CN208807093U - 一种陡坡智能割草机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种陡坡智能割草机器人，包括安装有动力装置、行走轮和割草装置的底盘，所述底盘上还安装有卷扬装置，所述卷扬装置的绳索连接有机械抓手。本实用新型避免了陡坡除草存在的安全性问题，实现了在陡坡上稳定工作，而且除草覆盖面大；利用机械抓手抓住固定柱并通过绳索拉住机器人的方式，使机器人能够稳定在陡坡上工作而不发生倾翻；90°活页的设置使得滚刀可以自由越过土丘和一般障碍物，在行进过程中机器人能实现自动避障功能。

Description

一种陡坡智能割草机器人

技术领域

本实用新型涉及机器除草领域，尤其涉及到陡坡山的除草，具体为一种陡坡智能割草机器人。

背景技术

由于地势的原因，在高速路的两侧经常会有斜坡，为了避免塌方，保证行车安全，通常将坡面进行加固处理，但是坡面上会长出杂草，不仅影响美观，而且会对加固基础产生影响，需要进行定期除草。由于坡度较大，现有的割草设备容易出现滚落，加之陡坡上存在一些障碍物和排水沟渠，使得普通割草机无法完成正常割草工作，目前主要采用人工除草，不仅劳动强度大、效率低，而且存在安全隐患。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种陡坡智能割草机器人，提高了割草效率，而且可以在陡坡上稳定工作，避免了倾翻和滑落。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种陡坡智能割草机器人，包括安装有动力装置、行走轮和割草装置的底盘，所述底盘上还安装有卷扬装置，所述卷扬装置的绳索连接有机械抓手。

本方案在使用时，通过机械抓手抓住陡坡上的固定柱，利用卷扬装置的绳索对设备整体起到防坠和防倾翻的作用，并且在割草的过程中，卷扬装置可以根据机器人的移动进行绳索的收放，使绳索始终处于张紧状态。

作为优化，所述机械抓手包括与所述绳索连接的套筒，以及开口相对设置的左半挂钩和右半挂钩，所述左半挂钩与套筒固接，右半挂钩通过销轴与套筒轴接，所述底盘上安装有通过连杆机构推动所述右半挂钩绕所述销轴转动的推力装置。本优化方案通过推动装置推动右半挂钩绕所述销轴转动，从而使右半挂钩和左半挂钩围成闭合固定环，通过闭合固定环抓紧固定柱，不容易滑脱，从而保证了避免机器人倾覆的可靠性。

作为优化，所述连杆机构包括穿设在所述套筒内且外表面设有若干锁紧槽的锁紧齿条，以及与所述锁紧齿条铰接的拐臂，所述拐臂与右半挂钩铰接，所述套筒上通过转轴轴接有锁紧栓，所述锁紧栓朝向右半挂钩的一端顶至所述锁紧槽内，且锁紧栓顶至锁紧槽内的一端与转轴之间的距离大于锁紧槽槽底与转轴之间的距离；所述套筒上开设有供所述锁紧栓和拐臂转动时通过的开口。本优化方案的连杆机构结构简单，制作成本低，由于锁紧栓顶至锁紧槽内的一端与转轴之间的距离大于锁紧槽槽底与转轴之间的距离，因此锁紧齿条无法回移，从而阻止了右半挂钩张开，实现了机械抓手的放松锁紧，进步保证了对固定柱抓握的可靠性。

作为优化，所述推力装置为电动缸，所述电动缸的推杆包括內杆和外套杆，所述內杆推动锁紧齿条移动，外套杆推动锁紧栓转动。本优化方案采用电动缸作为推力装置，利用嵌套的內杆和外套杆分别推动锁紧齿条和锁紧栓，提高了自动化水平，简化了结构，减小了占用空间。

作为优化，所述锁紧槽包括沿套筒径向延伸的立面，以及自槽底斜向延伸的斜面，所述立面位于靠近右半挂钩的一侧，所述立面和斜面的夹角为60°~75°。本优化方案通过立面对锁紧栓进行阻挡，避免锁紧栓从锁紧槽脱离，通过设置斜面，减小对锁紧栓的阻力，并引导锁紧栓顶至锁紧槽内，夹角的设置，既保证了立面对锁紧栓的有效阻挡，又保证了斜面对锁紧栓引导的足够距离。

作为优化，所述套筒内滑接有套设于所述锁紧齿条外的按压套，所述按压套上开设供所述锁紧栓转动时通过的开口，按压套伸出套筒的一端设有可与推力装置和锁紧栓接触的按压凸台，所述按压凸台与套筒之间的按压套上套设有弹性套。本优化方案通过沿轴向移动按压套，使按压凸台触碰锁紧栓使其转动，方便安装推力装置，同时利用弹性套将按压套进行回位，使操作更加简单，套筒对按压套的移动起到导向作用，按压套对锁紧齿条的轴向移动起到导向作用。

作为优化，所述锁紧栓上连接有锁紧弹簧，所述锁紧弹簧的另一端向右半挂钩所在侧延伸并与套筒连接；所述右半挂钩与套筒之间还通过复位弹簧连接。本优化方案通过锁紧弹簧拉动锁紧栓转动，使锁紧栓始终与锁紧齿条贴紧，在锁紧齿条回移时能及时顶至锁紧槽内，进一步保证了锁紧的可靠性；在消除锁紧栓的锁紧后，通过复位弹簧的作用使右半挂钩转动，实现自动张开。

作为优化，所述割草装置包括固定叶片与所述底盘固接的90°活页，所述90°活页的活动叶片通过连接架固接有位于远离固定叶片所在侧的保护壳，所述保护壳内安装有由驱动装置带动旋转的滚刀。本优化方案的滚刀在作业时，由于其自重作用，使90°活页的固定叶片和活动叶片夹角处于相互垂直状态，如果遇到凸起时，由于活动叶片可绕固定叶片向两者小于90°夹角的方向转动，因此滚刀可顺着凸起向上抬起，使设备可顺利通过，避免了与凸起硬碰硬的接触，延长了滚刀的使用寿命；保护壳的设置，不仅避免了飞溅的草对操作者的伤害，而且方便驱动装置和滚刀的安装

本实用新型的有益效果为：避免了陡坡除草存在的安全性问题，实现了在陡坡上稳定工作，而且除草覆盖面大；利用机械抓手抓住固定柱并通过绳索拉住机器人的方式，使机器人能够稳定在陡坡上工作而不发生倾翻；90°活页的设置使得滚刀可以自由越过土丘和一般障碍物。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为割草装置仰视图；

图3为机械抓手结构示意图；

图4为机械手剖视结构图；

图中所示：

1、底盘，2、卷扬装置，2.1、绳索，3、推力装置，4、割草装置，4.1、90°活页，4.2、连接架，4.3、保护壳，4.4、触碰杆，4.5、压力传感器Ⅰ，4.6、滚刀轮，4.7、滚刀，5、机械抓手，5.1、左半挂钩，5.2、套筒，5.3、锁紧齿条，5.4、按压套，5.5、弹性套，5.6、按压凸台，5.7、锁紧栓，5.8、转轴，5.9、锁紧弹簧，5.10、复位弹簧，5.11、拐臂，5.12、右半挂钩，5.13、销轴，5.14、拉板，6、行走轮，7、固定座。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种陡坡智能割草机器人，包括安装有动力装置、行走轮6和割草装置4的底盘1，所述底盘1上还安装有卷扬装置2，所述卷扬装置2的绳索2.1连接有机械抓手5。

机械抓手5包括与所述绳索2.1连接的套筒5.2，以及开口相对设置的左半挂钩5.1和右半挂钩5.12，所述左半挂钩5.1与套筒5.2固接，右半挂钩5.12通过销轴5.13与套筒5.2轴接，所述底盘1上安装有通过连杆机构推动所述右半挂钩5.12绕所述销轴5.13转动的推力装置3。为了方便通过绳索的张紧实现对机械抓手的固定，在套筒上固设拉板5.14，绳索与拉板连接，并在底盘上固设固定座7，固定座7上设置立板，立板上开设供绳索通过的通孔，绳索张紧时，拉板紧贴在立板侧面，保证了机械抓手的稳定性。

连杆机构包括穿设在所述套筒5.2内且外表面设有若干锁紧槽的锁紧齿条5.3，以及与所述锁紧齿条5.3铰接的拐臂5.11，所述拐臂5.11与右半挂钩5.12铰接，拐臂上设有向外拱起的圆弧。

套筒5.2上通过转轴5.8轴接有锁紧栓5.7，所述锁紧栓5.7朝向右半挂钩的一端顶至所述锁紧槽内，且锁紧栓顶至锁紧槽内的一端与转轴之间的距离大于锁紧槽槽底与转轴之间的距离，所述套筒上开设有供所述锁紧栓5.7和拐臂5.11转动时通过的开口。

各锁紧槽沿锁紧齿条的长度方向分布，每个锁紧槽包括沿套筒径向延伸的立面，以及自槽底斜向延伸的斜面，所述立面位于靠近右半挂钩的一侧，所述立面和斜面的夹角为60°。

套筒内滑接有套设于所述锁紧齿条外的按压套5.4，所述按压套5.4上开设供所述锁紧栓转动时通过的开口，按压套伸出套筒的一端设有可与推力装置和锁紧栓接触的按压凸台5.6，所述按压凸台与套筒之间的按压套上套设有弹性套5.5。锁紧栓5.7上连接有锁紧弹簧5.9，所述锁紧弹簧5.9的另一端向右半挂钩5.12所在侧延伸并与套筒5.2连接；所述右半挂钩与套筒之间还通过复位弹簧5.10连接。

为了简化结构，本实施例的推力装置3为电动缸，电动缸的推杆包括內杆和外套杆，所述內杆推动锁紧齿条5.3移动，外套杆推动锁紧栓5.7转动，固定座7的立板上开设有供內杆和外套杆通过的导向孔，拉板上固设有供內杆和外套杆通过的导向套。

使用时，电动缸的內杆伸出，推动锁紧齿条移动，进而推动右半挂钩5.12绕销轴5.13转动至与左半挂钩闭合，內杆缩回，此时复位弹簧被拉伸，在锁紧弹簧的拉动下，锁紧栓顶至锁紧槽内，虽然复位弹簧的弹力对右半挂钩具有拉动作用，使右半挂钩具有张开的趋势，但是由于锁紧栓的作用，阻止了锁紧齿条回移，因此实现了锁紧。需要将右半挂钩张开时，将电动缸的外套杆伸出，使其推动按压套移动，按压套推动锁紧栓转动，从而使锁紧栓与锁紧槽脱离，右半挂钩在复位弹簧的作用下张开，外套杆缩回后，锁紧栓在锁紧弹簧的作用下重新与锁紧齿条贴紧，或顶至锁紧槽内。

割草装置4包括固定叶片与所述底盘1固接的90°活页4.1，所述90°活页4.1的活动叶片通过连接架4.2固接有位于远离固定叶片所在侧的保护壳4.3，所述保护壳4.3内安装有由驱动装置带动旋转的滚刀4.7。90°活页的固定叶片和活动叶片的最大夹角为90°。本部分的驱动装置为电机，电机的电源设置在底盘上，电机通过链条传动带动滚刀轴转动，滚刀轴通过轴承安装在保护壳内，滚刀安装在滚刀轴上。

保护壳的两端通过转轴分别安装有滚刀轮4.6，滚刀轮4.6与滚刀4.7的旋转方向一致，都为顺时针，或者都为逆时针，所述滚刀轮4.6的轮底低于滚刀的底面，且滚刀的底面与滚刀轮轮底之间高度方向的垂直距离为10cm。

本割草机器人还设有中央处理器，以及与中央处理器电连接的避障模块和GPS定位模块，中央处理器用于运行控制的芯片是STM32芯片，用于GPS定位模块计算的是rk3288芯片，保证了控制的稳定和运行速度。机器人与操作人员之间的连接通信采用WIFI模块，抗干扰能力强，有效连接范围广。

机器人工作时的定位模块采用GPS定位，用于定位机器人位置，同时建立有map数据库，用于记录固定障碍物位置信息，使得机器人下次在本区域工作时可直接调取map数据库信息，准确避开障碍物，GPS定位保证了机器人轨迹精确至2cm。

避障模块包括通过压力传感器Ⅰ4.5固接于保护壳前端的触碰杆4.4，以及设置在90°活页4.1下方的压力传感器Ⅱ。当机器人遇到大障碍物时，碰触杆4.4碰到障碍物，压力传感器Ⅰ4.5会向中央处理器发送信号，中央处理器报警并控制机器人急停；当机器人遇到深沟时，滚刀没有地面支撑会处于架空状态，此时位于活页下方的压力传感器Ⅱ会感受到滚刀自身重力所产生的压力，并将信号传入中央处理器，中央处理器控制机器人急停，从而有效保证了机器人在运行过程中避开障碍物，避免发生撞毁机器或进程终止的情况，同时在遇到深沟时避免了机器人掉入深沟。

底盘上还安装有与中央处理器电连接的陀螺仪，当机器人偏离运行路径时，陀螺仪及时将偏移数据反馈给中央处理器，中央处理器发出修正信号使机器人调整运行姿态，使机器人在行驶过程中保持平衡，并且不偏离设定轨迹，达到稳定完成割草作业的目的。

底盘的侧面还安装有可视红外温度传感器，当检测到工作区有人存在时，可视红外温度传感器向中央处理器发送信号，中央处理器控制机器人急停或发出警报，避免伤及到人。

本实用新型陡坡智能割草机器人的使用方法，包括如下步骤：

1、通过遥控器控制机器人移动至靠近固定物，电动缸推动锁紧齿条移动，使机械抓手抓住固定物，机器人向工作区域移动，同时卷扬装置转动，随机器人的移动放长绳索。

2、机器人移动至工作区域后，进行割草作业，在割草作业时，卷扬装置根据机器人的移动收放绳索。

当机器人遇到大障碍物时，碰触杆碰到障碍物，此处的压力传感器会向中央处理器发送信号，中央处理器报警并控制机器人急停；当机器人遇到深沟时，滚刀没有地面支撑会处于架空状态，此时位于活页下方的压力传感器会感受到滚刀自身重力所产生的压力，并将信号传入中央处理器，使机器人急停；当机器人遇到土丘时，活页会顺应地形向里活动，滚刀轮顺应地形滚动，使滚刀能够被动向上抬起越过土丘。

当机器人偏离运行路径时，陀螺仪及时将偏移数据反馈给中央处理器，中央处理器发出修正信号，使机器人调整运行姿态，保证了机器人在行驶过程中保持平衡并且不偏离设定轨迹，稳定完成割草作业。

割草作业时，机器人的移动路径为：从出发点横向移动至第一拐点，再向下行驶至工作区域的底部，然后转向90°，向出发点所在侧横向移动至出发点正下方，再调转方向，沿斜向路径移动至第一拐点正下方，再调转方向，沿斜向路径移动至出发点正下方，如此重复，直至回到出发点，相邻的斜向路径之间的角度为16°。

3、割草完成后，机器人向固定物移动，卷扬装置随机器人的移动收回绳索，至机械抓手在绳索拉紧下紧贴底盘时，机械抓手张开。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种陡坡智能割草机器人，包括安装有动力装置、行走轮（6）和割草装置（4）的底盘（1），其特征在于：所述底盘（1）上还安装有卷扬装置（2），所述卷扬装置（2）的绳索（2.1）连接有机械抓手（5）。

2.根据权利要求1所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述机械抓手（5）包括与所述绳索（2.1）连接的套筒（5.2），以及开口相对设置的左半挂钩（5.1）和右半挂钩（5.12），所述左半挂钩（5.1）与套筒（5.2）固接，右半挂钩（5.12）通过销轴（5.13）与套筒（5.2）轴接，所述底盘（1）上安装有通过连杆机构推动所述右半挂钩（5.12）绕所述销轴（5.13）转动的推力装置（3）。

3.根据权利要求2所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述连杆机构包括穿设在所述套筒（5.2）内且外表面设有若干锁紧槽的锁紧齿条（5.3），以及与所述锁紧齿条（5.3）铰接的拐臂（5.11），所述拐臂（5.11）与右半挂钩（5.12）铰接，所述套筒（5.2）上通过转轴（5.8）轴接有锁紧栓（5.7），所述锁紧栓（5.7）朝向右半挂钩的一端顶至所述锁紧槽内，且锁紧栓顶至锁紧槽内的一端与转轴之间的距离大于锁紧槽槽底与转轴之间的距离；所述套筒上开设有供所述锁紧栓（5.7）和拐臂（5.11）转动时通过的开口。

4.根据权利要求3所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述推力装置（3）为电动缸，所述电动缸的推杆包括内杆和外套杆，所述内杆推动锁紧齿条（5.3）移动，外套杆推动锁紧栓（5.7）转动。

5.根据权利要求3所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述锁紧槽包括沿套筒径向延伸的立面，以及自槽底斜向延伸的斜面，所述立面位于靠近右半挂钩的一侧，所述立面和斜面的夹角为60°~75°。

6.根据权利要求3所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述套筒内滑接有套设于所述锁紧齿条外的按压套（5.4），所述按压套（5.4）上开设供所述锁紧栓转动时通过的开口，按压套伸出套筒的一端设有可与推力装置和锁紧栓接触的按压凸台（5.6），所述按压凸台与套筒之间的按压套上套设有弹性套（5.5）。

7.根据权利要求6所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述锁紧栓（5.7）上连接有锁紧弹簧（5.9），所述锁紧弹簧（5.9）的另一端向右半挂钩（5.12）所在侧延伸并与套筒（5.2）连接；所述右半挂钩与套筒之间还通过复位弹簧（5.10）连接。

8.根据权利要求1所述的一种陡坡智能割草机器人，其特征在于：所述割草装置（4）包括固定叶片与所述底盘（1）固接的90°活页（4.1），所述90°活页（4.1）的活动叶片通过连接架（4.2）固接有位于远离固定叶片所在侧的保护壳（4.3），所述保护壳（4.3）内安装有由驱动装置带动旋转的滚刀（4.7）。