CN211430100U

CN211430100U - 一种香蕉采摘与吊放作业机器人

Info

Publication number: CN211430100U
Application number: CN201922136111.6U
Authority: CN
Inventors: 张日红; 朱立学; 任雷; 杨松夏; 李小敏
Original assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Current assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2029-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种香蕉采摘与吊放作业机器人，包括行走机构、传动机构和执行器；行走机构用于整台设备的移动的转向；传动机构包括互相独立的控制机械臂的伸缩机构、回转机构和升降机构，给予机械臂以及安装在机械臂末端的执行器三个自由度；执行器包括切割装置和夹持装置；切割装置用于切割香蕉的果柄；夹持装置用于夹持香蕉的果柄。本实用新型为一种集夹持、切剪和吊运为一体的香蕉采摘作业机器人，且在采摘后的香蕉在吊放作业过程中保持竖直悬挂姿态，避免了香蕉的损伤。本实用新型使用了履带式行走机构，机械设备重心低、且与地面接触面积大，行走稳定性好。

Description

一种香蕉采摘与吊放作业机器人

技术领域

本实用新型涉及农业机械设备领域，具体为一种香蕉采摘与吊放作业机器人。

背景技术

考虑到香蕉的易损伤性和大尺寸特征，给香蕉的采摘作业带来很大的难度。目前市场上出现的一种香蕉采摘小车主要体现在香蕉果柄的切剪和香蕉串的接收是分步完成，无法保证香蕉才采收过程中不被损伤，如专利CN106961923A公开了一种香蕉采摘设备，采用了此种结构。另外一种典型的采摘设备如专利CN104221601B公开了一种导轨移动式香蕉采摘机，为剪式升降机构上布置采摘装置，其行走稳定性较差。由于工业机器人的负载能力和自身重量的限制，也很难直接应用于香蕉的采摘作业。

目前需要能够在香蕉采摘后保持其竖直悬挂的姿态，且同时具有夹持、切剪和吊运通能的香蕉采摘设备。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供一种香蕉采摘与吊放作业机器人。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种香蕉采摘与吊放作业机器人，包括：行走机构、传动机构和执行器；

行走机构包括回转支撑架和履带；履带通过内部的液压马达驱动；回转支撑架的上方设置有支撑大齿轮；

传动机构包括互相固定的传动安装面板和配重板；配重板上安装有电控箱和汽油发电机；传动安装面板上安装有互相独立的伸缩减速器、回转减速器和升降减速器；伸缩减速器、回转减速器和升降减速器分别配置有相应的电机提供动力；回转减速器通过与支撑大齿轮啮合的回转小齿轮控制传动机构的转动；伸缩减速器通过驱动水平丝杆使得伸缩连杆所在的水平滑动座沿着第一预定方向移动；升降减速器通过驱动垂直丝杠使得升降连杆所在的安装座沿着第二预定方向移动；升降连杆、升降减速器之间设有相对转动的小连杆且上端与同一条上连杆连接；上连杆的末端设置有执行器；

执行器包括切割装置和夹持装置；切割装置用于切割香蕉的果柄；夹持装置用于夹持香蕉的果柄。

进一步的，回转支撑架的两端分别设置有一条履带；履带通过内部的液压马达驱动；回转支撑架上装有蓄电池组和液压动力站；回转支撑架中部设有连接轴。

进一步的，执行器中的安装座上装有谐波减速器；伺服电机通过谐波减速器驱动切割液压缸将动力传送至连杆；连杆的前端连接有连接叉头；连接叉头前方的两端各自与剪刀一端连接；剪刀中部的交叉位置装有销轴；销轴的另一端则安装在安装座中；使得当切割液压缸驱动拉动连杆前后运动时，剪刀的两端相应的进行开合。

进一步的，执行器中的安装座上装有切割器驱动液压缸；伺服电机驱动夹持液压缸将动力沿着夹持钳臂、夹持钳爪传送至末端的夹持钳口实现夹持钳口的开合。

更进一步的，执行器的剪刀位于夹持钳口的上方。

进一步的，还包括副杆机构；副杆机构的副支座安装在水平滑动座中；副支座连接有可转动的副杆；副杆的的另一端通过三角臂与上副杆连接；上副杆的另一端与执行器的安装框架连接；安装框架分别与上副杆、上连杆和安装座连接。

进一步的，回转电机通过回转减速器将动力输送至传动安装面板底板下防的回转小齿轮；回转小齿轮与支撑大齿轮啮合传动使得与支撑大齿轮互相固定的传动安装面板转动；支撑大齿轮侧边设置有限位块限制回转角度的范围。

进一步的，降电机通过升降减速器将动力传送至垂直丝杠上，垂直丝杠将其套在自身上的垂直丝杠螺母组带动竖直滑动柱沿着竖直滑轨在第二预定方向中滑移；竖直滑动柱固定在安装座上。

进一步的，伸缩电机驱动伸缩减速器将动力传动至水平丝杠；水平丝杠将其套在自身上的水平丝杠螺母组沿着水平丝杠在第一预定方向上运动；同时水平丝杠螺母组引导与水平丝杠配合的水平滑动块沿着水平滑轨滑移；

水平丝杠螺母组与安装有伸缩连杆的水平滑动座固定连接。

更进一步的，蓄电池安装在与回转支撑架固定连接的蓄电池组支架上；液压动力站安装在与回转支撑架固定连接的液压动力站支架上。

本实用新型为一种集夹持、切剪和吊运为一体的香蕉采摘作业机器人，且在采摘后的香蕉在吊放作业过程中保持竖直悬挂姿态，避免了香蕉的损伤。

本实用新型使用了履带式行走机构，机械设备重心低、且与地面接触面积大，行走稳定性好。

附图说明

图1为本实用新型的等轴视图；

图2为本实用新型行走机构的等轴视图；

图3为本实用新型机械臂与主体部分的装有外壳的等轴视图；

图4为图3拆除外壳后的等轴视图；

图5为本实用新型机械臂的上半部分以及切割部分的等轴视图；

图6为图5中切割部分的放大图；

图7为图6的另一视角；

图8为图5的俯视图；

图9为本实用新型副机械臂部分的等轴视图。

图中：执行器1；机械臂2；电控箱3；汽油发电机4；配重板5；蓄电池组6；回转支撑架7；液压动力单元8；行走机构9；机械臂传动机构防护罩10；液压马达11；履带12；蓄电池组6；蓄电池组支架14；回转支撑架7；液压动力站支架16；液压动力站17；升降连杆21；伸缩连杆22；水平丝杠螺母组23；水平滑动座24；水平缓冲块25；水平滑轨26；水平丝杠27；传动安装面板28；伸缩减速器29；伸缩电机210；回转减速器211；回转小齿轮212；回转电机213；支撑大齿轮214；安装座215；升降减速器216；垂直丝杠螺母组217；垂直丝杠218；竖直滑轨219；竖直滑动柱220；竖直缓冲块221；小连杆222；谐波减速器31；夹持液压缸32；切割液压缸33；伺服电机34；连杆35；销轴36；剪刀37；连接叉头38；夹持钳口39；夹持钳爪310；夹持钳臂311；安装座312；副支座41；副杆42；三角臂43；上副杆44；上连杆45。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在具体实施方式中，第一预定方向是指水平方向，第二预定方向是指竖直方向；在下文的叙述中以水平方向代替第一预定方向，以竖直方向代替第二预定方向；这并不代表第一预定方向、第二预定方向必须被限定为水平方向和竖直方向，第一预定方向、第二预定方向可以指两个不相同的具有特定角度的两个方向。

如图1所示，本实用新型可以分为主体部分、行走机构9、机械臂2和执行器1四个功能部分。

其中主体部分包括电控箱3、汽油发电机4、配重板5、蓄电池组6、机械臂传动机构防护罩10数个部分，机械臂2与主体连接的相关结构被包裹在机械臂传动机构防护罩10的内部。

行走机构9如图2所示，与主体部分通过回转支撑架7和中间的连接轴连接；回转支撑架7的后方通过蓄电池组支架14安装有蓄电池组6；蓄电池6为液压马达11提供动力来源；回转支撑架7的左右两侧为履带12；履带12内安装有液压马达11和相关的必要设备；履带12为本实用新型与地面的接触和行走结构。在回转支撑架7的前方通过液压动力站支架16安装有液压动力站17，本实用新型中液压动力站17使用小型液压动力站，其作用在于提供液压动力。

本实用新型的行走，是通过履带12和相应的部件实现的，而整体结构的转向则通过左右两条履带12相应的液压马达11之间的动力差实现的。

如图3所示，本实用新型的主体部分包括配重板5和设置与配重板5前方的机械臂传动机构防护罩10；机械臂传动机构防护罩10用于保护内部的机械臂2传动部分。配重板5上方设置有电控箱3以及汽油发电机4；电控箱3以及汽油发电机4为本实用新型提供电路控制以及动力来源。

如图4、图5、图9所示。本实用新型的机械臂2采用多套平行四连杆机构嵌套结构，可实现执行器1的升降与伸缩调整，同时保证执行器1始终保持水平姿态。机械臂2整体性安装在底部的支撑大齿轮214之上。支撑大齿轮214的安装座215采用焊接式结构。机械臂的升降、伸缩与回转传动装置均布置于支撑大齿轮214上方的框架式传动安装面板28上。

下面以机械臂2运动方式来说明机械臂2的结构组成：

回转：安装在回转减速器211后的的回转电机213通过安装在底板下方的回转减速器211将动力输送至传动安装面板28底板下防的回转小齿轮212；回转小齿轮212与也安装在底部、啮合的支撑大齿轮214传动，通过支撑大齿轮214的转动使得机械臂2围绕支撑大齿轮214回转；同时在支撑大齿轮214侧设置有限位块(图中未视)，限制回转角度的范围。

升降：类似的，升降电机(图中未视，与升降减速器216直接相连，位于配重板5的下方)通过升降减速器216将动力传送至垂直丝杠218上，垂直丝杠218上将其套在自身上的垂直丝杠螺母组217带动整个竖直滑动柱220沿着竖直滑轨219中上下滑移；竖直滑动柱220固定连接有安装座215；安装座215直接与升降连杆21连接带动升降连杆21完成升降。其中竖直滑动柱220的上端设置有竖直缓冲块221使得升降过程平缓进行且限制升降的移动范围。

伸缩：类似的，伸缩电机210驱动伸缩减速器29将动力传动至水平丝杠27上；水平丝杠27将其套在自身上的水平丝杠螺母组23沿着水平丝杠27的轴向运动；与水平丝杠27配合的水平滑动块沿着水平滑轨26滑移；而水平丝杠螺母组23与安装有伸缩连杆22的水平滑动座24固定连接；水平丝杠27和水平滑轨26、水平滑动块配合运动使得伸缩连杆22能在水平方向前后移动，进而完成机械臂的伸缩。此外，其中水平滑动块的末端设置有水平缓冲块25使得伸缩过程平缓进行且限制伸缩的移动范围。

总体而言，机械臂2的回转、升降和伸缩均是通过共同安装在传动安装面板28的各自互相独立的伺服电机、减速器以及相应的滑轨、丝杆独立控制升降连杆21或伸缩连杆22进行相应的运动。

而为了保证升降连杆21和伸缩连杆22之间的合理传动以及上方机械臂的正常工作。在升降连杆21和伸缩连杆22之间套有小连杆222，三者客户互相自由相对转动，小连杆222是为了保持升降连杆21和伸缩连杆22具有适当的距离。同时如图9所示，在水平滑动座24除了固定安装有伸缩连杆22外，还设有副支座41。副支座41一个末端处设有可自由转动的副杆42；副杆42的上端设置有三角臂43，三角臂43的其中一个角与上副杆44连接，上副杆44最终与安装在执行器1的安装框架连接；副支座41、副杆42、三角臂43、上副杆44之间均可互相转动。同时升降连杆21、伸缩连杆22如图5中所示，通过可转动的栓与同一条上连杆45连接；上连杆45的末端与安装在执行器1的安装框架连接；上连杆45通过前述的机械臂2的运动方式和结构，与上副杆44及其相关结构控制执行器1的空间位置(角度、高度、水平位置)。

执行器1的结构如图6、图7、图8所示，三个图分别从不同角度视出了执行器1的结构分布。执行器1同时具有夹持和切割两种功能。

首先，执行器1整体是通过安装座312下方的安装框架与机械臂2实行连接的。

安装座312内装有谐波减速器31，伺服电机34通过谐波减速器31驱动切割液压缸33将动力传送至连杆35；连杆35的前端连接有连接叉头38；连接叉头38前方的两端各自与剪刀37一端连接；同时剪刀37中部的交叉位置装有销轴36，销轴36则可转动的安装在安装座312向前延伸的凸板的通孔中。当切割液压缸33的驱动轴拉动连杆35前后运动时，由于销轴36固定了剪刀37的相对位置使得剪刀37将连接叉头38的前后运动转变为剪刀37刀口处的开合。从而实现香蕉果柄的剪断。

类似的，在安装座312装有切割器驱动液压缸33的下方，固定有夹持液压缸32。在伺服电机34的驱动下，其动力从夹持液压缸32沿着夹持钳臂311、夹持钳爪310传送至末端的夹持钳口39；使得夹持钳口39实现开合，完成香蕉果柄的夹持。

执行器1的剪刀37位于夹持钳口39的上方，即切割部件位于夹持部件的上方。

本实用新型的整体工作流程为：

通过行走机构9部分控制整台设备的行走与转向，当到达预定的位置后，通过设置在主体部分的机械臂传动机构控制机械臂2的旋转、水平伸缩和上下升降使末端的执行器1处于正确的工作位置；最后通过执行器1上采取先夹持后切割的方式采摘香蕉串，然后松开剪刀37并保持夹持，再次驱动机械臂传动机构将香蕉串输送至收纳设备中进行下一步操作。本实用新型则自动复位并进行下一步操作。

回转减速器211采用CEOM75-2HP-030；回转电机213采用80SJTA-M032C；伸缩减速器29采用SCEOM63-1HP-30；伸缩电机210采用80SJTA-M032C；升降减速器216采用SCEOM63-1HP-30；升降电机采用SCEOM63-1HP-30；伺服电机34采用80SJTA-M032C。

上述电源器件可选择任何能实现相同功能的不同型号、不同品牌、不同内部结构的产品所替代，只要是能实现本实用新型所需要的功能即可，本领域技术人员可根据实际工作需要进行相应的替换。

本实用新型所使用的任何软件、处理器、电源器件以及电路和电路的连接方式，均对其无任何改进；其属于现有技术的一部分，可根据实际产品的形状、类别或用途做出任何相应的修改、适应和型号的选择，上述软件、电源器件、处理器以及电路和电路的连接方式并不属于本实用新型针对于现有技术的改进部分；且其他在本文中并未详述之处，均属于现有技术。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于包括：行走机构、传动机构和执行器；

所述行走机构包括回转支撑架和履带；所述履带通过内部的液压马达驱动；所述回转支撑架的上方设置有支撑大齿轮；

所述传动机构包括互相固定的传动安装面板和配重板；所述配重板上安装有电控箱和汽油发电机；所述传动安装面板上安装有互相独立的伸缩减速器、回转减速器和升降减速器；所述伸缩减速器、回转减速器和升降减速器分别配置有相应的电机提供动力；所述回转减速器通过与支撑大齿轮啮合的回转小齿轮控制传动机构的转动；所述伸缩减速器通过驱动水平丝杆使得伸缩连杆所在的水平滑动座沿着第一预定方向移动；所述升降减速器通过驱动垂直丝杠使得升降连杆所在的安装座沿着第二预定方向移动；所述升降连杆、升降减速器之间设有相对转动的小连杆且上端与同一条上连杆连接；所述上连杆的末端设置有执行器；

所述执行器包括切割装置和夹持装置；所述切割装置用于切割香蕉的果柄；所述夹持装置用于夹持香蕉的果柄。

2.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:

所述回转支撑架的两端分别设置有一条履带；所述履带通过内部的液压马达驱动；所述回转支撑架上装有蓄电池组和液压动力站；所述回转支撑架中部设有连接轴。

3.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:所述执行器中的安装座上装有谐波减速器；伺服电机通过谐波减速器驱动切割液压缸将动力传送至连杆；所述连杆的前端连接有连接叉头；连接叉头前方的两端各自与剪刀一端连接；所述剪刀中部的交叉位置装有销轴；所述销轴的另一端则安装在安装座中；使得当切割液压缸驱动拉动连杆前后运动时，剪刀的两端相应的进行开合。

4.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:所述执行器中的安装座上装有切割器驱动液压缸；伺服电机驱动夹持液压缸将动力沿着夹持钳臂、夹持钳爪传送至末端的夹持钳口实现夹持钳口的开合。

5.根据权利要求1、3、4任一所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:所述执行器的剪刀位于夹持钳口的上方。

6.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:还包括副杆机构；所述副杆机构的副支座安装在水平滑动座中；所述副支座连接有可转动的副杆；所述副杆的另一端通过三角臂与上副杆连接；所述上副杆的另一端与执行器的安装框架连接；所述安装框架分别与上副杆、上连杆和安装座连接。

7.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:回转电机通过回转减速器将动力输送至传动安装面板底板下防的回转小齿轮；回转小齿轮与支撑大齿轮啮合传动使得与支撑大齿轮互相固定的传动安装面板转动；所述支撑大齿轮侧边设置有限位块限制回转角度的范围。

8.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:降电机通过升降减速器将动力传送至垂直丝杠上，所述垂直丝杠将其套在自身上的垂直丝杠螺母组带动竖直滑动柱沿着竖直滑轨在第二预定方向中滑移；竖直滑动柱固定在安装座上。

9.根据权利要求1所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:伸缩电机驱动伸缩减速器将动力传动至水平丝杠；水平丝杠将其套在自身上的水平丝杠螺母组沿着水平丝杠在第一预定方向上运动；同时水平丝杠螺母组引导与水平丝杠配合的水平滑动块沿着水平滑轨滑移；所述水平丝杠螺母组与安装有伸缩连杆的水平滑动座固定连接。

10.根据权利要求1-4，6-9中任一所述的香蕉采摘与吊放作业机器人，其特征在于:所述蓄电池安装在与回转支撑架固定连接的蓄电池组支架上；所述液压动力站安装在与回转支撑架固定连接的液压动力站支架上。