，可调节整个机械臂的重心，让其重心基本在无人机的正下方，减轻无人机自身姿态平衡的控制复杂程度。第一动力源驱动凸轮转动，凸轮转动时，使主动杆带动从动杆动作，从而带动第二爪部通过铰接杆相对于第一爪部转动、带动第二刀片通过铰接杆相对于第一刀片转动，第一爪部与第二爪部用于夹紧枝梢，第一刀片与第二刀片用于剪切枝叶。

Description

基于无人机的枝叶采集机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，特别是涉及一种基于无人机的枝叶采集机械臂。

背景技术

近年来随着低碳经济的发展，我国的林业发展逐步扩大，造林面积逐渐增大，为我国的生态环境建设做出了显著的贡献，推动了我国经济的不断发展。然而林业病虫害给我国林业的发展带来了严重的影响，阻碍了我国林业资源的开发和利用，破坏了我国的生态环境，大大降低了林业的生态效益和经济效益。

林业病虫害防治技术的发展对于林业生产具有十分重要的作用，因此越来越受到重视。在林业病虫害防治或者科学研究时，需要采集树梢的枝叶。目前，通常采用高枝剪来进行采集，然而高枝剪无法满足高大树木的树梢枝叶采集的需求。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以满足高大树木的树梢枝叶采集的需求的基于无人机的枝叶采集机械臂。

一种基于无人机的枝叶采集机械臂，包括：

搭载平台，用于安装在无人机上；

第一配重块，固定于所述搭载平台上；

第二配重块，可移动地设置于所述搭载平台上，所述第二配重块用于调节重心；

采摘臂，一端设置于所述搭载平台上；及

机械手，设置于所述采摘臂的另一端，所述机械手包括第一动力源、凸轮、主动杆、固定架、从动杆、固定杆、手爪及剪刀，所述第一动力源设置于所述采摘臂上，所述第一动力源用于驱动所述凸轮转动，所述主动杆的一端与所述凸轮的周缘相抵靠，所述主动杆的另一端穿设于所述固定架上，所述主动杆的另一端与所述从动杆的一端铰接，所述固定杆的一端固定于所述固定架上，且所述固定杆与所述主动杆间隔设置，所述手爪包括第一爪部、铰接杆及第二爪部，所述第一爪部固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二爪部通过所述铰接杆相对于所述第一爪部可转动，所述剪刀包括第一刀片及第二刀片，所述第一刀片固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二刀片通过所述铰接杆相对于所述第二刀片可转动，所述第二爪部与所述第二刀片铰接于所述从动杆的另一端。

在其中一个实施例中，所述搭载平台上设置有固定柱，所述搭载平台通过所述固定柱安装于无人机上。

在其中一个实施例中，所述固定柱的数量为四个，所述搭载平台大致为方形板，四个所述固定柱分布于所述搭载平台的四个角落。

在其中一个实施例中，还包括第二动力源、横向导轨、第三动力源及纵向导轨，所述第二配重块设置于所述纵向导轨上，所述第三动力源用于驱动所述第二配重块沿所述纵向导轨移动，所述纵向导轨设置于所述横向导轨上，所述第二动力源用于驱动所述纵向导轨沿所述横向导轨移动。

在其中一个实施例中，所述采摘臂包括多个可相对转动或摆动的关节。

在其中一个实施例中，所述采摘臂包括第一关节、第一减速电机、第二关节、第二减速电机、第三关节、第三减速电机、第四关节、第四减速电机及第五关节，所述第一关节的一端固定于所述搭载平台上，所述第一减速电机用于控制所述第二关节相对于所述第一关节转动，所述第二减速电机用于控制所述第三关节相对于所述第二关节转动，所述第三减速电机用于控制所述第四关节相对于所述第三关节转动，所述第四减速电机用于控制所述第五关节相对于所述第四关节摆动，所述机械手设置于所述第五关节上。

在其中一个实施例中，所述第一刀片直接固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二刀片通过转轴直接铰接于所述从动杆的另一端，所述第一爪部通过第一固定轴固定于所述第一刀片上以间接固定于所述固定杆的另一端，所述第二爪部通过转轴直接铰接于所述从动杆的另一端。

在其中一个实施例中，所述第二爪部与所述第二刀片通过第二固定轴相连接。

在其中一个实施例中，所述第一动力源为步进电机。

在其中一个实施例中，所述第一爪部与第二爪部上用于与枝梢相接触的表面固定有可变形材料层。

上述基于无人机的枝叶采集机械臂至少具有以下优点：

整个机械臂通过搭载平台安装在无人机上，因此可以通过无人机实现高大树木的树梢枝叶采集的需求。第一配重块与可移动地第二配重块构成了可调节整个机械臂重心的结构，移动第二配重块时，可调节整个机械臂的重心，让其重心基本在无人机的正下方，减轻无人机自身姿态平衡的控制复杂程度。第一动力源驱动凸轮转动，凸轮转动时，使主动杆带动从动杆动作，从而带动第二爪部通过铰接杆相对于第一爪部转动、带动第二刀片通过铰接杆相对于第一刀片转动，第一爪部与第二爪部用于夹紧枝梢，第一刀片与第二刀片用于剪切枝叶。

附图说明

图1为一实施方式中的基于无人机的枝叶采集机械臂的结构示意图；

图2为图1中机械手的结构示意图；

图3为图2所示机械手的另一视角的结构示意图；

图4为图1中机械手的另一状态时的结构示意图；

图5为图1所示机械手的另一视角的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，一实施方式中的基于无人机的枝叶采集机械臂10，用于安装在无人机上，实现满足高大树木的树梢枝叶采集的需求的目的。具体地，基于无人机的枝叶采集机械臂10包括搭载平台100、第一配重块200、第二配重块300、采摘臂400及机械手500。

搭载平台100用于安装在无人机上。具体地，搭载平台100可以为空心结构，以减轻搭载平台100的重量。搭载平台100上设置有固定柱110，搭载平台100通过固定柱110安装于无人机上。例如，搭载平台100大致为方形板，固定柱110的数量为四个，四个固定柱110分别分布于搭载平台100的四个角落上，有利于搭载平台100的重心均匀分布。

第一配重块200固定于搭载平台100上。第一配重块200可以采用高密度块状金属制成，直接粘接到搭载平台100上。第二配重块300可移动地设置于搭载平台100上，第二配重块300用于调节重心，例如可以通过适当调节第二配重块300的位置，使枝叶采集机械臂10整机的中心位于无人机的正下方。

具体到本实施方式中，基于无人机的枝叶采集机械臂10还包括第二动力源、横向导轨610、第三动力源及纵向导轨620，第二配重块300设置于纵向导轨620上，第三动力源用于驱动第二配重块300沿纵向导轨620移动。纵向导轨620设置于横向导轨610上，第二动力源用于驱动纵向导轨620沿横向导轨610移动。第二动力源与第三动力源可以为步进电机，通过单片机控制步进电机，从而控制第二配重块300进行横向和/或纵向方向上的移动，达到调节重心的目的。

这里所指的纵向和横向可以是相对于方形的搭载平台100来说，即，纵向导轨620沿搭载平台100的纵向延伸，横向导轨610沿搭载平台100的横向延伸。因此，第二配重块300可相对于搭载平台100横向和/或纵向移动，以实现整个机械臂重心的调节，让其重心基本在无人机的正下方，减轻无人机自身姿态平衡的控制复杂度。

采摘臂400的一端设置于搭载平台100上，机械手500设置于采摘臂400的另一端。具体地，采摘臂400包括多个可相对转动或摆动的关节，从而达到进行高空采集树梢枝叶工作时姿态调节的目的。

具体到本实施方式中，采摘臂400包括第一关节410、第一减速电机420、第二关节430、第二减速电机440、第三关节450、第三减速电机460、第四关节470、第四减速电机480及第五关节490。第一关节410的一端固定于搭载平台100上，第一减速电机420用于控制第二关节430相对于第一关节410转动。第二减速电机440用于控制第三关节450相对于第二关节430转动，第三减速电机460用于控制第四关节470相对于第三关节450转动，第四减速电机480用于控制第五关节490相对于第四关节470摆动，机械手500设置于第五关节490上。因此，采摘臂400可以实现多个自由度的调节，以达到进行高空采集树梢枝叶工作时的姿态调节的目的。

请一并参阅图2及图3，机械手500包括第一动力源510、凸轮520、主动杆530、固定架540、从动杆550、固定杆560、手爪570及剪刀580。第一动力源510设置于采摘臂400上，具体地，第一动力源510设置于第五关节490上，第一动力源510用于驱动凸轮520转动。第一动力源510可以为步进电机，通过单片控制机控制步进电机，从而使凸轮520转动。

主动杆530的一端与凸轮520的周缘相抵靠。因此当凸轮520在第一动力源510的驱动下转动时，主动杆530在凸轮520的周缘的作用力下，实现来回往复移动。主动杆530的另一端穿设于固定架540上，主动杆530的另一端与从动杆550的一端铰接，因此，主动杆530来回往复移动时，从动杆550相对于主动杆530转动。

固定杆560的一端固定于固定架540上，且固定杆560与主动杆530间隔设置。例如，固定杆560可以与固定架540一体成型。手爪570包括第一爪部571、铰接杆573及第二爪部572，第一爪部571固定安装于固定杆560的另一端，第二爪部572通过铰接杆573相对于第一爪部571可转动。剪刀580包括第一刀片581及第二刀片582，第一刀片581固定安装于固定杆560的另一端，第二刀片582通过铰接杆573相对于第二刀片582可转动。因此，第二爪部572相对于第一爪部571转动的动作与第二刀片582相对于第一刀片581转动的动作是同时进行的。

第二爪部572与第二刀片582铰接于从动杆550的另一端，因此，当从动杆550在主动杆530的带动下转动时，可带动第二爪部572相对于第一爪部571转动、带动第二刀片582相对于第一刀片581转动，例如，从图2及图3所示的状态，转动后达到图4及图5的状态。

具体到本实施方式中，第一刀片581直接固定安装于固定杆560的另一端，第二刀片582通过转轴583直接铰接于从动杆550的另一端。第一爪部571通过第一固定轴575固定于第一刀片581上以间接固定于固定杆560的另一端，第二爪部572通过转轴583直接铰接于从动杆550的另一端，第二爪部572与第二刀片582通过第二固定轴576相连接，以进一步保证第二爪部572与第二刀片582同时在从动杆550的带动下转动，以实现夹持枝梢和剪切枝叶的目的。

具体到本实施方式中，第一爪部571与第二爪部572上用于与枝梢相接触的表面固定有可变形材料层574。例如，可变形材料层574为类海绵材料等。第一爪部571与第二爪部572夹紧时，可变形材料层574先与枝梢相接触，在第一爪部571与第二爪部572继续夹紧的过程中，可变形材料层574在可允许的范围内发生形变，夹紧枝梢。

上述基于无人机的枝叶采集机械臂10的具体工作原理如下：

整个机械臂通过搭载平台100安装在无人机上，因此可以通过无人机实现高大树木的树梢枝叶采集的需求。第一配重块200与可移动地第二配重块300构成了可调节整个机械臂重心的结构，单片控制机控制第二动力源和/或第三动力源，进而控制第二配重块300沿横向和/或纵向移动，可调节枝叶采集机械臂10整机的重心，让其重心基本在无人机的正下方，减轻无人机自身姿态平衡的控制复杂程度。

然后通过各减速电机控制相应的各关节转动或摆动，实现多个自由度的调节，达到进行高空采集树梢枝叶工作时姿态调节的目的。采摘臂400完成姿态调整后，第一动力源510驱动凸轮520转动，凸轮520转动使主动杆530实现来回往复移动，进而带动从动杆550相对于主动杆530转动，带动第二刀片582和第二爪部572分别相对于第一刀片581和第一爪部571转动，进而实现夹紧枝梢和剪切枝叶的目的。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，包括：

搭载平台，用于安装在无人机上；

第一配重块，固定于所述搭载平台上；

第二配重块，可移动地设置于所述搭载平台上，所述第二配重块用于调节重心；

采摘臂，一端设置于所述搭载平台上；及

机械手，设置于所述采摘臂的另一端，所述机械手包括第一动力源、凸轮、主动杆、固定架、从动杆、固定杆、手爪及剪刀，所述第一动力源设置于所述采摘臂上，所述第一动力源用于驱动所述凸轮转动，所述主动杆的一端与所述凸轮的周缘相抵靠，所述主动杆的另一端穿设于所述固定架上，所述主动杆的另一端与所述从动杆的一端铰接，所述固定杆的一端固定于所述固定架上，且所述固定杆与所述主动杆间隔设置，所述手爪包括第一爪部、铰接杆及第二爪部，所述第一爪部固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二爪部通过所述铰接杆相对于所述第一爪部可转动，所述剪刀包括第一刀片及第二刀片，所述第一刀片固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二刀片通过所述铰接杆相对于所述第二刀片可转动，所述第二爪部与所述第二刀片铰接于所述从动杆的另一端。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述搭载平台上设置有固定柱，所述搭载平台通过所述固定柱安装于无人机上。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述固定柱的数量为四个，所述搭载平台大致为方形板，四个所述固定柱分布于所述搭载平台的四个角落。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，还包括第二动力源、横向导轨、第三动力源及纵向导轨，所述第二配重块设置于所述纵向导轨上，所述第三动力源用于驱动所述第二配重块沿所述纵向导轨移动，所述纵向导轨设置于所述横向导轨上，所述第二动力源用于驱动所述纵向导轨沿所述横向导轨移动。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述采摘臂包括多个可相对转动或摆动的关节。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述采摘臂包括第一关节、第一减速电机、第二关节、第二减速电机、第三关节、第三减速电机、第四关节、第四减速电机及第五关节，所述第一关节的一端固定于所述搭载平台上，所述第一减速电机用于控制所述第二关节相对于所述第一关节转动，所述第二减速电机用于控制所述第三关节相对于所述第二关节转动，所述第三减速电机用于控制所述第四关节相对于所述第三关节转动，所述第四减速电机用于控制所述第五关节相对于所述第四关节摆动，所述机械手设置于所述第五关节上。

7.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述第一刀片直接固定安装于所述固定杆的另一端，所述第二刀片通过转轴直接铰接于所述从动杆的另一端，所述第一爪部通过第一固定轴固定于所述第一刀片上以间接固定于所述固定杆的另一端，所述第二爪部通过转轴直接铰接于所述从动杆的另一端。

8.根据权利要求7所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述第二爪部与所述第二刀片通过第二固定轴相连接。

9.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述第一动力源为步进电机。

10.根据权利要求1所述的基于无人机的枝叶采集机械臂，其特征在于，所述第一爪部与第二爪部上用于与枝梢相接触的表面固定有可变形材料层。