一种复合式多功能割胶机器人

1.本实用新型涉及一种智能机器人技术领域，特别是关于一种复合式多功能割胶机器人。


背景技术：

2.橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一，在人们日常生活中具有广泛的应用。割胶劳动投入占整个橡胶生产劳动总投入的70％以上，割胶机器人作为一种新型高效割胶工具，具有广阔的市场前景，正在成为橡胶种植行业标准的橡胶切割工具。目前割胶机器人的研究中，主要有移动式和固定式两种割胶机器人，且都处于研发过程中。
3.目前采用的固定式割胶机器人，其具有定位时间短，定位精度和割胶精度高的特点，可以实现精准连续割胶。但由于“一树一机”的模式，只能在割胶技术层面上代替人工割胶，无法在参与割胶劳动人员数量上和人工成本投入上取代。而移动式割胶机器人，行走灵活，可实现“一机多树”的特点，从参与割胶劳动人员数量上和人工成本投入上有明显优势，但是目前移动式割胶机器人主要采用的是视觉定位，受到橡胶林间环境和图像识别误差等原因的影响，导致对胶线定位时间长，定位和割胶精度差，不能保证精准连续割胶。无法在割胶技术层面上代替人工割胶。橡胶园林不仅需要割胶工作，还需要日常维护，加大了胶农的工作强度。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种复合式多功能割胶机器人，其能有效提高定位精度，降低胶农工作强度，并能实现割草及农药喷洒功能。
5.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种复合式多功能割胶机器人，其包括：移动底盘，用于带动所述机器人进行行走；标签识别器，设置在所述移动底盘的前部，用于读取识别预设在橡胶树上的电子标签；机械臂，设置在所述移动底盘上，其末端设置有割胶机械手；辅助定位框架，预先设置在橡胶树上，用于与所述割胶机械手配合；控制器，设置在所述移动底盘内，控制驱动所述移动底盘移动；并接收所述标签识别器传输至的标签信息，控制所述机械臂带动所述割胶机械手在所述辅助定位框架内动作。
6.进一步，所述辅助定位框架为非封闭的圆环状结构。
7.进一步，所述辅助定位框架包括：弧形固定架，设置为两个，用于将所述辅助定位框架固定在所述橡胶树上；上圆环框架，经至少两个第一连接件与位于上部的所述弧形固定架连接；下圆环框架，经至少两个所述第一连接件与位于下部的所述弧形固定架连接；凸字形轨道，设置为两个，分别设置在所述上圆环框架的底部及所述下圆环框架的顶部；支撑杆，设置在所述上圆环框架和所述下圆环框架之间两侧的端部，所述支撑杆、所述上圆环框架和所述下圆环框架之间围城所述割胶机械手弧形的工作空间；两个所述凸字形轨道对称设置，所述上圆环框架和所述下圆环框架的一端端部未设置所述凸字形轨道的部分形成轨道开口，用于与割胶机械手配合动作。
8.进一步，所述割胶机械手包括：扇环框架，通过第二连接件与所述机械臂的末端连接；其弧度与所述辅助定位框架的所述工作空间匹配设置，以便进入所述工作空间内作业；第一限位传感器，设置在所述扇环框架顶部，用于限定所述机械臂带动所述割胶机械手移动至所述辅助定位框架的所述轨道开口侧的动作，并将限位信息传输至所述控制器；第二限位传感器，设置在所述扇环框架的左侧壁，用于限定所述割胶机械手在所述辅助定位框架内从所述轨道开口侧运动至左侧的动作，并将限位信息传输至所述控制器；定位传感器，设置在所述扇环框架的前侧上部，与所述控制器电连接，用于对所述辅助定位框架的所述轨道开口侧进行定位，并将定位信息传输至所述控制器；割胶机构，设置在扇环框架内，由所述控制器根据接收到的信息控制所述割胶机构动作。
9.进一步，所述割胶机构包括：
10.上下运动机构，设置在扇环框架内，由所述控制器控制其动作；
11.向心运动机构，设置在所述上下运动机构上，由所述上下运动机构带动其进行上下移动，由所述控制器控制其动作；
12.胶刀组件，设置在所述向心运动机构上，由所述向心运动机构带动其进行进刀或退刀动作。
13.进一步，所述割胶机械手还包括：距离传感器，设置在所述向心运动机构上，位于所述胶刀组件的下方，用于限定胶刀组件的进退刀动作，并将限定信息传输至所述控制器；所述控制器根据接收到的信息控制所述向心运动机构动作。
14.进一步，所述割胶机械手还包括万向球滚轮和软胶轴承滑轮；所述万向球滚轮和软胶轴承滑轮都设置在所述扇环框架的顶部和底部，与所述凸字形轨道配合。
15.进一步，所述机器人还包括：喷洒农药机械手，设置在所述机械臂的末端，包括喷头和视觉传感器，所述视觉传感器位于所述喷头上方；除草机构，设置在所述移动底盘上后部；水箱，与所述机械臂在同一平面上，通过橡胶软管与所述喷头连接，为所述喷头提供喷洒农药所需的营养液。
16.进一步，所述机械臂为多自由度机械臂。
17.进一步，所述移动底盘上前部设置有激光雷达。
18.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
19.1、本实用新型将固定式割胶机器人的割线定位、割深控制方法与移动式割胶机器人的一机多树的特点进行技术融合，同时将除草与农药喷洒功能包含在内，实现了割胶机器人的复合式多功能。
20.2、本实用新型解决了固定式割胶机器人“一机一树”以及维护成本高的问题；解决了移动式割胶机器人对割线的定位精度差，以及割胶精度差的问题；解决了胶农工作强度大的问题，可实现自主割草与农药喷洒的功能。
21.3、本实用新型的割胶机械手与机械臂连接，机械臂与移动底盘连接，在配合辅助定位框架进行割胶作业时，可对上一次割线进行快速精准定位，从而实现连续割胶，满足割胶标准要求，同时还实现了“一机多树”的特点，极大降低了维护的成本。
22.4、本实用新型的复合式多功能割胶机器人采用智能喷洒农药机械手，在进行喷洒农药作业过程中，通过视觉传感器对所需喷洒农药位置进行自主识别，配合喷头、机械臂和全地形履带式底盘对所需喷洒农药位置进行农药喷洒。
附图说明
23.图1是本实用新型一实施例中的复合式多功能割胶机器人结构示意图；
24.图2是本实用新型一实施例中的辅助定位框架结构示意图；
25.图3是本实用新型一实施例中的割胶机械手结构示意图；
26.图4是本发明一实施例中的复合式多功能割胶机器人喷洒农药及割草结构示意图。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
29.如图1所示，本实用新型提供一种复合式多功能割胶机器人，其包括：
30.移动底盘1，用于带动机器人进行行走；
31.标签识别器2，设置在移动底盘1的前部，用于读取识别预设在橡胶树上的电子标签；在本实施例中，标签识别器2优选为rfid读写器；
32.机械臂3，设置在移动底盘1上，其末端设置有割胶机械手4；该机械臂3为多自由度机械臂；
33.辅助定位框架5，预先设置在橡胶树上，用于与割胶机械手4配合；
34.控制器，设置在移动底盘1内，控制驱动移动底盘1移动；并接收标签识别器2传输至的标签信息，控制机械臂3带动割胶机械手4在辅助定位框架5内动作，实现对上一次割线快速精准定位，以进行连续割胶。
35.上述实施例中，在移动底盘1上前部还设置有激光雷达6。使用时，由激光雷达6建立橡胶园林的地势地图，由控制器进行路径规划，保证机器人行驶至每一棵橡胶树指定的位置，通过rfid读写器读取固定在橡胶树上的电子标签，识别该橡胶树的割胶信息，实现连续割胶的功能。
36.上述实施例中，如图2所示，辅助定位框架5呈非封闭的圆环状结构，其包括：
37.弧形固定架7，设置为两个，用于将辅助定位框架5固定在橡胶树上；
38.上圆环框架8，经至少两个第一连接件9与位于上部的弧形固定架7连接；
39.下圆环框架10，经至少两个第一连接件9与位于下部的弧形固定架7连接；
40.凸字形轨道12，设置为两个，分别设置在上圆环框架8的底部及下圆环框架10的顶部；
41.支撑杆11，设置在上圆环框架8和下圆环框架10之间两侧的端部，用于限定上圆环框架8和下圆环框架10之间的间距；支撑杆11、上圆环框架8和下圆环框架10之间围城割胶机械手4弧形的工作空间；
42.两个凸字形轨道12对称设置，凸字形轨道12的长度小于工作空间内的圆环框架的长度，上圆环框架8和下圆环框架10的一端端部未设置凸字形轨道12的部分形成轨道开口，用于与割胶机械手4配合动作。
43.本实施例中，通过辅助定位框架5以及割胶机械手4取代现有割胶机器人的视觉定位传感器，辅助定位框架5上的凸字型轨道12为单侧开口式半封闭轨道。
44.上述实施例中，如图3所示，割胶机械手4包括：
45.扇环框架13，通过第二连接件14与机械臂3的末端连接；其弧度与辅助定位框架5的工作空间匹配设置，以便进入工作空间内作业；
46.第一限位传感器15，设置在扇环框架13顶部，用于限定机械臂3带动割胶机械手4移动至辅助定位框架5的轨道开口侧的动作，并将限位信息传输至控制器；
47.第二限位传感器16，设置在扇环框架13的左侧壁，用于限定割胶机械手4在辅助定位框架5内从轨道开口侧运动至左侧的动作，并将限位信息传输至控制器；
48.定位传感器17，设置在扇环框架13的前侧上部，与控制器电连接，用于对辅助定位框架5的轨道开口侧进行定位，并将定位信息传输至控制器；
49.割胶机构，设置在扇环框架13内，由控制器根据接收到的信息控制割胶机构动作。
50.其中，割胶机构包括：
51.上下运动机构，设置在扇环框架13内，由控制器控制其动作；
52.向心运动机构，设置在上下运动机构上，由上下运动机构带动其进行上下运动，由控制器控制其动作；
53.胶刀组件18，设置在向心运动机构上，由向心运动机构带动其进行进刀或退刀动作。
54.在本实施例中，上下运动机构和向心运动机构都采用现有的滚珠丝杠滑台结构，上下运动机构包括上下运动电机、电机减速器、第一联轴器、上下运动滚珠丝杠滑台模组、滚珠丝杠限位传感器和第一l型板，上下运动电机通过第一l型板固定在扇环框架13上；向心运动机构包括向心运动滚珠丝杠滑台模组、第二联轴器、向心运动电机和第二l型板，向心运动滚珠丝杠滑台模组通过第二l型板固定在上下运动滚珠丝杠滑台模组的滑台上，上下运动机构和向心运动机构的空间角度呈90
°
。其余结构与现有滚珠丝杠滑台结构相同，具体连接结构在此不再赘述。
55.上述实施例中，割胶机械手还包括：距离传感器19，设置在向心运动机构上，位于胶刀组件18的下方，用于限定胶刀组件18的进退刀动作，并将限定信息传输至控制器；控制器根据接收到的信息控制向心运动机构动作。
56.上述实施例中，割胶机械手还包括万向球滚轮20和软胶轴承滑轮21；万向球滚轮20和软胶轴承滑轮21都设置在扇环框架13的顶部和底部，位于第一限位传感器15的前方；万向球滚轮20和软胶轴承滑轮21与凸字形轨道12配合，实现割胶机械手4沿凸字形轨道移动。
57.上述实施例中，如图4所示，本实用新型的割胶机器人还包括：
58.喷洒农药机械手，设置在机械臂3的末端，包括喷头22和视觉传感器23，视觉传感器23位于喷头22上方；
59.除草机构24，设置在移动底盘1上后部；
60.水箱25，与机械臂3在同一平面上，通过橡胶软管与喷头22连接，为喷头22提供喷洒农药所需的营养液。
61.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。