一种基于三坐标的移动式大棚除草机构的制作方法

本发明涉及一种基于三坐标的移动式大棚除草机构，属于机械设计及制造领域。

背景技术：

在农业除草领域，随着人工成本的日益增加，除草机器人的应用也日益增多。而传统的除草机器人要么应用于大规模平原农田或标准化的农田，要么应用于小型甚至家用庭院中。因此，这两类除草机都无法满足在梯田或者较为散落的农田亦或是农作物与杂草混合生长的农田的除草需要。现需要设计一种能够在零散农田中针对不规则长势及分布的杂草进行除草的机构，从而使得梯田除草变得机械化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是传统机械除草机构无法在杂草不规则长势及农作物与杂草混合生长的农田上进行除草作业。为此，提供一种自由度相对较高的除草机构。

本发明涉及一种基于三坐标的移动式大棚除草机构，包含整体结构框架、三坐标移动模组、轮式驱动和执行末端。整体结构框架是由十六根长度不同的铝型材组成的，使得整体结构分为底、下、中和上层。底部起到与轮式驱动连接的作用。下层和上层起到保护作用，中层与三坐标移动模组连接固定。轮式驱动的主体是由轮毂电机和连接件组成，使除草机能够沿田地方向移动；三坐标移动模组是整套结构中的核心部件。由四根丝杠滑轨组成。通过连接件固定于整体结构框架上，实现三向移动。执行末端的核心是螺旋式铰刀，完成整体机构最终除杂草的动作。

整体结构框架是由三种长度的铝型材组成，由x向横梁1、y向横梁2和z向纵梁3组成。其中，x向横梁1共计六根，y向横梁2共计六根，z向梁3共计三根。x向横梁和y向横梁分为三组，每组x向横梁和y向横梁各两根。每组x向横梁和y向横梁组成一个矩形横梁组，共计三个矩形横梁组。并利用连接件4连接于z向纵梁3上。第一组矩形横梁组与z向纵梁3的末端对齐，另两组矩形横梁组与前一组矩形横梁组各保持300mm距离。整体结构框架的上层和下层均为保护和固定作用，中层为三坐标移动模组的基座。

轮式驱动包含z向纵梁3、轮毂电机5和连接支柱6。连接支柱6下侧连接于轮毂电机5，连接支柱6上侧与z向纵梁3的末端连接，并通过螺栓固定，通过控制轮毂电机5的旋转，使得整体机构进行移动。

三坐标移动模组是由四根丝杠滑轨组成，一根x向滑轨7、两根y向滑轨8以及一根z向滑轨9。其中，两根y向滑轨8分别通过连接板10连接和固定于整体框架结构的中层上。在两根y向滑轨8上均有两个移动滑块，两个移动滑块的移动是通过y向滑轨上y向滑轨电机的转动而带动的，两个移动滑块共用一个y向滑轨电机控制两个移动滑块运动。在两个移动滑块上通过螺栓连接和固定有x向滑轨7。由于y向滑轨8上的两个移动滑块随y向滑轨电机滑动，故x向滑轨7能够在y方向上保持水平滑动。x向滑轨7上也有一个滑块，x向滑轨7上的滑块能够在x向滑轨电机的控制下实现x向滑动。基于x、y向滑轨电机的转动，x向滑块能够实现在x、y平面内的自由移动。在x向滑轨7上的滑块上也有一个通过螺栓连接固定的z向滑轨9。z向滑轨9通过z向滑块与x向滑轨7上的滑块连接。这样通过z向电机的带动使得z向滑轨在z方向上能够实现上下移动。x向滑轨7上的滑块的x、y平面运动，z向滑轨9末端能够在空间内任意移动。

在z向滑轨9的末端连接着执行末端，执行末端包含连接件11、电机12和螺旋式铰刀13组成。z向滑轨末端连接着连接件11，连接件11的另一端同样连接着电机12，连接方式均为螺丝连接。电机12的输出轴连接着螺旋式铰刀13，为除草提供动力。通过x、y、z向滑轨上电机的运转，使得z向滑轨末端在空间内移动，同时也使得螺旋式铰刀13在空间内任意移动，即可清除任意位置杂草，又不伤及农作物。

与现有技术相比，本发明具有哪些技术效果。

本机构与传统机构的不同在于对特殊地形的适应性。传统机构的除草作业范围一般在平原或者家用庭院，均以平地为主。本机构则可以良好的适应于不规则梯田以及因排水原因而大量修建排水沟的农田(这种农田主要以中草药种植为主)。由于其拥有较大的轮子，可以保证其在行进过程中不会因为地面不平而影响除草精确度。由于其下方有大量的剩余空间，且执行末端的运动非常方便，故可保证在机构遇到障碍物时能够顺利躲避，不会损毁灵敏的除草执行末端，从而影响除草作业。

附图说明

图1是整体结构的外观图。

图2是整体框架结构上层连接的外观图。

图3是整体框架结构中层连接的外观图。

图4是轮式结构的外观图。

图5是三坐标移动模组的外观图。

图6是x向滑块与z向滑块连接的外观图。

图7是执行末端的外观图。

图中，1.x向横梁，2.y向横梁，3.z向纵梁，4.连接件，5.轮毂电机，6.连接支柱，7.x向滑轨，8.y向滑轨，9.z向滑轨，10.连接板，11.连接件，12.电机，13.螺旋式铰刀。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于三坐标的移动式大棚除草机构，包含整体结构框架、三坐标移动模组、轮式驱动和执行末端。

如图1-3所示，整体结构框架是由三种长度的铝型材组成，由x向横梁1(长度520mm)、y向横梁2(长度1100mm)和z向纵梁3(长度800mm)组成(三种铝型材截面均为40x40mm)。其中，x向横梁1共计六根，y向横梁2共计六根，z向梁3共计三根。x向横梁和y向横梁分为三组，每组x向横梁和y向横梁各两根。每组x向横梁和y向横梁组成一个矩形横梁组，共计三个矩形横梁组。并利用连接件4连接于z向纵梁3上。第一组矩形横梁组与z向纵梁3的末端对齐，另两组矩形横梁组与前一组矩形横梁组各保持300mm距离。整体结构框架的上层和下层均为保护和固定作用，中层为三坐标移动模组的基座。

如图4所示，轮式驱动包含z向纵梁3、轮毂电机5和连接支柱6。连接支柱6下侧连接于轮毂电机5，连接支柱6上侧与z向纵梁3的末端连接，并通过螺栓固定，通过控制轮毂电机5的旋转，使得整体机构进行移动。

如图5-6所示，三坐标移动模组是由四根丝杠滑轨组成，一根x向滑轨7(行程365mm)、两根y向滑轨8(行程890mm)以及一根z向滑轨9(行程560mm)。其中，两根y向滑轨8分别通过连接板10连接和固定于整体框架结构的中层上，确保结构的稳定性和定位的精确性。在两根y向滑轨8上均有两个移动滑块，两个移动滑块的移动是通过滑轨上电机的转动而带动的，为了保证两个移动滑块在y方向的相对位置保持不变，共用一个电机控制两个移动滑块运动。在两个移动滑块上通过螺栓连接和固定有x向滑轨7。由于y向滑轨8上的两个移动滑块随电机滑动，故x向滑轨7能够在y方向上保持水平滑动。与此同时，与x向滑轨7上也有一个与y向滑轨8上移动滑块类似的滑块，x向滑轨7上的滑块能够在x向滑轨电机的控制下实现x向滑动。基于x、y向滑轨上电机的转动，x向滑块能够实现在x、y平面内的自由移动。在x向滑块上也有一个通过螺栓连接固定的z向滑轨9。z向滑轨不再是通过滑轨与x向滑块连接，而是通过z向滑块与x向滑块连接(连接方式如图6所示)。这样通过z向电机的带动使得z向滑轨在z方向上能够实现上下移动。再凭借着x向滑轨7上的滑块的x、y平面运动，z向滑轨9末端能够在空间内任意移动，保证除草顺利和保护作物。

如图7所示，在z向滑轨9的末端连接着执行末端。执行末端包含连接件11、电机12和螺旋式铰刀13组成。z向滑轨末端连接着连接件11，连接件11的另一端同样连接着电机12，连接方式均为螺丝连接。电机12的输出轴连接着螺旋式铰刀13，为除草提供动力。

通过x、y、z向滑轨上电机的运转，使得z向滑轨末端在空间内移动，同时也使得螺旋式铰刀在空间内任意移动，即可清除任意位置杂草，又不伤及农作物。