CN219248590U - 一种割草机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及钢结构连接件领域,且公开了一种割草机器人,包括行走机构;以及割台;安装在所述行走机构的一端;所述割台包括阻尼杆;平行四连杆主轴;与阻尼杆的一端焊接;平行四连杆副轴;所述阻尼杆的另一端通过圆环套入所述平行四连杆副轴。本实用新型由于整个割台主体结构为一个平行四连杆,阻尼杆一端和平行四连杆主轴焊接,另一端通过圆环套入平行四连杆副轴,当运动时、万向轮接触地面,当地面有起伏时,会产生力沿着万向轮、万向轮连杆、平行四连杆侧杆传导,使阻尼杆伸缩,致使平行四连杆下半部分与地面始终平行,保证割草高度不变,并且适应丘陵地形。
Description
技术领域
本实用新型涉及割草技术领域,具体为一种割草机器人。
背景技术
随着果园生草覆盖技术的推广,其推动了国内外机械化割草机控草技术的发展,但是国内外果园割草机械,多为大型乘坐式割草机械,而目前大部分丘陵山地果园多为1hm2以内的小地块果园,果树株行距较小、地面崎岖不平,以及遍布各处的、大小与形状各异的石块与树枝等杂物,大型除草机械在这种环境中无法运行,故人工除草仍然是丘陵山地果园除草的主要方式。
现有技术的缺陷是:在丘陵山地地区由于存在坡度,人工除草往往会以一个不稳定姿势工作,割草效率低,同时还可能遭受石头、刀片等物飞溅而造成的伤害。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本实用新型提供了一种割草机器人,以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本实用新型提供一种割草机器人,包括行走机构;以及
割台;安装在所述行走机构的一端;
所述割台包括:
阻尼杆;
平行四连杆主轴;与阻尼杆的一端焊接;
平行四连杆副轴;所述阻尼杆的另一端通过圆环套入所述平行四连杆副轴;
平行四连杆侧杆,其内侧安装有舵机;其侧面通过万向轮连杆连接有万向轮,所述万向轮连杆在平行四连杆侧杆的一端与舵机的驱动轴连接;
所述割台的下方安装有割草刀具;
当所述行走机构运动时,万向轮接触地面,当地面有起伏时,会产生力沿着万向轮、万向轮连杆、平行四连杆侧杆传导,使阻尼杆伸缩,致使平行四连杆下半部分与地面始终平行,舵机改变角度带动万向轮连杆转动,起到让万向轮始终与地面接触的作用。
优选的,所述行走机构包括割草机器人控制台和安装在其底部的用于驱动行走的履带式底盘。
优选的,所述割台的下方还包括分禾器,分禾器包括:
分禾器主体,其底边具有分禾器边缘,其具有尖部;
分禾器连接杆;焊接在所述分禾主体的顶部;
分禾器螺栓孔,其开设在分禾器连接杆上;
割刀保护盖;分禾器螺栓孔套设在其端部的凸柱上、并且通过螺栓螺母固定;
当工作时,先由分禾器边缘最先接触杂草,通过分禾器边缘、分禾器主体将杂乱的杂草分至割刀使其被集中切割打碎。
优选的,所述割草刀具包括:
割刀主盘,呈椭圆形;以及
割刀,设置为上下两层、分布在割刀主盘上下两面;
电机;
割刀主盘通过联轴器与电机转轴相连,割刀连杆通过螺母固定在割刀主盘上,割刀通过固定螺母与割刀连杆相连,该部分组成一字型甩刀割刀主盘旋转产生离心力使割刀刀片最大外展,一字型甩刀对被分禾器处理后的杂草进行切割,若切割至误入的坚硬障碍物,割刀将产生运动反力,该反力大于由固定螺母固定产生的最大静摩擦力。
优选的,所述履带式底盘包括:
行车架;以及
底盘工作平台;通过四根直钢与行车架焊接固定;以及
蜗轮蜗杆减速器;以及
驱动轮;以及
无刷直流减速电机;所述无刷直流减速电机通过电机轴与下端蜗轮蜗杆减速器相连接,蜗轮蜗杆减速器外侧设有散热保护壳,壳体后置保护网,蜗轮蜗杆减速器通过联轴器与驱动轮相连接;以及
承重轮;通过轴孔插销配合与行车架相连接;
托带轮;通过轴孔插销配合与行车架相连接,引导履带上部分运动;以及
诱导轮;以及
张紧装置;其右侧与行车架外侧相配合,固定在车架外侧,左侧与诱导轮相配合,通过弹簧的张紧,调整履带的松紧程度。
优选的,还包括:
视觉导航结构;
控制器;
双目视觉摄像机;
降压模块,所述控制器作为导航系统上位机与导航结构中双目视觉摄像机通讯,收集并分析周围环境信息,经过信息处理后获得环境深度信息,并基于所得信息自动规划除草路径,规划完成后向下位机控制器发送运动指令,控制器接受指令后控制履带电机运动,同时控制割台完成割草动作。
优选的,所述双目视觉摄像机具有升降俯仰结构,以实现升降俯仰调节功能。
与现有技术相比,本实用新型提供了一种割草机器人,具备以下有益效果:
1、本实用新型由于整个割台主体结构为一个平行四连杆,阻尼杆一端和平行四连杆主轴焊接,另一端通过圆环套入平行四连杆副轴,当运动时、万向轮接触地面,当地面有起伏时,会产生力沿着万向轮、万向轮连杆、平行四连杆侧杆传导,使阻尼杆伸缩,致使平行四连杆下半部分与地面始终平行,保证割草高度不变,并且适应丘陵地形;
2、所述割草机器人采用双目视觉导航方案,该方案采用深度学习目标检测算法构建导航特征参照物(果树),进而构建果园环境的二维地图进行导航,同时本方案可以根据不同果园环境的特点采用不同的导航参照物,能更好地适应不同果园的需求,更加智能化。相较于GNSS导航,激光雷达雷达导航等导航方式,该方案具有成本低,无需网络,在信号不好的果园内也可以使用的优点;
3、所述割草机器人割茬可控割台,割茬可控范围为3-15cm,同时割台具有仿形功能,能够适应丘陵山地的地势起伏。该割草机器人通过在履带地盘安装一组电动推杆与割台相连接来实现割台的升降进而控制割茬的高度,在割台实现上升下降功能的同时,通过一组舵机来调节地轮的角度使地轮(也就是万向轮)时刻与地面接触进而使得机器人工作时,地轮能够时刻感知地面的地势并将力反馈给仿形割台,割台整体结构为平行四连杆仿形机构,当割草机器人在崎岖路面行驶时,割台能够时刻与地面保持平行,大大提高了割草机器人割草的稳定性;
4、所述割草机器人割台内置两把安装在椭圆刀盘上的一字型双层甩刀,相较于圆形刀盘,椭圆形刀盘的长轴方向与短轴方向差异较大,同样的尺寸下,椭圆形刀盘的周长更长,切割面积更大,同时椭圆形割草刀盘所受到的外部力矩相比圆形刀盘更小,在切割时能够更均匀地分配切割压力,使得刀盘受到的力更加均匀,不易出现偏摆和晃动,提高了割草的质量;
5、相较于市场上的单层割刀,上下布置两层甩刀可以在同一时间内完成更多切割动作,提高切割效率,上下两层甩刀也可以均匀分布切割压力,从而减少切割压力以及刀片磨损,延长刀片使用寿命,提高割草质量。同时刀盘上方设计有集成分禾器的割刀保护罩,割刀保护罩能够在割草机运行时,将草丛从下方向上提起,避免草丛向上飞溅,减少草丛碰撞割刀的机会,从而保护割刀和割刀轴。此外,割刀保护罩还能够防止草丛外的杂物或石子等物体进入割刀区域,防止杂物对割刀造成损坏或损伤割草机使用者,分禾器采用三角形设计,在割草过程中会把中间漏割的草分到两边,在分禾器的分力作用下把漏割的草拨到割刀下面,有效解决漏割问题;
6、所述割草机器人双目相机具有升降和俯仰功能。升降采用步进电机驱动齿轮齿条结构进行升降,俯仰通过云台电机进行调节角度,并分别配置有高度传感器和倾角传感器,时刻监控割草机工作时双目相机的高度和倾角信息并传递给割草机机器人上位机,实现对双目相机升降和俯仰机构的自动调整和控制。双目相机通过对双目摄像头的升降和俯仰调整,可以获取最佳的视野范围和角度,可以适应丘陵山地果园的复杂地形环境。
附图说明
图1是割草机器人整体图;
图2是分禾器图;
图3是一字型甩刀图;
图4是电机架图;
图5是割台图;
图6为机器人控制平台示意图;
图7为导航装置中俯仰升降双目相机结构示意图;
图8为机器人行走机构的履带底盘结构示意图;
图9为割草机器人导航原理方框示意图;
图10为割草机器人摄像头升降机构原理方框示意图;
图11为割草机器人底部示意图。
图中:101-割草机器人控制台、102-履带式底盘、103-割台连接支架、104-双目摄像头、105-电动推杆、106-电动推杆割台连接件、107-割台、201-分禾器螺栓孔、202-分禾器连杆、203-分禾器主体、204-分禾器边缘、301-割刀主盘、302-割刀连杆、303-割刀、304-固定螺母、401-割刀保护罩、402-电机架、403-电机、404-舵机、501-平行四连杆侧杆、502-万向轮连杆、503-万向轮、504-平行四连杆主轴、505-阻尼杆、506-平行四连杆副轴、601-视觉导航结构,602-后盖板,603-平台保护壳,604-控制箱,605-急停按钮,606-wifi天线,701-双目视觉摄像机、702-紧固件、703-俯仰连接件、704-云台电机、705-俯仰支撑件、706-v型轮、707-步进电机、708-齿轮、709-齿条、801-行车架,802-平台固定直钢,803-平台,804-电池仓,805-可拆卸备用电池仓,806-无刷直流电机,807-涡轮蜗杆减速器808-驱动轮,809-承重轮,810-托带轮,811-履带张紧装置、812-诱导轮。
具体实施方式
实施例:
请参阅图1,本实施例公开了一种割草机器人,其包括控制台101、履带式底盘102、割台连接支架103、双目摄像头104、电动推杆105、电动推杆割台连接件106、割台107组成;
割草机器人控制台101承载本割草机器人包括但不限于:电池组、上位机JETSONNANOTX1、下位机STM32F103ZET6、急停按钮、电机驱动器等。履带式底盘102是本割草机器人的运动结构。割台连接支架103,通过螺栓螺母连接割台连接支架与割草机器人主体,双目摄像头104由一个俯仰结构固定在车体上,电动推杆105通过螺丝固定在割台连接支架103上,通过电动推杆105丝杆和电动推杆割台连接件106焊接,由电动推杆割台连接件106与割台107通过螺栓螺母连接。电动推杆105的伸缩可以控制整个割台的高度;
请参阅图2、图4,本分禾器由分禾器螺栓孔201与割刀保护盖301通过螺栓螺母连接,分禾器主体203与分禾器连接杆202焊接。本机器人工作时,先由分禾器边缘204最先接触杂草,通过分禾器边缘204、分禾器主体203将杂乱的杂草分至割刀使其被集中切割打碎;将因长势过长而俯倒的杂草扶起以防漏割;
请参阅图3、图4,割草刀具可以包割刀主盘301,割刀主盘301正视图为椭圆形,割刀303为上下两层分布在割刀主盘301上下两面。割刀主盘301通过联轴器与割刀电机转轴相连,割刀连杆302通过螺母固定在割刀主盘301上,割刀303通过固定螺母304与割刀连杆302相连,在一定力的作用下割刀303可以单独自由转动,该部分组成一字型甩刀。割刀主盘旋转产生离心力使割刀303刀片最大外展,一字型甩刀对被分禾器处理后的杂草进行切割,若切割至误入的坚硬障碍物(如石头),割刀303将产生运动反力,该反力远大于由固定螺母304固定产生的最大静摩擦力,刀片会被弹开,保护刀片;
请参阅图4、图5,割刀保护罩401与电机架402通过螺栓螺母固定,割刀保护罩401可以抵挡被切碎的乱飞草屑,同时可以挡开大块石头;电机架402被焊接在平行四连杆侧杆501上;电机403通过螺丝固定在电机架402上;舵机404被螺丝固定在平行四连杆侧杆501上,通过舵机连接件与万向轮连杆502连接。
请参阅图5,整个割台主体结构为一个平行四连杆。阻尼杆505一端和平行四连杆主轴504焊接,另一端通过圆环套入平行四连杆副轴506。本割草机器人运动时,万向轮503接触地面,当地面有起伏时,会产生力沿着万向轮503、万向轮连杆502、平行四连杆侧杆501传导,使阻尼杆505伸缩,致使平行四连杆下半部分与地面始终平行,保证割草高度不变。舵机404改变角度带动万向轮连杆502转动,时刻与地面保持接触。
参阅图6,所述机器人控制平台部分,机器人视觉导航结构601,控制平台保护壳体603,由前后两块钢板焊接获得,并且与底部平台焊接固定;所述壳体盖板602通过插销与控制平台保护壳体603相配合,并配置锁孔实现开关,便于控制部分的维护;控制箱604与平台间通过角码固定,所述急停按钮605,通过与电路主干路连接,用以工作故障时紧急暂停;所述wifi天线606用以加强信号,提高丘陵山地环境下信号传输的稳定性;所述控制箱604内控制器包括JETSONNANOTX1控制器及STM32F103ZET6控制器,控制箱604中还包含了降压模块,其中,JETSONNANOTX1控制器作为导航系统上位机与导航结构中双目视觉摄像机通讯,收集并分析周围环境信息,经过信息处理后获得环境深度信息,并基于所得信息自动规划除草路径,规划完成后向下位机STM32F103ZET6控制器发送运动指令,STM32F103ZET6控制器接受指令后控制履带电机运动,同时控制割台完成割草动作。
参阅图7,所述视觉导航结构601由一个可以实现俯仰功能、上下高度调节的结构搭配双目视觉摄像机701组成,紧固件702上端与双目视觉摄像机701的3D打印外壳卡口连接,紧固件702通过下方按扣式连接件卡住俯仰连接件703并与之连接,连接件703右端连接处留有四个螺孔,通过螺丝与云台电机704配合,云台电机704通过螺丝紧固在相机俯仰支撑件705上,相机俯仰支撑件右端与v型轮706通过螺钉固定。v型轮706受限于平台保护壳604正前方的v型槽中,可于槽中上下滑动,利于相机上下高度调节。相机俯仰支撑杆705中心点下方配有一个步进电机707,步进电机707与齿轮708键配合,同时齿轮709与平台保护壳604内齿条相啮合。所述俯仰结构具体运行过程为,通过上位机(JETSONNANOTX1)给双目摄像头701设置一个基准高度和角度,当割草机器人工作时,高度传感器和倾角传感器时刻监测摄像头的高度和角度变化,并将信息通过串口发送给上位机分析,获得双目摄像头此时的高度和倾角,判断出此时工作位置并与设定的基准高度和角度进行对比,当摄像头当前高度与设置的基准高度不同时,JETSONNANOTX1控制器通过电信号驱动步进电机708,当双目摄像头当前高度低于设置基准高度时,电机正转带动齿轮顺时针旋转,齿条处在固定状态,齿轮709受反作用力向上运动从而带动双目视觉摄像机701向上运动;当双目摄像头当前高度高于设置基准高度时,电机正转带动齿轮逆时针旋转,齿轮709受反作用力向下运动从而带动双目视觉摄像机701向下运动。当摄像头的俯仰角度与设置的基准俯仰角度不同时,上位机(JETSONNANOTX1)控制云台电机704根据对应的情况做出调整,当前相机俯仰角小于设置俯仰角度时,JETSONNANO TX1控制器控制云台电机704正转即旋转方向朝下时,带动连接件703运动,从而让双目视觉摄像机701扬起,抬高视野,反之则反转,带动双目视觉摄像机向下转动,降低视野。通过JETSONNANOTX1控制器实时分析并调整双目视觉摄像机701的俯仰升降,使得双目视觉摄像机701处于最佳工作位置,减少丘陵山地不同高度树木以及不同高度杂草对机器人导航的影响。
参阅图8,所述机器人行走机构部分,底盘工作平台803通过四根直钢802与行车架801焊接固定。所述四根直钢802所围范围内放置600*500*180大容量电池仓804,电池仓804通过与直钢802贴合处焊接固定;
舱内预留角码固定孔位并用角码固定电池盒,电池仓804的巨大储存空间可放置多对电池组,保证机器人的续航能力;
所述可拆卸备用电池仓805与电池仓804后仓通过螺栓螺母固定,备用电池存放箱805可放备用电池以及提供电机与控制器通讯走线的空间;
所述无刷直流减速电机806通过电机轴与下端蜗轮蜗杆减速器807相连接,蜗轮蜗杆减速器807外侧设有散热保护壳,壳体后置保护网,延长行走动力源的使用寿命,并保证了行走动力输出的稳定性。蜗轮蜗杆减速器通过联轴器与驱动轮808相连接;
所述承重轮809通过轴孔插销配合与行车架相连接,五对承重轮平均分摊整车压力,使轮轴可承受机器人任意运动姿态下的压力,使得机器人可在任意复杂地形下运动;
所述托带轮810通过轴孔插销配合与行车架相连接,引导履带上部分运动;
所述张紧装置811右侧与行车架外侧相配合,固定在车架外侧,左侧与诱导轮812相配合,通过弹簧的张紧,调整履带的松紧程度,使得机器人可适应丘陵山地环境下的复杂地形;
具体传动过程为,机器人控制装置中的下位机向无刷直流电机806输入启动信号,无刷直流电机806接收信号后,通过蜗轮蜗杆减速器807“减速增扭”后带动驱动轮808转动,驱动轮808旋转,通过与履带齿牙啮合将动力转动至履带,使机器人完成前进、后退等动作。
参阅图9,本机器人总体由两个部分组成:导航系统,运动系统。
导航系统:导航系统主要由上位机(JETSONNANOTX1)和双目摄像头组成。双目摄像头负责采集视觉信息,双目摄像头通过串口与上位机进行数据传输,上位机负责对采集到的视觉信息进行深度处理并构建二维地图,实现机器人位置的定位;
运动系统:运动系统由下位机(STM32F103ZET6)进行直接的控制。下位机通过串口接收上位机的路径数据,再通过串口通讯发送信号至电机驱动器,再由电机驱动器发出PWM波控制电机运动,电机转动带动履带运转实现机器人运动,下位机接收IMU信号辅助修正路线。
参阅图10,上位机设置一个基准高度和角度,下位机通过读取高度传感器和倾角传感器的数据并传输至上位机进行数据处理,上位机根据这些数据通过串口通讯分别发送信号给步进电机以及云台电机驱动器来控制摄像头的升降和俯仰运动,进而使摄像头的位置始终保持在预设高度和角度附近。
参阅图11,割草刀具的具体安装位置位于割台的下方。
Claims (7)
1.一种割草机器人,其特征在于,包括:
行走机构;以及
割台;安装在所述行走机构的一端;
所述割台包括:
阻尼杆;
平行四连杆主轴;与阻尼杆的一端焊接;
平行四连杆副轴;所述阻尼杆的另一端通过圆环套入所述平行四连杆副轴;
平行四连杆侧杆,其内侧安装有舵机;其侧面通过万向轮连杆连接有万向轮,所述万向轮连杆在平行四连杆侧杆的一端与舵机的驱动轴连接;
所述割台的下方安装有割草刀具;
当所述行走机构运动时,万向轮接触地面,当地面有起伏时,会产生力沿着万向轮、万向轮连杆、平行四连杆侧杆传导,使阻尼杆伸缩,致使平行四连杆下半部分与地面始终平行,舵机改变角度带动万向轮连杆转动,起到让万向轮始终与地面接触的作用。
2.根据权利要求1所述的一种割草机器人,其特征在于,所述行走机构包括割草机器人控制台和安装在其底部的用于驱动行走的履带式底盘。
3.根据权利要求1所述的一种割草机器人,其特征在于,所述割台的下方还包括分禾器,分禾器包括:
分禾器主体,其底边具有分禾器边缘,其具有尖部;
分禾器连接杆;焊接在所述分禾器主体的顶部;
分禾器螺栓孔,其开设在分禾器连接杆上;
割刀保护盖;分禾器螺栓孔套设在其端部的凸柱上、并且通过螺栓螺母固定;
当工作时,先由分禾器边缘最先接触杂草,通过分禾器边缘、分禾器主体将杂乱的杂草分至割刀使其被集中切割打碎。
4.根据权利要求3所述的一种割草机器人,其特征在于,所述割草刀具包括:
割刀主盘,呈椭圆形;以及
割刀,设置为上下两层、分布在割刀主盘上下两面;
电机;
割刀主盘通过联轴器与电机转轴相连,割刀连杆通过螺母固定在割刀主盘上,割刀通过固定螺母与割刀连杆相连,该部分组成一字型甩刀割刀主盘旋转产生离心力使割刀刀片最大外展,一字型甩刀对被分禾器处理后的杂草进行切割,若切割至误入的坚硬障碍物,割刀将产生运动反力,该反力大于由固定螺母固定产生的最大静摩擦力。
5.根据权利要求2所述的一种割草机器人,其特征在于,所述履带式底盘包括:
行车架;以及
底盘工作平台;通过四根直钢与行车架焊接固定;以及
蜗轮蜗杆减速器;以及
驱动轮;以及
无刷直流减速电机;所述无刷直流减速电机通过电机轴与下端蜗轮蜗杆减速器相连接,蜗轮蜗杆减速器外侧设有散热保护壳,壳体后置保护网,蜗轮蜗杆减速器通过联轴器与驱动轮相连接;以及
承重轮;通过轴孔插销配合与行车架相连接;
托带轮;通过轴孔插销配合与行车架相连接,引导履带上部分运动;以及
诱导轮;以及
张紧装置;其右侧与行车架外侧相配合,固定在车架外侧,左侧与诱导轮相配合,通过弹簧的张紧,调整履带的松紧程度。
6.根据权利要求1所述的一种割草机器人,其特征在于,还包括:
视觉导航结构;
控制器;
双目视觉摄像机;
降压模块,所述控制器作为导航系统上位机与导航结构中双目视觉摄像机通讯,收集并分析周围环境信息,经过信息处理后获得环境深度信息,并基于所得信息自动规划除草路径,规划完成后向下位机控制器发送运动指令,控制器接受指令后控制履带电机运动,同时控制割台完成割草动作。
7.根据权利要求6所述的一种割草机器人,其特征在于,所述双目视觉摄像机具有升降俯仰结构,以实现升降俯仰调节功能。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202320803933.9U CN219248590U (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种割草机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202320803933.9U CN219248590U (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种割草机器人 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN219248590U true CN219248590U (zh) | 2023-06-27 |
Family
ID=86863105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN219248590U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118318523A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-07-12 | 中国农业大学 | 一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置 |
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2023
- 2023-04-12 CN CN202320803933.9U patent/CN219248590U/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118318523A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-07-12 | 中国农业大学 | 一种防缠草履带式林间绿肥抚育一体化作业装置 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
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