一種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及獼猴桃自動采摘領(lǐng)域，具體涉及一種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺ο
【背景技術(shù)】
[0002]果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈中最費(fèi)時費(fèi)力的環(huán)節(jié)之一，而且季節(jié)性強(qiáng)、勞動強(qiáng)度大。加之工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，農(nóng)村剩余勞動力發(fā)生大量轉(zhuǎn)移，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加。中國是世界上獼猴桃栽培面積最大的國家，但目前獼猴桃仍主要是依靠人工收獲，由于每個地區(qū)的獼猴桃采摘時間都相對集中，采摘時間相對較短，所以需要投入大量的人力來從事采摘、分揀、裝箱等作業(yè)，勞動強(qiáng)度大。中國專利CN 201310719150.3公布了 “獼猴桃采摘機(jī)器人及采摘方法”，該機(jī)器人主要是實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘，但未涉及能適應(yīng)獼猴桃生長環(huán)境以及標(biāo)準(zhǔn)化種植的棚架式結(jié)構(gòu)的移動平臺的研究。移動平臺是農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人運(yùn)動的基礎(chǔ)，農(nóng)田作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變性等特征決定了農(nóng)業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的不同，為了實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘的全程自動化，研究獼猴桃采摘機(jī)器人移動平臺具有重要的生產(chǎn)實(shí)際意義和科學(xué)研究價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘全程自動化，本發(fā)明的目的在于提供一種四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺，具體說就是針對自然生長環(huán)境下采用棚架式的種植模式的獼猴桃果園，可實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘機(jī)器人在果園中自由通過，機(jī)器人平臺高度可調(diào)，果園內(nèi)全向轉(zhuǎn)彎的四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0005]—種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺，包括車身主體，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，輪轂電機(jī)以及輪胎。其特征是:
[0006]所述的高度調(diào)解機(jī)構(gòu)主要由機(jī)架，搖桿，連架桿，連桿，液壓缸組成，機(jī)架與車身主體通過銷釘固連，搖桿通過鉸鏈和機(jī)架的上部安裝點(diǎn)連接，連架桿通過鉸鏈和機(jī)架的下部安裝點(diǎn)連接，液壓缸的一端通過鉸鏈安裝在機(jī)架中部鉸鏈連接點(diǎn)上，另一端通過鉸鏈與搖桿連接。四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架固連在車身主體，使得腿部結(jié)構(gòu)車身主體成45°夾角，四個腿部結(jié)構(gòu)分別安裝在車身四個角的安裝孔內(nèi)，連桿與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過連接法蘭固連。
[0007]所述的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由電機(jī)，行星減速器，主動齒輪，從動齒輪，滾動軸承，套筒，軸，軸承蓋，安裝殼，旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成；電機(jī)與行星減速器連接，固連在安裝殼上，輸出扭矩通過主動齒輪傳輸給從動齒輪，從動齒輪安裝在軸上，軸上下安裝滾動軸承，軸承兩端分別用軸承端蓋緊固；軸上端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，下端轉(zhuǎn)向動力輸出與輪轂支架連接。
[0008]所述的轉(zhuǎn)向動力輸出軸與輪轂支架固連，輪轂橫軸過盈壓實(shí)在支架下端的安裝槽內(nèi)，旋轉(zhuǎn)扭矩控制輪轂支架整體轉(zhuǎn)動；
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明提出一種能夠在獼猴桃棚架式結(jié)構(gòu)種植果園中自由移動機(jī)器人移動平臺，該平臺采用四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向方式，并具有車體高度可調(diào)的特點(diǎn)，能適應(yīng)復(fù)雜地形以及果園狹小的作業(yè)范圍。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為平臺腿部總體結(jié)構(gòu)局部示意圖；
[0012]圖3為高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的連接示意圖；
[0013]圖4為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖5連接法蘭I結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖6四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)示意圖；
[0016]圖7轉(zhuǎn)向流程圖；
[0017]圖8高度調(diào)解機(jī)構(gòu)效果圖；
[0018]附圖標(biāo)號說明:1_安裝云槽、2-控制器、3-車身主體、4-輪轂支架、5-輪轂電機(jī)、6-空氣輪胎、7-搖桿、8-液壓缸、9-鉸鏈1、10-連桿、11-連接法蘭1、12-連架桿，13-鉸鏈I1、14-機(jī)架、15-連接法蘭I1、16-鉸鏈II1、17-電機(jī)、18-行星減速器、19-安裝殼、20-主動齒輪、21-主軸、22-套筒、23-下軸承蓋、24-從動齒輪、25-滾動軸承、26-上軸承蓋、27-旋轉(zhuǎn)編碼器、28-凸臺。
【具體實(shí)施方式】
[0019]參見圖1、圖2、圖3、圖4，一種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺，包括車身主體3，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)圖4，輪轂電機(jī)5以及輪胎6。如圖1、圖2所示，移動平臺的腿部結(jié)構(gòu)(圖2)由高度調(diào)解機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(圖4)，輪轂支架4，輪轂電機(jī)5和輪胎6組成。該平臺共四個相同的腿部結(jié)構(gòu)，分別通過機(jī)架14與車身主體3固接，使得腿部結(jié)構(gòu)車身主體成45°夾角，四個腿部結(jié)構(gòu)分別通過銷釘固接在車身四個角上。
[0020]所述高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括搖桿7、液壓缸8、鉸鏈I 9、連桿10、連接法蘭111、連架桿12，鉸鏈II 13、機(jī)架14、連接法蘭II 15、鉸鏈11116、如圖1，圖2，機(jī)架通過銷釘連接安裝在車身主體上，搖桿7通過鉸鏈連接在機(jī)架的上部安裝點(diǎn)，連架桿12通過鉸鏈13連接在機(jī)架14的下部安裝點(diǎn)，液壓缸8的一端通過鉸鏈安裝在機(jī)架14上，另一端通過鉸鏈與搖桿7連接。液壓缸8的伸縮運(yùn)動會改變搖桿7與機(jī)架14的夾角，從而實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)的功能，調(diào)節(jié)高度效果圖如圖8所示。
[0021]如圖3所示，高度調(diào)解機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的連接是通過連接法蘭I 11和連接法蘭II15實(shí)現(xiàn)連接的，其中連接法蘭是階梯狀的金屬結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖5，上部通過螺栓固連在連桿10上，下部通過螺釘固連在安裝殼19上。從而實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的連接。其中連接法蘭I 11，連接法蘭II 15結(jié)構(gòu)相同，安裝位置相對。
[0022]所述的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，如圖4所示，由電機(jī)17、行星減速器18、安裝殼19、主動齒輪20、軸21、套筒22、下軸承蓋23、從動齒輪24、滾動軸承25、上軸承蓋26、旋轉(zhuǎn)編碼器27、凸臺28組成。電機(jī)17通過螺釘與行星減速器18固定，行星減速器18的安裝法蘭盤通過螺栓豎直固定在安裝殼19上，主動齒輪20通過鍵固定在行星減速器18輸出軸上。從動齒輪24通過鍵與主軸21連接，與主動齒輪20嚙合傳遞扭矩，上部定位利用軸肩，下部利用定位套筒22，套筒22分別與主動齒輪24下表面和軸承內(nèi)圈接觸，主要承受軸向力。主軸21的兩端分別安裝有角接觸滾動軸承25，可以同時承受軸向力和徑向力。上部滾動軸承內(nèi)圈與軸肩接觸，軸承外圈與上軸承蓋26接觸。下部的滾動軸承外圈與下軸承蓋23接觸，內(nèi)圈與套筒22接觸。上軸承蓋26，下軸承蓋23分別通過螺釘固定在安裝殼19的凸臺28上。
[0023]主軸21上端有安裝孔，與旋轉(zhuǎn)編碼器27的主軸21配合，以期主軸21與旋轉(zhuǎn)編碼器27同時同速轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)編碼器27用來監(jiān)控主軸21的旋轉(zhuǎn)角度，并反饋給控制器2。旋轉(zhuǎn)編碼器27固接在上軸承蓋26上，輸入軸安裝在主軸21的上部預(yù)留的安裝孔中。主軸21轉(zhuǎn)動時，旋轉(zhuǎn)編碼器27的輸入軸隨之旋轉(zhuǎn)。
[0024]主軸24輸出端有預(yù)留的花鍵鍵槽與輪轂支架4連接，輸出扭矩作用在輪轂支架4上，從而帶動輪子轉(zhuǎn)向。輪轂電機(jī)5的橫向軸過盈壓實(shí)在輪轂支架4的安裝槽內(nèi)，由于平臺自身的重力和平臺的作業(yè)方式不會出現(xiàn)橫軸跳槽的現(xiàn)象。
[0025]本移動平臺四輪獨(dú)立的轉(zhuǎn)向流程如下:
[0026]如圖6，圖7所示，根據(jù)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的阿克曼轉(zhuǎn)向模型，主控制器計(jì)算出滿足該模型的各個輪子的轉(zhuǎn)角，分別通過傳輸給四個轉(zhuǎn)向電機(jī)的控制器，控制器通過PWM波控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，電機(jī)18旋轉(zhuǎn)扭矩通過行星變速器18放大，傳送到主動齒輪20，進(jìn)而傳送到從動齒輪24，帶動主軸21轉(zhuǎn)動，主軸21的轉(zhuǎn)動的輸出扭矩作用到輪轂支架4上，實(shí)現(xiàn)輪子以精確角度轉(zhuǎn)向，與此同時，主軸21上端帶動旋轉(zhuǎn)編碼器27的輸入軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)編碼器27將主軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)變成模擬信號反饋給控制器，與預(yù)期的旋轉(zhuǎn)角度比較，實(shí)現(xiàn)精確地閉環(huán)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺，其特征在于:所述的獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺包括:車身主體，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，輪轂電機(jī)以及輪胎； 所述的高度調(diào)解機(jī)構(gòu)包括機(jī)架，搖桿，連架桿，連桿，液壓缸；機(jī)架與車身主體通過銷釘固連，搖桿通過鉸鏈和機(jī)架的上部安裝點(diǎn)連接，連架桿通過鉸鏈和機(jī)架的下部安裝點(diǎn)連接，液壓缸的一端通過鉸鏈安裝在機(jī)架中部鉸鏈連接點(diǎn)上，另一端通過鉸鏈與搖桿連接。四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架固連在車身主體，使得腿部結(jié)構(gòu)車身主體成45°夾角，四個腿部結(jié)構(gòu)分別安裝在車身四個角上，連桿與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過連接法蘭固連； 所述的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，行星減速器，主動齒輪，從動齒輪，滾動軸承，套筒，軸，軸承蓋，安裝殼，旋轉(zhuǎn)編碼器；電機(jī)與行星減速器連接，固連在安裝殼上，輸出扭矩通過主動齒輪傳輸給從動齒輪，從動齒輪安裝在軸上，軸上下安裝滾動軸承，軸承兩端分別用軸承端蓋緊固；軸上端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，下端轉(zhuǎn)向動力輸出與輪轂支架連接； 所述的轉(zhuǎn)向動力輸出軸與輪轂支架固連，輪轂橫軸過盈壓實(shí)在支架下端的安裝槽內(nèi)。
【專利摘要】一種用于獼猴桃采摘的移動機(jī)器人平臺，包括車身主體，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，輪轂電機(jī)以及輪胎。高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)利用平行四桿機(jī)構(gòu)連桿平動特點(diǎn)用來調(diào)節(jié)車體高度以及保持車體水平，由液壓缸提供動力。四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架固連在車身主體，使得腿部結(jié)構(gòu)車身主體成45°夾角，四個腿部結(jié)構(gòu)分別安裝在車身四個角上。高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向動力輸出機(jī)構(gòu)通過連接法蘭固接，轉(zhuǎn)向動力由轉(zhuǎn)向電機(jī)通過行星減速器提供。轉(zhuǎn)向動力輸出軸與輪胎支架固連，旋轉(zhuǎn)扭矩控制輪胎的轉(zhuǎn)向。平臺的前進(jìn)動力由四個輪轂電機(jī)提供。本實(shí)用新型提供一種用于獼猴桃自動采摘的移動機(jī)器人平臺，采用四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向方法并采用輪轂電機(jī)提供行進(jìn)動力，提高平臺轉(zhuǎn)向全向性，結(jié)合平臺的高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，保證了平臺對不同地形的適應(yīng)性。
【IPC分類】A01D46/30
【公開號】CN204948801
【申請?zhí)枴緾N201520588345
【發(fā)明人】崔永杰, 陳子嘯, 王濱, 郭昊明, 屈婷, 劉海彬
【申請人】西北農(nóng)林科技大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年7月31日