一种多杆联动快速挖坑松土机器人的制作方法

本发明涉及植物移植或栽培过程中挖坑松土领域，特指一种多杆联动快速挖坑松土机器人。

背景技术：

植物对人类的健康具有十分重要的作用，因此经常需要再园林中移植树木或道路两旁栽培新的植物，这需要对较硬的地面进行挖坑松土。现有技术中，虽然有时候也会采用挖土机进行挖坑，但由于挖土机设备庞大，难以实现较小圆坑的挖土。因此，在大多情况下未来栽培植物还是采用人工挖坑松土，这导致挖坑劳动强度大。

技术实现要素：

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种单机驱动、具有双自由度运动的刀头偶、可以发生微振动快速挖坑松土的多杆联动快速挖坑机器人。为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种多杆联动快速挖坑松土机器人，包括底座，装设于所述底座上的机架，升降架，能够驱动所述升降架（升降运动的升降机构，其特征在于，还包括至少一组刀头偶，驱动刀头偶相互远离或靠近的刀头偶分离机构，驱动所述刀头偶同步向内或向外转动的刀头偶转动机构偶，和电机，所述电机进行正向或反向转动，带动刀头偶分离机构运动，从而使得刀头偶进行相应的转动。

优选的，每组所述刀头偶均包括一对刀头，第一组刀头偶包括一对由内向外倾斜装设的刀头a和刀头b，第二组刀头偶的两个刀头分别为刀头c和刀头d，其每个刀头的厚度均自下而上逐渐增加。

优选的，所述电机正向转动，刀头偶中刀头a和刀头b做缓慢靠近运动；所述电机反向转动，所述刀头a和刀头b做相对远离运动。

优选的，所述刀头偶分离机构包括双向丝杠、固定装设于所述双向丝杠中部的锥齿轮a和锥齿轮b，内部设有内螺纹并与所述双向丝杠相配合传动的分离板a和分离板b，分别装设于所述分离板a和分离板b上端的分离滑块a和分离滑块b。

优选的，所述升降架采用圆柱铰链与转轴连接，其二者可绕所述转轴的轴线相对转动。

优选的，所述转轴自上而下依次装设有所述升降板、锥齿轮d转轴支架板和锥齿轮c；所述锥齿轮c同时与所述锥齿轮a和锥齿轮b相啮合；所述转轴支架板内部设有轴承孔，所述转轴穿过滚动轴承放置于所述轴承孔内。

优选的所述刀头偶转动机构偶包括分别驱动所述刀头a和刀头b由内向外发生转动的两个刀头偶转动机构，两个所述刀头偶转动机构结构完全相同，均包括一端铰接于所述刀头下部，其另一端铰接于所述分离板下端的连杆a；一端铰接于所述刀头上部，其另一端装设有可沿所述分离板上下滑动的分离滑块的连杆b；下端铰接于所述分离滑块上的连杆c；与所述连杆c另一端相铰接的连杆d；一端与转轴支架板相连，其另一端与所述连杆c上铰点相连的螺旋弹簧，其一端与连杆b相连，另一端与所述连杆c下铰点相连的滑块a。

优选的所述螺旋弹簧为大载荷金属螺旋弹簧，升降板相对于转轴升降运动时，所述螺旋弹簧不发生显著的变形。

优选的，所述升降板设有内螺纹，所述转轴上位于所述锥齿轮d以上的部分设有外螺纹，所述升降板的内螺纹与所述转轴的外螺纹相配合传动。

优选的，所述转轴支架板上固定装设有支架，所述支架上装设有与所述锥齿轮d相啮合传动的齿轮复合轴，所述齿轮复合轴的另一端与电机的输出轴相连。

优选的，所述升降机构可为液压缸驱动机构、涡轮蜗杆驱动机构、或齿轮变速箱驱动机构。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：刀头偶分离机构驱动刀头偶相互远离或靠近，可以实现从小到大范围的变尺寸挖坑；刀头偶转动机构偶驱动刀头偶在地面以下由内向外转动从而撬动土壤，并把撬动的土壤由外向内推动。此外，刀头偶转动机构中还设有大载荷螺旋弹簧，使得刀头偶在撬动土壤时发生微振动，加速松动土壤。由此可知，本发明结构简单合理、单机驱动刀头偶平动与转动复合运动、产生刀头偶微振动从而加速挖坑松土。

附图说明

图1为具有一组刀头偶的多杆联动快速挖坑机器人的结构原理示意图；

图2为本发明的两组刀头偶的空间布局俯视图；

图3为本发明的两组刀头偶分离机构的空间布局俯视图；

其中，1-底座，2-机架，3-升降机构，4-升降架，5-转轴，8-转轴支架板，9-驱动刀头偶，50-圆柱铰链，51-锥齿轮d，52-锥齿轮c，53-升降板，61-连杆a，62-连杆b，63-滑块a，64-连杆c，65-连杆d，66-螺旋弹簧，71-双向丝杠，72-锥齿轮a，73-锥齿轮b，74-分离滑块a，75-分离板a，76-分离板b，77-分离板b，81-支架，82-电机，83-齿轮复合轴，91-刀头a，92-刀头b，93-刀头处c，94-刀头d。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例，结合附图1-3，一种多杆联动快速挖坑松土机器人，包括底座1，装设于所述底座1上的机架2，升降架4，能够驱动所述升降架4升降运动的升降机构3，所述升降机构3可为液压缸驱动机构、涡轮蜗杆驱动机构、或齿轮变速箱驱动机构；还包括至少一组刀头偶9，驱动刀头偶9相互远离或靠近的刀头偶分离机构，驱动所述刀头偶9同步向内或向外转动的刀头偶转动机构偶，和电机82，所述电机82进行正向或反向转动，进而带动刀头偶分离机构运动，从而使得刀头偶9进行相应的转动；每组所述刀头偶9均包括一对刀头，第一组刀头偶9包括一对由内向外倾斜装设的刀头a91和刀头b92，第二组刀头偶9的两个刀头分别为刀头c93和刀头d94，其每个刀头的厚度均自下而上逐渐增加；当电机82正向转动，刀头偶9中刀头a91和刀头b92做缓慢靠近运动；当电机82反向转动，所述刀头a91和刀头b92做相对远离运动。

刀头偶分离机构包括双向丝杠71、固定装设于所述双向丝杠71中部的锥齿轮a72和锥齿轮b73，内部设有内螺纹并与所述双向丝杠71相配合传动的分离板a75和分离板b76，分别装设于所述分离板a75和分离板b77上端的分离滑块a74和分离滑块b76。所述升降架4采用圆柱铰链50与转轴5连接，其二者可绕所述转轴5的轴线相对转动；所述转轴5自上而下依次装设有所述升降板53、锥齿轮d51、转轴支架板8和锥齿轮c52；所述锥齿轮c52同时与所述锥齿轮a72和锥齿轮b73相啮合；所述转轴支架板8内部设有轴承孔，所述转轴5穿过滚动轴承放置于所述轴承孔内。

所述刀头偶转动机构偶包括分别驱动所述刀头a91和刀头b92由内向外发生转动的两个刀头偶转动机构，两个所述刀头偶转动机构结构完全相同，均包括一端铰接于所述刀头下部，其另一端铰接于所述分离板下端的连杆a61；一端铰接于所述刀头上部，其另一端装设有可沿所述分离板上下滑动的分离滑块的连杆b62；下端铰接于所述分离滑块上的连杆c64；与所述连杆c64另一端相铰接的连杆d65；其一端与转轴支架板8相连，另一端与所述连杆c64上铰点相连的螺旋弹簧66；其一端与连杆b62相连，另一端与所述连杆c64下铰点相连的滑块a63。

进一步，所述螺旋弹簧66为大载荷金属螺旋弹簧，升降板53相对于转轴5升降运动时，所述螺旋弹簧66不发生显著的变形；所述升降板53设有内螺纹，所述转轴5上位于所述锥齿轮d51以上的部分设有外螺纹，所述升降板53的内螺纹与所述转轴5的外螺纹相配合传动；所述转轴支架板8上固定装设有支架81，所述支架81上装设有与所述锥齿轮d51相啮合传动的齿轮复合轴83，所述齿轮复合轴83的另一端与电机82的输出轴相连。

工作原理：该多杆联动快速挖坑松土机器人，包括底座1，装设于底座1上的机架2，升降架4，能够驱动升降架4升降运动的升降机构3，多杆联动快速挖坑机器人还包括两组正交放置的刀头偶9，分别驱动两组正交刀头偶9相互远离或靠近的两组刀头偶分离机构，分别驱动两组刀头偶9同步向内或向外转动的两组刀头偶转动机构偶。不妨设第一组刀头偶9的两个刀头分别为刀头a91和刀头b92，第二组刀头偶9的两个刀头分别为刀头c93和刀头d94，第一组刀头偶分离机构中的双向丝杠71穿过第二组刀头偶分离机构中的双向丝杠72，即两组双向丝杠71均可独立转动；锥齿轮c52同时与两组刀头偶分离机构上的四个锥齿轮啮合传动；第二组刀头偶转动机构偶独立控制第二组刀头偶的转动。

挖坑松土过程：在准备挖坑之前，首先电机82运动至下限位置，使得刀头偶9中的刀头a91与刀头b92相对距离最小。在升降机构的正向作用下，把刀头偶9压进土壤中；电机82正向转动，带动锥齿轮d51和锥齿轮c52同步转动，进而带动刀头分离机构偶中的锥齿轮a72和锥齿轮b73转动，分离板a76和分离板b77同步向外运动，此时刀头a91和刀头b92缓慢靠近；与此同时，升降板53相对于转轴5向下运动，在连杆c64和连杆d65的作用下，两滑块a63相对于分离板a75和分离板b77向下滑动，在连杆b62的作用下，刀头a91的刀头b92分别绕相连的连杆a61下铰点向外转动，从而松动刀头偶9上面的土壤。之后，在升降机构的反向作用，把刀头偶9抬高到地面以上；电机82反向转动，使得刀头偶9中的刀头a91和刀头b92相对远离，使得二者之间的距离大于上次压进土壤前的相对距离，以便在升降机构的作用下把刀头偶9再一次压进土壤中。上述过程不断重复，从而使得刀头偶9挖坑越来越多，松动的土壤越来越多。

进一步的，螺旋弹簧66为大载荷弹簧，在刀头偶压进土壤的过程中几乎不发生变形，仅在升降板53相对于转轴5上下运动时才发生微小的变形，该变形一方面可以让刀头偶9发生微振动，加速土壤松动过程，另一方面可以有效防止升降机构启动和停止瞬间的过载，从而提高设备的寿命。

以上为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。