一种割胶机器人制造技术

本发明专利技术提供一种割胶机器人，包括移动小车、图像采集装置、五自由度混联机构以及末端执行器，图像采集装置和五自由度混联机构固定在所述移动小车上，五自由度混联机构与所述末端执行器连接；图像采集装置用于采集橡胶树割胶空间初始位置信息，并根据采集到的橡胶树割胶空间初始位置信息控制割胶机器人运动到橡胶树割胶空间初始位置；五自由度混联机构包括一个两自由度并联机构和一个三自由度串联机构，两自由度并联机构和三自由度串联机构共同调节所述末端执行器的位置和工作姿态；末端执行器用于切割橡胶。该割胶机器人具有结构简单、刚度高、全自动化、高效、适用于不同树径等特点，可替代人工割胶，实现割胶自动化，提高了劳动效率。

A tapping robot

The invention provides a tapping robot, including mobile car, image acquisition device, the five degree of freedom parallel mechanism and the end effector, image acquisition device and a five DOF hybrid mechanism is fixed on the mobile robot, five DOF hybrid mechanism and the end effector connection; image acquisition device for information the initial position of the space acquisition tapping rubber trees, and according to the collected rubber tree tapping initial position information space motion control robot to tapping rubber tree tapping space initial position; five degree of freedom hybrid mechanism includes a two DOF parallel mechanism and a three DOF serial robot, parallel mechanism with two degrees of freedom and three degrees of freedom the common serial mechanism to adjust the end effector position and work attitude; the end effector for cutting rubber. The tapping robot has the characteristics of simple structure, high rigidity, full automation, high efficiency, suitable for different tree size, can replace the artificial rubber tapping, realize automation, improve work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种割胶机器人
本专利技术涉及农业机器人领域，尤其涉及一种割胶机器人。
技术介绍
橡胶作为工业设备和日常生活用品的制造原料，其在工业生产和日常生活中起着举足轻重的作用。但橡胶采集工作量大、难度大，一直以来都是限制其生产效率的瓶颈。目前，我国大部分胶园还是采用人工手持割胶刀进行割胶，虽然近年出现了电动割胶刀，但仍未改变割胶劳动强度大、效率低、安全性差的特点，极大地制约了橡胶产业化、商品化的发展。近年来，随着天然橡胶价格不断下滑，割胶工流失和老龄化问题日益严重，割胶成本急剧增加，传统割胶已经远远满足不了我国橡胶种植业的发展，胶园生产作业与管理的机械化、智能化将是未来发展的必然趋势之一。橡胶是重要的战略物资，在军事国防上应用更是十分广泛，比如，一辆坦克要用八百多千克橡胶；一艘三万吨级的军舰要用六十八吨橡胶，差不多军事装备、空军设施、国防工程都有橡胶的足迹。使用橡胶制做的船舶、帐篷、仓库以及防护用具、浴水服装等品种也很多。至于国防尖端技术需要的耐高温、耐低温、耐油、耐高度真空等特殊性能的橡胶制品更是不可缺少。橡胶树通过割胶来获取经济产量，橡胶树投产后可割胶30-40年，割胶的劳动投入占整个橡胶生产劳动总收入的70％以上，因此割胶生产是橡胶生产的重要环节，而割胶是一个需要高技术的手工工作，割胶技术和割胶制度的好坏不仅影响产量，还影响生产周期，甚至影响橡胶树的寿命。同时橡胶切割需要凌晨3点钟开始割树，每3个小时收集一次，不但辛苦而且对劳动者身体有害。胶工的大量投入，成为橡胶生产的瓶颈。因此，使用机械割胶成为减少胶工劳动时间和劳动强度，提高效率的重要形式。鉴于现有割胶技术中的缺陷，为了更智能、更自动化的进行割胶作业，急需割胶机器人来替代传统的人工割胶。目前大多数生产线上的工业割胶机器人采用了关节形式的串联割胶机器人，串联割胶机器人的典型结构是由转动机身，转动大臂(或移动大臂)，转动小臂(或移动小臂)与具有两个或三个转动自由度的腕关节以及末端执行器组成。这种拓扑结构决定了割胶机器人在工作范围和姿态调整上具有高度的灵活性和柔性，但冗长的悬臂结构却使得割胶机器人的负载能力和动态性能相当有限。并联机构的结构特点在于，多个输入支链共同连接一个动平台，通过多个驱动的协调作用来实现动平台的位姿调整，因此并联割胶机器人具有高刚度，快速和高动态精度等特点。例如包装线上的德尔塔机构以独有的高速特性和高动态精度，使得瓶盖的分拣效率提高了数倍。但并联割胶机器人却因工作范围有限，柔性不足，难以拓展到更为广阔的应用领域。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的上述缺陷，提供一种割胶机器人，包括：移动小车、图像采集装置、五自由度混联机构以及末端执行器，所述图像采集装置和五自由度混联机构固定在所述移动小车上，所述五自由度混联机构与所述末端执行器连接；所述图像采集装置用于采集橡胶树割胶空间初始位置信息，并根据采集到的橡胶树割胶空间初始位置信息控制割胶机器人运动到橡胶树割胶空间初始位置；所述五自由度混联机构包括一个两自由度并联机构和一个三自由度串联机构，所述两自由度并联机构和三自由度串联机构共同调节所述末端执行器的位置和工作姿态；所述末端执行器用于切割橡胶。其中，所述图像采集装置包括第一摄像头和第二摄像头；所述第一摄像头用于判断前方是否存在橡胶树，所述第一摄像头和所述第二摄像头用于对橡胶树割胶空间初始位置信息进行采集。其中，所述两自由度并联机构包括机座和动平台，所述机座和动平台通过两个SPU型驱动分支以及一个U型约束分支相连接；所述三自由度串联机构包括三个转动副，所述三自由度串联机构的末端安装末端执行机构。其中，所述SPU型驱动分支包括球铰、第一下连杆、第一上连杆和第一虎克铰；所述U型约束分支包括第二虎克铰和第二连杆；所述第一下连杆一端通过球铰与所述机座连接，另一端连接所述第一上连杆，所述第一上连杆一端通过第一虎克铰与所述动平台连接。其中，所述第一虎克铰和所述第二连杆布置在以所述动平台的下表面中心为圆心的同一圆周上；所述球铰和所述第二虎克铰布置在以所述机座的上表面中心为圆心的同一圆周上。其中，所述三个转动副包括第一转动副、第二转动副和第三转动副；所述第一转动副由RPR型驱动分支驱动，所述RPR型驱动分支包括依次连接的第四转动副、第三下连杆、第三上连杆和第五转动副；所述第三下连杆一端通过第四转动副与所述第二连杆连接，另一端与所述第三上连杆连接；所述第三上连杆通过所述第五转动副与上臂连接。其中，所述第二转动副包括轴承轴和第一电机，所述轴承轴通过轴套、轴承端盖、第一小圆螺母和第二小圆螺母固定锁紧，所述轴承轴上端设置支撑板，所述第一电机通过螺栓连接电机固定座，所述电机固定座连接轴承支撑座；所述轴套一端连接第一角接触球轴承，所述轴套另一端连接第二角接触球轴承。其中，所述第三转动副包括第二电机和同步带，所述第二电机与同步带连接，驱动同步带转动。其中，所述末端执行器包括：舵机支撑座、舵机、小齿轮、大齿轮、直线位移传感器支撑座、第一直线位移传感器、第二直线位移传感器、第三直线位移传感器、第一直线位移传感器的引出装置、电主轴、安装于电主轴上的铣刀、电主轴固定座；所述电主轴连接电主轴固定座，所述舵机支撑座设置于所述电主轴固定座上，所述舵机设置于舵机支撑座上，所述舵机与所述小齿轮连接，带动小齿轮转动，小齿轮连接大齿轮，直线位移传感器支撑座与大齿轮连接，所述第一直线位移传感器沿竖直方向设置在直线位移传感器支撑座上，所述第一直线位移传感器末端设置引出装置，用于探测橡胶树竖直方向割痕，控制竖直方向割胶厚度；所述铣刀与所述电主轴连接，所述第二直线位移传感器和第三直线位移传感器分别布置于铣刀上方并与所述铣刀平行，所述第二直线位移传感器和第三直线位移传感器用于控制所述割胶机器人的割胶深度。其中，所述末端执行器的大齿轮内部安装深沟球轴承，深沟球轴承安装于电主轴固定座的前端凸台上，轴承挡板用于固定深沟球轴承内圈的轴向移动，孔用挡圈用于固定轴承外圈的轴向移动。本专利技术提供了一种割胶机器人，该割胶机器人可实现机械自动化割胶代替人工劳动，大大解放了劳动力，实现对橡胶树的自动割胶，减少橡胶树割胶成本，改善胶工的作业条件，使胶工完全从辛苦的割胶劳动中解放出来。本专利技术所提供的五自由度混联机构具有结构简单、工作空间大、全自动化、高效、适用于不同树径等特点，实现割胶自动化。两个结构完全相同的SPU型驱动分支和一个U型约束分支组成并联机构，大大增加了割胶机器人的刚性。本专利技术提供的割胶机器人通过末端执行器三个直线位移传感器实现割胶机器人的闭环控制，实现对橡胶树切割深度和割胶耗皮量的控制。本专利技术提供的五自由度混联机构可用于工业焊接、切割、喷涂等领域，具有较好的推广和使用价值。附图说明图1为根据本专利技术实施例提供的割胶机器人的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例提供的五自由度混联机构结构示意图；图3为根据本专利技术实施例提供的第二转动副结构示意图；图4为根据本专利技术实施例提供的末端执行器结构示意图；图5为根据本专利技术实施例提供的末端执行器大齿轮的装配示意图；图中，1.移动小车；2.第一摄像头；3.第二摄像头；4.机座；5.动平台；6.球铰；7.第一下连杆；8.第一上连杆；9.第一虎克铰；10.第二虎克铰；11.第二连杆；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种割胶机器人，其特征在于，包括移动小车(1)、图像采集装置、五自由度混联机构以及末端执行器(47)，所述图像采集装置和五自由度混联机构固定在所述移动小车上，所述五自由度混联机构与所述末端执行器(47)连接；所述图像采集装置用于采集橡胶树割胶空间初始位置信息，并根据采集到的橡胶树割胶空间初始位置信息控制割胶机器人运动到橡胶树割胶空间初始位置；所述五自由度混联机构包括一个两自由度并联机构和一个三自由度串联机构，所述两自由度并联机构和三自由度串联机构共同调节所述末端执行器(47)的位置和工作姿态；所述末端执行器(47)用于切割橡胶。

【技术特征摘要】
1.一种割胶机器人，其特征在于，包括移动小车(1)、图像采集装置、五自由度混联机构以及末端执行器(47)，所述图像采集装置和五自由度混联机构固定在所述移动小车上，所述五自由度混联机构与所述末端执行器(47)连接；所述图像采集装置用于采集橡胶树割胶空间初始位置信息，并根据采集到的橡胶树割胶空间初始位置信息控制割胶机器人运动到橡胶树割胶空间初始位置；所述五自由度混联机构包括一个两自由度并联机构和一个三自由度串联机构，所述两自由度并联机构和三自由度串联机构共同调节所述末端执行器(47)的位置和工作姿态；所述末端执行器(47)用于切割橡胶。2.根据权利要求1所述的割胶机器人，其特征在于，所述图像采集装置包括第一摄像头(2)和第二摄像头(3)；所述第一摄像头(2)用于判断前方是否存在橡胶树，所述第一摄像头(2)和所述第二摄像头(3)用于对橡胶树割胶空间初始位置信息进行采集。3.根据权利要求1所述的割胶机器人，其特征在于，所述两自由度并联机构包括机座(4)和动平台(5)，所述机座(4)和动平台(5)通过两个SPU型驱动分支以及一个U型约束分支相连接；所述三自由度串联机构包括三个转动副，所述三自由度串联机构的末端安装末端执行机构。4.根据权利要求3所述的割胶机器人，其特征在于，所述SPU型驱动分支包括球铰(6)、第一下连杆(7)、第一上连杆(8)和第一虎克铰(9)；所述U型约束分支包括第二虎克铰(10)和第二连杆(11)；所述第一下连杆(7)一端通过球铰(6)与所述机座(4)连接，另一端连接所述第一上连杆(8)，所述第一上连杆(8)一端通过第一虎克铰(9)与所述动平台(5)连接。5.根据权利要求4所述的割胶机器人，其特征在于，所述第一虎克铰(9)和所述第二连杆(11)布置在以所述动平台(5)的下表面中心为圆心的同一圆周上；所述球铰(6)和所述第二虎克铰(10)布置在以所述机座(4)的上表面中心为圆心的同一圆周上。6.根据权利要求3所述的割胶机器人，其特征在于，所述三个转动副包括第一转动副(12)、第二转动副(18)和第三转动副(30)；所述第一转动副(12)由RPR型驱动分支驱动，所述RPR型驱动分支包括依次连接的第四转动副(13)、第三下连杆(14)、第三上连杆(15)和第五转动副(16)；所述第三下连杆(14)一端通过第四转动副(13)与所述第二连杆(11)连接，另一端与所述第三上连杆(15)连接；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宾，王学雷，吴泰羽，李传军，黄杰，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11