一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),包括機架,其特征在于:所述機架內(nèi)的一側(cè)縱向設有一根可相對機架轉(zhuǎn)動的花鍵軸,所述機架的另一側(cè)上縱向設有一根絲桿,所述絲桿上套置有一升降螺母,所述升降螺母上固連有一可與花鍵軸滑動連接的升降臺,所述升降臺上設有旋轉(zhuǎn)臂,所述旋轉(zhuǎn)臂上鉸接有一伸縮機械臂,所述伸縮機械臂上鉸接有一末端機械手臂,所述末端機械手臂上鉸接有一用以搬運農(nóng)作物的末端執(zhí)行器。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,操作便捷,降低了農(nóng)民搬運這些物品的勞動力,加快了農(nóng)田作業(yè)過程的工作效率,有利于推進農(nóng)田生產(chǎn)的全程機械化和自動化。
【專利說明】一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu)
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),適用于農(nóng)田搬運機器人。
【背景技術】
[0002] 在農(nóng)田作業(yè)過程中,很多操作都涉及到搬運,然而在傳統(tǒng)的農(nóng)田作業(yè)中,大部分都 基于人工操作,農(nóng)作物或肥料搬運作業(yè)過程的全程自動化并未得到良好實現(xiàn),對勞動力需 求較大,且這些作業(yè)過程大多是屬于工作環(huán)境較差和勞動密集型,不適宜農(nóng)民進行長期操 作。
[0003] 盡管市面上存在許多的多功能、多元化的農(nóng)業(yè)機器人,然而其高額的價格,和不菲 的維護費,都是一般農(nóng)民難以承擔的,所以一直以來我國要短時間實現(xiàn)農(nóng)業(yè)上的全程機械 化和自動化還相當漫長,所以在農(nóng)田作業(yè)過程中,引入新型適宜農(nóng)田生產(chǎn)的小型、廉價且又 能滿足需求的專業(yè)農(nóng)田搬運機器人是必然趨勢。
[0004] 目前,大多數(shù)運用于農(nóng)田作業(yè)過程中搬運機器人控制器主要有以下幾類:首先是 以PLC為控制核心的一類搬運機器人,該類機器人工作較穩(wěn)定,能適應惡劣工作環(huán)境,然而 搭建以PLC為控制器的控制系統(tǒng),需要連接多種類型外圍工作模塊,且需要多PLC協(xié)同控 制,從而加大了控制系統(tǒng)的成本和復雜程度;其次是以運動控制卡為核心的控制系統(tǒng),該類 搬運機器人的控制系統(tǒng)集成程度高,功能齊全,然而國產(chǎn)的運動控制卡性能不穩(wěn)定,質(zhì)量參 差不齊,難以滿足搬運機器人控制系統(tǒng)要求,然后國外生產(chǎn)的運動控制卡,編程入手較為復 雜,成本高,給機器人控制系統(tǒng)設計人員帶來一定難度,且一旦損壞后,難以維修,只能整體 更換;最后一類為自主研發(fā)搬運機器人控制器,該類控制系統(tǒng)對于用戶維修比較繁瑣,很難 進行二次開發(fā),通用性較差。 實用新型內(nèi)容
[0005] 鑒于現(xiàn)有技術的不足,本實用新型的目的在于提供一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié) 構(gòu)。
[0006] 本實用新型的技術方案在于:
[0007] -種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),包括機架,其特征在于:所述機架內(nèi)的一側(cè)縱向設 有一根可相對機架轉(zhuǎn)動的花鍵軸,所述機架的另一側(cè)上縱向設有一根絲桿,所述絲桿上套 置有一升降螺母,所述升降螺母上固連有一可與花鍵軸滑動連接的升降臺,位于花鍵軸側(cè) 的升降臺下部設有一 U形槽,所述花鍵軸的下部固連有一第二同步帶輪,所述花鍵軸的中 部經(jīng)軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內(nèi)的第三同步帶輪,所述的第三同步帶輪經(jīng)同步 帶驅(qū)動一與其水平設置且位于升降臺底側(cè)的第四同步帶輪,所述第四同步帶輪的輸出軸上 端固連有一位于升降臺上側(cè)的齒輪盤,所述齒輪盤的上端面上固連有一旋轉(zhuǎn)臂,所述旋轉(zhuǎn) 臂上鉸接有一伸縮機械臂,所述伸縮機械臂上鉸接有一末端機械手臂,所述末端機械手臂 上鉸接有一用以搬運農(nóng)作物的末端執(zhí)行器,所述的旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)設置有一輸出軸縱向設置的第 二電機,所述第二電機經(jīng)第二減速器與伸縮機械臂的一側(cè)端固連,所述伸縮機械臂內(nèi)與減 速器相連側(cè)設有一第五同步帶輪,另一側(cè)設有經(jīng)同步帶與第五同步帶輪連接的第六同步帶 輪,所述的第五同步帶輪與旋轉(zhuǎn)臂的上端固連,所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側(cè) 端固連,所述末端機械手臂內(nèi)與第六同步帶輪相連側(cè)設有一第七同步帶輪,另一側(cè)設有經(jīng) 同步帶與第七同步帶輪連接的第八同步帶輪,所述第八同步帶輪與末端執(zhí)行器聯(lián)動連接, 所述第七同步帶輪與伸縮機械臂的另一側(cè)端固連,所述第二同步帶輪由設于機架內(nèi)旁側(cè)上 的第一同步帶輪驅(qū)動。
[0008] 其中,所述第一同步帶輪由設于機架內(nèi)的第一電機經(jīng)第一減速器驅(qū)動。
[0009] 所述機架內(nèi)的另一側(cè)設有第三電機,所述第三電機的輸出軸上連接有第九同步帶 輪,所述第九同步帶輪經(jīng)同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪驅(qū)動連接。
[0010] 所述第一與第二同步帶輪的齒數(shù)比為1:1;所述第三與第四同步帶輪的齒數(shù)比為 1:2 ;所述第五與第六同步帶輪的齒數(shù)比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數(shù)比為1:2 ; 所述第九與第十同步帶輪的齒數(shù)比為5:4。
[0011] 所述機架底側(cè)設有萬向輪。
[0012] 所述機架內(nèi)的底部上還設有散熱風扇。
[0013] 本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,操作便捷,降低了農(nóng)民搬運這些物 品的勞動力,加快了農(nóng)田作業(yè)過程的工作效率,有利于推進農(nóng)田生產(chǎn)的全程機械化和自動 化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為本實用新型實施例的末端執(zhí)行器直線運動原理圖。
【具體實施方式】
[0016] 為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉實施例,并配合附圖, 作詳細說明如下。
[0017] 參考圖1至圖2,本實用新型涉及一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),包括機架1,所述 機架內(nèi)的一側(cè)縱向設有一根可相對機架轉(zhuǎn)動的花鍵軸2,所述機架的另一側(cè)上縱向設有一 根絲桿3,所述絲桿上套置有一升降螺母4,所述升降螺母上固連有一可與花鍵軸滑動連接 的升降臺5,位于花鍵軸側(cè)的升降臺下部設有一 U形槽,所述花鍵軸的下部固連有一第二同 步帶輪6,所述花鍵軸的中部經(jīng)軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內(nèi)的第三同步帶輪7, 所述的第三同步帶輪經(jīng)同步帶驅(qū)動一與其水平設置且位于升降臺底側(cè)的第四同步帶輪8, 所述第四同步帶輪的輸出軸上端固連有一位于升降臺上側(cè)的齒輪盤9,所述齒輪盤的上端 面上固連有一旋轉(zhuǎn)臂10,所述旋轉(zhuǎn)臂上鉸接有一伸縮機械臂11,所述伸縮機械臂上鉸接有 一末端機械手臂12,所述末端機械手臂上鉸接有一用以搬運農(nóng)作物的末端執(zhí)行器13,所述 的旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)設置有一輸出軸縱向設置的第二電機14,所述第二電機經(jīng)第二減速器15與伸 縮機械臂的一側(cè)端固連,所述伸縮機械臂內(nèi)與減速器相連側(cè)設有一第五同步帶輪16,另一 側(cè)設有經(jīng)同步帶與第五同步帶輪連接的第六同步帶輪17,所述的第五同步帶輪與旋轉(zhuǎn)臂的 上端固連,所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側(cè)端固連,所述末端機械手臂內(nèi)與第六 同步帶輪相連側(cè)設有一第七同步帶輪18,另一側(cè)設有經(jīng)同步帶與第七同步帶輪連接的第八 同步帶輪19,所述第八同步帶輪與末端執(zhí)行器聯(lián)動連接,所述第七同步帶輪與伸縮機械臂 的另一側(cè)端固連,所述第二同步帶輪由設于機架內(nèi)旁側(cè)上的第一同步帶輪20驅(qū)動。
[0018] 上述第一同步帶輪由設于機架內(nèi)的第一電機21經(jīng)第一減速器22驅(qū)動。
[0019] 上述機架內(nèi)的另一側(cè)設有第三電機23,所述第三電機的輸出軸上連接有第九同步 帶輪24,所述第九同步帶輪經(jīng)同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪25驅(qū)動連接。
[0020] 上述第一與第二同步帶輪的齒數(shù)比為1:1 ;所述第三與第四同步帶輪的齒數(shù)比為 1:2 ;所述第五與第六同步帶輪的齒數(shù)比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數(shù)比為1:2 ; 所述第九與第十同步帶輪的齒數(shù)比為5:4。
[0021] 上述機架底側(cè)設有萬向輪26。
[0022] 上述機架內(nèi)的底部上還設有散熱風扇27。
[0023] 實施過程中,該機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)農(nóng)田搬運機器人的原理如下:
[0024] 第五同步帶輪固接于旋轉(zhuǎn)臂,于是第五同步帶輪相對旋轉(zhuǎn)臂固定,當?shù)诙姍C帶 動伸縮機械臂轉(zhuǎn)動時,第六同步帶輪將形成相對于旋轉(zhuǎn)臂的公轉(zhuǎn)和自傳,由于末端機械手 臂固接于第六同步帶輪,于是末端機械手臂與第六同步帶輪的自轉(zhuǎn)同步轉(zhuǎn)動,則末端機械 手臂相對與伸縮機械臂旋轉(zhuǎn),且旋轉(zhuǎn)方向與伸縮機械臂相對旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn)角 值為伸縮機械臂轉(zhuǎn)角的2倍(第五同步帶輪與第六同步帶輪的齒數(shù)比為Z5: Z6=2:1)。第七 同步帶輪固接于伸縮機械臂,當末端機械手臂相對伸縮機械臂旋轉(zhuǎn)時,第八同步帶輪將形 成相對于伸縮機械臂的公轉(zhuǎn)和自傳,由于末端執(zhí)行器固接于第八同步帶輪,則末端執(zhí)行器 相對末端機械手臂旋轉(zhuǎn),且旋轉(zhuǎn)方向與末端機械手臂相對伸縮機械臂的旋轉(zhuǎn)方向相反,轉(zhuǎn) 角值為末端機械手臂轉(zhuǎn)角的1/2 (第七同步帶輪與第八同步帶輪的齒數(shù)比為Z7:Z8=1:2)。 根據(jù)轉(zhuǎn)角矢量和的計算,末端執(zhí)行器相對于旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角0為伸縮機械臂轉(zhuǎn)角-《、末端 機械手臂轉(zhuǎn)角2Λ和末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)角_的矢量和沒二一α+2α - ? = 0,因此當?shù)?二電機經(jīng)第二減速器帶動伸縮機械臂轉(zhuǎn)動時,末端執(zhí)行器始終相對于旋轉(zhuǎn)臂不轉(zhuǎn)動。
[0025] 如圖2所示,從圖中可知C點始終沿直線AC邊移動,且末端執(zhí)行器相對于旋轉(zhuǎn)臂 不存在轉(zhuǎn)動,最終第二步進電機轉(zhuǎn)動時牽引著末端執(zhí)行器在平面上始終沿著直線運動。第 一步進電機帶著末端執(zhí)行器在水平面上做旋轉(zhuǎn)運動。第三步進電機牽引著末端執(zhí)行器在垂 直平面上做升降運動,綜上所述,三者之間的運動相互協(xié)作配合,形成所需要的農(nóng)田搬運機 器人運動軌跡。
[0026] 綜上所述,本發(fā)明各實施例的農(nóng)田搬運機器人機械結(jié)構(gòu),由于包括多組同步帶傳 動機構(gòu),減速機構(gòu),三組五相步進電機及驅(qū)動器,絲杠機構(gòu),末端機械手臂,伸縮機械臂和旋 轉(zhuǎn)臂,末端執(zhí)行器,萬向輪移動機構(gòu)。從而實現(xiàn)農(nóng)田搬運機器人的自動化農(nóng)田搬運作業(yè),節(jié) 省人力,提高勞動效率。
[0027] 所述的多組同步帶傳動機構(gòu)包括如下5組:1、第一同步帶輪和第二同步帶輪, 2、第三同步帶輪和第四同步帶輪,3、第五同步帶輪和第六同步帶輪,4、第七同步帶輪和 第八同步帶輪,5、第九同步帶輪和第十同步帶輪。第1組:把第一步進電機軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn) 換為花鍵軸的轉(zhuǎn)動,傳動比為Z1:Z2=1:1 ;第2組:把花鍵軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn), 傳動比為Z3:Z4=1:2 ;第3組:把伸縮機械臂的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為末端機械手臂的轉(zhuǎn)動,傳動 比為Z5:Z6=2:1 ;第4組:把末端機械手臂的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動,傳動比為 Z7:Z8=1:2 ;第5組:把第三步進電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為絲桿的轉(zhuǎn)動,傳動比為Z9:Z10=5:4 ;所 述的減速機構(gòu)包括:第一減速器和第二減速器,分別實現(xiàn)第一、第二步進電機的減速和增大 力矩。所述的三組五相步進電機包括:第一電機,第二電機,第三電機,分別帶動機械臂做旋 轉(zhuǎn)、伸縮、升降運動。所述的散熱機構(gòu)為:散熱風扇,機器人運行時,對其內(nèi)部進行散熱。所 述的絲杠機構(gòu)包括:絲桿、絲杠螺母,把絲桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)臂的升降。所述的末端機械 手臂、伸縮機械臂、旋轉(zhuǎn)臂,它們運動協(xié)調(diào)配合,共同完成農(nóng)田搬運機器人搬運作業(yè)。所述的 末端執(zhí)行器為平鏟,托起農(nóng)作物。所述的齒輪機構(gòu)包括:第一齒輪和第二齒輪28,把旋轉(zhuǎn)臂 的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為編碼器軸的轉(zhuǎn)動。所述的萬向輪移動機構(gòu)包括:三個萬向輪,安裝在機器人底 部,方便機器人隨時移動。
[0028]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例,凡依本實用新型申請專利范圍所做的均 等變化與修飾,皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
【權利要求】
1. 一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),包括機架,其特征在于:所述機架內(nèi)的一側(cè)縱向設 有一根可相對機架轉(zhuǎn)動的花鍵軸,所述機架的另一側(cè)上縱向設有一根絲桿,所述絲桿上套 置有一升降螺母,所述升降螺母上固連有一可與花鍵軸滑動連接的升降臺,位于花鍵軸側(cè) 的升降臺下部設有一 U形槽,所述花鍵軸的下部固連有一第二同步帶輪,所述花鍵軸的中 部經(jīng)軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內(nèi)的第三同步帶輪,所述的第三同步帶輪經(jīng)同步 帶驅(qū)動一與其水平設置且位于升降臺底側(cè)的第四同步帶輪,所述第四同步帶輪的輸出軸上 端固連有一位于升降臺上側(cè)的齒輪盤,所述齒輪盤的上端面上固連有一旋轉(zhuǎn)臂,所述旋轉(zhuǎn) 臂上鉸接有一伸縮機械臂,所述伸縮機械臂上鉸接有一末端機械手臂,所述末端機械手臂 上鉸接有一用以搬運農(nóng)作物的末端執(zhí)行器,所述的旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)設置有一輸出軸縱向設置的第 二電機,所述第二電機經(jīng)第二減速器與伸縮機械臂的一側(cè)端固連,所述伸縮機械臂內(nèi)與減 速器相連側(cè)設有一第五同步帶輪,另一側(cè)設有經(jīng)同步帶與第五同步帶輪連接的第六同步帶 輪,所述的第五同步帶輪與旋轉(zhuǎn)臂的上端固連,所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側(cè) 端固連,所述末端機械手臂內(nèi)與第六同步帶輪相連側(cè)設有一第七同步帶輪,另一側(cè)設有經(jīng) 同步帶與第七同步帶輪連接的第八同步帶輪,所述第八同步帶輪與末端執(zhí)行器聯(lián)動連接, 所述第七同步帶輪與伸縮機械臂的另一側(cè)端固連,所述第二同步帶輪由設于機架內(nèi)旁側(cè)上 的第一同步帶輪驅(qū)動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),其特征在于:所述第一同步 帶輪由設于機架內(nèi)的第一電機經(jīng)第一減速器驅(qū)動。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),其特征在于:所述機架內(nèi)的 另一側(cè)設有第三電機,所述第三電機的輸出軸上連接有第九同步帶輪,所述第九同步帶輪 經(jīng)同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪驅(qū)動連接。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),其特征在于:所述第一與第 二同步帶輪的齒數(shù)比為1:1 ;所述第三與第四同步帶輪的齒數(shù)比為1:2 ;所述第五與第六同 步帶輪的齒數(shù)比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數(shù)比為1:2;所述第九與第十同步帶 輪的齒數(shù)比為5:4。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),其特征在于:所述機架底側(cè) 設有萬向輪。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種農(nóng)作物搬運用的機械結(jié)構(gòu),其特征在于:所述機架內(nèi)的 底部上還設有散熱風扇。
【文檔編號】B25J5/00GK204076247SQ201420556726
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】葉大鵬, 胡洪鈞, 童向亞, 邱曉軒, 陳家民 申請人:福建農(nóng)林大學