CN210100020U - 履带式采茶机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种履带式采茶机器人，包括履带底盘、框架、末端执行器、收集箱、主吸管、线性模组、三维测量装置以及离心风机；框架通过螺纹固定连接在履带底盘上；收集箱安装于框架的一侧；线性模组由两个X轴线性模组、一个Y轴线性模组和一个Z轴线性模组组成；离心风机设于收集箱与主吸管之间，主吸管一端安装在末端执行器上，另一端与离心风机的吸风口连接，离心风机的底座固定在框架上，离心风机的出风口与收集箱相通。本实用新型采用履带式行走机构，与地面接触面积大，越障能力强，移动平稳。采茶机器人对茶田分两次扫描识别，识别出茶叶并获取茶叶的三维位置，然后控制末端执行器进行采茶作业，降低人工采摘成本，提高采摘效率。

Description

履带式采茶机器人

技术领域

本实用新型属于农业机械技术领域，具体涉及一种履带式采茶机器人。

背景技术

我国是茶叶种植大国，茶叶种类繁多。目前我国的茶叶采摘方式主要分为手工采摘、单人采茶机采和双人采茶机采三种采摘方式。手工采摘手采茶方法有三种，一是掐采，对茶树损伤较大；二是提手采，这是适中标准采摘的手法；三是双手采，这是提高采茶工效的手采方法。手工采摘是目前主要的采摘方式，但劳动强度高，人力成本高，且采茶人员数量有限，在采茶季节往往会导致采摘能力不足。单人采茶机、双人采茶机的采摘成本低、采摘效率高，但机采在采摘过程中断碎多，夹杂物多。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种履带式采茶机器人。

本实用新型通过以下技术方案实现：

履带式采茶机器人，包括履带底盘、框架、末端执行器、收集箱、主吸管、线性模组、三维测量装置以及离心风机；所述框架通过螺纹固定连接在履带底盘上；所述收集箱安装于框架的一侧；所述线性模组由两个X轴线性模组、一个Y轴线性模组和一个Z轴线性模组组成，所述的两个X轴线性模组通过螺纹连接固定在框架的上表面，所述的Y轴线性模组通过螺纹固定连接在两个X轴线性模组的滑块上，使得Y轴线性模组能够沿着X轴线性模组作直线往复运动，所述的Z轴线性模组的滑块通过螺纹固定连接在Y轴线性模组的滑块上，使得Z轴线性模组能够沿着Y轴线性模组作直线往复运动并能在竖直方向内上下移动；所述三维识别装置固定在Z轴线性模组的底板上，所述末端执行器固定在Z轴线性模组的底端；所述离心风机设于收集箱与主吸管之间，所述主吸管一端安装在末端执行器上，另一端与离心风机的吸风口连接，所述离心风机的底座固定在框架上，离心风机的出风口与收集箱相通，通过所述离心风机将末端执行器采摘的茶叶经主吸管吸入所述收集箱内。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述履带底盘包括几字架、履带、驱动轮、支重轮、导向轮，直流电机、主动链轮、链条以及从动链轮；所述履带围绕驱动轮、支重轮以及导向轮设置，履带内圈设有内齿，与所述驱动轮相啮合；所述几字架固定连接于履带的上部，几字架的两侧分别设有导向轮和驱动轮，所述支重轮设于几字架下部；所述直流电机通过螺纹固定连接于靠近驱动轮一侧的几字架上，所述主动链轮通过平键与直流电机的输出轴相连接，所述从动链轮通过平键与驱动轮的齿轮轴相连接，所述链条一端与主动链轮相啮合，另一端与从动链轮相啮合。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述直流电机输出轴的端面以及驱动轮齿轮轴的端面上均设有轴端挡圈。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述末端执行器包括外圆筒、深沟球轴承、梯形丝杆、位移螺母、导向平键、底端法兰盖、连杆、抓杆、铰链支架、圆柱销以及盘头螺钉；所述深沟球轴承固定安装于外圆筒内腔的上下端部，所述梯形丝杆设于外圆筒内部中心位置，由上下两端的深沟球轴承进行固定；所述梯形丝杆的中部设有位移螺母，位移螺母与梯形丝杆相啮合，并可沿梯形丝杆上下移动，所述导向平键通过盘头螺钉安装于外圆筒的内腔中并与所述位移螺母卡接；所述底端法兰盖通过盘头螺钉与外圆筒底部固定连接，底端法兰盖顶住位于外圆筒下端的深沟球轴承；所述铰链支架设有两对，其中，一对铰链支架通过盘头螺钉左右对称安装于位移螺母的两侧，另一对铰链支架通过盘头螺钉左右对称安装于外圆筒靠近底端法兰盖的外侧壁上；所述连杆的一端通过圆柱销与位于位移螺母一侧的铰链支架连接，连杆的另一端通过圆柱销与所述抓杆连接，抓杆的另一端通过圆柱销与位于底端法兰盖一侧的铰链支架连接，所述连杆和抓杆均可以绕圆柱销的轴线发生相对旋转，所述位移螺母沿梯形丝杆上下移动时，位移螺母带动铰链支架产生位移，使所述连杆围绕圆柱销的轴线旋转，并带动抓杆围绕圆柱销的轴线旋转。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述外圆筒侧壁上对称设有移动槽，所述铰链支架设于移动槽内随所述位移螺母移动。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述末端执行器上设有动力传递机构，所述动力传递机构包括联轴器、步进电机、上L型板、下L型板以及连接板；所述连接板通过螺母和盘头螺钉与Z轴线性模组的底板固定连接；所述上L型板和下L型板通过盘头螺钉固定在连接板上，上L型板和下L型板相对设置，所述的步进电机通过螺纹固定连接于上L型板，所述末端执行器的外圆筒通过螺纹固定连接于下L型板，所述步进电机的输出轴通过联轴器与末端执行器的梯形丝杆连接，所述步进电机的输出轴旋转时，带动梯形丝杆一同旋转。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述末端执行器的一侧设有负压吸附机构，所述负压吸附机构包括吸管和吸管支架，所述吸管通过吸管支架设于外圆筒的一侧，所述吸管支架通过盘头螺钉与外圆筒侧壁固定连接，所述吸管与吸管支架之间通过过盈配合进行固定；吸管的下端口位于外圆筒的正下方，与所述外圆筒同心，吸管的上端口与主吸管固定连通。

本实用新型进一步解决的技术问题是，所述主吸管采用橡胶软管。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

本实用新型的采茶机器人采用履带式行走机构，与地面接触面积大，越障能力强，移动平稳。采茶机器人为双工位采茶机器人，对茶田分两次扫描识别，识别出茶叶并获取茶叶的三维位置，然后控制末端执行器进行采茶作业，采用蓄电池给直流电机供电，绿色环保，同时降低人工采摘成本，提高采摘效率。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为履带底盘结构示意图。

图3为末端执行器的正视剖面图。

图4为末端执行器的侧视图。

图5为动力传递机构连接示意图。

图中序号，1-履带底盘、2-框架、3-末端执行器、4-收集箱、5-主吸管、6-X轴线性模组、7-Y轴线性模组、8-三维测量装置、9-Z轴线性模组、10-离心风机、11-几字架、12-履带、13-驱动轮、14-支重轮、15-导向轮、16-直流电机、17-主动链轮、18-链条、19-从动链轮、110-轴端挡圈、111-内齿、31-外圆筒、32-深沟球轴承、33-梯形丝杆、34-位移螺母、35-导向平键、36-底端法兰盖、37-连杆、38-抓杆、39-铰链支架、310-圆柱销、311-盘头螺钉、312-移动槽、313-联轴器、314-步进电机、315-上L型板、316-下L型板、317-连接板、318-螺母、101-吸管、102-吸管支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

参见图1所示的履带式采茶机器人，包括履带底盘1、框架2、末端执行器3、收集箱4、主吸管5、线性模组、三维测量装置8以及离心风机10；所述框架2通过螺纹固定连接在履带底盘1上；所述收集箱4安装于框架2的一侧；所述线性模组由两个X轴线性模组6、一个Y轴线性模组7和一个Z轴线性模组9组成，所述的两个X轴线性模组6通过螺纹连接固定在框架2的上表面，所述的Y轴线性模组7通过螺纹固定连接在两个X轴线性模组6的滑块上，使得Y轴线性模组7能够沿着X轴线性模组6作直线往复运动，所述的Z轴线性模组9的滑块通过螺纹固定连接在Y轴线性模组7的滑块上，使得Z轴线性模组9能够沿着Y轴线性模组7作直线往复运动并能在竖直方向内上下移动；所述三维识别装置8固定在Z轴线性模组9的底板上，所述末端执行器3固定在Z轴线性模组9的底端，所述离心风机10设于收集箱4与主吸管5之间，所述主吸管5一端安装在末端执行器3上，另一端与离心风机10的吸风口连接，所述离心风机10的底座固定在框架2上，离心风机10的出风口与收集箱4相通，通过所述离心风机10将末端执行器3采摘的茶叶经主吸管5吸入所述收集箱4内。

本实施例中，参见图2，所述履带底盘1包括几字架11、履带12、驱动轮13、支重轮14、导向轮15，直流电机16、主动链轮17、链条18以及从动链轮19；所述履带12围绕驱动轮13、支重轮14以及导向轮15设置，履带11内圈设有内齿111，与所述驱动轮13相啮合；所述几字架11固定连接于履带12的上部，几字架11的两侧分别设有导向轮15和驱动轮13，所述支重轮14设于几字架11下部；所述直流电机16通过螺纹固定连接于靠近驱动轮13一侧的几字架11上，所述主动链轮17通过平键与直流电机16的输出轴相连接，所述从动链轮19通过平键与驱动轮13的齿轮轴相连接，所述链条18一端与主动链轮17相啮合，另一端与从动链轮19相啮合。当直流电机16工作时，直流电机16的输出轴带动主动链轮17旋转，主动链轮17带动链条18旋转，链条18带动从动链轮19旋转，因为从动链轮19与驱动轮13通过齿轮轴相固定，因此从动链轮19带动驱动轮13旋转，使得履带12做回转运动，从而使得采茶机器人能够向前行驶。

本实施例中，参见图2，所述直流电机16输出轴的端面以及驱动轮13齿轮轴的端面上均设有轴端挡圈110，从而防止主动链轮17以及从动链轮19出现轴向窜动的现象。

本实施例中，参见图3-4，所述末端执行器3包括外圆筒31、深沟球轴承32、梯形丝杆33、位移螺母34、导向平键35、底端法兰盖36、连杆37、抓杆38、铰链支架39、圆柱销310以及盘头螺钉311；所述深沟球轴承32固定安装于外圆筒31内腔的上下端部，所述梯形丝杆33设于外圆筒31内部中心位置，由上下两端的深沟球轴承32进行固定；所述梯形丝杆33的中部设有位移螺母34，位移螺母34与梯形丝杆33相啮合，并可沿梯形丝杆33上下移动，所述导向平键35通过盘头螺钉311安装于外圆筒31的内腔中并与所述位移螺母34卡接；所述底端法兰盖36通过盘头螺钉311与外圆筒31底部固定连接，底端法兰盖36顶住位于外圆筒31下端的深沟球轴承32；所述铰链支架39设有两对，其中，一对铰链支架39通过盘头螺钉311左右对称安装于位移螺母34的两侧，另一对铰链支架39通过盘头螺钉311左右对称安装于外圆筒31靠近底端法兰盖36的外侧壁上；所述连杆37的一端通过圆柱销310与位于位移螺母34一侧的铰链支架39连接，连杆37的另一端通过圆柱销310与所述抓杆38连接，抓杆38的另一端通过圆柱销310与位于底端法兰盖36一侧的铰链支架39连接，所述连杆37和抓杆38均可以绕圆柱销310的轴线发生相对旋转；当梯形丝杆33旋转时，所述位移螺母34沿梯形丝杆33上下移动时，位移螺母34带动铰链支架39产生位移，使所述连杆37围绕圆柱销310的轴线旋转，并带动抓杆38围绕圆柱销310的轴线旋转，从而使得端执行器3实现抓取与松开的动作，完成采茶作业。

本实施例中，所述外圆筒31侧壁上左右对称设有移动槽312，所述铰链支架39设于移动槽312内随所述位移螺母34移动。

本实施例中，参见图5，所述末端执行器3上设有动力传递机构，所述动力传递机构包括联轴器313、步进电机314、上L型板315、下L型板316以及连接板317；所述连接板317通过螺母318和盘头螺钉311与Z轴线性模组9的底板固定连接；所述上L型板315和下L型板316通过盘头螺钉311固定在连接板317上，上L型板315和下L型板316相对设置，所述的步进电机314通过螺纹固定连接于上L型板315，所述末端执行器的外圆筒31通过螺纹固定连接于下L型板316，所述步进电机314的输出轴通过联轴器313与末端执行器的梯形丝杆33连接，所述步进电机314的输出轴旋转时，带动梯形丝杆33一同旋转。

本实施例中，所述末端执行器3的一侧设有负压吸附机构，所述负压吸附机构包括吸管101和吸管支架102，所述吸管101通过吸管支架102设于外圆筒31的一侧，所述吸管支架102通过盘头螺钉311与外圆筒31侧壁固定连接，所述吸管101与吸管支架102之间通过过盈配合进行固定；吸管101的下端口位于外圆筒31的正下方，与所述外圆筒31同心，吸管101的上端口与主吸管5固定连通。当末端执行器3抓取到茶叶的茎时，Z轴线性模组9向上升起，从而将茶叶的茎拉断，然后茶叶在离心风机10的作用下被吸入位于上方的吸管101内，并通过主吸管5被运输到收集箱4内。

本实施例中，所述主吸管5采用橡胶软管。橡胶软管具有弹性，从而实现当Z轴线性模组9进行水平以及竖直方向的移动时，主吸管5有足够的运行空间，防止主吸管5的损坏。

具体工作过程：

当采茶机器人横跨于茶田上时，采茶机器人停止向前移动，茶田的宽度在1至1.3米。随后三维测量装置8工作，因为茶田的宽度在1至1.3米，三维测量装置8无法一次测量完成，因此在线性模组的控制下分两次沿着Y轴线性模组7的方向从左往右对茶田进行两次扫描拍照，识别出茶叶并获取茶叶的三维位置，即实现双工位采茶。然后，末端执行器3在线性模组的运输下移动到茶叶的所在位置，通过梯形丝杆33旋转，带动位移螺母34向下移动，使铰链支架39在移动槽312内产生位移，然后所述连杆37围绕圆柱销310的轴线旋转，并带动抓杆38围绕圆柱销310的轴线旋转，从而使得末端执行器3实现抓取茶叶的动作，然后Z轴线性模组向上升起，将茶叶的茎拉断，拉断的茶叶被吸进吸管101的通道内，通过主吸管5被运输到收集箱4内，从而完成一次采茶作业。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，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。

Claims (8)

1.履带式采茶机器人，其特征在于：包括履带底盘(1)、框架(2)、末端执行器(3)、收集箱(4)、主吸管(5)、线性模组、三维测量装置(8)以及离心风机(10)；所述框架(2)通过螺纹固定连接在履带底盘(1)上；所述收集箱(4)安装于框架(2)的一侧；所述线性模组由两个X轴线性模组(6)、一个Y轴线性模组(7)和一个Z轴线性模组(9)组成，所述的两个X轴线性模组(6)通过螺纹连接固定在框架(2)的上表面，所述的Y轴线性模组(7)通过螺纹固定连接在两个X轴线性模组(6)的滑块上，使得Y轴线性模组(7)能够沿着X轴线性模组(6)作直线往复运动，所述的Z轴线性模组(9)的滑块通过螺纹固定连接在Y轴线性模组(7)的滑块上，使得Z轴线性模组(9)能够沿着Y轴线性模组(7)作直线往复运动并能在竖直方向内上下移动；所述三维测量装置(8)固定在Z轴线性模组(9)的底板上，所述末端执行器(3)固定在Z轴线性模组(9)的底端，所述离心风机(10)设于收集箱(4)与主吸管(5)之间，所述主吸管(5)一端安装在末端执行器(3)上，另一端与离心风机(10)的吸风口连接，所述离心风机(10)的底座固定在框架(2)上，离心风机(10)的出风口与收集箱(4)相通，通过所述离心风机(10)将末端执行器(3)采摘的茶叶经主吸管(5)吸入所述收集箱(4)内。

2.根据权利要求1所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述履带底盘(1)包括几字架(11)、履带(12)、驱动轮(13)、支重轮(14)、导向轮(15)，直流电机(16)、主动链轮(17)、链条(18)以及从动链轮(19)；所述履带(12)围绕驱动轮(13)、支重轮(14)以及导向轮(15)设置，履带(12)内圈设有内齿(111)，与所述驱动轮(13)相啮合；所述几字架(11)固定连接于履带(12)的上部，几字架(11)的两侧分别设有导向轮(15)和驱动轮(13)，所述支重轮(14)设于几字架(11)下部；所述直流电机(16)通过螺纹固定连接于靠近驱动轮(13)一侧的几字架(11)上，所述主动链轮(17)通过平键与直流电机(16)的输出轴相连接，所述从动链轮(19)通过平键与驱动轮(13)的齿轮轴相连接，所述链条(18)一端与主动链轮(17)相啮合，另一端与从动链轮(19)相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述直流电机(16)输出轴的端面以及驱动轮(13)齿轮轴的端面上均设有轴端挡圈(110)。

4.根据权利要求1所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述末端执行器(3)包括外圆筒(31)、深沟球轴承(32)、梯形丝杆(33)、位移螺母(34)、导向平键(35)、底端法兰盖(36)、连杆(37)、抓杆(38)、铰链支架(39)、圆柱销(310)以及盘头螺钉(311)；所述深沟球轴承(32)固定安装于外圆筒(31)内腔的上下端部，所述梯形丝杆(33)设于外圆筒(31)内部中心位置，由上下两端的深沟球轴承(32)进行固定；所述梯形丝杆(33)的中部设有位移螺母(34)，位移螺母(34)与梯形丝杆(33)相啮合，并可沿梯形丝杆(33)上下移动，所述导向平键(35)通过盘头螺钉(311)安装于外圆筒(31)的内腔中并与所述位移螺母(34)卡接；所述底端法兰盖(36)通过盘头螺钉(311)与外圆筒(31)底部固定连接，底端法兰盖(36)顶住位于外圆筒(31)下端的深沟球轴承(32)；所述铰链支架(39)设有两对，其中，一对铰链支架(39)通过盘头螺钉(311)左右对称安装于位移螺母(34)的两侧，另一对铰链支架(39)通过盘头螺钉(311)左右对称安装于外圆筒(31)靠近底端法兰盖(36)的外侧壁上；所述连杆(37)的一端通过圆柱销(310)与位于位移螺母(34)一侧的铰链支架(39)连接，连杆(37)的另一端通过圆柱销(310)与所述抓杆(38)连接，抓杆(38)的另一端通过圆柱销(310)与位于底端法兰盖(36)一侧的铰链支架(39)连接，所述连杆(37)和抓杆(38)均可以绕圆柱销(310)的轴线发生相对旋转；所述位移螺母(34)沿梯形丝杆(33)上下移动时，位移螺母(34)带动铰链支架(39)产生位移，使所述连杆(37)围绕圆柱销(310)的轴线旋转，并带动抓杆(38)围绕圆柱销(310)的轴线旋转。

5.根据权利要求4所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述外圆筒(31)侧壁上左右对称设有移动槽(312)，所述铰链支架(39)设于移动槽(312)内随所述位移螺母(34)移动。

6.根据权利要求4所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述末端执行器(3)上设有动力传递机构，所述动力传递机构包括联轴器(313)、步进电机(314)、上L型板(315)、下L型板(316)以及连接板(317)；所述连接板(317)通过螺母(318)和盘头螺钉(311)与Z轴线性模组(9)的底板固定连接；所述上L型板(315)和下L型板(316)通过盘头螺钉(311)固定在连接板(317)上，上L型板(315)和下L型板(316)相对设置，所述的步进电机(314)通过螺纹固定连接于上L型板(315)，所述末端执行器的外圆筒(31)通过螺纹固定连接于下L型板(316)，所述步进电机(314)的输出轴通过联轴器(313)与末端执行器的梯形丝杆(33)连接，所述步进电机(314)的输出轴旋转时，带动梯形丝杆(33)一同旋转。

7.根据权利要求6所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于；所述末端执行器(3)的一侧设有负压吸附机构，所述负压吸附机构包括吸管(101)和吸管支架(102)，所述吸管(101)通过吸管支架(102)设于外圆筒(31)的一侧，所述吸管支架(102)通过盘头螺钉(311)与外圆筒(31)侧壁固定连接，所述吸管(101)与吸管支架(102)之间通过过盈配合进行固定；吸管(101)的下端口位于外圆筒(31)的正下方，与所述外圆筒(31)同心，吸管(101)的上端口与主吸管(5)固定连通。

8.根据权利要求7所述的一种履带式采茶机器人，其特征在于：所述主吸管(5)采用橡胶软管。

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