自走式丘陵自平衡伐木机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种自走式丘陵自平衡伐木机器人，包括机器人主体（4），其特征在于：在机器人主体（4）的顶部设有机械臂总成（6）且机械臂总成（6）的执行端设有链锯总成（7），在机器人主体（4）的下部设有包括至少四条主足的行走部件，主足包括采用安装在机器人主体（4）底部的上肢电机（43）驱动的主足上肢（3）和设置在主足上肢（3）内的下肢电机（34）驱动的主足下肢（2）、以及位于主足下肢（2）下端的足部机构（1），该足部机构（1）能够相对主足下肢（2）做竖直升降运动，使得各不同主足能够分别位于水平面不同的位置处且能够保持机器人主体（4）的平衡。本发明专利技术的机器人能够在复杂山地、丘陵等地域进行稳定的林业作业。

Self-propelled hilly self-balanced logging robot

The invention discloses a self-propelled hilly self-balancing logging robot, which comprises a robot body (4). Its characteristics are as follows: a mechanical arm assembly (6) is arranged on the top of the robot body (4) and a chain saw assembly (7) is arranged on the executive end of the mechanical arm assembly (6), and a walking component including at least four main feet is arranged on the lower part of the robot body (4), and the main feet include installation. The upper limb motor (43) at the bottom of the robot body (4) and the lower limb motor (34) within the upper limb of the main foot (3) drive the lower limb of the main foot (2) and the foot mechanism (1) at the lower end of the lower limb of the main foot (2) can perform vertical lifting and landing motion relative to the lower limb of the main foot (2), so that each main foot can be located separately. The robot body (4) can be balanced at different positions on the horizontal plane. The robot of the invention can perform stable forestry operation in complex mountainous and hilly areas.

【技术实现步骤摘要】
自走式丘陵自平衡伐木机器人
本专利技术涉及林业伐木装备
，具体地说是一种通过足在丘陵地带行进、通过机械臂控制链锯的运动以实现人对油锯的控制效果且实现砍伐树木功能的自走式丘陵自平衡伐木机器人。
技术介绍
目前我国的林业工作条件恶劣，工作强度大，无法吸引到年轻人从事林业行业。传统的伐木工具的工作效率和速度相对落后，需要一种自动化程度高的伐木机械。而我国有10%的土地面积为丘陵地形，相对山地地形，较为平缓的丘陵地带也更为适合林业工作的进行，因此对于丘陵地带的开发与保护有需要。中国专利申请：201610396453.X公开了一种伐木机械，但由于该设备较大型化，且由轮驱动，面对复杂地形的越障能力不足，因此不适于较为复杂的丘陵地带。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对自动化伐木设备不适应丘陵地形的问题，提供一种通过足在丘陵地带行进、通过机械臂控制链锯的运动以实现人对油锯的控制效果且实现砍伐树木功能的自走式丘陵自平衡伐木机器人；该机器人具有较高的自动化程度、节省人力资源，能够提高林业机械的机械化程度。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：一种自走式丘陵自平衡伐木机器人，包括机器人主体，其特征在于：所述机器人主体的顶部设有机械臂总成且机械臂总成的执行端设有链锯总成，在机器人主体的下部设有包括至少四条主足的行走部件，主足包括采用安装在机器人主体底部的上肢电机驱动的主足上肢和设置在主足上肢内的下肢电机驱动的主足下肢、以及位于主足下肢下端的足部机构，该足部机构能够相对主足下肢做竖直升降运动，使得各不同主足能够分别位于水平面不同的位置处且能够保持机器人主体的平衡。所述的主足上肢包括上肢机架、滑块导杆、曲柄机构和下肢电机，所述上肢机架的上端安装在上肢电机的驱动端，使得上肢电机能够驱动上肢机架转动；所述的下肢电机安装在上肢机架的腔体中且下肢电机的驱动端通过减速器带动曲柄机构旋转，滑块导杆的一端固连在曲柄机构上、且其另一端设置在主足下肢的上端且上肢机架的下端通过扭簧与主足下肢的上部相连接，下肢电机通过减速器带动曲柄机构旋转，曲柄机构带动滑块导杆沿上肢机架的设置方向往复运动以推动主足下肢，使主足下肢相对于主足上肢相对摇动。所述上肢机架的腔体内设有导向槽，导向槽用以确保滑块导杆的往复运动不跑偏。所述的主足下肢包括下肢机架、齿轮机构、升降电机和导向夹紧轮，位于下肢机架的下部腔体内的升降电机用以驱动齿轮机构，齿轮机构能够与足部机构中的直齿轮啮合且导向夹紧轮用以保证齿轮机构和直齿轮的相互啮合，通过升降电机驱动相互啮合的齿轮机构和直齿轮，使得足部机构能够相对主足下肢做竖直升降运动。所述主足下肢的前端设有足部激光测距传感器，足部激光测距传感器用来对主足的下一步落地点进行扫描预测并反馈给机器人主体中的中央处理器。所述的足部机构包括主足足垫和直齿条，主足足垫位于直齿条的底端。所述的行走部件还包括至少两条副足，副足包括副足机架、副足足垫、铰链、副足电机，副足足垫通过铰链安装在副足机架的下端，设置在副足机架上端并用来驱动副足机架的副足电机通过副足连接机构分别设置在机器人主体的侧壁上，使得副足与主足不在同一条直线上且副足位于相应主足的外侧。所述机器人主体的顶部设有视觉和超声波避障模块，视觉和超声波避障模块包括躯干视觉传感器和超声波避障传感器，其中躯干视觉传感器用于进行路线选择和工作对象的判断，超声波避障传感器设置在机器人主体的顶部四角，用以判断在机器人的四周是否有影响机器人行走的障碍物和移动的目标；躯干视觉传感器和超声波避障传感器分别通过相应的线路与中央处理器相连接。所述的机械臂总成包括固定安装在机器人主体顶部的机械臂基座，机械臂基座通过铰链与采用第一铰链电机驱动的第一机械臂的一端相连接，第一机械臂的另一端通过铰链与采用第二铰链电机驱动的第二机械臂的一端相连接，第二机械臂的另一端通过铰链与采用第三铰链电机驱动的动力箱相连接，动力箱内的动力电机输出端通过传动轴与链锯相连接，传动轴和链锯构成链锯总成；且在所述动力箱的前端顶部设有机械臂视觉传感器和机械臂距离传感器构成的机械臂视觉和距离模块，用以对砍伐目标进行精确定位。所述的机器人主体内设有中央处理器和用以供电的蓄电池，中央处理器通过线路与中间继电器相连接以控制中间继电器并接收中间继电器的信息反馈，中间继电器通过一个接线端子排分别与相对应的上肢电机、下肢电机、升降电机相连接控制，中间继电器通过一个接线端子排分别与相对应的副足电机相连接控制，中间继电器通过一个接线端子排分别与相对应的第一铰链电机、第二铰链电机、第三铰链电机相连接控制；所述的中央处理器分别通过线路与躯干视觉传感器、超声波避障传感器、GPS导航模块、足部激光测距传感器、机械臂视觉和距离模块相连接以接收信号。本专利技术相比现有技术有如下优点：本专利技术通过设置仿人大腿的主足上肢、仿人小腿的主足下肢和能够垂直升降的足部机构构成机器人的行走主足，配合足部激光测距传感器、躯干视觉传感器和超声波避障传感器对地形的扫描以及中央处理器的分析，能够适应地貌复杂地形，并且保证机器人主体的相对水平，保证了机械臂总成和链锯总成能够始终保持平稳运行；该机器人在地形变化不大的路面以四条腿行走，仅在遇到较高坡度时会启用副足，因而控制较为简单，能够解决现有丘陵地带林木砍伐作业过程中大型机械行动不便、履带式或轮式机械面对复杂地形越障能力不足的问题，实现在复杂山地、丘陵等地域进行林业作业，且该机器人的设备体型较小，更易于在丘陵地带森林中作业可代替人员进行危险程度高的砍伐作业，提高林业作业的自动化程度。附图说明附图1为本专利技术的自走式丘陵自平衡伐木机器人的立体结构示意图；附图2为本专利技术的主足结构示意图；附图3为本专利技术的主足上肢与主足下肢结合状态示意图；附图4为本专利技术的机器人主体的部件结构示意图；附图5为本专利技术的副足结构示意图；附图6为本专利技术的机械臂总成和链锯总成结合状态示意图；附图7为本专利技术的自走式丘陵自平衡伐木机器人的主足副足协同作业示意图之一；附图8为本专利技术的自走式丘陵自平衡伐木机器人的主足副足协同作业示意图之二；附图9为本专利技术的自走式丘陵自平衡伐木机器人的主足副足协同作业示意图之三；附图10为本专利技术的自走式丘陵自平衡伐木机器人的控制原理图。其中：1—足部机构；11—主足足垫；12—直齿轮；2—主足下肢；20—下肢机架；21—齿轮机构；22—升降电机；23—导向夹紧轮；24—扭簧；25—足部激光测距传感器；3—主足上肢；30—上肢机架；31—滑块导杆；32—曲柄机构；33—导向槽；34—下肢电机；4—机器人主体；41—视觉和超声波避障模块；42—副足连接机构；43—上肢电机；5—副足；50—副足机架；51—副足足垫；52—铰链；53—副足电机；6—机械臂总成；61—机械臂基座；62—第一机械臂；63—第二机械臂；64—动力箱；65—第一铰链电机；66—第二铰链电机；67—第三铰链电机；68—机械臂视觉和距离模块；7—链锯总成；71—链锯；72—传动轴。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-6所示：一种自走式丘陵自平衡伐木机器人，包括机器人主体4，在机器人主体4的顶部设有机械臂总成6且机械臂总成6的执行端设有链锯总成7，在机器人主体4的下部设有包括至少四条主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自走式丘陵自平衡伐木机器人，包括机器人主体（4），其特征在于：所述机器人主体（4）的顶部设有机械臂总成（6）且机械臂总成（6）的执行端设有链锯总成（7），在机器人主体（4）的下部设有包括至少四条主足的行走部件，主足包括采用安装在机器人主体（4）底部的上肢电机（43）驱动的主足上肢（3）和设置在主足上肢（3）内的下肢电机（34）驱动的主足下肢（2）、以及位于主足下肢（2）下端的足部机构（1），该足部机构（1）能够相对主足下肢（2）做竖直升降运动，使得各不同主足能够分别位于水平面不同的位置处且能够保持机器人主体（4）的平衡。

【技术特征摘要】
1.一种自走式丘陵自平衡伐木机器人，包括机器人主体（4），其特征在于：所述机器人主体（4）的顶部设有机械臂总成（6）且机械臂总成（6）的执行端设有链锯总成（7），在机器人主体（4）的下部设有包括至少四条主足的行走部件，主足包括采用安装在机器人主体（4）底部的上肢电机（43）驱动的主足上肢（3）和设置在主足上肢（3）内的下肢电机（34）驱动的主足下肢（2）、以及位于主足下肢（2）下端的足部机构（1），该足部机构（1）能够相对主足下肢（2）做竖直升降运动，使得各不同主足能够分别位于水平面不同的位置处且能够保持机器人主体（4）的平衡。2.根据权利要求1所述的自走式丘陵自平衡伐木机器人，其特征在于：所述的主足上肢（3）包括上肢机架（30）、滑块导杆（31）、曲柄机构（32）和下肢电机（34），所述上肢机架（30）的上端安装在上肢电机（43）的驱动端，使得上肢电机（43）能够驱动上肢机架（30）转动；所述的下肢电机（34）安装在上肢机架（30）的腔体中且下肢电机（34）的驱动端通过减速器带动曲柄机构（32）旋转，滑块导杆（31）的一端固连在曲柄机构（32）上、且其另一端设置在主足下肢（2）的上端且上肢机架（30）的下端通过扭簧（24）与主足下肢（2）的上部相连接，下肢电机（34）通过减速器带动曲柄机构（32）旋转，曲柄机构（32）带动滑块导杆（31）沿上肢机架（30）的设置方向往复运动以推动主足下肢（2），使主足下肢（2）相对于主足上肢（3）相对摇动。3.根据权利要求2所述的自走式丘陵自平衡伐木机器人，其特征在于：所述上肢机架（30）的腔体内设有导向槽（33），导向槽（33）用以确保滑块导杆（31）的往复运动不跑偏。4.根据权利要求1所述的自走式丘陵自平衡伐木机器人，其特征在于：所述的主足下肢（2）包括下肢机架（20）、齿轮机构（21）、升降电机（22）和导向夹紧轮（23），位于下肢机架（20）的下部腔体内的升降电机（22）用以驱动齿轮机构（21），齿轮机构（21）能够与足部机构（1）中的直齿轮（12）啮合且导向夹紧轮（23）用以保证齿轮机构（21）和直齿轮（12）的相互啮合，通过升降电机（22）驱动相互啮合的齿轮机构（21）和直齿轮（12），使得足部机构（1）能够相对主足下肢（2）做竖直升降运动。5.根据权利要求4所述的自走式丘陵自平衡伐木机器人，其特征在于：所述主足下肢（2）的前端设有足部激光测距传感器（25），足部激光测距传感器（25）用来对主足的下一步落地点进行扫描预测并反馈给机器人主体（4）中的中央处理器。6.根据权利要求1或4所述的自走式丘陵自平衡伐木机器人，其特征在于：所述的足部机构（1）包括主足足垫（11）和直齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈青，史伟，王彬，过奕任，王金鹏，陈吉朋，周宏平，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32