专利名称：一种基于植物工厂化生产的立体式大范围作业机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于植物工厂化生产过程中的全自动轻简型智能农业机器人，属农业工程领域中轻简型智能农业机械装备。
背景技术：
随着人们生活水平的日益提高，人们对温室绿色蔬菜瓜果和优质花卉的需求量不断增长，促进了立体育秧农业的规模化、集约化和自动化程度的迅速提高。现代温室大棚秧苗采摘和秧苗盘的运输，具有秧苗采摘效率低和秧苗盘运输时间长等特点，这对人力资源的质量具提出了较高的要求。然而，农村人口的城镇化浪潮，使得农业劳动力资源匮乏，不利于该类劳动密集型农业的发展；另一方面，现有的秧苗采摘运输设备因其体积庞大、功能单一、自动化和智能化程度低等诸多弊端，不宜应用于规模化精细化育秧作业；另外粗犷式 的传统的采摘运输方式，导致了秧苗的浪费，不利于农业市场化的要求。近年来随着科技的飞速发展，温室物流化生产以其流水线规模化作业模式、自动化智能化水平高、生产质量和效率高和便于统一管理等特点，已成为未来温室秧苗采摘和运输的必然趋势。针对温室物流化运输秧苗模式，借助无线网络技术、自动控制、人工智能等先进技术，发明一种功能齐全、生产效率和自动化水平高的立体式大范围作业温室智能机械手，有望节约人力、提高生产效率，以满足未来温室物流化农业的发展要求。
发明内容
本发明涉及一种应用于现代温室物流化生产的立体式智能秧苗采管理及运输装备，该装备由机械平台、智能控制系统、对管传感定位系统、笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘，平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手，气动和电力等辅助系统组成。该系统以轻质铝合金和角钢为框架材料，以电力为驱动能源；通过对管传感定位技术和笛卡尔坐标式运输系统，实现平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手平台的坐标式定位，以满足平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手的顺利采摘及搬运。通过Zigbee无线数据传输模块，实现平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手关节、360度任意角度定位旋转底盘及笛卡尔坐标式运输系统间数据通信，通过STM32主控系统，驱动笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘及平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手，实现立体式大范围作业温室智能机械手对秧苗的采摘及秧苗盘的搬运。该装备由机械平台、智能控制系统、对管传感定位系统、笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘，平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手，气动和电力等辅助系统组成。在机械平台α)的前端由轻质铝材支撑水平运输伺服电机⑵，水平运输伺服电机ο通过联轴器将动力传给水平运输减速主动齿轮⑶，水平运输减速主动齿轮( 通过与水平运输减速从动齿轮啮合实现2:1减速,水平运输减速从动齿轮⑷与水平运输齿形带轮 )同轴，水平运输齿形带轮⑶带动水平运输齿形带水平运动，水平齿形带与平面旋转底盘(Si铰接，在平面旋转底盘⑨下面有平面旋转电机O ,平面旋转电机(6)通过联轴器将动力传给平面旋转蜗杆⑧，平面旋转蜗杆_与平面旋转蜗轮O啮合将动力传给平面旋转轴。在平面旋转底盘O上面有铅锤升降电机(W)，铅锤升降电机 通过联轴器将动力传给铅锤升降减速主动齿轮ω),铅锤升降减速主动齿轮w与铅锤升降减速从动齿轮◎啮合，铅锤升降减速从动齿轮 和铅锤升降链轮旧)同轴，铅锤升降链轮1]3)拉动铅锤升降链条上下运动，铅锤升降链条与多关节机械手臂平台04)铰接，在多关节机械手臂平台M上固定多关节机械手臂后臂主轴，主轴上固定有多关节机械手臂 。在多关节机械手臂<Β后臂上末端有中臂旋转电机_ ,中臂旋转电机；B连接万向联轴节Ι.Ρ ,万向联轴节ι:Ρ连接中臂旋转传动轴_，中臂旋转传动轴 通过平头键连接中臂 旋转主动锥齿轮(24)，中臂旋转主动锥齿轮
(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25 )啮合，中臂旋转从动锥齿轮(25 )和中臂旋转轴(26 )外套筒平键连接，中臂旋转轴(26 )外套筒与中臂轻质铝外壳平键连接。前臂旋转电机(27 )通过联轴器将动力传给前臂旋转主动齿轮(21)，前臂旋转主动齿轮(21)和前臂旋转从动齿轮(20 )啮合，前臂旋转从动齿轮(20 )和前臂旋转主动齿形带轮(19 )共同与中臂旋转轴(26 )内轴键连接在一起，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，前臂旋转从动齿形带轮(22)和前臂轻质铝外壳(23)固定在同一轴上，前臂轻质铝外壳(23)端部固定多关节机械手臂秧苗搬运叉(28)。现代温室物流化生产的立体式智能秧苗采摘及运输装备是以平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手、笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘为机械基础，将智能控制系统、对管传感定位系统、人工智能集于一体，形成一种立体式智能采摘和运输秧苗装备。笛卡尔坐标式运输系统和多关节机械手臂的有效结合，实现了立体式大范围作业温室智能机械手能在大范围内精确采摘秧苗和搬运秧苗盘；多关节机械手臂O后臂上的中臂旋转电机职通过万向联轴节07:将动力传动至中臂旋转主动锥齿轮(24)，通过中臂旋转主动锥齿轮(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25)啮合将铅锤方向旋转转化为中臂旋转轴(26)外套筒的旋转，可实现中臂的旋转；多关节机械手臂前臂通过前臂旋转主动齿轮
(21)和前臂旋转从动齿轮(20)啮合将动力传给中臂旋转轴(26)内轴，实现3 1减速。通过前臂旋转主动齿形带轮(19)与中臂旋转轴(26)内轴键连接在一起，将动力传给前臂旋转主动齿形带轮(19)，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，实现2; I减速。此机构不仅增大前臂电机的扭矩，而且可大大减轻手臂末端的重量，增大手臂的承载能力。
参见附图
图I为本发明结构示意图
图2为多关节智能机械手臂示意图
图I中，I、机械平台主体框架；2、水平运输伺服电机；3、水平运输减速主动齿轮；4、水平运输减速从动齿轮；5、水平运输齿形带轮；6、平面旋转电机；7、平面旋转蜗轮；8、平面旋转蜗杆；9、平面旋转底盘；10、铅锤升降电机；11、铅锤升降减速齿轮；12、铅锤升降减速从动齿轮；13、铅锤升降链轮；14、多关节机械手臂平台；15、多关节机械手臂。
图2中，16、中臂旋转电机；17、万向联轴节；18、中臂旋转传动轴；19、前臂旋转主动齿形带轮；20、前臂旋转从动齿轮；21、前臂旋转主动齿轮；22、前臂旋转从动齿形带轮；23、前臂轻质铝外壳；24、中臂旋转主动锥齿轮；25、中臂旋转从动锥齿轮；26、中臂旋转轴；27、前臂旋转电机；28、多关节机械手臂秧苗搬运叉。
具体实施例方式 以下结合附图进一步描述并给出实施例
本发明涉及一种应用于现代温室物流化生产的立体式智能秧苗采管理及运输装备，该装备由机械平台、智能控制系统、对管传感定位系统、笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘，平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手，气动和电力等辅助系统组成。在机械平台⑴的前端由轻质铝材支撑水平运输伺服电机⑵，水平运输伺服电机⑵通过联轴器将动力传给水平运输减速主动齿轮,水平运输减速主动齿轮 3;通过与水平运输减速从动齿轮Φ啮合实现2:1减速，水平运输减速从动齿轮U〕与水平运输齿形带轮;5)同轴， 水平运输齿形带轮⑶带动水平运输齿形带水平运动，水平齿形带与平面旋转底盘便铰接，在平面旋转底盘 下面有平面旋转电机^，平面旋转电机^通过联轴器将动力传给平面旋转蜗杆⑶，平面旋转蜗杆出与平面旋转蜗轮O啮合将动力传给平面旋转轴。在平面旋转底盘 上面有铅锤升降电机腿，铅锤升降电机HG::通过联轴器将动力传给铅锤升降减速主动齿轮□)，铅锤升降减速主动齿轮⑶与铅锤升降减速从动齿轮◎啮合，铅锤升降减速从动齿轮巧和铅锤升降链轮·同轴，铅锤升降链轮03)拉动铅锤升降链条上下运动，铅锤升降链条与多关节机械手臂平台〖W铰接，在多关节机械手臂平台上固定多关节机械手臂后臂主轴，主轴上固定有多关节机械手臂_ .在多关节机械手臂fl5)后臂上末端有中臂旋转电机 ，中臂旋转电机I 连接万向联轴节IP，万向联轴节连接中臂旋转传动轴Λ3:ι,中臂旋转传动轴OT通过平头键连接中臂旋转主动锥齿轮(24)，中臂旋转主动锥齿轮(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25 )啮合，中臂旋转从动锥齿轮(25 )和中臂旋转轴(26 )外套筒平键连接，中臂旋转轴(26 )外套筒与中臂轻质铝外壳平键连接。前臂旋转电机(27 )通过联轴器将动力传给前臂旋转主动齿轮(21 )，前臂旋转主动齿轮(21)和前臂旋转从动齿轮(20)啮合，前臂旋转从动齿轮(20 )和前臂旋转主动齿形带轮(19 )共同与中臂旋转轴(26 )内轴键连接在一起，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，前臂旋转从动齿形带轮(22)和前臂轻质铝外壳(23)固定在同一轴上，前臂轻质铝外壳(23)端部固定多关节机械手臂秧苗搬运叉(28 )。在使用前，将蓄电池充满电后接入装备系统中，当系统发出采摘和运输秧苗的信号后，机械系统，首先，在大范围水平方向，由水平运输伺服电机i )通过联轴器将动力传给水平运输减速主动齿轮^ ,水平运输减速主动齿轮通过与水平运输减速从动齿轮⑷啮合实现2:1减速，水平运输减速从动齿轮Φ带动水平运输齿形带轮15)，水平运输齿形带轮⑤带动水平运输齿形带水平运动，从而实现平面旋转底盘13)的水平移动，再进一步通过对管传感系统实现秧苗的水平精确定位。在大范围铅锤方向，由铅锤升降电机 通过联轴器将动力传给铅锤升降减速主动齿轮·，铅锤升降减速主动齿轮抑与铅锤升降减速从动齿轮02啮合，从而实现2 1减速增大上升扭矩，铅锤升降减速从动齿轮 带动铅锤升降链轮03J,铅锤升降链轮_拉动铅锤升降链条上下运动，铅锤升降链条与多关节机械手臂平台铰接，再进一步通过对管传感系统实现秧苗的水平精确定位。在平面旋转上，平面旋转底盘(S〗下面有平面旋转电机沿，平面旋转电机〖S)通过联轴器将动力传给平面旋转蜗杆⑶，平面旋转蜗杆⑷通过与平面旋转蜗轮O啮合将动力传给平面旋转轴。在多关节机械手臂Λ5)后臂上末端有中臂旋转电机 ，中臂旋转电机 连接万向联轴节ΙΠ ,万向联轴节!.P连接中臂旋转传动轴US ,中臂旋转传动轴OS)通过平头键连接中臂旋转主动锥齿轮(24)，中臂旋转主动锥齿轮(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25)啮合，中臂旋转从动锥齿轮(25)和中臂旋转轴(26)外套筒平键连接，中臂旋转轴(26)外套筒与中臂轻质铝外壳平键连接，从而实现中臂的旋转。前臂旋转电机(27 )通过联轴器将动力传给前臂旋转主动齿轮(21)，前臂旋转 主动齿轮(21)和前臂旋转从动齿轮(20)啮合，前臂旋转从动齿轮(20)和前臂旋转主动齿形带轮(19)共同与中臂旋转轴(26)内轴键连接在一起，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，前臂旋转从动齿形带轮(22)和前臂轻质铝外壳(23)固定在同一轴上。实现多关节机械手臂秧苗搬运叉(28)，从而实现秧苗的采摘和运输。
权利要求
1.本发明所述的一种应用于现代温室物流化生产的立体式智能秧苗管理及运输装备，该装备由机械平台、智能控制系统、对管传感定位系统、笛卡尔坐标式运输系统、360度任意角度定位旋转底盘，平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手，气动和电力等辅助系统组成；在机械平台i:的前端由轻质铝材支撑水平运输伺服电机—2:,水平运输伺服电机^通过联轴器将动力传给水平运输减速主动齿轮 ，水平运输减速主动齿轮.:3.通过与水平运输减速从动齿轮I啮合实现2:1减速，水平运输减速从动齿轮A与水平运输齿形带轮同轴，水平运输齿形带轮I:带动水平运输齿形带水平运动，水平齿形带与平面旋转底盘:S:铰接，在平面旋转底盘:T:下面有平面旋转电机: ,平面旋转电机. 通过联轴器将动力传给平面旋转蜗杆;8:,平面旋转蜗杆I:与平面旋转蜗轮^啮合将动力传给平面旋转轴；在平面旋转底盘沐上面有铅锤升降电机: ,铅锤升降电机通过联轴器将动力传给铅锤升降减速主动齿轮I ,铅锤升降减速主动齿轮与铅锤升降减速从动齿轮啮合，铅锤升降减速从动齿轮 和铅锤升降链轮同轴，铅 锤升降链轮:'. 拉动铅锤升降链条上下运动，铅锤升降链条与多关节机械手臂平台铰接，在多关节机械手臂平台上固定多关节机械手臂后臂主轴，主轴上固定有多关节机械手臂 ,在多关节机械手臂:. 后臂上末端有中臂旋转电机;:5 ,中臂旋转电机::'f:连接万向联轴节,万向联轴节Π连接中臂旋转传动轴:'5 ,中臂旋转传动轴仏通过平头键连接中臂旋转主动锥齿轮(24)，中臂旋转主动锥齿轮(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25)啮合，中臂旋转从动锥齿轮(25)和中臂旋转轴(26)外套筒平键连接，中臂旋转轴(26)外套筒与中臂轻质铝外壳平键连接；前臂旋转电机(27)通过联轴器将动力传给前臂旋转主动齿轮(21)，前臂旋转主动齿轮(21)和前臂旋转从动齿轮(20)啮合，前臂旋转从动齿轮(20)和前臂旋转主动齿形带轮(19)共同与中臂旋转轴(26)内轴键连接在一起，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，前臂旋转从动齿形带轮(22)和前臂轻质铝外壳(23)固定在同一轴上，多关节机械手臂秧苗搬运叉(28)。
2.根据权利要求I所述的现代温室物流化生产的立体式智能秧苗采摘及运输装置，其特征在于，笛卡尔坐标式运输系统和多关节机械手臂的有效结合，实现了立体式大范围作业温室智能机械手能在大范围内精确采摘秧苗和搬运秧苗盘。
3.根据权利要求I所述的现代温室物流化生产的立体式智能秧苗采摘及运输装置，其特征在于，多关节机械手臂(K)后臂上的中臂旋转电机(IS)通过万向联轴节(1Γ)将动力传动至中臂旋转主动锥齿轮(24)，通过中臂旋转主动锥齿轮(24)和中臂旋转从动锥齿轮(25)啮合将铅锤方向旋转转化为中臂旋转轴(26)外套筒的旋转，可实现中臂的旋转。
4.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，通过前臂旋转主动齿轮(21)和前臂旋转从动齿轮(20)啮合将动力传给中臂旋转轴(26)内轴，实现3 1减速， 通过前臂旋转主动齿形带轮(19)与中臂旋转轴(26)内轴键连接在一起，将动力传给前臂旋转主动齿形带轮(19)，前臂旋转主动齿形带轮(19)通过齿形带将动力传给前臂旋转从动齿形带轮(22)，实现2 ; I减速，此机构不仅增大前臂电机的扭矩，而且可大大减轻手臂末端的重量，增大手臂的承载能力。
全文摘要
本发明涉及一种应用于现代植物工厂化生产的立体式智能秧苗管理及运输装备，该系统以轻质铝合金和角钢为框架材料，以电力为驱动能源，通过对管传感定位技术和笛卡尔坐标式运输系统，实现平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手平台的坐标式定位，以满足平面三轴联动关节式智能采摘搬运机械手的顺利采摘及搬运；通过Zigbee无线数据传输模块，实现环境信息的采集与控制，通过STM32主控系统，实现立体式大范围作业温室智能机械手对秧苗的采摘及秧苗盘的搬运。该系统可应用于现代温室物流化生产，能够节省人力物力，提高作业质量和效率，降低农产品污染，是未来温室物流化生产装备的发展方向。
文档编号A01D46/30GK102960123SQ20121054696
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者权龙哲, 刘俊良, 张冬冬, 查韶辉, 靳永强 申请人:东北农业大学