一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人制造技术

一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，包括机混合驱动机械腿系统、锯式整枝系统和机架杆组件。当小功率伺服电机单独驱动时，便能实现复杂爬树抱树运动，驱动简单；利用驱动力的反作用力便可实现锁死，爬树工作安全可靠；机器人爬树过程中，转换自由度，可以改变抱紧角度，实现机器人灵活适应树木直径的变化；模拟动物身体构造，使爬树整枝机器人灵活适应不同形状树木；多自由度整枝系统与爬树机器人结合，移动性能好、整枝方便灵活、工作效率高，整枝定位精确，可以完成复杂的整枝工作；采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。

A hybrid drive step climbing saw type pruning robot

A hybrid drive step climbing saw type pruning robot, including the training system and the frame type saw rod assembly driving mechanical leg system, mixing machine. When the small power servo motor drive alone, can implement complex trees chipko movement, simple driving; driving force by reaction can be locked, climbing safety; climbing robot in the process of conversion, degree of freedom, can change the angle of the robot to achieve tight, flexible to adapt to the change of tree diameter; simulation animal body structure, the tree pruning robot flexible to adapt to different shapes of trees; multi degree of freedom training system combined with climbing robot, mobile performance, pruning is convenient and flexible, high work efficiency, pruning accurate positioning, can complete the complex training work; using high power conventional motor, small power servo motor of hybrid drive, lower cost, flexible the output level is high, easy to control.

【技术实现步骤摘要】
一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人
本专利技术涉及机器人设计领域，特别是一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人。
技术介绍
树木在生长的过程中，修剪整枝是一项必不可少的工作，中国专利CN102283026A公布了一种果树修剪机，所述果树修剪机需要人工背负，对于高枝修剪，需要更换加长铝管，因此劳动强度大，工作效率低，危险性大。中国专利CN105940975A公布了一种果树修剪机，所述修剪机的执行部件安装在动力机车上，依靠机械臂进行整枝工作，但是不能灵活避开分布散乱的枝干，不能进行精确的整枝工作，其他公开的有关整枝机器人的专利与上述两个专利类似。中国专利ZL2012103468033公开了一种四足攀爬机器人，该机器人利用自重自锁，而且每个抱紧臂都安装三个电机，驱动较复杂，总体运动速度也较慢，不具适用性。随着机器人技术水平的不断提高，仿生机器人的应用渐为广泛，其中仿生爬树机器人的应用在树木整枝、病害防治、虫害防治、果实采摘、野外探测监控等方面也日益增多，因此将仿生机器人应用于爬树整枝工作，可以克服现有技术的缺点。液压驱动易出现液压油泄漏，混入空气等杂质后会产生振动噪声等问题，而且液压件加工要求高，相比液压驱动，电动机驱动则具有效率高，信号变化传递方便等优点，在自动化要求高的场合具有独特的优势，相比伺服电机，大功率常规电机控制简单、价格便宜，应用与要求不高的场合，因此在实际应用中，通常采用小功率伺服电机与大功率常规电机的混合驱动系统。目前，未见有驱动简单，爬树可靠安全，能适应不同粗细、形状树木，移动性能好、整枝方便灵活，工作效率高、整枝定位精确，控制简单、柔性输出程度高的混合驱动步进爬树锯式整枝机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，它能克服现有整枝技术的不足，该混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，小功率伺服电机单独驱动时，便能实现复杂爬树抱树运动，驱动简单；利用驱动力的反作用力便可实现锁死，爬树工作安全可靠；机器人爬树过程中，转换自由度，可以改变抱紧角度，实现机器人灵活适应树木直径的变化；模拟动物身体构造，使爬树整枝机器人灵活适应不同形状树木；多自由度整枝系统与爬树机器人结合，移动性能好、整枝方便灵活、工作效率高，整枝定位精确，可以完成复杂的整枝工作；采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。本专利技术通过以下技术方案达到上述目的：一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，包括混合驱动机械腿系统、锯式整枝系统和机架杆组件，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架、滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滚动轴承，驱动摇杆一端与连杆通过转动副连接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，机械腿小功率伺服电机与第一杆相连，并驱动驱动摇杆相对第一杆转动，从动摇杆一端与连杆通过转动副连接，另一端与第一杆通过转动副连接，连接架既与连杆通过铰链连接，又与滑套通过圆柱副连接，还与机械腿大功率常规电机连接，所述滑套与滑套驱动液压缸连接，所述机械腿大功率常规电机与机械腿连接，所述滑套驱动液压缸与第一杆通过转动副连接，所述固定爪与连接架固定连接，所述从动摇杆下方安装了滚动轴承，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，弧形限位滑槽固定在第一杆下方，第二机械腿系统、第三机械腿系统、第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同；所述锯式整枝系统包括第一锯式整枝系统和第二锯式整枝系统，所述第一锯式整枝系统包括转动座、伸缩杆、二级伸缩杆、整枝锯连杆、整枝锯、锯式整枝系统第一液压缸、锯式整枝系统第二液压缸和锯式整枝系统第三液压缸，所述伸缩杆与转动座通过转动副连接，二级伸缩杆一端在伸缩杆内滑动，另一端与整枝锯连杆通过转动副连接，整枝锯固定连接在整枝锯连杆上，所述锯式整枝系统第一液压缸一端与转动座通过转动副连接，另一端与伸缩杆通过转动副连接，所述锯式整枝系统第二液压缸一端与伸缩杆通过转动副连接，另一端与二级伸缩杆通过转动副连接，所述锯式整枝系统第三液压缸一端与二级伸缩杆通过转动副连接，另一端与整枝锯连杆通过转动副连接，第二锯式整枝系统与第一锯式整枝系统结构及连接关系相同；所述机架杆组件包括第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆、第六杆、第七杆和第八杆，第一杆与第二杆通过第一虎克铰连接，第二杆与第三杆通过第二铰链连接，第三杆与第四杆通过连架杆第一大功率常规电机相连，第四杆与第五杆通过第三铰链连接，第五杆与第六杆通过第二虎克铰连接，第六杆与第七杆通过第四铰链连接，第七杆与第八杆通过连架杆第二大功率常规电机连接，第八杆与第一杆通过第一铰链连接，连架杆第一驱动液压缸一端与第一杆通过转动副连接，另一端与第二杆通过第三虎克铰连接，连架杆第二驱动液压缸一端与第六杆相连，另一端与第五杆通过第四虎克铰相连，连架杆第三驱动液压缸一端与第一杆通过转动副连接，另一端与第八杆通过转动副连接，连架杆第四驱动液压缸一端与第六杆通过转动副连接，另一端与第七杆通过转动副连接，连架杆第五驱动液压缸一端与第五杆通过转动副连接，另一端与第四杆通过转动副连接，连架杆第六驱动液压缸一端与第二杆通过转动副连接，另一端与第三杆通过转动副连接。所述弧形限位滑槽圆弧对应角度为110-115°，所述机械腿与连接架安装角度为55-60°。本专利技术的突出优点在于：1.混合驱动步进爬树锯式整枝机器人在爬树过程中，机械腿可以实现两自由度和单自由度的转变，属于变自由度变胞结构，具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化特征，使机械腿在爬树过程中完成复杂的动作。爬树过程中，根据步态要求不同，单自由度工作时可以实现相对树干向上抱紧或者向上放松等运动，两个自由度工作时，可以使机械腿在机器人向上运动时保持可靠抱紧，又能适应不同直径树木。2.混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，驱动简单，小功率伺服电机单独驱动时，便能灵活模仿动物爬树动作，机械腿能实现相对树干由抱紧到向上放松，再到向上抱紧树干的复杂动作，同时依靠驱动电机的反作用力实现机械腿在树干上的锁死，爬树整枝工作安全可靠。3、将多自由度整枝机器与爬树机器人结合，可以实现多方位转向、避障、改变重心，整枝灵活方便，能适应不同形状的树木，工作效率高，整枝定位精准，采用大功率常规电机、小功率伺服电机混合驱动，降低成本，柔性输出程度高，控制简单。附图说明图1为本专利技术所述的混合驱动步进爬树锯式整枝机器人的结构示意图。图2为本专利技术所述的驱动摇杆与第一杆垂直时状态示意图。图3为本专利技术所述的机械腿相对第一杆向上运动的极限状态示意图。图4为本专利技术所述的机械腿相对第一杆向下运动的极限状态示意图。图5为本专利技术所述的机械腿向上爬树时末端运动轨迹的示意图。图6为本专利技术所述的混合驱动步进爬树锯式整枝机器人的第一步爬树步态示意图。图7为本专利技术所述的混合驱动步进爬树锯式整枝机器人的第二步爬树步态示意图。图8为本专利技术所述的连接架示意图。图9为本专利技术所述的弧形限位滑槽示意图。附图中各标记所代表的含义为：1：第一铰链；2：第八杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，包括混合驱动机械腿系统、锯式整枝系统和机架杆组件，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架、滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滚动轴承，驱动摇杆一端与连杆通过转动副连接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，从动摇杆与连杆通过转动副连接，连接架既与连杆通过转动副连接，又与滑套通过圆柱副连接，还与机械腿大功率常规电机固定连接，所述滑套与滑套驱动液压缸通过螺纹连接，所述机械腿大功率常规电机与机械腿通过普通丝杠连接，所述固定爪与连接架固定连接，所述滚动轴承安装在从动摇杆下方，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，第二机械腿系统、第三机械腿系统、第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同；所述锯式整枝系统包括第一锯式整枝系统和第二锯式整枝系统，所述第一锯式整枝系统包括转动座、伸缩杆、二级伸缩杆、整枝锯连杆、整枝锯、锯式整枝系统第一液压缸、锯式整枝系统第二液压缸和锯式整枝系统第三液压缸，所述伸缩杆与转动座通过转动副连接，二级伸缩杆一端在伸缩杆内滑动，另一端与整枝锯连杆通过转动副连接，整枝锯固定连接在整枝锯连杆上，所述锯式整枝系统第一液压缸一端与转动座通过转动副连接，另一端与伸缩杆通过转动副连接，所述锯式整枝系统第二液压缸一端与伸缩杆通过转动副连接，另一端与二级伸缩杆通过转动副连接，所述锯式整枝系统第三液压缸一端与二级伸缩杆通过转动副连接，另一端与整枝锯连杆通过转动副连接，第二锯式整枝系统与第一锯式整枝系统结构及连接关系相同。...

【技术特征摘要】
1.一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人，包括混合驱动机械腿系统、锯式整枝系统和机架杆组件，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述混合驱动机械腿系统包括第一混合驱动机械腿系统、第二混合驱动机械腿系统、第三混合驱动机械腿系统和第四混合驱动机械腿系统，所述第一混合驱动机械腿系统包括驱动摇杆、从动摇杆、连杆、机械腿小功率伺服电机、机械腿大功率常规电机、连接架、滑套、滑套驱动液压缸、机械腿、固定爪、弧形限位滑槽和滚动轴承，驱动摇杆一端与连杆通过转动副连接，另一端与机械腿小功率伺服电机固定连接，从动摇杆与连杆通过转动副连接，连接架既与连杆通过转动副连接，又与滑套通过圆柱副连接，还与机械腿大功率常规电机固定连接，所述滑套与滑套驱动液压缸通过螺纹连接，所述机械腿大功率常规电机与机械腿通过普通丝杠连接，所述固定爪与连接架固定连接，所述滚动轴承安装在从动摇杆下方，滚动轴承在弧形限位滑槽内运动，第二机械腿系统、第三机械腿系统、第四机械腿系统与第一机械腿系统结构及连接关系相同；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝贵，袁吉伟，孙家兴，黄慕华，陈辉庆，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45