一种农作物搬运用的机械结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种农作物搬运用的机械结构，包括机架，其特征在于：所述机架内的一侧纵向设有一根可相对机架转动的花键轴，所述机架的另一侧上纵向设有一根丝杆，所述丝杆上套置有一升降螺母，所述升降螺母上固连有一可与花键轴滑动连接的升降台，所述升降台上设有旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器。本实用新型结构简单，操作便捷，降低了农民搬运这些物品的劳动力，加快了农田作业过程的工作效率，有利于推进农田生产的全程机械化和自动化。
【专利说明】一种农作物搬运用的机械结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种农作物搬运用的机械结构，适用于农田搬运机器人。
【背景技术】
[0002] 在农田作业过程中，很多操作都涉及到搬运，然而在传统的农田作业中，大部分都 基于人工操作，农作物或肥料搬运作业过程的全程自动化并未得到良好实现，对劳动力需 求较大，且这些作业过程大多是属于工作环境较差和劳动密集型，不适宜农民进行长期操 作。
[0003] 尽管市面上存在许多的多功能、多元化的农业机器人，然而其高额的价格，和不菲 的维护费，都是一般农民难以承担的，所以一直以来我国要短时间实现农业上的全程机械 化和自动化还相当漫长，所以在农田作业过程中，引入新型适宜农田生产的小型、廉价且又 能满足需求的专业农田搬运机器人是必然趋势。
[0004] 目前，大多数运用于农田作业过程中搬运机器人控制器主要有以下几类：首先是 以PLC为控制核心的一类搬运机器人，该类机器人工作较稳定，能适应恶劣工作环境，然而 搭建以PLC为控制器的控制系统，需要连接多种类型外围工作模块，且需要多PLC协同控 制，从而加大了控制系统的成本和复杂程度；其次是以运动控制卡为核心的控制系统，该类 搬运机器人的控制系统集成程度高，功能齐全，然而国产的运动控制卡性能不稳定，质量参 差不齐，难以满足搬运机器人控制系统要求，然后国外生产的运动控制卡，编程入手较为复 杂，成本高，给机器人控制系统设计人员带来一定难度，且一旦损坏后，难以维修，只能整体 更换；最后一类为自主研发搬运机器人控制器，该类控制系统对于用户维修比较繁琐，很难 进行二次开发，通用性较差。 实用新型内容
[0005] 鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种农作物搬运用的机械结 构。
[0006] 本实用新型的技术方案在于：
[0007] -种农作物搬运用的机械结构，包括机架，其特征在于：所述机架内的一侧纵向设 有一根可相对机架转动的花键轴，所述机架的另一侧上纵向设有一根丝杆，所述丝杆上套 置有一升降螺母，所述升降螺母上固连有一可与花键轴滑动连接的升降台，位于花键轴侧 的升降台下部设有一 U形槽，所述花键轴的下部固连有一第二同步带轮，所述花键轴的中 部经轴上花键滑动连接有一安设在U形槽内的第三同步带轮，所述的第三同步带轮经同步 带驱动一与其水平设置且位于升降台底侧的第四同步带轮，所述第四同步带轮的输出轴上 端固连有一位于升降台上侧的齿轮盘，所述齿轮盘的上端面上固连有一旋转臂，所述旋转 臂上铰接有一伸缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂 上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第 二电机，所述第二电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减 速器相连侧设有一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带 轮，所述的第五同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧 端固连，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经 同步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接， 所述第七同步带轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上 的第一同步带轮驱动。
[0008] 其中，所述第一同步带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
[0009] 所述机架内的另一侧设有第三电机，所述第三电机的输出轴上连接有第九同步带 轮，所述第九同步带轮经同步带与固连于丝杆下端的第十同步带轮驱动连接。
[0010] 所述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2 ; 所述第九与第十同步带轮的齿数比为5:4。
[0011] 所述机架底侧设有万向轮。
[0012] 所述机架内的底部上还设有散热风扇。
[0013] 本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，操作便捷，降低了农民搬运这些物 品的劳动力，加快了农田作业过程的工作效率，有利于推进农田生产的全程机械化和自动 化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型实施例的结构示意图。
[0015] 图2为本实用新型实施例的末端执行器直线运动原理图。
【具体实施方式】
[0016] 为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图， 作详细说明如下。
[0017] 参考图1至图2,本实用新型涉及一种农作物搬运用的机械结构，包括机架1，所述 机架内的一侧纵向设有一根可相对机架转动的花键轴2,所述机架的另一侧上纵向设有一 根丝杆3,所述丝杆上套置有一升降螺母4,所述升降螺母上固连有一可与花键轴滑动连接 的升降台5,位于花键轴侧的升降台下部设有一 U形槽，所述花键轴的下部固连有一第二同 步带轮6,所述花键轴的中部经轴上花键滑动连接有一安设在U形槽内的第三同步带轮7， 所述的第三同步带轮经同步带驱动一与其水平设置且位于升降台底侧的第四同步带轮8， 所述第四同步带轮的输出轴上端固连有一位于升降台上侧的齿轮盘9,所述齿轮盘的上端 面上固连有一旋转臂10,所述旋转臂上铰接有一伸缩机械臂11，所述伸缩机械臂上铰接有 一末端机械手臂12,所述末端机械手臂上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器13,所述 的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机14,所述第二电机经第二减速器15与伸 缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有一第五同步带轮16,另一 侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮17,所述的第五同步带轮与旋转臂的 上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固连，所述末端机械手臂内与第六 同步带轮相连侧设有一第七同步带轮18,另一侧设有经同步带与第七同步带轮连接的第八 同步带轮19,所述第八同步带轮与末端执行器联动连接，所述第七同步带轮与伸缩机械臂 的另一侧端固连，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上的第一同步带轮20驱动。
[0018] 上述第一同步带轮由设于机架内的第一电机21经第一减速器22驱动。
[0019] 上述机架内的另一侧设有第三电机23,所述第三电机的输出轴上连接有第九同步 带轮24,所述第九同步带轮经同步带与固连于丝杆下端的第十同步带轮25驱动连接。
[0020] 上述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2 ; 所述第九与第十同步带轮的齿数比为5:4。
[0021] 上述机架底侧设有万向轮26。
[0022] 上述机架内的底部上还设有散热风扇27。
[0023] 实施过程中，该机械结构实现农田搬运机器人的原理如下：
[0024] 第五同步带轮固接于旋转臂，于是第五同步带轮相对旋转臂固定，当第二电机带 动伸缩机械臂转动时，第六同步带轮将形成相对于旋转臂的公转和自传，由于末端机械手 臂固接于第六同步带轮，于是末端机械手臂与第六同步带轮的自转同步转动，则末端机械 手臂相对与伸缩机械臂旋转，且旋转方向与伸缩机械臂相对旋转臂的旋转方向相反，转角 值为伸缩机械臂转角的2倍(第五同步带轮与第六同步带轮的齿数比为Z5: Z6=2:1)。第七 同步带轮固接于伸缩机械臂，当末端机械手臂相对伸缩机械臂旋转时，第八同步带轮将形 成相对于伸缩机械臂的公转和自传，由于末端执行器固接于第八同步带轮，则末端执行器 相对末端机械手臂旋转，且旋转方向与末端机械手臂相对伸缩机械臂的旋转方向相反，转 角值为末端机械手臂转角的1/2 (第七同步带轮与第八同步带轮的齿数比为Z7:Z8=1:2)。 根据转角矢量和的计算，末端执行器相对于旋转臂的转角0为伸缩机械臂转角-《、末端 机械手臂转角2Λ和末端执行器转角_的矢量和沒二一α+2α - ? = 0,因此当第 二电机经第二减速器带动伸缩机械臂转动时，末端执行器始终相对于旋转臂不转动。
[0025] 如图2所示，从图中可知C点始终沿直线AC边移动，且末端执行器相对于旋转臂 不存在转动，最终第二步进电机转动时牵引着末端执行器在平面上始终沿着直线运动。第 一步进电机带着末端执行器在水平面上做旋转运动。第三步进电机牵引着末端执行器在垂 直平面上做升降运动，综上所述，三者之间的运动相互协作配合，形成所需要的农田搬运机 器人运动轨迹。
[0026] 综上所述，本发明各实施例的农田搬运机器人机械结构，由于包括多组同步带传 动机构，减速机构，三组五相步进电机及驱动器，丝杠机构，末端机械手臂，伸缩机械臂和旋 转臂，末端执行器，万向轮移动机构。从而实现农田搬运机器人的自动化农田搬运作业，节 省人力，提高劳动效率。
[0027] 所述的多组同步带传动机构包括如下5组：1、第一同步带轮和第二同步带轮， 2、第三同步带轮和第四同步带轮，3、第五同步带轮和第六同步带轮，4、第七同步带轮和 第八同步带轮，5、第九同步带轮和第十同步带轮。第1组：把第一步进电机轴的转动转 换为花键轴的转动，传动比为Z1:Z2=1:1 ;第2组：把花键轴的转动转换为旋转臂旋转， 传动比为Z3:Z4=1:2 ;第3组：把伸缩机械臂的转动转换为末端机械手臂的转动，传动 比为Z5:Z6=2:1 ;第4组：把末端机械手臂的转动转换为末端执行器的转动，传动比为 Z7:Z8=1:2 ;第5组：把第三步进电机的转动转换为丝杆的转动，传动比为Z9:Z10=5:4 ;所 述的减速机构包括：第一减速器和第二减速器，分别实现第一、第二步进电机的减速和增大 力矩。所述的三组五相步进电机包括：第一电机，第二电机，第三电机，分别带动机械臂做旋 转、伸缩、升降运动。所述的散热机构为：散热风扇，机器人运行时，对其内部进行散热。所 述的丝杠机构包括：丝杆、丝杠螺母，把丝杆的转动转换为旋转臂的升降。所述的末端机械 手臂、伸缩机械臂、旋转臂，它们运动协调配合，共同完成农田搬运机器人搬运作业。所述的 末端执行器为平铲，托起农作物。所述的齿轮机构包括：第一齿轮和第二齿轮28,把旋转臂 的旋转转换为编码器轴的转动。所述的万向轮移动机构包括：三个万向轮，安装在机器人底 部，方便机器人随时移动。
[0028]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【权利要求】
1. 一种农作物搬运用的机械结构，包括机架，其特征在于：所述机架内的一侧纵向设 有一根可相对机架转动的花键轴，所述机架的另一侧上纵向设有一根丝杆，所述丝杆上套 置有一升降螺母，所述升降螺母上固连有一可与花键轴滑动连接的升降台，位于花键轴侧 的升降台下部设有一 U形槽，所述花键轴的下部固连有一第二同步带轮，所述花键轴的中 部经轴上花键滑动连接有一安设在U形槽内的第三同步带轮，所述的第三同步带轮经同步 带驱动一与其水平设置且位于升降台底侧的第四同步带轮，所述第四同步带轮的输出轴上 端固连有一位于升降台上侧的齿轮盘，所述齿轮盘的上端面上固连有一旋转臂，所述旋转 臂上铰接有一伸缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂 上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第 二电机，所述第二电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减 速器相连侧设有一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带 轮，所述的第五同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧 端固连，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经 同步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接， 所述第七同步带轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上 的第一同步带轮驱动。
2. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的机械结构，其特征在于：所述第一同步 带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
3. 根据权利要求2所述的一种农作物搬运用的机械结构，其特征在于：所述机架内的 另一侧设有第三电机，所述第三电机的输出轴上连接有第九同步带轮，所述第九同步带轮 经同步带与固连于丝杆下端的第十同步带轮驱动连接。
4. 根据权利要求3所述的一种农作物搬运用的机械结构，其特征在于：所述第一与第 二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为1:2 ;所述第五与第六同 步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2;所述第九与第十同步带 轮的齿数比为5:4。
5. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的机械结构，其特征在于：所述机架底侧 设有万向轮。
6. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的机械结构，其特征在于：所述机架内的 底部上还设有散热风扇。
【文档编号】B25J5/00GK204076247SQ201420556726
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】叶大鹏, 胡洪钧, 童向亚, 邱晓轩, 陈家民 申请人:福建农林大学