专利名称：用软件控制的机器人式草皮堆放机的制作方法
技术领域：
本发明涉及草皮收获机，更具体地讲，涉及一种用于从草地切割草皮条，并且自动地形成卷筒草皮条垛的机器。
背景技术：
草皮收获机通常具有用于从草地切割希望厚度的草皮的水平刀刃，水平刀刃与两个用于将草皮切割成希望宽度的垂直侧面刀刃组合。因此，随着收获机沿其切割路径行进，形成连续的草皮条。将横向垂直切割刀刃周期性地驱动到与凹割刀刃相邻的草皮中，将草皮条切割成一定的长度。
在切割草皮条的同时，通常将其从切割刀刃输送到倾斜的输送机上，以形成草皮卷。美国专利No.3,509,944(Brouwer等)公开了一种包括这种倾斜输送机的现有技术草皮收获机，其中草皮卷是在邻近输送机的上端处形成的。3,509,944专利中公开的草皮收获机被设计成安装在推进草皮收获机的动力单元的侧面。
美国专利No.4,832,130(Brouwer等)公开了一种自动推进的草皮收获机。这种收获机包括倾斜输送机，该倾斜输送机将草皮条输送到一个独立的草皮卷形成附件中，该草皮卷形成附件包括一对相互成直角设置以形成草皮卷的输送机。形成的草皮卷被排出到收获机末端的拖车上，输送机可以将形成的草皮卷输送到拖车的任意一侧，并且在其下一次传送时清空收获机。4,832,130号专利也公开了一种用于排出形成的草皮卷以清空收获机的曲线式输送机。
在工业中已经使用机器人来代替进行重复的手工操作的人类操作者。它们具有连惯性好、精确、快速和永不疲劳的优点。自动处理方法或自动机器也有这些优点，但是机器人具有灵活性这样一种附加的优点。也就是说，自动机器可以进行一种单一的重复性操作，而可以给机器人编程进行各种不同的操作。机器人从两个事情中获得这种优点。第一，控制的方法是可以编程的，通常是使用计算机。第二，机械手可以进行各种不同的运动。
通常，机器人具有固定的基座。它们总是在同一地点进行它们的工作。例子包括焊接、喷漆、移动工件或刀具和码垛材料。也有能够从一处移动到另一处的移动式机器人。移动式机器人的例子包括在工厂内运送材料的车辆，或在仓库内拾取并移动货物的车辆。一般地讲，这些机器人的灵活的、可编程的功能包括将物体从一处携带或移动到另一处。
也存在有收集和堆放农产品的自动机器。这种机器的例子包括，用于收集和堆放矩形干草捆的自动打捆运输车，和用于在农田中装载和堆放纸箱的自动机器。但是，这些现有技术的机器不具有机器人的可编程性和灵活的机械手。
至少在最近二十年中，已经认识到需要在收集或收获地点自动堆放草皮。在这整个时期中，已经有了工业机器人。此外，在这个整个时期中，已经知道不同地区的草皮种植者使用了不同尺寸的草皮卷，和不同构造的草皮卷垛。即使如此，在这个时期中，为此目的开发的机器只有自动堆放机，这种自动堆放机相当大，不可编程，并且专用于单一的堆放尺寸和方法。此外，在一般实践中，人工堆放草皮的方法是垛的顶层比下层小，以便提高垛的稳定性。还没有一种机械堆放机提供一种方式来完成这种堆放方法。
发明内容
本发明是要提供一种用于在收集地点将草皮堆积到垛上的移动式机器人。本发明的一个目的是要提供一种能够根据当地市场要求，以各种不同的堆放构形堆放各种不同尺寸，例如16”和24”宽的草皮卷的单个机器。本发明的另一个目的是要提供一种能够堆积上层比下层小的垛的机械草皮堆放机，从而产生更稳定的垛。本发明的进一步的目的是要提供一种显著比以前开发的自动堆放机小，并且具有更简单的机械结构的机械草皮堆放机。
根据本发明的一个实施例，一对机构安装在惯用的小型卷筒草皮收获机的后部，或其它切割和卷绕带有草根土的草皮的机器的后部。第一机构是用于收集草皮卷分组的收集器。第二机构是带有通过可编程计算机控制的拾取头的关节臂，拾取头能够拾取草皮卷的分组，并且以预定但是灵活的模式将它们放置在垛上。本发明公开了克服现有技术问题的收集器和带有拾取头的关节臂的设计。
从以下提供的详细说明中，可以知道本发明的其它应用领域。应当理解，指示本发明优选实施例的详细说明和特定示例仅仅是为了举例说明的目的，而不是要限制本发明的范围。
为了能够更清楚地理解本发明，现在将参考示例说明本发明优选实施例的附图，其中图1a和1b是根据本发明一个实施例的草皮收获机的透视图；图2和3是图示可以利用本发明草皮堆放机放置的草皮卷的各种构形的平面示意图；图4和5分别是图示根据本发明特征的经过比例阀操作液压缸的一系列曲线图和示意回路图；图6是显示如何操作根据本发明的图1中所示的液压缸的示意回路图；图7和8是显示根据本发明的夹持器头的立面图；图8表示图7中未示出的致动缸；图9和10是从上方看实际夹持器头的照片的再现；图11和12是分别表示该夹持器头的平面和端面立面图；图13是示出夹持器头设计特征的、如图7和8中所示夹持器头的示意立面图；图14包括显示可以利用根据本发明的草皮堆放机实现的草皮垛的不同层中的草皮卷的各种布置的多个示意图；图15是表示拾取头的自动调平连杆机构的视图；图16和17是根据本发明教导的一种可选收集器的透视图；图18是根据本发明教导的草皮收获机的透视图；图19a和19b示出了拾取头的一种可选连杆机构；图20a-20e示出了图19a-19b中所示的拾取头，其中夹持器脱离啮合并且头在缩回位置；图21a-21e示出了图19a和19b中所示的拾取头，其中夹持器啮合并且头在伸出位置；图22示出了图1中所示的系统的控制流程图；和图23a-23i和24示出了本发明的控制面板上示出的可见元件。
具体实施例方式
以下的优选实施例的说明实质上仅是举例说明的，而不是要限制本发明、其应用或用途。
图1a和1b是装配有收集器装置22和带有拾取头的关节臂24形式的机器人的小型卷筒草皮收获机20的视图。在本发明的上下文中，将机器人定义为数字控制臂。即使在人类操作者遥控一部分操作的情况下，一般也可以将一个机器称为机器人。可选地，如下所述，草皮收获机可以装配有一个自动托盘分配器，自动托盘分配器自动地将托盘定位在通过机器装载的适当位置上。如图1b中所示，草皮堆放机可以具有可选的托盘提交器35。托盘提交器35具有空托盘仓39和用于将空托盘定位在装载位置的机构41。
参考标号28代表将卷起的草皮输送到草皮收获机后部的输送机。从输送机28将卷起的草皮放置在盘30上。传感器检测草皮卷的存在，传感器提示控制器将推动器32从右面横向移动到左面，将草皮卷移动到可转位的(indexable)收集器输送机34上。由具有转位突缘的由橡胶构成的收集器输送机34在每次将草皮卷移动到上面时前进，直到收集了一个草皮卷分组。
此时，计算机(未示出)控制带有拾取头的关节臂24拾取草皮卷分组，并且将它们放置到堆放舱36中。堆放舱36具有一对支撑草皮支撑托盘或无托盘草皮垛37的致动叉。作为选择，收集器输送机可以包含多个在转位突缘之间连接到输送机的保持篮。保持篮可以具有矩形或曲线形的横截面。
盘30和推动器32的功能是将卷起的草皮带到收集器输送机34。但是，对于本发明盘30和推动器32不是必要的。使用它们将草皮卷输送到靠近堆放舱36的位置，从而使得关节臂不需要移动很远来拾取它们，这提高了生产效率。输送机28与收集器输送机34的共线定位消除了对盘30和推动器32的需要。
简单参考图15，关节臂24安装在绕垂直轴X-X转动的基座38上。第一臂节40的一端枢轴安装在绕垂直轴X-X转动的基座38上，第二臂节42的一端枢轴安装到臂节40的另一端，以绕一个水平轴转动。拾取头44安装到臂节42的另一端，以绕一个垂直轴转动。液压缸驱动所有这四个枢轴转动动作。来自编码器的有关液压缸的电子反馈将每个缸的准确位置告诉计算机。计算机控制每个缸的位置和速度。可以用一种优化拾取头行程时间的方式给计算机编程，从而获得最大的生产效率。
此外，可以利用来自夹持叉的压力传感器信息，通过计算机控制臂的位置。使用压力传感器感测草皮卷开始降落到叉上或以前的行上的时间。这个特征使得机器人能够补偿不同直径的草皮卷的位置，不同的草皮卷直径导致不同厚度的层。通过感测草皮卷开始降落在垛上时的压力的减小，可以减少循环时间。
参考标号46指示使得整个关节臂组件24在臂基座38上绕枢轴X-X摆动的液压缸。参考标号48代表升高和降低臂节40的缸。参考标号50代表伸出和缩回臂节42的缸。参考标号52代表转动拾取头44的缸。头44还绕水平轴枢轴连接到臂节42，但是通过自动调平连杆机构保持水平。
拾取头44正确地发挥功能的关键在于，拾取头44必须在所有时间都是水平的。这是通过图15中参考标号116和118指示的两个自动调平连杆完成的。自动调平连杆116的下端枢轴连接到关节臂的转动基座112。自动调平连杆116的上端枢轴连接到连杆114。自动调平连杆116的长度与臂40的长度相同，并且到臂40的枢轴的端部枢轴点的方位相同。这个4-杆连杆机构用于将连杆114保持在与水平线一致的角度。同样，将自动调平连杆118构造为包括臂节42的4-杆连杆机构的一个构件，并且用于总是将拾取头44保持水平。不用自动调平连杆，那么在臂节42绕其上枢轴点运动时，需要额外的缸和控制来保持头的水平。
自动调平连杆116连接到由两个通常平行的构件形成的第一臂结构。每个构件在各自的近端连接到基座112。每个构件也在每个构件各自的构件末端可转动地连接到第一连杆114。这种构造形成了具有保持第一连杆114的角度方位的功能的4-杆连杆机构。
由一对大体上平行的构件42、118附加地形成的第二臂结构连接到第一连杆114。每个构件的第一端可转动地连接到第一连杆，并且第二端连接到第二连杆。第一致动器48设置在基座112与第一构件40之间，而第二致动器50设置在第一构件40与第三构件42之间。控制器连接到致动器48、50，以控制臂结构的操作。
图2和3示出了可以使用机器人式堆放机的各种堆放构形的一个例子。假设垛的基部是48”×48”，参考标号54、56、58和60代表填充基部面积的层构形。参考标号54和56指示24英寸宽的草皮卷，因此，各层是由两行草皮卷组成的，每行5个草皮卷。参考标号58和60示出了16英寸宽的草皮卷，因此，各层是由每行5个草皮卷的三行构成的。将各层相互交替旋转90度定向，提供了垛的稳定性。随着垛逐渐增高，通过使顶层逐渐地小于下层来提高稳定性。利用可编程机器人，可以通过几种方式做到这点。
例如，考虑由参考标号60指示的构形，将两个5个16英寸草皮卷的分组靠近一些放置，在这两个分组之间留下放置两个额外的草皮卷的空间。这两个额外的草皮卷是从下两个5个草皮卷的分组中取出的，剩下两个4个草皮卷的行作为顶层(参考图3中的标号64)。
参考标号66指示由两个4草皮卷的分组构成的较小的层，每个草皮卷的宽度是24英寸。这是通过在第四个草皮卷放置到收集器输送机上之后，较早地拾取分组完成的。参考标号68指示由2个草皮卷分组构成的顶层。可以看到，能够拾取不同数量的草皮卷、独立地放下一个分组、和将层定位在不同的位置的能力，产生了各种不同的堆放方法。
驱动关节臂和拾取头的枢轴转动动作的液压缸是利用市场上可以买到的、带有市场上可以买到的比例液压阀的可编程控制器(计算机)控制的。
困难在于控制器被设计为利用伺服马达或伺服阀工作，伺服马达或伺服阀要比比例阀贵的多。缺乏兼容性是由于不同的响应时间。相对于比例阀，伺服马达和伺服阀具有很快的响应时间。也就是说，当控制器将信号发送到比例阀时，存在一定的响应延迟。本发明的一个特征是对于控制器与比例阀之间的放大器的规定，其包括一种从比例阀获得即时响应的方式。
参考图4和5，计算机输出+10伏至-10伏的信号。零伏输出表示阀应当不动，正电压表示在一个方向上的移动，负电压表示在另一个方向上的移动。阀输入信号必须在+3伏与+9伏之间，其中+6伏导致不移动，大于6导致一个方向上的移动，小于6导致另一个方向上的移动。慢响应是由于大约+/-0.3伏(5.7与3.6之间)的死区，在这个死区内阀门不响应。阀芯在其开始打开之前需要稍微移动。根据本发明，提供了放大器作为一种解调死区的方式。也就是说，在来自计算机的任何正电压，放大器对阀的输出立即跳跃到大约6.3伏，或已经调节到特定阀的特征值的值。
图5中示出了这种配置。框图示出了+10V的计算机输出控制信号(A)提供到放大器。放大器将这个信号转换成+3V至+9V的控制信号(B)。这个信号控制比例阀，将液压油提供到机器人液压缸。一个编码器物理地连接到液压缸，并且将反馈位置信号(D)提供到计算机。
在理想条件下(图4的第一列)，具有即时响应。来自计算机的任何控制信号立即产生油流。在实际条件下(第二列)，在放大器输出从6.3到5.7伏的时间中发生死区。由于计算机正在搜索来自编码器的快速反馈位置信号，所以这种死区是不希望存在的。在纠正条件下(第三列)，规定放大器在控制信号转换中增加一个步骤。随着信号A从+10V驱近零，放大器输出信号B驱近6.3，而不是6。随信号A从-10V驱近零，放大器输出信号B驱近5.7而不是6。这导致油流对计算机控制信号的线性响应。此外，实际值可以稍微偏离6.3和5.7，但是可以调谐放大器以匹配这些值。
理想条件(第一列)表示发送控制信号与接收反馈信号之间不存在延迟。控制回路处于完全平衡。机器人如同你为其编制的程序一样精确地运动。(理想平滑操作。)实际条件(第二列)意味着发送控制信号与接收反馈信号之间存在着大的延迟。控制回路大大偏离平衡。计算机预期在1毫秒内接收到反馈信号。这个反馈信号将要花费大约500毫秒。这意味着计算机将为它没有接收到反馈信号的时间的每一毫秒，用一个预定常数(P-增益)增大它的控制信号。在它接收到反馈信号时，控制信号已经太大了，它将在下一个500毫秒中一步步地再次降低控制信号。这将导致完全停顿。机器人将沿本来应当平稳和线性的编程运动，十分突然地开始运动，并猛然停止。一般只是为控制回路设定一个较低的比例设置(P-增益)。这个设置减慢对反馈信号的作用，并且可以在计算机软件内设定。但是，控制回路的响应时间如此之大(不好!)，使得这种设置方式对于机器人的物理行为几乎无效。
由于阀的响应性不足以跟上控制回路，所以非常可能发生这种振荡。在纠正列中，由于死区纠正，已经将控制回路内的响应时间减少到大约50毫秒。利用软件中的比例(P-增益)设置，可以平息系统的任何剧烈反应，并且能够控制机器人。
图5示出了在液压回路中包括放大器以解决上述“死区”问题的原理。图6是显示包括用于移动机器人臂的计算机控制比例阀的放大器在内的图1的机器人式草皮堆放机的整个控制回路的示意图。应当注意，实际上示出了两个回路-一个是液压油回路，另一个是电控制回路。其它“on-off”功能，例如，致动夹持器钩爪、推动器和收集器输送机等，是利用市场上可以得到的可编程逻辑控制(PLC)控制的。
以下开始参考图7详细说明拾取头44。拾取头44包括五个安装在共同框架或支架72上的夹持器模块70。每个夹持器模块70具有框架74和两组夹持器钩爪76。凹进的卸料器78是框架74的一部分。两组钩爪76的每个安装到钩爪框架80，钩爪框架80安装在框架74上的枢轴82上。每个模块中的两个钩爪框架80通过位于点(a)和(b)(图8)的夹持器缸84连接。当夹持器缸84伸出时，钩爪76转动到夹持器78下方的位置76’。通过这种运动，释放草皮卷。采取了措施以确保草皮卷以受控的方式降落，也就是说，防止一组钩爪在另一组之前缩回，一组钩爪在另一组之前缩回将导致草皮卷脱离位置。这种措施是通过用连杆86(图11)将两个钩爪框架80连接在一起实现的。每个连杆86的一端连接到钩爪框架，另一端连接到圆盘88，圆盘88可以在安装到框架74的垂直轴90上枢轴转动。随着夹持器缸84伸出和缩回，圆盘88转动，并且强制两个钩爪框架80移动相同的距离。
希望有5对夹持钩爪同时操作。这可以通过一个5路分流器或串联连接实现。可以利用选择阀，有选择地隔离一个或多个夹持器缸，以使一个或多个草皮卷能够独立于其它草皮卷降落。
五个夹持器模块70中的四个，以一种使得它们能够彼此向一起滑动或离开的方式安装到框架72上。这使得机器能够以(较宽的)下层间距，和不同的(较靠近的)上层间距，将草皮卷放置到垛上。这种堆放方法一般是在人工堆放草皮中使用，以给予垛更大的稳定性。四个滑动夹持器模块框架74中的每个包括直线套筒对92。也可以使用两个独立的(较长的)套筒来代替两对套筒。套筒92在两个杆93上滑动，一个杆93刚性地夹在拾取头框架92的一端。第五夹持器模块96刚性地连接到拾取头框架72。
如图13中最好地示出的，第五夹持器模块96的滑动是通过两个滑块缸96实现的。每个滑块缸96的一端在点(c)连接到拾取头框架72。在另一端，滑块缸在点(d)连接到曲柄框98。曲柄框98通过枢轴100安装到拾取头框架。曲柄框98也具有点(e)和(f)，这两个点是连杆102和104的连接点。连杆102将曲柄框的点(e)连接到夹持器模块70的点(g)。连杆104将曲柄框98的点(f)连接到夹持器模块106的点(h)。
当缸96缩回时，曲柄框98绕枢轴100逆时针转动。这拉动连杆102和104，并且将夹持器模块70移动到它们的靠外的位置，这使得草皮卷间隔开。当缸96伸出时，曲柄框98绕枢轴100顺时针转动。这推动连杆102和104，并且将夹持器模块移动到它们靠内的位置，这使得草皮卷的间距减小。由于点(f)离开枢轴点100的距离是点(e)离开枢轴点100的距离的两倍，所以夹持器模块106移动的距离是夹持器模块70的两倍。因此，夹持器模块106靠近夹持器模块70的移动距离，与夹持器模块70向静止夹持器模块96移动的距离相同。因此，在内和外位置上，草皮卷都能均匀地间隔开。
在拾取头另一端的另外两个夹持器模块70具有相同的滑动动作。为了使两组夹持器模块的运动同步化，提供了另一个连杆108。连杆108将曲柄框98上的点(i)连接到模块110上点(j)。这限制了两对夹持器模块以相同的速度向内和向外滑动。这使得滑动运动能够以最小的加速度量发生，防止了草皮卷破碎。
图16和17示出了根据本发明的另一个实施例的可选收集器输送机94。收集器输送机94由被配置成支撑收集器输送机框架98的支撑框架96形成。旁路机构100连接到框架98。该旁路机构具有允许操作者拒绝特定草皮卷的功能。在这方面，操作者启动旁路机构100，这使得收集器输送机94的一部分缩回。通过缩回收集器输送机94，操作者可以使草皮卷落到斜板104上，使得草皮卷能够落到地面。
缩回旁路100包括三个支撑第一输送机链轮110的可缩回支撑臂105。此外，缩回机构具有可缩回惰轮型臂112，惰轮型臂112在启动时将链轮110拉向车辆的后部。当启动时，惰轮型臂112绕第一枢轴转动，降低链轮，并且增大收集器输送机94上的张力。施加的张力具有将偏置的可缩回臂105拉到支撑框架98中的功能。在释放旁路机构100之后，连接到可缩回臂105的偏置弹簧或气缸(未示出)发挥推动支撑臂105的功能，从而将第一输送机链轮110推回到其原始方位。
图18示出了使用本发明的可选系统的车辆。如上所述，切割组件可以与输送机和收集器机构94共线。如上所述，机器人臂具有将卷绕的草皮从收集器94取出并且将其定位在托盘上的功能。如图所示，收集器机构94可以包含多个篮。
本发明这个方面的显著特征是，利用滑动动作将草皮卷挤压在一起的概念，和能够与其它四个草皮卷分离地降落一个草皮卷的能力。这使得能够将八个草皮卷放置在顶层，和将十个草皮卷放置在紧挨着的下层。这有利于获得更为稳定的垛。
图19a和19b示出了拾取头44的可选连杆；五个夹持器模块70中的四个以一种使得它们能够彼此滑动到一起和分离的方式安装到框架72。这使得机器能够在下层以一种(较宽的)间距，和在上层以一种不同的(更靠近的)间距，将草皮卷放置到垛上。这种堆放方法一般是在人工堆放草皮时使用的，以给予垛更大的稳定性。四个滑动夹持器模块框架74中的每个连接到连杆101或102。然后通过多个可转动地连接构件107，将连杆101或102连接到致动器104。如图20b中所示，致动器104的缩回使连接构件107绕它们各自的枢轴点111转动。连接构件107的这种转动将力施加到连杆101或102，造成五个夹持器模块70中的四个位移。第五或中央夹持器模块96刚性地连接到拾取头框架72。
图20a-20e示出了图19a和19b中所示的拾取头，其中夹持器脱离啮合并且拾取头在缩回位置。
图21a-21e示出了图19a和19b中所示的拾取头，其中夹持器啮合并且拾取头在伸出位置。
图22示出了本发明系统的操作流程图。尽管流程图是用循环-直到(loopuntil)程序流结构示出的，但是，申请人提醒也可以使用其它等价编程结构，例如，但不限于，for/next和Do循环结构。系统使用了直接控制的控制器，或能够操作系统中的元件的控制器。处理过程以询问操作者需要的垛构形的询问框120开始。在这方面，在处理框中，在计算机显示器上向操作者显示多个可选草皮垛构形。操作者选择需要的垛构形。与这些垛构形的每个结合的是，预定数量的机器人臂运动模式，以及托盘转位和草皮间距信息。在完成询问之后，在处理框122中，系统显示工作屏幕。工作屏幕包含托盘装载草皮时的图形代表。在这方，操作者可以通过观察屏幕检查托盘的状态(见图23a-23i)。
如果系统具有可选的托盘提交器，那么在处理框124中，系统确定是否有托盘装载到叉上。如果叉上没有托盘，那么在处理框126中，系统启动托盘提交器，将托盘放置在叉上。系统通过将托盘转位到其适当的方位，开始托盘的装载。根据操作者选择的垛构形，从存储单元132中检索给定层的每行草皮卷数和行数。从存储器进一步检索和设定行之间的间距和头138的夹持器模块的间距。在操作框136中，检索和设定机器人臂的路径。
在处理框140中，系统开始切割草皮。在处理框144中卷绕草皮，并且将卷绕的草皮放置到收集器皮带146上。重复这个处理过程，直到将给定行的希望数量的草皮卷定位在收集器皮带148上。如图23中所示，可以通过操作者调节草皮卷的方位。在这方面，调节是通过调节输送机上卷绕草皮条的时间以实现希望的卷方位进行的。然后，启动机器人臂，将拾取头放置到填满的收集器之上。在处理框152中，启动夹持器抓起草皮卷。
在处理框154，机器人臂将草皮卷的行移动到垛上方，并且在处理框156中释放草皮。如上所述，系统可以通过利用编码器选择使用来自致动器的反馈或元件运动的测量值，确定将草皮释放到垛的适当时间。然后，在询问框158中，系统确定特定草皮层是否完成，和在框160中重置操作者显示器。询问框162确定托盘是否装满。如果最后一行草皮放置到垛上，那么系统开始将草皮垛放置到场地上。这可以是系统将草皮堆降低到场地的自动处理过程，或系统可以提示操作者启动开始装载下一草皮行的序列(sequence)。在必须将更多的草皮放置到托盘上的情况下，系统在处理框130中将叉转位到新的位置，并且重置适当的计数。
堆放机的基本操作总结如下1)利用当前已有的方法切割草皮并卷绕。
2)将草皮卷从主输送机的后部弹出。在这里，草皮卷落在推进器的前面，推进器将它向左推到缓存输送机上。作为选择，草皮卷可以从主输送机直接落到收集器皮带上。
3)缓存器或收集器输送机进行转位，直到它包含9个草皮卷。
4)机器人臂从缓存输送机拾取多达5个草皮卷，并把它们放置到垛上。
5)机器人臂按照控制器的指令，每次以不同的位置和方向继续将草皮放置到垛上，直到垛完成。
6)操作者停止收获机的向前运动，后退卸下垛，并重新启动机器人。
机器人式自动堆放机比替代的设计具有一些商业上的优点。它重量轻并且小，几乎可以装配在传统拖拉机安装的草皮收获机的外壳内。它灵活；可以给机器人编程，将16或24英寸宽度的草皮卷堆放到不同高度的垛中。拾取头具有两个特征，能够用于以“金字塔”方式堆放最上面两层。拾取头上的五个夹持器70可以挤在一起，这会在把草皮卷行放置到垛上时压缩行。而且，五个草皮卷中的一个可以独立地落下，这使得能够通过用两个五卷行，和两个夹在中间的侧转的独立卷，堆放倒数第二层，并且用每行四卷堆放最后一层。机器人在最初放置了这些行中的一行之后，实际拾取并且重新将其定位。也就是说，在如何堆放草皮时具有高度的灵活性，并且能够获得稳定的垛而无需额外的包裹。
除了尺寸小和灵活性之外，预期机器的成本也比当前市场上的其它自动堆放机低。这部分地是由于使用了低价比例阀来代替高价的伺服阀。通过控制器与阀之间独特的接口，就可以实现。
本发明的说明实质上仅仅是举例说明的，因此，不脱离本发明的要旨的各种改变包括在本发明的范围内。不认为这些改变是脱离了本发明的精神和范围。特别是，尽管将系统说明为利用机器人臂输送草皮卷，但是应当知道，也可以使用机器人臂输送堆叠的草皮块。
权利要求
1.一种用于切割和堆放草皮卷的装置，包括用于穿越草皮场地的轮式底盘；用于切割多个草皮条的水平切割机构；配置成容纳该多个草皮条的收集器；配置成在草皮输送到该收集器之前卷绕草皮条的草皮卷绕器；配置成将草皮从该切割机构输送到该收集器的输送机；配置成将该多个草皮条从收集器提升到草皮存储位置的机器人臂；和配置成询问操作者关于预定的草皮垛构形的控制器；所述控制器被配置成将第一计数器设定成指示草皮层的卷数的第一初始条件；所述控制器被配置成将第二计数器设定成指示每层草皮的行数的第二初始条件；所述控制器被配置成将第三计数器设定成指示每行草皮卷数的第三初始条件；如果第一计数器小于第一初始条件，那么所述控制器被配置成执行以下操作如果第二计数器小于第二初始条件，那么所述控制器被配置成执行以下操作如果第三计数器小于第三初始条件，那么所述控制器被配置成执行以下操作允许该水平切割机构切割草皮条，允许该草皮卷绕器卷绕草皮，允许将草皮卷输送到收集器皮带，允许收集器皮带的转位以接收另一个草皮卷；递增第三计数器，指令机器人臂从该收集器皮带拾取多个草皮卷，指令机器人臂将草皮移动到托盘，递增第二计数器，递增托盘的层次，和递增第一计数器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该收集器是分段的输送机。
3.根据权利要求1所述的装置，其中该收集器包括允许操作者将被拒绝的草皮卷返回到草皮场地的可缩回部分。
4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括放置在可缩回部分下方的斜板。
5.根据权利要求1所述的装置，其中该机器人臂包括具有多个夹持器模块的水平拾取头，每个夹持器模块被配置成啮合分离的单个草皮卷。
6.根据权利要求5所述的装置，其中每个夹持器模块包括一对可啮合钩爪，所述可啮合钩爪被配置成可转动地定位从而啮合定位在收集器中的草皮卷。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述钩爪被连接到夹持器致动器，该夹持器致动器具有伸出位置，所述钩爪通过该伸出位置转动到凹进卸料器下方的位置。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述钩爪被连接在一起，以便使钩爪同时啮合分离的草皮卷。
9.根据权利要求6所述的装置，其中所述水平拾取头具有配置成使至少一个夹持器模块相对于另一个夹持器模块运动的分离机构。
10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括配置成调节机器人臂的运动的控制器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中该机器人臂是液压驱动的，并且所述控制器被配置成控制至少一个液压阀。
12.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制器被电连接并且被配置成控制所述夹持器模块。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制器被连接到多个致动器，该多个致动器被配置成保持水平拾取头处于水平。
14.根据权利要求10所述的装置，进一步包括一对配置成将托盘支撑在草皮存储位置的叉，所述控制器被配置成控制该叉从第一托盘位置到第二托盘位置的运动。
15.一种收获草皮的方法，包括以下步骤询问操作者关于预定的草皮垛构形；将第一计数器设定成指示草皮层的卷数的第一初始条件；将第二计数器设定成指示每层草皮的行数的第二初始条件；将第三计数器设定成指示每行草皮卷数的第三初始条件；如果第一计数器小于第一初始条件，那么执行以下操作如果第二计数器小于第二初始条件，那么执行以下操作如果第三计数器小于第三初始条件，那么执行以下操作切割一条草皮，卷绕草皮，将草皮卷输送到收集器皮带，转位收集器皮带以接收另一个草皮卷，递增第三计数器，指令机器人臂从收集器皮带拾取多个草皮卷，指令机器人臂将草皮移动到托盘，递增第二计数器；递增托盘的层次；和递增第一计数器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该机器人臂被配置成同时将多个草皮卷从收集器移动到托盘上的预定位置。
17.根据权利要求15所述的方法，其中进一步包括允许水平切割机构将草皮切割成条。
18.根据权利要求15所述的方法，其中进一步包括将草皮从水平切割机构输送到收集器。
19.根据权利要求18所述的方法，其中进一步包括允许草皮卷绕器卷绕草皮条。
20.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在递增该第二计数器之前更新操作者显示器。
21.根据权利要求15所述的方法，进一步包括当该第一计数器等于第一条件时，启动序列以将装满的托盘降落到场地上。
全文摘要
一种安装到草皮收获机上的数控机器人机械手式臂，包括枢轴连接到一起的两节。其中一节可转动地连接到收获机上的固定基座，而第二节带有可相对于该节转动的拾取头。拾取头能够拾取、保持和释放草皮卷。该臂是可编程的，从而可获得所堆放草皮卷的各种构形。
文档编号A01D43/16GK1723751SQ200510075338
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年7月23日
发明者Jr.弗兰克·R.波勒曼, 休伯特·弗克森 申请人:斯泰纳拖拉机设备公司