一种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及猕猴桃自动采摘领域，具体涉及一种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台ο
【背景技术】
[0002]果蔬采摘是农业生产链中最费时费力的环节之一，而且季节性强、劳动强度大。加之工业生产的迅速发展，农村剩余劳动力发生大量转移，促使农业生产成本增加。中国是世界上猕猴桃栽培面积最大的国家，但目前猕猴桃仍主要是依靠人工收获，由于每个地区的猕猴桃采摘时间都相对集中，采摘时间相对较短，所以需要投入大量的人力来从事采摘、分拣、装箱等作业，劳动强度大。中国专利CN 201310719150.3公布了 “猕猴桃采摘机器人及采摘方法”，该机器人主要是实现猕猴桃采摘，但未涉及能适应猕猴桃生长环境以及标准化种植的棚架式结构的移动平台的研究。移动平台是农业采摘机器人运动的基础，农田作业环境的复杂多变性等特征决定了农业机器人结构与工业机器人结构的不同，为了实现猕猴桃采摘的全程自动化，研究猕猴桃采摘机器人移动平台具有重要的生产实际意义和科学研究价值。
【发明内容】
[0003]为了实现猕猴桃采摘全程自动化，本发明的目的在于提供一种四轮独立转向的用于猕猴桃采摘的移动机器人平台，具体说就是针对自然生长环境下采用棚架式的种植模式的猕猴桃果园，可实现猕猴桃采摘机器人在果园中自由通过，机器人平台高度可调，果园内全向转弯的四轮独立转向。
[0004]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:
[0005]—种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台，包括车身主体，高度调节机构，四轮独立转向机构，轮毂电机以及轮胎。其特征是:
[0006]所述的高度调解机构主要由机架，摇杆，连架杆，连杆，液压缸组成，机架与车身主体通过销钉固连，摇杆通过铰链和机架的上部安装点连接，连架杆通过铰链和机架的下部安装点连接，液压缸的一端通过铰链安装在机架中部铰链连接点上，另一端通过铰链与摇杆连接。四杆机构的机架固连在车身主体，使得腿部结构车身主体成45°夹角，四个腿部结构分别安装在车身四个角的安装孔内，连杆与转向机构通过连接法兰固连。
[0007]所述的转向机构由电机，行星减速器，主动齿轮，从动齿轮，滚动轴承，套筒，轴，轴承盖，安装壳，旋转编码器构成；电机与行星减速器连接，固连在安装壳上，输出扭矩通过主动齿轮传输给从动齿轮，从动齿轮安装在轴上，轴上下安装滚动轴承，轴承两端分别用轴承端盖紧固；轴上端安装旋转编码器，下端转向动力输出与轮毂支架连接。
[0008]所述的转向动力输出轴与轮毂支架固连，轮毂横轴过盈压实在支架下端的安装槽内，旋转扭矩控制轮毂支架整体转动；
[0009]本发明的优点是:本发明提出一种能够在猕猴桃棚架式结构种植果园中自由移动机器人移动平台，该平台采用四轮独立转向方式，并具有车体高度可调的特点，能适应复杂地形以及果园狭小的作业范围。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的整体结构示意图；
[0011]图2为平台腿部总体结构局部示意图；
[0012]图3为高度调节机构与转向机构的连接示意图；
[0013]图4为转向机构的内部结构图；
[0014]图5连接法兰I结构图；
[0015]图6四轮独立转向运动学示意图；
[0016]图7转向流程图；
[0017]图8高度调解机构效果图；
[0018]附图标号说明:1_安装云槽、2-控制器、3-车身主体、4-轮毂支架、5-轮毂电机、6-空气轮胎、7-摇杆、8-液压缸、9-铰链1、10-连杆、11-连接法兰1、12-连架杆，13-铰链I1、14-机架、15-连接法兰I1、16-铰链II1、17-电机、18-行星减速器、19-安装壳、20-主动齿轮、21-主轴、22-套筒、23-下轴承盖、24-从动齿轮、25-滚动轴承、26-上轴承盖、27-旋转编码器、28-凸台。
【具体实施方式】
[0019]参见图1、图2、图3、图4，一种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台，包括车身主体3，高度调节机构，四轮独立转向机构图4，轮毂电机5以及轮胎6。如图1、图2所示，移动平台的腿部结构(图2)由高度调解机构，转向机构(图4)，轮毂支架4，轮毂电机5和轮胎6组成。该平台共四个相同的腿部结构，分别通过机架14与车身主体3固接，使得腿部结构车身主体成45°夹角，四个腿部结构分别通过销钉固接在车身四个角上。
[0020]所述高度调节机构包括摇杆7、液压缸8、铰链I 9、连杆10、连接法兰111、连架杆12，铰链II 13、机架14、连接法兰II 15、铰链11116、如图1，图2，机架通过销钉连接安装在车身主体上，摇杆7通过铰链连接在机架的上部安装点，连架杆12通过铰链13连接在机架14的下部安装点，液压缸8的一端通过铰链安装在机架14上，另一端通过铰链与摇杆7连接。液压缸8的伸缩运动会改变摇杆7与机架14的夹角，从而实现高度调节的功能，调节高度效果图如图8所示。
[0021]如图3所示，高度调解机构与转向机构的连接是通过连接法兰I 11和连接法兰II15实现连接的，其中连接法兰是阶梯状的金属结构，结构如图5，上部通过螺栓固连在连杆10上，下部通过螺钉固连在安装壳19上。从而实现高度调节机构与转向机构的连接。其中连接法兰I 11，连接法兰II 15结构相同，安装位置相对。
[0022]所述的转向机构，如图4所示，由电机17、行星减速器18、安装壳19、主动齿轮20、轴21、套筒22、下轴承盖23、从动齿轮24、滚动轴承25、上轴承盖26、旋转编码器27、凸台28组成。电机17通过螺钉与行星减速器18固定，行星减速器18的安装法兰盘通过螺栓竖直固定在安装壳19上，主动齿轮20通过键固定在行星减速器18输出轴上。从动齿轮24通过键与主轴21连接，与主动齿轮20啮合传递扭矩，上部定位利用轴肩，下部利用定位套筒22，套筒22分别与主动齿轮24下表面和轴承内圈接触，主要承受轴向力。主轴21的两端分别安装有角接触滚动轴承25，可以同时承受轴向力和径向力。上部滚动轴承内圈与轴肩接触，轴承外圈与上轴承盖26接触。下部的滚动轴承外圈与下轴承盖23接触，内圈与套筒22接触。上轴承盖26，下轴承盖23分别通过螺钉固定在安装壳19的凸台28上。
[0023]主轴21上端有安装孔，与旋转编码器27的主轴21配合，以期主轴21与旋转编码器27同时同速转动，旋转编码器27用来监控主轴21的旋转角度，并反馈给控制器2。旋转编码器27固接在上轴承盖26上，输入轴安装在主轴21的上部预留的安装孔中。主轴21转动时，旋转编码器27的输入轴随之旋转。
[0024]主轴24输出端有预留的花键键槽与轮毂支架4连接，输出扭矩作用在轮毂支架4上，从而带动轮子转向。轮毂电机5的横向轴过盈压实在轮毂支架4的安装槽内，由于平台自身的重力和平台的作业方式不会出现横轴跳槽的现象。
[0025]本移动平台四轮独立的转向流程如下:
[0026]如图6，图7所示，根据四轮独立转向的阿克曼转向模型，主控制器计算出满足该模型的各个轮子的转角，分别通过传输给四个转向电机的控制器，控制器通过PWM波控制电机的旋转角度，电机18旋转扭矩通过行星变速器18放大，传送到主动齿轮20，进而传送到从动齿轮24，带动主轴21转动，主轴21的转动的输出扭矩作用到轮毂支架4上，实现轮子以精确角度转向，与此同时，主轴21上端带动旋转编码器27的输入轴转动，旋转编码器27将主轴的实际旋转角度转变成模拟信号反馈给控制器，与预期的旋转角度比较，实现精确地闭环控制。
【主权项】
1.一种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台，其特征在于:所述的猕猴桃采摘的移动机器人平台包括:车身主体，高度调节机构，四轮独立转向机构，轮毂电机以及轮胎； 所述的高度调解机构包括机架，摇杆，连架杆，连杆，液压缸；机架与车身主体通过销钉固连，摇杆通过铰链和机架的上部安装点连接，连架杆通过铰链和机架的下部安装点连接，液压缸的一端通过铰链安装在机架中部铰链连接点上，另一端通过铰链与摇杆连接。四杆机构的机架固连在车身主体，使得腿部结构车身主体成45°夹角，四个腿部结构分别安装在车身四个角上，连杆与转向机构通过连接法兰固连； 所述的转向机构包括电机，行星减速器，主动齿轮，从动齿轮，滚动轴承，套筒，轴，轴承盖，安装壳，旋转编码器；电机与行星减速器连接，固连在安装壳上，输出扭矩通过主动齿轮传输给从动齿轮，从动齿轮安装在轴上，轴上下安装滚动轴承，轴承两端分别用轴承端盖紧固；轴上端安装旋转编码器，下端转向动力输出与轮毂支架连接； 所述的转向动力输出轴与轮毂支架固连，轮毂横轴过盈压实在支架下端的安装槽内。
【专利摘要】一种用于猕猴桃采摘的移动机器人平台，包括车身主体，高度调节机构，四轮独立转向机构，轮毂电机以及轮胎。高度调节机构利用平行四杆机构连杆平动特点用来调节车体高度以及保持车体水平，由液压缸提供动力。四杆机构的机架固连在车身主体，使得腿部结构车身主体成45°夹角，四个腿部结构分别安装在车身四个角上。高度调节机构与转向动力输出机构通过连接法兰固接，转向动力由转向电机通过行星减速器提供。转向动力输出轴与轮胎支架固连，旋转扭矩控制轮胎的转向。平台的前进动力由四个轮毂电机提供。本实用新型提供一种用于猕猴桃自动采摘的移动机器人平台，采用四轮独立转向方法并采用轮毂电机提供行进动力，提高平台转向全向性，结合平台的高度调节机构，保证了平台对不同地形的适应性。
【IPC分类】A01D46/30
【公开号】CN204948801
【申请号】CN201520588345
【发明人】崔永杰, 陈子啸, 王滨, 郭昊明, 屈婷, 刘海彬
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年7月31日