一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人制造技術

一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，包括機混合驅動機械腿系統、鋸式整枝系統和機架桿組件。當小功率伺服電機單獨驅動時，便能實現復雜爬樹抱樹運動，驅動簡單；利用驅動力的反作用力便可實現鎖死，爬樹工作安全可靠；機器人爬樹過程中，轉換自由度，可以改變抱緊角度，實現機器人靈活適應樹木直徑的變化；模擬動物身體構造，使爬樹整枝機器人靈活適應不同形狀樹木；多自由度整枝系統與爬樹機器人結合，移動性能好、整枝方便靈活、工作效率高，整枝定位精確，可以完成復雜的整枝工作；采用大功率常規電機、小功率伺服電機混合驅動，降低成本，柔性輸出程度高，控制簡單。

A hybrid drive step climbing saw type pruning robot

A hybrid drive step climbing saw type pruning robot, including the training system and the frame type saw rod assembly driving mechanical leg system, mixing machine. When the small power servo motor drive alone, can implement complex trees chipko movement, simple driving; driving force by reaction can be locked, climbing safety; climbing robot in the process of conversion, degree of freedom, can change the angle of the robot to achieve tight, flexible to adapt to the change of tree diameter; simulation animal body structure, the tree pruning robot flexible to adapt to different shapes of trees; multi degree of freedom training system combined with climbing robot, mobile performance, pruning is convenient and flexible, high work efficiency, pruning accurate positioning, can complete the complex training work; using high power conventional motor, small power servo motor of hybrid drive, lower cost, flexible the output level is high, easy to control.

【技術實現步驟摘要】
一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人
本專利技術涉及機器人設計領域，特別是一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人。
技術介紹
樹木在生長的過程中，修剪整枝是一項必不可少的工作，中國專利CN102283026A公布了一種果樹修剪機，所述果樹修剪機需要人工背負，對于高枝修剪，需要更換加長鋁管，因此勞動強度大，工作效率低，危險性大。中國專利CN105940975A公布了一種果樹修剪機，所述修剪機的執行部件安裝在動力機車上，依靠機械臂進行整枝工作，但是不能靈活避開分布散亂的枝干，不能進行精確的整枝工作，其他公開的有關整枝機器人的專利與上述兩個專利類似。中國專利ZL2012103468033公開了一種四足攀爬機器人，該機器人利用自重自鎖，而且每個抱緊臂都安裝三個電機，驅動較復雜，總體運動速度也較慢，不具適用性。隨著機器人技術水平的不斷提高，仿生機器人的應用漸為廣泛，其中仿生爬樹機器人的應用在樹木整枝、病害防治、蟲害防治、果實采摘、野外探測監控等方面也日益增多，因此將仿生機器人應用于爬樹整枝工作，可以克服現有技術的缺點。液壓驅動易出現液壓油泄漏，混入空氣等雜質后會產生振動噪聲等問題，而且液壓件加工要求高，相比液壓驅動，電動機驅動則具有效率高，信號變化傳遞方便等優點，在自動化要求高的場合具有獨特的優勢，相比伺服電機，大功率常規電機控制簡單、價格便宜，應用與要求不高的場合，因此在實際應用中，通常采用小功率伺服電機與大功率常規電機的混合驅動系統。目前，未見有驅動簡單，爬樹可靠安全，能適應不同粗細、形狀樹木，移動性能好、整枝方便靈活，工作效率高、整枝定位精確，控制簡單、柔性輸出程度高的混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，它能克服現有整枝技術的不足，該混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，小功率伺服電機單獨驅動時，便能實現復雜爬樹抱樹運動，驅動簡單；利用驅動力的反作用力便可實現鎖死，爬樹工作安全可靠；機器人爬樹過程中，轉換自由度，可以改變抱緊角度，實現機器人靈活適應樹木直徑的變化；模擬動物身體構造，使爬樹整枝機器人靈活適應不同形狀樹木；多自由度整枝系統與爬樹機器人結合，移動性能好、整枝方便靈活、工作效率高，整枝定位精確，可以完成復雜的整枝工作；采用大功率常規電機、小功率伺服電機混合驅動，降低成本，柔性輸出程度高，控制簡單。本專利技術通過以下技術方案達到上述目的：一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，包括混合驅動機械腿系統、鋸式整枝系統和機架桿組件，具體結構和連接關系為：所述混合驅動機械腿系統包括第一混合驅動機械腿系統、第二混合驅動機械腿系統、第三混合驅動機械腿系統和第四混合驅動機械腿系統，所述第一混合驅動機械腿系統包括驅動搖桿、從動搖桿、連桿、機械腿小功率伺服電機、機械腿大功率常規電機、連接架、滑套、滑套驅動液壓缸、機械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滾動軸承，驅動搖桿一端與連桿通過轉動副連接，另一端與機械腿小功率伺服電機固定連接，機械腿小功率伺服電機與第一桿相連，并驅動驅動搖桿相對第一桿轉動，從動搖桿一端與連桿通過轉動副連接，另一端與第一桿通過轉動副連接，連接架既與連桿通過鉸鏈連接，又與滑套通過圓柱副連接，還與機械腿大功率常規電機連接，所述滑套與滑套驅動液壓缸連接，所述機械腿大功率常規電機與機械腿連接，所述滑套驅動液壓缸與第一桿通過轉動副連接，所述固定爪與連接架固定連接，所述從動搖桿下方安裝了滾動軸承，滾動軸承在弧形限位滑槽內運動，弧形限位滑槽固定在第一桿下方，第二機械腿系統、第三機械腿系統、第四機械腿系統與第一機械腿系統結構及連接關系相同；所述鋸式整枝系統包括第一鋸式整枝系統和第二鋸式整枝系統，所述第一鋸式整枝系統包括轉動座、伸縮桿、二級伸縮桿、整枝鋸連桿、整枝鋸、鋸式整枝系統第一液壓缸、鋸式整枝系統第二液壓缸和鋸式整枝系統第三液壓缸，所述伸縮桿與轉動座通過轉動副連接，二級伸縮桿一端在伸縮桿內滑動，另一端與整枝鋸連桿通過轉動副連接，整枝鋸固定連接在整枝鋸連桿上，所述鋸式整枝系統第一液壓缸一端與轉動座通過轉動副連接，另一端與伸縮桿通過轉動副連接，所述鋸式整枝系統第二液壓缸一端與伸縮桿通過轉動副連接，另一端與二級伸縮桿通過轉動副連接，所述鋸式整枝系統第三液壓缸一端與二級伸縮桿通過轉動副連接，另一端與整枝鋸連桿通過轉動副連接，第二鋸式整枝系統與第一鋸式整枝系統結構及連接關系相同；所述機架桿組件包括第一桿、第二桿、第三桿、第四桿、第五桿、第六桿、第七桿和第八桿，第一桿與第二桿通過第一虎克鉸連接，第二桿與第三桿通過第二鉸鏈連接，第三桿與第四桿通過連架桿第一大功率常規電機相連，第四桿與第五桿通過第三鉸鏈連接，第五桿與第六桿通過第二虎克鉸連接，第六桿與第七桿通過第四鉸鏈連接，第七桿與第八桿通過連架桿第二大功率常規電機連接，第八桿與第一桿通過第一鉸鏈連接，連架桿第一驅動液壓缸一端與第一桿通過轉動副連接，另一端與第二桿通過第三虎克鉸連接，連架桿第二驅動液壓缸一端與第六桿相連，另一端與第五桿通過第四虎克鉸相連，連架桿第三驅動液壓缸一端與第一桿通過轉動副連接，另一端與第八桿通過轉動副連接，連架桿第四驅動液壓缸一端與第六桿通過轉動副連接，另一端與第七桿通過轉動副連接，連架桿第五驅動液壓缸一端與第五桿通過轉動副連接，另一端與第四桿通過轉動副連接，連架桿第六驅動液壓缸一端與第二桿通過轉動副連接，另一端與第三桿通過轉動副連接。所述弧形限位滑槽圓弧對應角度為110-115°，所述機械腿與連接架安裝角度為55-60°。本專利技術的突出優點在于：1.混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人在爬樹過程中，機械腿可以實現兩自由度和單自由度的轉變，屬于變自由度變胞結構，具有多功能階段變化、多拓撲結構變化、多自由度變化特征，使機械腿在爬樹過程中完成復雜的動作。爬樹過程中，根據步態要求不同，單自由度工作時可以實現相對樹干向上抱緊或者向上放松等運動，兩個自由度工作時，可以使機械腿在機器人向上運動時保持可靠抱緊，又能適應不同直徑樹木。2.混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，驅動簡單，小功率伺服電機單獨驅動時，便能靈活模仿動物爬樹動作，機械腿能實現相對樹干由抱緊到向上放松，再到向上抱緊樹干的復雜動作，同時依靠驅動電機的反作用力實現機械腿在樹干上的鎖死，爬樹整枝工作安全可靠。3、將多自由度整枝機器與爬樹機器人結合，可以實現多方位轉向、避障、改變重心，整枝靈活方便，能適應不同形狀的樹木，工作效率高，整枝定位精準，采用大功率常規電機、小功率伺服電機混合驅動，降低成本，柔性輸出程度高，控制簡單。附圖說明圖1為本專利技術所述的混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人的結構示意圖。圖2為本專利技術所述的驅動搖桿與第一桿垂直時狀態示意圖。圖3為本專利技術所述的機械腿相對第一桿向上運動的極限狀態示意圖。圖4為本專利技術所述的機械腿相對第一桿向下運動的極限狀態示意圖。圖5為本專利技術所述的機械腿向上爬樹時末端運動軌跡的示意圖。圖6為本專利技術所述的混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人的第一步爬樹步態示意圖。圖7為本專利技術所述的混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人的第二步爬樹步態示意圖。圖8為本專利技術所述的連接架示意圖。圖9為本專利技術所述的弧形限位滑槽示意圖。附圖中各標記所代表的含義為：1：第一鉸鏈；2：第八桿本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，包括混合驅動機械腿系統、鋸式整枝系統和機架桿組件，其特征在于，具體結構和連接關系為：所述混合驅動機械腿系統包括第一混合驅動機械腿系統、第二混合驅動機械腿系統、第三混合驅動機械腿系統和第四混合驅動機械腿系統，所述第一混合驅動機械腿系統包括驅動搖桿、從動搖桿、連桿、機械腿小功率伺服電機、機械腿大功率常規電機、連接架、滑套、滑套驅動液壓缸、機械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滾動軸承，驅動搖桿一端與連桿通過轉動副連接，另一端與機械腿小功率伺服電機固定連接，從動搖桿與連桿通過轉動副連接，連接架既與連桿通過轉動副連接，又與滑套通過圓柱副連接，還與機械腿大功率常規電機固定連接，所述滑套與滑套驅動液壓缸通過螺紋連接，所述機械腿大功率常規電機與機械腿通過普通絲杠連接，所述固定爪與連接架固定連接，所述滾動軸承安裝在從動搖桿下方，滾動軸承在弧形限位滑槽內運動，第二機械腿系統、第三機械腿系統、第四機械腿系統與第一機械腿系統結構及連接關系相同；所述鋸式整枝系統包括第一鋸式整枝系統和第二鋸式整枝系統，所述第一鋸式整枝系統包括轉動座、伸縮桿、二級伸縮桿、整枝鋸連桿、整枝鋸、鋸式整枝系統第一液壓缸、鋸式整枝系統第二液壓缸和鋸式整枝系統第三液壓缸，所述伸縮桿與轉動座通過轉動副連接，二級伸縮桿一端在伸縮桿內滑動，另一端與整枝鋸連桿通過轉動副連接，整枝鋸固定連接在整枝鋸連桿上，所述鋸式整枝系統第一液壓缸一端與轉動座通過轉動副連接，另一端與伸縮桿通過轉動副連接，所述鋸式整枝系統第二液壓缸一端與伸縮桿通過轉動副連接，另一端與二級伸縮桿通過轉動副連接，所述鋸式整枝系統第三液壓缸一端與二級伸縮桿通過轉動副連接，另一端與整枝鋸連桿通過轉動副連接，第二鋸式整枝系統與第一鋸式整枝系統結構及連接關系相同。...

【技術特征摘要】
1.一種混合驅動步進爬樹鋸式整枝機器人，包括混合驅動機械腿系統、鋸式整枝系統和機架桿組件，其特征在于，具體結構和連接關系為：所述混合驅動機械腿系統包括第一混合驅動機械腿系統、第二混合驅動機械腿系統、第三混合驅動機械腿系統和第四混合驅動機械腿系統，所述第一混合驅動機械腿系統包括驅動搖桿、從動搖桿、連桿、機械腿小功率伺服電機、機械腿大功率常規電機、連接架、滑套、滑套驅動液壓缸、機械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滾動軸承，驅動搖桿一端與連桿通過轉動副連接，另一端與機械腿小功率伺服電機固定連接，從動搖桿與連桿通過轉動副連接，連接架既與連桿通過轉動副連接，又與滑套通過圓柱副連接，還與機械腿大功率常規電機固定連接，所述滑套與滑套驅動液壓缸通過螺紋連接，所述機械腿大功率常規電機與機械腿通過普通絲杠連接，所述固定爪與連接架固定連接，所述滾動軸承安裝在從動搖桿下方，滾動軸承在弧形限位滑槽內運動，第二機械腿系統、第三機械腿系統、第四機械腿系統與第一機械腿系統結構及連接關系相同；所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王汝貴，袁吉偉，孫家興，黃慕華，陳輝慶，
申請(專利權)人：廣西大學，
類型：發明
國別省市：廣西,45