本发明专利技术涉及一种基于并联作动器的主被动自适应割胶装置。本发明专利技术主要由3自由度并联作动器、滑轮组平衡机构、磁感应装置、丝杠副、螺旋导轨机构组成。所述3自由度并联作动器包括弧型支架，气缸，虎克铰和三角形固定板。所述滑轮组平衡机构包括绳索固定器、钢绳、定滑轮、砝码、套筒。所述磁感应装置由3个磁感应片和3个磁感应开关组成。所述丝杠副安装在螺旋导轨机构和弧形支架之间，用于驱动所述螺旋线成型导向板上下移动。本发明专利技术具备智能化、自适应和高重复定位精度的特点，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起到了积极作用。
【技术实现步骤摘要】
基于并联作动器的主被动自适应割胶装置
本专利技术属于农业或林业机械领域，涉及一种基于并联作动器的主被动自适应割胶装置。
技术介绍
橡胶作为工业设备和生活用品的制造原料，在工业生产、医疗卫生和日常生活中起着举足轻重的作用，是世界经济车轮前进动力之一，也是许多国家的重要经济支柱。天然橡胶常温下弹性好、塑性佳、具备极好的机械强度；滞后损失小、多次变形生热低、耐屈挠性好。因其是非极性材料，电绝缘性能良好，所以用途广泛。随着工业不断发展，对天然橡胶的需求量不断增加，但橡胶采集工作量大、难度大、安全性差、效率低，一直以来都是限制其发展的瓶颈。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。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，天然橡胶产业受到严峻挑战，大片胶林弃割，甚至改种，给橡胶产业造成巨大冲击。因此，当前仍以劳动密集型为主的橡胶园生产管理与作业方式己不能适应新形势需求，传统割胶成为橡胶生产的瓶颈，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。割胶是一项技术性要求较高的操作，目前，世界各国多采用人工手持割胶工具进行割胶，传统割胶工具有拉刀和推刀。割胶时要求割线平滑、深度均匀、伤树少、耗皮少，割胶刀的好坏和割胶工熟练程度均会影响割胶效果。割线是指树干上沿固定方向和形式切割树皮以获取胶乳的地方，每棵树割线数目不宜超过2条。割胶有阳刀和阴刀之分，阳刀为排胶面在割线下方，阴刀为排胶面在割线上方。许多国家对割线长度和割胶频率进行了研究，未来，短割线和低频割胶将是研究重点。割线长度由长割线到短割线依次为S-S／2-S／3-S／4-S／8-5cm，（S：全螺旋线），割胶频率由高到低为d／1-d／2-d／3-d／4-d／5-d／10-d／12-14（d：天）。橡胶树有芽接树和实生树两种，芽接树树干呈圆柱形，开割高度约为130-150cm。实生树树干呈圆锥形，第一割面离地高度约为50-80cm。割胶的两个指标为割胶深度和耗皮量。割胶深度是从树皮表面沿指向树心方向切割的深度，芽接树割胶深度离木质部1.2-1.8mm；实生树（包括低芽接树）割胶深度离木质部1.6-2.0mm。耗皮量又称切削厚度，是指相邻两个加工面之间的垂直距离，d/2-d/3割制情况下，阳线每刀耗皮1.4mm左右，阴刀每刀耗皮量1.8mm左右；d/4割制情况下，阳刀每刀耗皮量1.6mm左右，阴刀每刀耗皮量2.0mm左右。无论人工割胶，还是自动化割胶，割胶深度和耗皮量都是必须要满足的两个重要指标，为了达到该指标，在割胶时，保证每次割胶螺旋线的重合度非常关键。然而，天然橡胶树的树桩外形类似椭圆状，树皮表面凹凸不平，为了保证高重合度，就需要保证制备的割胶装置具有智能化、自适应，高重复定位功能，因此在设计自动割胶装置的时候，必须要考虑这几个要素。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的3个主要问题（智能化、自适应、高重复定位），提供一种基于并联作动器的主被动自适应割胶装置。本专利技术的技术方案为：本专利技术主要由3自由度并联作动器、滑轮组平衡机构、磁感应装置、丝杠副、螺旋导轨机构组成。所述3自由度并联作动器包括弧型支架，气缸，虎克铰和三角形固定板；弧形支架上部的左右两边对称安装气缸推杆；下部中间位置也安装气缸推杆，所述的气缸推杆一端通过前法兰和浮动接头与弧形支架连接，另一端通过后法兰与三角形固定板的三个角连接，从而实现三个自由度的旋转运动。所述滑轮组平衡机构包括绳索固定器、钢绳、定滑轮、砝码、套筒；钢绳前端由绳索固定器固定在弧形支架中间位置，然后绕过安装在三角形固定板顶部的定滑轮，钢绳后端垂直向下挂在砝码的挂钩上，所述砝码则安装套筒里边，保证其上下运动；所述滑轮组平衡机构用于平衡3自由度并联作动器在气缸推杆作业时产生竖直向下的额外重力。所述磁感应装置由3个磁感应片和3个磁感应开关组成，其中磁感应片安装在橡胶树上，呈等腰三角形分布；磁感应开关安装在3自由度并联作动器前端的弧形支架上，呈等腰三角形分布；前后两个等腰三角形在树木竖直方向上位置相同，在树木径向方向，相差距离D，该距离是个标量，根据不同树木直径进行设置。所述丝杠副安装在螺旋导轨机构和弧形支架之间，用于驱动所述螺旋线成型导向板上下移动。进一步说，所述螺旋导轨切割机构由螺旋线成型导向板、线轨滑块、步进电机、柔性切割机构、单目相机组成。螺旋线成型导向板的背部圆弧部分设计有两条线性导轨，用于安装线轨滑块；两条线性导轨中间设计有圆柱齿轮，与柔性切割机构上的小齿轮啮合。步进电机驱动小齿轮转动，从而驱动柔性切割机构在圆柱齿轮上转动，形成螺旋线。所述的单目相机用于找出每次需要切割的割线起点，实现智能化割胶。进一步说，所述的柔性切割机构上安装有4根压簧，用于保证旋切式割刀和导向杆在切割过程中时刻贴合树皮，保证切割深度和耗皮量。进一步说，所述丝杠副由轴固定座、光轴、箱式滑块、丝杠轴承座、丝杠、丝杠螺母组成。轴固定座安装在弧型支架左侧的角铝上，上、下各安装1个，用于紧固光轴。在光轴上安装有箱式滑块，箱式滑块同时固连在螺旋线成型导向板左边。丝杠轴承座安装在弧型支架右侧的角铝上，上下各安装1个，用于安装丝杠。在丝杠上安装有丝杠螺母，丝杠螺母同时固连在螺旋线成型导向板的右边，当丝杠做旋转运动时，驱动丝杠螺母做上下滑动，同时驱动固连在丝杠螺母和滑块上的螺旋线成型导向板上下移动。进一步说，所述3自由度并联作动器由气体驱动，通过控制气压大小和通气时间，从而控制割胶装置主动贴合树干，同时由于气缸本身的迟滞性和气体可压缩性，割胶装置被动回弹，从而实现对割胶装置进行主被动、自适应控制的目的。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种用于移动式割胶机器人的末端执行器，即一种基于并联作动器的主被动自适应割胶装置。该装置具备智能化（主被动）、自适应和高重复定位精度，填补了目前市面上自动割胶设备的诸多不足，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都起到了积极作用。本专利技术所提供的一种基于并联作动器的主被动自适应割胶装置具有结构简单，自适应能力强，定位精度高，割胶效率高等特点，具有极大的推广和使用价值。附图说明图1为本专利技术的主视图；图2为本专利技术的立体图；图3为树桩上磁感应片安装位置示意图；图4为本专利技术的磁感应示意图；图5为本专利技术的定位示意图；附图标记：140气缸2弧形支架3螺旋线成型导向板4角铝5前连接法兰6浮动接头732气缸8虎克铰9钢绳10滑轮安装支架11定滑轮12三角形固定板13砝码14套筒1542步进电机16小齿轮17柔性割胶机构18单目相机19轴固定座20光轴21丝杠螺母22丝杠23丝杠固定座24绳索固定器25箱式滑块26割刀电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于并联作动器的主被动自适应割胶装置，主要由3自由度并联作动器、滑轮组平衡机构、磁感应装置、丝杠副、螺旋导轨机构组成，其特征在于：/n所述3自由度并联作动器包括弧型支架，气缸，虎克铰和三角形固定板；弧形支架上部的左右两边对称安装气缸推杆；下部中间位置也安装气缸推杆，所述的气缸推杆一端通过前法兰和浮动接头与弧形支架连接，另一端通过后法兰与三角形固定板的三个角连接，从而实现三个自由度的旋转运动；/n所述滑轮组平衡机构包括绳索固定器、钢绳、定滑轮、砝码、套筒；钢绳前端由绳索固定器固定在弧形支架中间位置，然后绕过安装在三角形固定板顶部的定滑轮，钢绳后端垂直向下挂在砝码的挂钩上，所述砝码则安装套筒里边，保证其上下运动；所述滑轮组平衡机构用于平衡3自由度并联作动器在气缸推杆作业时产生竖直向下的额外重力；/n所述磁感应装置由3个磁感应片和3个磁感应开关组成，其中磁感应片安装在橡胶树上，呈等腰三角形分布；磁感应开关安装在3自由度并联作动器前端的弧形支架上，呈等腰三角形分布；前后两个等腰三角形在树木竖直方向上位置相同，在树木径向方向，相差距离D，该距离是个标量，根据不同树木直径进行设置；/n所述丝杠副安装在螺旋导轨机构和弧形支架之间，用于驱动所述螺旋线成型导向板上下移动。/n...
【技术特征摘要】
1.基于并联作动器的主被动自适应割胶装置，主要由3自由度并联作动器、滑轮组平衡机构、磁感应装置、丝杠副、螺旋导轨机构组成，其特征在于：
所述3自由度并联作动器包括弧型支架，气缸，虎克铰和三角形固定板；弧形支架上部的左右两边对称安装气缸推杆；下部中间位置也安装气缸推杆，所述的气缸推杆一端通过前法兰和浮动接头与弧形支架连接，另一端通过后法兰与三角形固定板的三个角连接，从而实现三个自由度的旋转运动；
所述滑轮组平衡机构包括绳索固定器、钢绳、定滑轮、砝码、套筒；钢绳前端由绳索固定器固定在弧形支架中间位置，然后绕过安装在三角形固定板顶部的定滑轮，钢绳后端垂直向下挂在砝码的挂钩上，所述砝码则安装套筒里边，保证其上下运动；所述滑轮组平衡机构用于平衡3自由度并联作动器在气缸推杆作业时产生竖直向下的额外重力；
所述磁感应装置由3个磁感应片和3个磁感应开关组成，其中磁感应片安装在橡胶树上，呈等腰三角形分布；磁感应开关安装在3自由度并联作动器前端的弧形支架上，呈等腰三角形分布；前后两个等腰三角形在树木竖直方向上位置相同，在树木径向方向，相差距离D，该距离是个标量，根据不同树木直径进行设置；
所述丝杠副安装在螺旋导轨机构和弧形支架之间，用于驱动所述螺旋线成型导向板上下移动。
2.根据权利要求1所述的基于并联作动器的主被动自适应割胶装置，其特征在于：所述螺旋导轨切割机构由螺旋线成型导向板、线轨滑块、步进电机、柔性切割机构、单目相机组成；螺旋线成型导向...
【专利技术属性】
技术研发人员：方流，王斌锐，姚碧辉，金英连，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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