修剪机器人论文和设计-王贵程

全文摘要

本实用新型涉及一种修剪机器人，其包括底盘，位于底盘底部设置有车轮驱动装置，底盘顶部设置有液压转向盘和机箱壳；液压转向盘上设置有液压伸缩台，液压伸缩台通过液压输送管分别与机箱壳顶部的液压油进油口和出油口连接；位于机箱壳内设置有液压缸，液压转向盘与液压缸连接，并在液压缸顶部设置有液压泵，液压泵与安装在机箱壳内底部的控制器连接，由控制器控制其动作；位于液压伸缩台顶部设置有垂直支撑杆，垂直支撑杆端部与伺服电机的外壳活动连接，伺服电机的输出端与可伸缩的刀具支撑杆一端连接，伺服电机与控制器连接；刀具支撑杆另一端与刀具装置连接；液压伸缩台顶部与液压伸缩杆一端连接，液压伸缩杆另一端与刀具支撑杆下端面连接。

设计方案

1.一种修剪机器人，其特征在于：包括底盘，位于所述底盘底部设置有车轮驱动装置，所述底盘顶部设置有液压转向盘和机箱壳；所述液压转向盘上设置有液压伸缩台，所述液压伸缩台通过液压输送管分别与所述机箱壳顶部的液压油进油口和出油口连接；位于所述机箱壳内设置有液压缸，所述液压转向盘与所述液压缸连接，并在所述液压缸顶部设置有液压泵，所述液压泵与安装在所述机箱壳内底部的控制器连接，由所述控制器控制其动作；位于所述液压伸缩台顶部设置有垂直支撑杆，所述垂直支撑杆端部与伺服电机的外壳活动连接，所述伺服电机的输出端与可伸缩的刀具支撑杆一端连接，所述伺服电机与所述控制器连接；所述刀具支撑杆另一端与刀具装置连接；所述液压伸缩台顶部与液压伸缩杆一端连接，所述液压伸缩杆另一端与刀具支撑杆下端面连接。

2.如权利要求1所述修剪机器人，其特征在于：所述车轮驱动装置包括转向车轮、车轮支撑板、弹簧减震器和球铰链；所述转向车轮安装在所述底盘下端的前后位置；所述转向车轮的内侧上下两端分别安装有球铰链的第二端，该第二端与安装在所述车轮支撑板上的球铰链的第一端配合；位于所述车轮支撑板上设置有所述弹簧减震器，所述弹簧减震器通过螺栓和螺母与所述车轮支撑板固定连接。

3.如权利要求2所述修剪机器人，其特征在于：所述车轮驱动装置还包括车轮驱动电机、转向驱动器和行星齿轮减速器；所述转向驱动器和行星齿轮减速器均安装在所述底盘下端，所述转向驱动器的齿轮与位于前端的所述转向车轮的齿条配合，并由所述控制器控制所述转向驱动器进行转向；所述行星齿轮减速器采用螺栓固定于所述底盘正中间位置，所述车轮驱动电机的输出端与所述行星齿轮减速器连接，所述车轮驱动电机由所述控制器控制。

4.如权利要求3所述修剪机器人，其特征在于：所述行星齿轮减速器包括壳体和设置在所述壳体内的减速器主轴、太阳轮、行星齿轮和齿圈；所述行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许所述行星齿轮在固定轴上转动；所述行星齿轮和相邻的所述太阳轮、齿圈处于常啮合状态，实现运动合成和分解；所述减速器主轴与各所述转向车轮内侧的连杆之间通过球铰链连接。

5.如权利要求4所述修剪机器人，其特征在于：所述减速器主轴端部设置有平键；位于所述行星齿轮、太阳轮和齿圈上部的所述壳体上设置有润滑油阀。

6.如权利要求1所述修剪机器人，其特征在于：所述液压伸缩台包括腔体、液压旋转轴承、油孔C、伸缩台、第一油口和第二油口；所述腔体底部通过所述液压旋转轴承与所述液压转向盘连接，位于所述腔体底部周边两侧分别设置有向外延伸形成的所述油孔C，两所述油孔C分别作为进油孔和出油孔；所述腔体内设置有所述伸缩台，所述腔体侧壁上下两端分别设置有所述第一油口和第二油口，所述第一油口与所述伸缩台和腔体底部之间的空间连通，所述第二油口与所述伸缩台和腔体顶部之间的空间连通；通过所述液压泵控制所述伸缩台进行升降。

7.如权利要求6所述修剪机器人，其特征在于：所述液压转向盘中心位置处设置有旋转轴，用于与所述液压旋转轴承配合；位于所述液压转向盘周边位置处对称设置有第一槽和第二槽以及两油孔，所述液压转向盘的两油孔与所述第一槽和第二槽连通，并通过该两油孔与所述液压缸连接；所述第一槽和第二槽分别与所述液压伸缩台的腔体底部两油孔C配合；利用两所述油孔C的输入和输出形成压力差，从而控制所述液压伸缩台在所述液压转向盘上的转向。

8.如权利要求1至7任一项所述修剪机器人，其特征在于：所述刀具装置包括刀具保护罩、刀具保持架、传动齿轮、刀具、刀具驱动器、齿轮传动带和滚动轴承；所述刀具保护罩一端与所述刀具支撑杆另一端连接，所述刀具保持架设置在所述刀具保护罩内，且所述刀具保持架一端安装在所述刀具保护罩与所述刀具支撑杆连接处下方；所述刀具保持架上间隔设置有若干通孔，每一所述通孔内都设置有所述滚动轴承，所述滚动轴承的上端与所述传动齿轮同轴连接，所述滚动轴承的下端内孔与所述刀具过盈配合；位于所述刀具支撑杆下端设置有与所述控制器连接的所述刀具驱动器，所述刀具驱动器输出轴通过所述齿轮传动带与各所述传动齿轮传动连接，由所述刀具驱动器通过所述齿轮传动带带动各所述传动齿轮转动。

9.如权利要求8所述修剪机器人，其特征在于：所述刀具采用旋转式刀具，在所述刀具保持架上相邻两所述刀具之间形成不同的角度。

10.如权利要求2至5任一项所述修剪机器人，其特征在于：所述底盘上部前方设置有激光雷达；所述底盘下部前后所述转向车轮之间设置有蓄电池；所述刀具支撑杆上部设置有双目视觉传感器；所述激光雷达、蓄电池和双目视觉传感器都与所述控制器连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人技术领域，特别是关于一种修剪机器人。

背景技术

城市绿化现在越来越重视，各种各样的园林也就随之出现，园林的修剪也就变得越来越重要。目前的修剪机器不仅时间不能把握，而且修剪的质量也不能够得到保证；并且还都需要人工进行参与，也是对劳动力的一种浪费。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种修剪机器人，其能自动适应多种地形，并且刀具能够根据植物的高低自动调节不同的角度和高度，完全能够适应各种修剪需求。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种修剪机器人，其包括底盘，位于所述底盘底部设置有车轮驱动装置，所述底盘顶部设置有液压转向盘和机箱壳；所述液压转向盘上设置有液压伸缩台，所述液压伸缩台通过液压输送管分别与所述机箱壳顶部的液压油进油口和出油口连接；位于所述机箱壳内设置有液压缸，所述液压转向盘与所述液压缸连接，并在所述液压缸顶部设置有液压泵，所述液压泵与安装在所述机箱壳内底部的控制器连接，由所述控制器控制其动作；位于所述液压伸缩台顶部设置有垂直支撑杆，所述垂直支撑杆端部与伺服电机的外壳活动连接，所述伺服电机的输出端与可伸缩的刀具支撑杆一端连接，所述伺服电机与所述控制器连接；所述刀具支撑杆另一端与刀具装置连接；所述液压伸缩台顶部与液压伸缩杆一端连接，所述液压伸缩杆另一端与刀具支撑杆下端面连接。

进一步，所述车轮驱动装置包括转向车轮、车轮支撑板、弹簧减震器和球铰链；所述转向车轮安装在所述底盘下端的前后位置；所述转向车轮的内侧上下两端分别安装有球铰链的第二端，该第二端与安装在所述车轮支撑板上的球铰链的第一端配合；位于所述车轮支撑板上设置有所述弹簧减震器，所述弹簧减震器通过螺栓和螺母与所述车轮支撑板固定连接。

进一步，所述车轮驱动装置还包括车轮驱动电机、转向驱动器和行星齿轮减速器；所述转向驱动器和行星齿轮减速器均安装在所述底盘下端，所述转向驱动器的齿轮与位于前端的所述转向车轮的齿条配合，并由所述控制器控制所述转向驱动器进行转向；所述行星齿轮减速器采用螺栓固定于所述底盘正中间位置，所述车轮驱动电机的输出端与所述行星齿轮减速器连接，所述车轮驱动电机由所述控制器控制。

进一步，所述行星齿轮减速器包括壳体和设置在所述壳体内的减速器主轴、太阳轮、行星齿轮和齿圈；所述行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许所述行星齿轮在固定轴上转动；所述行星齿轮和相邻的所述太阳轮、齿圈处于常啮合状态，实现运动合成和分解；所述减速器主轴与各所述转向车轮内侧的连杆之间通过球铰链连接。

进一步，所述减速器主轴端部设置有平键；位于所述行星齿轮、太阳轮和齿圈上部的所述壳体上设置有润滑油阀。

进一步，所述液压伸缩台包括腔体、液压旋转轴承、油孔C、伸缩台、第一油口和第二油口；所述腔体底部通过所述液压旋转轴承与所述液压转向盘连接，位于所述腔体底部周边两侧分别设置有向外延伸形成的所述油孔C，两所述油孔C分别作为进油孔和出油孔；所述腔体内设置有所述伸缩台，所述腔体侧壁上下两端分别设置有所述第一油口和第二油口，所述第一油口与所述伸缩台和腔体底部之间的空间连通，所述第二油口与所述伸缩台和腔体顶部之间的空间连通；通过所述液压泵控制所述伸缩台进行升降。

进一步，所述液压转向盘中心位置处设置有旋转轴，用于与所述液压旋转轴承配合；位于所述液压转向盘周边位置处对称设置有第一槽和第二槽以及两油孔，所述液压转向盘的两油孔与所述第一槽和第二槽连通，并通过该两油孔与所述液压缸连接；所述第一槽和第二槽分别与所述液压伸缩台的腔体底部两油孔C配合；利用两所述油孔C的输入和输出形成压力差，从而控制所述液压伸缩台在所述液压转向盘上的转向。

进一步，所述刀具装置包括刀具保护罩、刀具保持架、传动齿轮、刀具、刀具驱动器、齿轮传动带和滚动轴承；所述刀具保护罩一端与所述刀具支撑杆另一端连接，所述刀具保持架设置在所述刀具保护罩内，且所述刀具保持架一端安装在所述刀具保护罩与所述刀具支撑杆连接处下方；所述刀具保持架上间隔设置有若干通孔，每一所述通孔内都设置有所述滚动轴承，所述滚动轴承的上端与所述传动齿轮同轴连接，所述滚动轴承的下端内孔与所述刀具过盈配合；位于所述刀具支撑杆下端设置有与所述控制器连接的所述刀具驱动器，所述刀具驱动器输出轴通过所述齿轮传动带与各所述传动齿轮传动连接，由所述刀具驱动器通过所述齿轮传动带带动各所述传动齿轮转动。

进一步，所述刀具采用旋转式刀具，在所述刀具保持架上相邻两所述刀具之间形成不同的角度。

进一步，所述底盘上部前方设置有激光雷达；所述底盘下部前后所述转向车轮之间设置有蓄电池；所述刀具支撑杆上部设置有双目视觉传感器；所述激光雷达、蓄电池和双目视觉传感器都与所述控制器连接。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型在车轮支撑板上安装有弹簧减震器，能够有效的避免来自外界的震动。2、本实用新型在自动行驶过程中采用激光雷达能够准确的进行检测道路中的障碍物的位置和距离。3、本实用新型在修剪的过程中采用双目视觉传感器，能够实时识别在修剪过程中修剪物中的一些其他物体同时进行距离的测量，通过控制器对刀具做出调整。4、本实用新型利用伸缩台能够进行刀具的高度调节同时利用安装在伸缩台顶端的伺服电机进行刀具的角度调节，可以对不同的修剪物进行修剪也可以修剪出不同的角度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为刀具装置安装示意图；

图3为车轮整体结构视图；

图4为车轮部分结构示意图；

图5为行星齿轮结构示意图；

图6为行星齿轮减速器结构示意图；

图7为液压伸缩台内部结构示意图；

图8为液压伸缩台与液压转向盘连接示意图；

图9为修剪刀具装置结构示意图；

图10为刀具传动方式示意图；

图11为刀片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种修剪机器人，其包括底盘1，位于底盘1底部设置有车轮驱动装置，底盘1顶部设置有液压转向盘2和机箱壳3。液压转向盘2上设置有液压伸缩台4，液压伸缩台4通过液压输送管5分别与机箱壳3顶部的液压油进油口和出油口连接；位于机箱壳3内设置有液压缸，液压转向盘2与液压缸连接，并在液压缸顶部设置有液压泵6，液压泵6与安装在机箱壳3内底部的控制器连接，由控制器控制其动作。位于液压伸缩台4顶部设置有垂直支撑杆7，垂直支撑杆7端部与伺服电机8的外壳活动连接，伺服电机8的输出端与可伸缩的刀具支撑杆9一端连接，伺服电机8与控制器连接，由控制器控制伺服电机8动作；刀具支撑杆9另一端与刀具装置10连接，进而由伺服电机8调节刀具装置10的角度。液压伸缩杆11一端与液压伸缩台4顶部连接，另一端与刀具支撑杆9下端面连接；通过液压伸缩台4的伸缩可以控制刀具装置10的高度，通过液压伸缩杆11的伸缩可以改变并保持伺服电机8的角度，进而调节并保持刀具支撑杆9的水平伸缩长度以及刀具装置10的高度和角度。

在一个优选的实施例中，如图1、图3和图4所示，车轮驱动装置包括转向车轮12、车轮支撑板13、弹簧减震器14和球铰链。转向车轮12安装在底盘1下端的前后位置；转向车轮12的内侧上下两端分别安装有球铰链的第二端II，该第二端II与安装在车轮支撑板13上的球铰链的第一端Ⅰ配合，将转向车轮12与车轮支撑板13连接。位于车轮支撑板13上设置有弹簧减震器14，弹簧减震器14通过螺栓和螺母与车轮支撑板13固定连接，能够有效地避免路面不平而引起的震动，保证刀具平稳高效的进行工作。

上述实施例中，车轮驱动装置还包括车轮驱动电机、转向驱动器和行星齿轮减速器。转向驱动器和行星齿轮减速器均安装在底盘1下端，转向驱动器的齿轮与位于前端的转向车轮12的齿条进行配合，并由控制器控制转向驱动器进行转向；行星齿轮减速器采用螺栓固定于底盘1正中间位置，车轮驱动电机的输出端与行星齿轮减速器连接，车轮驱动电机由控制器控制，用于驱动行星齿轮减速器工作。

如图5、图6所示，行星齿轮减速器用于控制转向车轮12的速度，避免车速过快导致修剪不均匀。行星齿轮减速器包括壳体和设置在壳体内的减速器主轴17、太阳轮、行星齿轮15和齿圈16。行星齿轮15由行星架的固定轴支承，允许行星齿轮15在固定轴上转动。行星齿轮15和相邻的太阳轮、齿圈16处于常啮合状态，实现运动合成和实现运动分解。减速器主轴17与各转向车轮12内侧的连杆之间通过球铰链连接，进而驱动转向车轮行驶，可以保证机器人在工作中停止前进，保证刀具装置10能够保持高效的工作状态。

其中，位于减速器主轴17端部还设置有平键18，用于在与转向车轮12内侧的连杆连接时，防止连杆有轴向的滑动起到轴向固定的作用。位于行星齿轮15、太阳轮和齿圈16上部的壳体上设置有润滑油阀19，作为给行星齿轮减速器添加润滑油的输油口。

在一个优选的实施例中，如图7、图8所示，液压伸缩台4包括腔体、液压旋转轴承20、油孔C、伸缩台、第一油口I和第二油口II。腔体底部通过液压旋转轴承20与液压转向盘2连接，位于腔体底部周边两侧分别设置有向外延伸形成的油孔C，两油孔C分别作为进油孔和出油孔。腔体内设置有伸缩台，腔体侧壁上下两端分别设置有第一油口I和第二油口II，第一油口I与伸缩台和腔体底部之间的空间连通，第二油口II与伸缩台和腔体顶部之间的空间连通；通过液压泵6控制伸缩台进行升降。

液压转向盘2中心位置处设置有旋转轴，用于与液压旋转轴承20配合；位于液压转向盘2周边位置处对称设置有第一槽A和第二槽B以及两油孔，液压转向盘2的两油孔与第一槽A和第二槽B连通，并通过该两油孔与液压缸连接。并且，第一槽A和第二槽B分别与液压伸缩台4的腔体底部两油孔C配合；利用两油孔C的输入和输出形成压力差，从而控制液压伸缩台4在液压转向盘2上的转向。

使用时，液压伸缩台4和液压旋转轴承20在进行工作时，液压油会从第一油口I输入、从第二油口II输出，此时液压伸缩台4升高。如果需要液压伸缩台4进行角度调节需要在液压伸缩台4下端的油孔C利用输入和输出液压油进行角度调节，油孔C与液压转向盘2的第一槽A进行配合，当液压伸缩台4顺时针转动时油孔C会输入液压油到第一槽A内，而第二槽B内的液压油通过液压转向盘2上的油孔被抽回到液压缸内，同时液压旋转轴承20进行顺时针转动；当逆时针转动时与上一种顺时针转动情况相反。

在一个优选的实施例中，如图9～图11所示，刀具装置10包括刀具保护罩、刀具保持架21、传动齿轮22、刀具23、刀具驱动器24、齿轮传动带25和滚动轴承。刀具保护罩一端与刀具支撑杆9另一端连接，通过刀具保护罩可以有效防止刀具23在进行修剪时修剪物乱飞的情况；刀具保持架21设置在刀具保护罩内，且刀具保持架21一端安装在刀具保护罩与刀具支撑杆9连接处下方。刀具保持架21上间隔设置有若干通孔，每一通孔内都设置有滚动轴承，滚动轴承的上端与传动齿轮22同轴连接，滚动轴承的下端内孔与刀具23过盈配合。位于刀具支撑杆9下端设置有与控制器连接的刀具驱动器24，刀具驱动器24输出轴通过齿轮传动带25与各传动齿轮22传动连接，由刀具驱动器24通过齿轮传动带25带动各传动齿轮22转动，进而为各刀具23提供动力。

上述实施例中，如图11所示，刀具23采用旋转式刀具，在刀具保持架21上相邻两刀具23之间形成不同的角度，能够高效的对被修剪的物体进行全方位修剪，保证工作效率，节省时间。

上述各实施例中，如图1所示，位于底盘1上部前方还设置有激光雷达26，防止碰撞的发生，可实现无接触远距离测量距离，并且将所测的数据传输给控制器，当达到预设的距离时，控制器及时控制转向车轮12进行避障处理。

上述各实施例中，如图1所示，位于底盘1下部前后转向车轮12之间设置有蓄电池27，与控制器连接，用于为修剪机器人供电。

上述各实施例中，如图1所示，刀具支撑杆9上部还设置有双目视觉传感器28，用于对被修剪的物体进行检测，防止被修剪的植物中掺杂着其他物体对刀具23造成损伤。双目视觉传感器28包括2个CCD摄像机和1个半导体激光器，CCD摄像机能够对被修剪的植物进行实时信息采集传给控制器；控制器根据接收到的信息调节液压泵6对液压伸缩台4的输出流量，能够找到适合刀具23修剪的高度和角度进行修剪，同时将所拍摄的图像进行图像分割，分析出在植物中掺杂的其他物体，对刀具驱动器24和转向驱动器进行控制。

上述各实施例中，控制器内还设置有GPS模块和通信模块，由GPS模块定位导航能够对修剪机器人进行GPS定位。控制器根据接收到的激光雷达26和双目视觉传感器28传输至的数据信息，控制液压伸缩台4的升降和角度的调节、刀具装置10的伸缩、修剪机器人的避障等动作。同时，控制器可以通过通信模块连接到手机，利用手机对修剪机器人进行控制，当发生意外修剪机器人不能够及时的处理时，可以利用手机进行操作控制，保证在发生意外时及时停机。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

设计图

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