多树种混交联排植树机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了多树种混交联排植树机器人，包括无人驾驶牵引车、多行多列A，B两组植树作业模块以及太阳能防风罩。A组作业模块的水车平台伸出的钻土钻头、升降滑轨及定向送土罩实现了钻头升降、打孔和定向送土，通过机械夹苗手完成从苗箱取苗，扶苗；覆土推板及带有踏面闭合板的土壤压实板完成覆土及土壤压实。B组则针对插扞式植树方式，配备高压水泵、及在打孔同时完成注水工作的管式水枪头、机械夹苗手和定向放苗辅助手。本实用新型不仅能快速，高效完成多种树苗高效混交栽植作业，而且适合荒漠化地带的多风、强光照条件下长期无人作业，应用本实用新型必将强力扭转全球荒漠化日益加剧的局面，有力推进荒漠化治理进程。
【专利说明】多树种混交联排植树机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及农林机械领域，具体地，设计了一种规模化治理沙漠的多树种混交联排植树机器人。
【背景技术】
[0002]20世纪以来随着世界人口数量急剧增长，以及人类各种不合理的垦荒活动，造成了日益严重的全球荒漠化，以中国为例，在960万平方公里的国土面积中，荒漠化面积占到了 27.4%，并且据统计，自20世纪70年代以来土地沙化面积扩大速度，达到每年2460平方公里。同时，荒漠化造成了严重的社会和环境问题，包括可耕地减少、沙尘暴活动频繁、土地整体涵养水源能力下降导致的年降水量逐年减少等等，严重恶化了人类的生存环境。
[0003]栽树种草是有效遏制荒漠化加剧形势，高效治理全球荒漠化的根本出路。但从世界范围来看，此项工作开展的最大难题不是没有树苗，或没有决心、资金，而是没有一种能够保证园艺要求的，可以高效、规模化，乃至自动化的植树作业机械。
[0004]目前国内外仅在科技竞赛领域有研发植树机器人的尝试，但据了解仅限于单株树苗的种植，不仅单株栽植成本高，效率低下，并且完全没有充分考虑栽植树苗各个环节的园艺要求，比如栽苗后的土壤踏实环节。同时此类尝试也没有考虑到工厂式、规模化的作业方式，不能适应治理广阔荒漠的时间紧迫性要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是通过结合关键的两种种植模式，充分考虑每种种植模式的园艺要求,理顺各种植模式,设计一种仿流水线作业,支持多树种混交种植模式的自动化植树机器人，同时本发明的机器人将能够适应荒漠地区的大风天气，并能充分利用此类地区常年强光照的有利太阳能资源，开展无人操作、快速高效、环保可持续、大规模的植树造林作业。
[0006]本发明所支持的两种种植模式分别是普通挖坑植树，以及适用于插扞式造林的高压冲孔植树。对于普通挖坑式植树，本发明特别设计了挖坑定向送土、取苗植苗、快速覆土、浇水以及高频振动式土壤踏实的整套作业机构。对于插扞式造林，结合最新的农艺栽植技术发展，设计了高压水枪下探冲孔、浇水，定向放苗辅助，以及自动化放苗的作业机构。
[0007]为防范荒漠化地区的常年大风气候可能对作业过程中的影响，包括对作业机械使用寿命的可能损害，并更好地利用该类地区强光照资源，特别设计了可调整太阳能板方向的太阳能板支架，以及方便拼接的、边缘圆弧形能够有效降低风阻的整体式防风罩。
[0008]本发明提供的多树种混交联排植树机器人，包括无人驾驶牵引车，多行多列的A，B两组植树作业模块，太阳能防风罩；无人驾驶牵引车通过牵引臂连接多行多列的A，B两组植树作业模块。
[0009]各植树作业模块均包含水车，以及安装在水车上的:水泵、可更换的苗车、作业手模块、太阳能防风罩支架及太阳能板和拼接处带有拉锁的防风罩；苗车为独立结构，可以和水车快速地连接在一起，苗车结构分为上下三层，上面两层为穿孔薄板利于放苗规整，便于机械夹苗手作业，最下一层为可内盛营养液的凹形底盘。
[0010]A组植树作业模块的作业手模块包括伸缩臂、浇水管，及伸缩臂上安装的钻土手、覆土手、A型夹苗手；伸缩臂包括主支撑臂、伸出臂及连接主支撑臂和伸出臂的电动缸。
[0011]优选地，主支撑臂安装在水车上，并主支撑臂和伸出臂均为品字形三管式结构，三管之间有交错式加强筋。伸出臂三管后端分别嵌套在主支撑臂三管内，伸出臂前端有龙门式安装架；钻土手包括安装在龙门式安装架上的回转臂、回转臂驱动装置、钻土部件安装架。
[0012]优选地，回转臂驱动装置为电动缸，钻土部件安装架为圆弧形支架，钻土部件安装架上安装了滑轨、钻土马达、钻土钻头、定向送土罩，并包括滑轨上安装的升降器，优选地升降器为螺杆式升降器。
[0013]优选地，钻土马达的安装法兰两侧有连接滑轨的滑动套筒，滑动套筒通过背面的螺母嵌套在螺杆式升降器的螺杆上，螺杆升降器顶端有驱动电机；定向送土罩为一个开口近1/4圆周的薄壁圆筒；覆土手包括安装在龙门式安装架上的覆土回转臂、驱动覆土回转臂的电动缸、覆土推板安装架，以及覆土推板安装架上的U型覆土推板、U型土壤压实板、由压实板滑轨和压实板电动缸组成的压实板升降装置、及土壤压实板上附着的电机驱动的踏面闭合板和土壤高频踩踏机构；踏面闭合板安装在土壤压实板下底面下方；土壤高频踩踏机构是电机驱动的偏心轮结构；A型夹苗手安装在龙门式安装架上，是一个多自由度，前端带有夹持手的多段机械臂式机械手；浇水管后端连接到水泵，出水口对准植苗坑。
[0014]B组植树作业模块的作业手模块包括冲水打孔手、定向放苗辅助手、B型夹苗手；冲水打孔手包括冲水打孔回转臂、回转臂驱动装置、打孔装置安装架、滑轨、打孔钢管，及滑轨上安装的升降器。
[0015]优选地，回转臂驱动装置是一个电动缸，升降器是螺杆式结构；打孔钢管上端通过套筒连接滑轨，套筒通过可在螺杆上移动的螺母连接螺杆。
[0016]B组植树作业模块的水泵是高压泵，打孔钢管后端连接到高压水泵上；定向放苗辅助手包括定向辅助漏斗和安装在苗车上的升降器，升降器是一个电动缸型夹苗手是一个多自由度，前端带有夹持手的多段机械臂式机械手，并通过带有电动缸的滑轨式安装支架安装在水车上。
[0017]各植树作业模块根据其在整个植树模块队列中所处位置的不同，分为内部模块和边缘模块，内部模块的太阳能防风罩支架仅包括太阳能板安装架，边缘模块的太阳能防风罩支架包括太阳能板安装架和圆弧式防风罩边罩支架。
[0018]太阳能板安装架是由能够调整太阳能板朝向角度的多个顶端带有球形万向节安装点的多节伸缩杆、太阳能板架、防风罩安装条组成；太阳能电池板安装在太阳能板架上。
[0019]优选地，防风罩安装条是环式薄片型，开有通孔，通过螺栓和太阳能板架夹紧的方式固定防风罩；防风罩通过防风罩安装条、防风罩边罩支架安装在各个作业模块上，并和太阳能电池板组成边缘圆弧形的整体式太阳能防风罩。
[0020]优选地圆弧式防风罩边罩支架是由两根圆弧形钢管连接到太阳能板安装架组成。[0021 ] 所述整体式防风罩在行进方向的后方，在树苗栽植位置处为留有树苗通过口。
[0022]防风罩由透明高弹性橡胶制造。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的总体外观图；
[0024]图2是本发明的不包含防风罩边罩的总体后视立体图；
[0025]图3是本发明的位于队列边缘的A组植树作业模块俯视立体图；
[0026]图4是本发明的位于队列边缘的A组植树作业模块侧试立体图；
[0027]图5是本发明的A组植树作业模块不包含苗车的前视立体图；
[0028]图6是本发明的A组植树作业模块伸缩臂和作业手侧视立体图；
[0029]图7是本发明的A组植树作业模块伸缩臂和作业手俯视立体图；
[0030]图8是本发明的A组植树作业模块覆土手俯视立体图；
[0031]图9是本发明的B组植树作业模块不包含太阳能板安装架的俯视立体图；
[0032]图10是本发明的B组植树作业模块作业手俯视立体图；
[0033]图11是本发明的B组植树作业模块俯视立体图；
[0034]图12是本发明的B组植树作业模块水车苗车仰视立体图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
[0036]参见图f 6所示，本发明的无人驾驶牵引车I后安装有牵引臂2，多行多列的A组植树作业模块3和B组组植树作业模块4均挂接在牵引臂2后方，整体式太阳能防风罩5覆盖了所有植树作业模块。
[0037]各个模块的防风罩84中间是太阳能电池板6，防风罩边缘有拉锁7，整体式防风罩在行进方向的后方，在树苗栽植位置处为留有树苗通过口 8。
[0038]A组植树作业模块3的水车9上安装有水泵10、通过连接板12和水车9连接的苗车11、安装在水车9下部的作业手模块13、太阳能防风罩支架14及太阳能电池板6和拼接处带有拉锁16的防风罩17 ;苗车11结构分为上下三层，上面两层为穿孔薄板18，最下一层为可内盛营养液的凹形底盘19。
[0039]A组植树作业模块3的作业手模块13包括伸缩臂21、钻土手22、覆土手23、A型夹苗手24、浇水管20 ;伸缩臂21包括安装在水车9底部的主支撑臂26、伸出臂27及连接主支撑臂26和伸出臂27的电动缸28。
[0040]主支撑臂26为三管式结构，三管之间有交错式加强筋29 ;伸出臂27同样为三管式结构，三管后端分别嵌套在主支撑臂三管内，前端有交错式加强筋，并有龙门式安装架30 ;龙门式安装架30有加强筋31。
[0041]钻土手22包括安装在龙门式安装架30上的回转臂32、安装在伸出臂27前端的安装板57上的回转臂电动缸33，及半环式抱臂35，以及半环式抱臂上安装的滑轨36、定向送土罩39.螺杆式升降器40的上下两端和滑轨36安装在一起；钻土马达37的安装法兰41两侧有连接滑轨36的滑动套筒42，安装法兰41下方安装有钻土钻头38，滑动套筒42背面连接的螺母43嵌套在螺杆式升降器的螺杆44上，螺杆升降器40顶端有驱动电机45 ;定向送土罩39为一个开口近1/4圆周的薄壁圆筒。
[0042]覆土手23包括安装在龙门式安装架30上的覆土回转臂46、安装在伸出臂27前端的安装板57上的覆土回转臂电动缸47、覆土推板安装架48。覆土推板安装架48上装有U型覆土推板49和压实板滑轨51。压实板滑轨51上的滑块52通过连接臂53与U型土壤压实板50连接，覆土推板安装架48和连接臂53之间安装有电动缸54。
[0043]土壤压实板50上表面装有踏面闭合板55的驱动电机56，踏面闭合板55安装在土壤踏实板50的下底面。土壤踏实板50上安装有高频电机58和其驱动的偏心轮59。
[0044]A型夹苗手24安装在龙门式安装架上是一个多自由度，前端带有夹持手34的多段机械臂式机械手；浇水管20后端连接到水泵，出水口对准植苗坑。
[0045]一对B组植树作业模块3安装在水车60两侧的两个独立苗车61上。
[0046]冲水打孔回转臂61、冲水打孔回转臂电动缸62均安装在苗车上61的安装架63上。
[0047]冲水打孔回转臂61前端装有打孔装置安装架64，滑轨65、螺杆式升降器66的两端均与打孔装置安装架64两端安装在一起，打孔钢管67通过2个滑动套筒68安装在滑轨65上，其中一个滑动套筒68与螺杆式升降器上安装的螺母69构成一体的组合件；B组植树作业模块3的高压泵70通过水管71与打孔钢管67连接；定向放苗辅助手的电动缸72安装在苗车61上，电动缸72前端外探一个抓臂73与定向辅助漏斗74连接。
[0048]B型夹苗手75是一个多自由度，前端带有夹持手76的多段机械臂式机械手，通过带有电动缸77的滑轨式安装支架78安装在水车60上。
[0049]各植树作业模块根据其在整个植树模块队列中所处位置的不同，分为内部模块和边缘模块，内部模块的太阳能防风罩支架仅包括太阳能板安装架79，边缘模块的太阳能防风罩支架包括太阳能板安装架79和圆弧式防风罩边罩支架25。
[0050]太阳能板安装架是由能够调整太阳能板朝向角度的多个顶端带有球形万向节安装点80的多节伸缩杆81、太阳能板架82和防风罩安装条15组成；太阳能电池板6安装在太阳能板架82上。
[0051]防风罩17通过防风罩安装条15、防风罩边罩支架25安装在作业模块上。
[0052]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.多树种混交联排植树机器人，包括无人驾驶牵引车，多行多列的A，B两组植树作业模块，太阳能防风罩，其特征在于: 无人驾驶牵引车通过牵引臂连接多行多列的A，B两组植树作业模块； 各植树作业模块均包含水车，以及安装在水车上的:水泵、可更换的苗车、作业手模块、太阳能防风罩支架及太阳能板和拼接处带有拉锁的防风罩； 苗车为独立结构，可以和水车快速地连接在一起，苗车结构分为上下三层，上面两层为穿孔薄板利于放苗规整，便于机械夹苗手作业，最下一层为可内盛营养液的凹形底盘； A组植树作业模块的作业手模块包括伸缩臂、浇水管，以及伸缩臂上安装的钻土手、覆土手和A型夹苗手； 伸缩臂包括安装在水车上的主支撑臂、后端与主支撑臂嵌套在一起的伸出臂，及连接主支撑臂和伸出臂的电动缸，主支撑臂和伸出臂均为品字形，三管式结构，三管之间有交错式加强筋连接，伸出臂前端有用来安装钻土手、覆土手和A型夹苗手的龙门式安装架； 钻土手安装在龙门式安装架上，包括回转臂、回转臂驱动装置，钻土部件安装架，以及钻土部件安装架上的滑轨、钻土马达、钻土钻头、定向送土罩，并包括滑轨上安装的升降器； 钻土马达的安装法兰两侧有连接滑轨的滑动套筒，滑动套筒与升降器连接，升降器由电机驱动； 定向送土罩为一个有开口的不完整薄壁圆筒； 覆土手安装在龙门式安装架上，包括覆土回转臂、回转臂驱动装置、覆土推板安装架，以及覆土推板安装架上的U型覆土推板、U型土壤压实板、压实板升降装置、及土壤压实板上附着的电机驱动的踏面闭合板和土壤高频踩踏机构； 踏面闭合板安装在土壤压实板下底面下方； 土壤高频踩踏机构是电机驱动的偏心轮结构； A型夹苗手安装在龙门式安装架上，是一个多自由度，前端带有夹持手的多段机械臂式机械手； 浇水管后端连接到水泵，出水口对准植苗坑； B组植树作业模块的作业手模块包括冲水打孔手、定向放苗辅助手、B型夹苗手； 冲水打孔手包括冲水打孔回转臂、回转臂驱动装置、打孔装置安装架、滑轨、打孔钢管，及滑轨上安装的升降器； 回转臂和覆土回转臂均是由并排的两根弯管结合加强筋组成； B组植树作业模块的水泵是高压泵，打孔钢管后端连接到高压水泵上； 定向放苗辅助手包括定向辅助漏斗和升降装置； B型夹苗手是一个多自由度，前端带有夹持手的多段机械臂式机械手； 各植树作业模块根据其在整个植树模块队列中所处位置的不同，分为内部模块和边缘模块，内部模块的太阳能防风罩支架仅包括太阳能板安装架，边缘模块的太阳能防风罩支架包括太阳能板安装架和圆弧式防风罩边罩支架； 太阳能板安装架是由能够调整太阳能板朝向角度的多个顶端带有球形万向节安装点的多节伸缩杆、太阳能板架、防风罩安装条组成； 太阳能电池板安装在太阳能板架上； 防风罩安装条是薄片型，开有通孔，以用螺栓和太阳能板架夹紧的方式固定防风罩；防风罩通过防风罩安装条、防风罩边罩支架安装在各个作业模块上，并和太阳能电池板组成边缘圆弧形的整体式太阳能防风罩。
2.根据权利要求1所述多树种混交联排植树机器人，其特征在于，所述整体式防风罩在行进方向的后方，在树苗栽植位置处为留有树苗通过口。
3.根据权利要求2所述多树种混交联排植树机器人，其特征在于，防风罩由透明高弹性橡胶制造。
【文档编号】A01G25/09GK203968837SQ201420440534
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】杨挺, 蔡军生, 贺玉飞, 王明武, 于卫平 申请人:北京时代沃林科技发展有限公司