一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，包括固定結(jié)構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電源部分；固定結(jié)構(gòu)包括鋁合金框架、腿部固定帶、腳部固定帶，鋁合金框架上端與腿部固定帶連接，下端與腳部固定帶連接；測(cè)試系統(tǒng)包括傾斜開(kāi)關(guān)和角加速度傳感器；傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器及單片機(jī)固定于腳踝部位；動(dòng)力系統(tǒng)包括舵機(jī)、柔索；單片機(jī)分別和傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器、舵機(jī)連接。本發(fā)明專利技術(shù)輕便可穿脫，解決了傳統(tǒng)丘陵山區(qū)林果作業(yè)徒步爬坡的問(wèn)題，減輕了林果從業(yè)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了林果貨物運(yùn)輸?shù)男省?br />

Operation booster for fruit and vegetable in Hilly Area

The invention relates to a fruit operation booster in hilly areas, including fixed structure, test system, power control system and power supply system, including fixed structure; Aluminum Alloy frame, a leg fixing belt, foot fixing belt, Aluminum Alloy frame and the upper end of the leg fixing straps are connected at the lower end of the foot fixing belt connection; testing system including tilt switch and the angular acceleration sensor; tilt switch, angular acceleration sensor and single chip is fixed on the ankle; power system including steering gear, cable and switch, respectively; SCM tilt angle acceleration sensor and actuator connection. The invention has the advantages of portability and stripping, solves the problem of climbing and climbing on fruit work in the traditional hills and mountains, reduces the labor intensity of fruit practitioners, and improves the transportation efficiency of fruit and forest goods.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器
本專利技術(shù)涉及一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，屬于農(nóng)林機(jī)械加工領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
林果業(yè)(包括樹(shù)林、園林、果木、花卉等)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，森林覆蓋率與林果種植面積越來(lái)越大，且具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢覈?guó)林果樹(shù)種植大都集中于丘陵山地，農(nóng)業(yè)機(jī)械較難入地作業(yè)，肥料、果實(shí)、農(nóng)機(jī)器具等農(nóng)業(yè)貨物的挪移搬運(yùn)給林果農(nóng)造成很大的體力消耗與身體負(fù)擔(dān)，隨著農(nóng)村新城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)村“老齡化、空心化”現(xiàn)象嚴(yán)重，從事林果業(yè)生產(chǎn)的人員中老年人、女性的比例日益遞增，此種人群在丘陵山地?cái)y帶貨物上溝爬崖實(shí)施高強(qiáng)度作業(yè)極易受到損傷。通常人們采用手杖助力，但是，手杖有較大的使用局限性，使用時(shí)需手持且須隨時(shí)配合各種路況，不能有效地滿足人們對(duì)省力和減負(fù)的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服上述缺陷，本專利技術(shù)提供了一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，是一種工作平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度低、穿戴可靠、操作簡(jiǎn)便安全的新型林果作業(yè)人機(jī)交互助力裝備。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，包括固定結(jié)構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電源部分；所述的固定結(jié)構(gòu)包括鋁合金框架、腿部固定帶、腳部固定帶，鋁合金框架上端與腿部固定帶連接，下端與腳部固定帶連接；所述鋁合金框架可活動(dòng)套在小腿上，腿部固定帶固定在膝關(guān)節(jié)下部，腳部固定帶固定在踝關(guān)節(jié)上部。所述腿部固定帶與腳部固定帶之間豎立均勻連接有八條彈性布條；鋁合金框架根據(jù)人體小腿的長(zhǎng)度制作，框架長(zhǎng)度可調(diào)。所述的測(cè)試系統(tǒng)包括傾斜開(kāi)關(guān)和角加速度傳感器；所述的傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器及單片機(jī)固定于腳踝部位；所述角加速度傳感器為L(zhǎng)3G4200角加速度傳感器。所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括舵機(jī)和柔索；所述舵機(jī)固定在鋁合金框架上部；柔索上端與舵機(jī)連接且纏繞在舵機(jī)上，下端與腳部固定帶連接，起到助力器工作時(shí)牽引小腿的作用。所述舵機(jī)為YYDJ-018舵機(jī)。所述的控制系統(tǒng)為單片機(jī)，單片機(jī)分別和傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器、舵機(jī)連接。所述單片機(jī)為89C52單片機(jī)。所述的電源部分包括12V鎳氫電池和12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊；12V鎳氫電池用于為舵機(jī)供電；12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊用于為單片機(jī)及其他模塊供電。本專利技術(shù)還涉及一種步態(tài)控制方法，其步驟如下：1、單片機(jī)中存儲(chǔ)控制步態(tài)(控制步態(tài)可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程)；所述控制步態(tài)具體為：右腳兩次抬起之間為一個(gè)步態(tài)周期，每個(gè)周期分為四個(gè)單程：①右腿彎曲抬起，②右腳伸直落地，③左腿彎曲抬起，④左腿伸直落地。在①、③過(guò)程中，右腳、左腳腳底分別與地面成負(fù)角度；②、④過(guò)程右腳、左腳分別與地面成正角度(設(shè)平踩地面時(shí)角度為零度，從左往右看，腳底繞腳踝逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正角度，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為負(fù)角度)。2、利用角加速度傳感器測(cè)試人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并向單片機(jī)輸出數(shù)字量，傾斜開(kāi)關(guān)在正角度時(shí)向單片機(jī)的p3.0口輸入高電平，在負(fù)角度時(shí)向單片機(jī)的p3.0口輸入低電平；3、單片機(jī)通過(guò)角加速度傳感器輸入的信號(hào)判斷人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若輸入1，則為正角度，處于①或③步態(tài)，若輸入0，則為負(fù)角度，處于②或④步態(tài)；4、處于①或③步態(tài)即彎腿時(shí)，舵機(jī)處于位置控制模式，能輸出較大扭矩并精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算，向舵機(jī)輸出周期20ms占空比10％的矩形波，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到120°；5、舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)，一部分轉(zhuǎn)化成牽引力，使小腿抬起，減輕人體抬腿的負(fù)擔(dān)；另一部分轉(zhuǎn)化成彈性布條的彈性勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)彈性布條將抬腳力增大，而落腳力減小；6、伸腿時(shí)，單片機(jī)向舵機(jī)輸出周期20ms，占空比5％的矩形波，舵機(jī)倒轉(zhuǎn)至-120°(舵機(jī)外部負(fù)載小，能夠較快復(fù))。同時(shí)彈性布條將儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能釋放，促進(jìn)完成伸腿動(dòng)作。在本專利技術(shù)中，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，角加速度傳感器(L3G4200)與傾斜開(kāi)關(guān)測(cè)量人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷出人體將要進(jìn)行的是抬腿還是落腿動(dòng)作，而后在彎腿時(shí)，單片機(jī)(89C52)根據(jù)所判斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制舵機(jī)；傳遞不同占空比的矩形波信號(hào)(根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)編程設(shè)定舵機(jī)啟動(dòng)提前量)，以控制舵機(jī)(YYDJ-018)的轉(zhuǎn)動(dòng)，舵機(jī)牽引柔索，柔索帶動(dòng)腿部使行走動(dòng)作更加輕松、靈活。同時(shí)，抬腿時(shí)彈性機(jī)構(gòu)儲(chǔ)存能量，在下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)釋放儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能促進(jìn)伸腿。通過(guò)舵機(jī)牽引與彈性機(jī)構(gòu)勢(shì)能釋放給人體行走、爬坡時(shí)的邁步動(dòng)作完成助力。本專利技術(shù)采用單片機(jī)控制舵機(jī)，舵機(jī)牽引人體腿部以及彈性機(jī)構(gòu)能夠儲(chǔ)存釋放彈性勢(shì)能的方式和特點(diǎn)，提高了丘陵山區(qū)林果作業(yè)人工效率與作業(yè)安全，且整機(jī)具有設(shè)計(jì)重量輕、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，彈性機(jī)構(gòu)的設(shè)置與應(yīng)用，節(jié)約了該裝備的能耗，同時(shí)也提高了裝備的續(xù)航能力，是一種有效的輔助人體行走、作業(yè)裝備。附圖說(shuō)明圖1：人機(jī)交互助力器結(jié)構(gòu)主視圖圖2：人體行走步態(tài)分析圖圖3：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳圖圖4：傳感器脈沖信號(hào)圖圖5：人機(jī)交互助力器的工作原理圖圖中：1腿部固定帶,2鋁合金框架,3彈性布條,4腳部固定帶,5單片機(jī),6傾斜開(kāi)關(guān),7角加速度傳感器,8柔索,9舵機(jī)。具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述，本專利技術(shù)中所使用部件，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為可市購(gòu)件或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，包括固定結(jié)構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電源部分；所述的固定結(jié)構(gòu)包括鋁合金框架2、腿部固定帶1、腳部固定帶4，鋁合金框架2上端與腿部固定帶1連接，下端與腳部固定帶4連接；所述鋁合金框架2可活動(dòng)套在小腿上，腿部固定帶1固定在膝關(guān)節(jié)下部，腳部固定帶4固定在踝關(guān)節(jié)上部。所述腿部固定帶1與腳部固定帶4之間豎立均勻連接有八條彈性布條3；鋁合金框架2根據(jù)人體小腿的長(zhǎng)度制作，鋁合金框架2長(zhǎng)度可調(diào)。所述的測(cè)試系統(tǒng)包括傾斜開(kāi)關(guān)6和角加速度傳感器(L3G4200)7；所述的傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器7及單片機(jī)(89C52)5固定于腳踝部位；所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括舵機(jī)9、柔索8；所述舵機(jī)(YYDJ-018)9固定在鋁合金框架2上；膠繩(柔索)8上端與舵機(jī)9相連，下端與腳部固定帶4連接，起到助力器工作時(shí)牽引小腿的作用。所述的柔索可采用膠繩、軟繩等柔軟材質(zhì)且有一定強(qiáng)度的繩子。所述的控制系統(tǒng)為單片機(jī)5，單片機(jī)5分別和傾斜開(kāi)關(guān)6、角加速度傳感器7、舵機(jī)9連接。所述的電源部分包括12V鎳氫電池和12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊；12V鎳氫電池用于為舵機(jī)供電；12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊用于為單片機(jī)5及其他模塊供電。本專利技術(shù)以鋁合金材質(zhì)制作鋁合金框架2，鋁合金框架2輕便可穿脫，用于減輕人體爬坡或攜帶重物時(shí)小腿部肌肉的負(fù)擔(dān)。鋁合金框架上固定有舵機(jī)9，在人體各關(guān)節(jié)處設(shè)置多種傳感器。人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用角加速度傳感器7與傾斜開(kāi)關(guān)6測(cè)量人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷出人體將要進(jìn)行的是抬腿還是落腿動(dòng)作，而后在彎腿時(shí)，單片機(jī)5根據(jù)所判斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向舵機(jī)9傳遞不同占空比的矩形波信號(hào)，以控制舵機(jī)9的轉(zhuǎn)動(dòng)，舵機(jī)9牽引柔索8，柔索8帶動(dòng)腿部使行走動(dòng)作更加輕松、靈活。同時(shí)，抬腿時(shí)彈性布條3儲(chǔ)存能量，在下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)釋放儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能促進(jìn)伸腿。使用時(shí)，本專利技術(shù)具體的步態(tài)控制方法，步驟如下：(1)利用傳感器測(cè)試人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并向單片機(jī)最小系統(tǒng)輸出數(shù)字量，傾斜開(kāi)關(guān)在正角度時(shí)向單片機(jī)的p3.0口輸入高電平，在負(fù)角度時(shí)向單片機(jī)的p3.0口輸入低電平(圖3)；(2)單片機(jī)通過(guò)傳感器輸入的信號(hào)判斷人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若輸入1，則為正角度，處于①或③步態(tài)，若輸入0，則為負(fù)角度，處于②或本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于包括固定結(jié)構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電源部分；所述的固定結(jié)構(gòu)包括鋁合金框架、腿部固定帶和腳部固定帶，鋁合金框架上端與腿部固定帶連接，下端與腳部固定帶連接；所述鋁合金框架可活動(dòng)套在小腿上，腿部固定帶固定在膝關(guān)節(jié)下部，腳部固定帶固定在踝關(guān)節(jié)上部；所述腿部固定帶與腳部固定帶之間豎立均勻連接有彈性布條；所述的測(cè)試系統(tǒng)包括傾斜開(kāi)關(guān)和角加速度傳感器；所述的傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器及單片機(jī)固定于腳踝部位；所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括舵機(jī)和柔索；所述的舵機(jī)固定在鋁合金框架上部；柔索上端與舵機(jī)相連，下端與腳部固定帶連接，起到助力器工作時(shí)牽引小腿的作用；所述的控制系統(tǒng)為單片機(jī)分別和傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器、舵機(jī)連接；所述的電源部分包括12V鎳氫電池和12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊；12V鎳氫電池用于為舵機(jī)供電；12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊用于為單片機(jī)及其他模塊供電。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于包括固定結(jié)構(gòu)、測(cè)試系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和電源部分；所述的固定結(jié)構(gòu)包括鋁合金框架、腿部固定帶和腳部固定帶，鋁合金框架上端與腿部固定帶連接，下端與腳部固定帶連接；所述鋁合金框架可活動(dòng)套在小腿上，腿部固定帶固定在膝關(guān)節(jié)下部，腳部固定帶固定在踝關(guān)節(jié)上部；所述腿部固定帶與腳部固定帶之間豎立均勻連接有彈性布條；所述的測(cè)試系統(tǒng)包括傾斜開(kāi)關(guān)和角加速度傳感器；所述的傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器及單片機(jī)固定于腳踝部位；所述的動(dòng)力系統(tǒng)包括舵機(jī)和柔索；所述的舵機(jī)固定在鋁合金框架上部；柔索上端與舵機(jī)相連，下端與腳部固定帶連接，起到助力器工作時(shí)牽引小腿的作用；所述的控制系統(tǒng)為單片機(jī)分別和傾斜開(kāi)關(guān)、角加速度傳感器、舵機(jī)連接；所述的電源部分包括12V鎳氫電池和12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊；12V鎳氫電池用于為舵機(jī)供電；12伏轉(zhuǎn)5伏轉(zhuǎn)壓模塊用于為單片機(jī)及其他模塊供電。2.如權(quán)利要求1所述的一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于所述的彈性布條為八條。3.如權(quán)利要求1所述的一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于所述的鋁合金框架根據(jù)人體小腿的長(zhǎng)度制作，框架長(zhǎng)度可調(diào)。4.如權(quán)利要求1所述的一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于所述的角加速度傳感器為L(zhǎng)3G4200角加速度傳感器。5.如權(quán)利要求1所述的一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器，其特征在于所述的單片機(jī)為89C52單片機(jī)。6.如權(quán)利要求1所述的一種丘陵地區(qū)林果作業(yè)助力器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋月鵬，王征，劉洪潔，高東升，韓均廣，明揚(yáng)，王靜，康杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東,37