一種農作物搬運用的機械結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種農作物搬運用的機械結構，包括機架，其特征在于：所述機架內的一側縱向設有一根可相對機架轉動的花鍵軸，所述機架的另一側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臂，所述旋轉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作物的末端執行器。本實用新型結構簡單，操作便捷，降低了農民搬運這些物品的勞動力，加快了農田作業過程的工作效率，有利于推進農田生產的全程機械化和自動化。
【專利說明】一種農作物搬運用的機械結構
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種農作物搬運用的機械結構，適用于農田搬運機器人。
【背景技術】
[0002] 在農田作業過程中，很多操作都涉及到搬運，然而在傳統的農田作業中，大部分都 基于人工操作，農作物或肥料搬運作業過程的全程自動化并未得到良好實現，對勞動力需 求較大，且這些作業過程大多是屬于工作環境較差和勞動密集型，不適宜農民進行長期操 作。
[0003] 盡管市面上存在許多的多功能、多元化的農業機器人，然而其高額的價格，和不菲 的維護費，都是一般農民難以承擔的，所以一直以來我國要短時間實現農業上的全程機械 化和自動化還相當漫長，所以在農田作業過程中，引入新型適宜農田生產的小型、廉價且又 能滿足需求的專業農田搬運機器人是必然趨勢。
[0004] 目前，大多數運用于農田作業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定，能適應惡劣工作環境，然而 搭建以PLC為控制器的控制系統，需要連接多種類型外圍工作模塊，且需要多PLC協同控 制，從而加大了控制系統的成本和復雜程度；其次是以運動控制卡為核心的控制系統，該類 搬運機器人的控制系統集成程度高，功能齊全，然而國產的運動控制卡性能不穩定，質量參 差不齊，難以滿足搬運機器人控制系統要求，然后國外生產的運動控制卡，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搬運機器人控制器，該類控制系統對于用戶維修比較繁瑣，很難 進行二次開發，通用性較差。 實用新型內容
[0005] 鑒于現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種農作物搬運用的機械結 構。
[0006] 本實用新型的技術方案在于：
[0007] -種農作物搬運用的機械結構，包括機架，其特征在于：所述機架內的一側縱向設 有一根可相對機架轉動的花鍵軸，所述機架的另一側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 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 部經軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內的第三同步帶輪，所述的第三同步帶輪經同步 帶驅動一與其水平設置且位于升降臺底側的第四同步帶輪，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的齒輪盤，所述齒輪盤的上端面上固連有一旋轉臂，所述旋轉 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作物的末端執行器，所述的旋轉臂內設置有一輸出軸縱向設置的第 二電機，所述第二電機經第二減速器與伸縮機械臂的一側端固連，所述伸縮機械臂內與減 速器相連側設有一第五同步帶輪，另一側設有經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臂的上端固連，所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側 端固連，所述末端機械手臂內與第六同步帶輪相連側設有一第七同步帶輪，另一側設有經 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行器聯動連接， 所述第七同步帶輪與伸縮機械臂的另一側端固連，所述第二同步帶輪由設于機架內旁側上 的第一同步帶輪驅動。
[0008] 其中，所述第一同步帶輪由設于機架內的第一電機經第一減速器驅動。
[0009] 所述機架內的另一側設有第三電機，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同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪驅動連接。
[0010] 所述第一與第二同步帶輪的齒數比為1:1;所述第三與第四同步帶輪的齒數比為 1:2 ;所述第五與第六同步帶輪的齒數比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數比為1:2 ; 所述第九與第十同步帶輪的齒數比為5:4。
[0011] 所述機架底側設有萬向輪。
[0012] 所述機架內的底部上還設有散熱風扇。
[0013] 本實用新型的優點在于：本實用新型結構簡單，操作便捷，降低了農民搬運這些物 品的勞動力，加快了農田作業過程的工作效率，有利于推進農田生產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構示意圖。
[0015] 圖2為本實用新型實施例的末端執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作物搬運用的機械結構，包括機架1，所述 機架內的一側縱向設有一根可相對機架轉動的花鍵軸2,所述機架的另一側上縱向設有一 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軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內的第三同步帶輪7， 所述的第三同步帶輪經同步帶驅動一與其水平設置且位于升降臺底側的第四同步帶輪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的齒輪盤9,所述齒輪盤的上端 面上固連有一旋轉臂10,所述旋轉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作物的末端執行器13,所述 的旋轉臂內設置有一輸出軸縱向設置的第二電機14,所述第二電機經第二減速器15與伸 縮機械臂的一側端固連，所述伸縮機械臂內與減速器相連側設有一第五同步帶輪16,另一 側設有經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臂的 上端固連，所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側端固連，所述末端機械手臂內與第六 同步帶輪相連側設有一第七同步帶輪18,另一側設有經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行器聯動連接，所述第七同步帶輪與伸縮機械臂 的另一側端固連，所述第二同步帶輪由設于機架內旁側上的第一同步帶輪20驅動。
[0018] 上述第一同步帶輪由設于機架內的第一電機21經第一減速器22驅動。
[0019] 上述機架內的另一側設有第三電機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同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪25驅動連接。
[0020] 上述第一與第二同步帶輪的齒數比為1:1 ;所述第三與第四同步帶輪的齒數比為 1:2 ;所述第五與第六同步帶輪的齒數比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數比為1:2 ; 所述第九與第十同步帶輪的齒數比為5:4。
[0021] 上述機架底側設有萬向輪26。
[0022] 上述機架內的底部上還設有散熱風扇27。
[0023] 實施過程中，該機械結構實現農田搬運機器人的原理如下：
[0024] 第五同步帶輪固接于旋轉臂，于是第五同步帶輪相對旋轉臂固定，當第二電機帶 動伸縮機械臂轉動時，第六同步帶輪將形成相對于旋轉臂的公轉和自傳，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同步轉動，則末端機械 手臂相對與伸縮機械臂旋轉，且旋轉方向與伸縮機械臂相對旋轉臂的旋轉方向相反，轉角 值為伸縮機械臂轉角的2倍(第五同步帶輪與第六同步帶輪的齒數比為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時，第八同步帶輪將形 成相對于伸縮機械臂的公轉和自傳，由于末端執行器固接于第八同步帶輪，則末端執行器 相對末端機械手臂旋轉，且旋轉方向與末端機械手臂相對伸縮機械臂的旋轉方向相反，轉 角值為末端機械手臂轉角的1/2 (第七同步帶輪與第八同步帶輪的齒數比為Z7:Z8=1:2)。 根據轉角矢量和的計算，末端執行器相對于旋轉臂的轉角0為伸縮機械臂轉角-《、末端 機械手臂轉角2Λ和末端執行器轉角_的矢量和沒二一α+2α - ? = 0,因此當第 二電機經第二減速器帶動伸縮機械臂轉動時，末端執行器始終相對于旋轉臂不轉動。
[0025] 如圖2所示，從圖中可知C點始終沿直線AC邊移動，且末端執行器相對于旋轉臂 不存在轉動，最終第二步進電機轉動時牽引著末端執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行器在水平面上做旋轉運動。第三步進電機牽引著末端執行器在垂 直平面上做升降運動，綜上所述，三者之間的運動相互協作配合，形成所需要的農田搬運機 器人運動軌跡。
[0026] 綜上所述，本發明各實施例的農田搬運機器人機械結構，由于包括多組同步帶傳 動機構，減速機構，三組五相步進電機及驅動器，絲杠機構，末端機械手臂，伸縮機械臂和旋 轉臂，末端執行器，萬向輪移動機構。從而實現農田搬運機器人的自動化農田搬運作業，節 省人力，提高勞動效率。
[0027] 所述的多組同步帶傳動機構包括如下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動轉 換為花鍵軸的轉動，傳動比為Z1:Z2=1:1 ;第2組：把花鍵軸的轉動轉換為旋轉臂旋轉， 傳動比為Z3:Z4=1:2 ;第3組：把伸縮機械臂的轉動轉換為末端機械手臂的轉動，傳動 比為Z5:Z6=2:1 ;第4組：把末端機械手臂的轉動轉換為末端執行器的轉動，傳動比為 Z7:Z8=1:2 ;第5組：把第三步進電機的轉動轉換為絲桿的轉動，傳動比為Z9:Z10=5:4 ;所 述的減速機構包括：第一減速器和第二減速器，分別實現第一、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、伸縮、升降運動。所述的散熱機構為：散熱風扇，機器人運行時，對其內部進行散熱。所 述的絲杠機構包括：絲桿、絲杠螺母，把絲桿的轉動轉換為旋轉臂的升降。所述的末端機械 手臂、伸縮機械臂、旋轉臂，它們運動協調配合，共同完成農田搬運機器人搬運作業。所述的 末端執行器為平鏟，托起農作物。所述的齒輪機構包括：第一齒輪和第二齒輪28,把旋轉臂 的旋轉轉換為編碼器軸的轉動。所述的萬向輪移動機構包括：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. 一種農作物搬運用的機械結構，包括機架，其特征在于：所述機架內的一側縱向設 有一根可相對機架轉動的花鍵軸，所述機架的另一側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 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 部經軸上花鍵滑動連接有一安設在U形槽內的第三同步帶輪，所述的第三同步帶輪經同步 帶驅動一與其水平設置且位于升降臺底側的第四同步帶輪，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的齒輪盤，所述齒輪盤的上端面上固連有一旋轉臂，所述旋轉 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作物的末端執行器，所述的旋轉臂內設置有一輸出軸縱向設置的第 二電機，所述第二電機經第二減速器與伸縮機械臂的一側端固連，所述伸縮機械臂內與減 速器相連側設有一第五同步帶輪，另一側設有經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臂的上端固連，所述第六同步帶輪與末端機械手臂的一側 端固連，所述末端機械手臂內與第六同步帶輪相連側設有一第七同步帶輪，另一側設有經 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行器聯動連接， 所述第七同步帶輪與伸縮機械臂的另一側端固連，所述第二同步帶輪由設于機架內旁側上 的第一同步帶輪驅動。
2. 根據權利要求1所述的一種農作物搬運用的機械結構，其特征在于：所述第一同步 帶輪由設于機架內的第一電機經第一減速器驅動。
3. 根據權利要求2所述的一種農作物搬運用的機械結構，其特征在于：所述機架內的 另一側設有第三電機，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 經同步帶與固連于絲桿下端的第十同步帶輪驅動連接。
4. 根據權利要求3所述的一種農作物搬運用的機械結構，其特征在于：所述第一與第 二同步帶輪的齒數比為1:1 ;所述第三與第四同步帶輪的齒數比為1:2 ;所述第五與第六同 步帶輪的齒數比為2:1 ;所述第七與第八同步帶輪的齒數比為1:2;所述第九與第十同步帶 輪的齒數比為5:4。
5. 根據權利要求1所述的一種農作物搬運用的機械結構，其特征在于：所述機架底側 設有萬向輪。
6. 根據權利要求1所述的一種農作物搬運用的機械結構，其特征在于：所述機架內的 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 優先權日:2014年9月26日
【發明者】葉大鵬, 胡洪鈞, 童向亞, 邱曉軒, 陳家民 申請人:福建農林大學