[發(fā)明專利]一種割膠機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710607698.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107494194B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張賓;王學(xué)雷;吳泰羽;李傳軍;黃杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A01G23/10
• 分類號(hào): A01G23/10
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明提供一種割膠機(jī)器人，包括移動(dòng)小車(chē)、圖像采集裝置、五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)以及末端執(zhí)行器，圖像采集裝置和五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)固定在所述移動(dòng)小車(chē)上，五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)與所述末端執(zhí)行器連接；圖像采集裝置用于采集橡膠樹(shù)割膠空間初始位置信息，并根據(jù)采集到的橡膠樹(shù)割膠空間初始位置信息控制割膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到橡膠樹(shù)割膠空間初始位置；五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)三自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和三自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)共同調(diào)節(jié)所述末端執(zhí)行器的位置和工作姿態(tài)；末端執(zhí)行器用于切割橡膠。該割膠機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高、全自動(dòng)化、高效、適用于不同樹(shù)徑等特點(diǎn)，可替代人工割膠，實(shí)現(xiàn)割膠自動(dòng)化，提高了勞動(dòng)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種割膠機(jī)器人。

背景技術(shù)

橡膠作為工業(yè)設(shè)備和日常生活用品的制造原料，其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中起著舉足輕重的作用。但橡膠采集工作量大、難度大，一直以來(lái)都是限制其生產(chǎn)效率的瓶頸。目前，我國(guó)大部分膠園還是采用人工手持割膠刀進(jìn)行割膠，雖然近年出現(xiàn)了電動(dòng)割膠刀，但仍未改變割膠勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、安全性差的特點(diǎn)，極大地制約了橡膠產(chǎn)業(yè)化、商品化的發(fā)展。近年來(lái)，隨著天然橡膠價(jià)格不斷下滑，割膠工流失和老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)重，割膠成本急劇增加，傳統(tǒng)割膠已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國(guó)橡膠種植業(yè)的發(fā)展，膠園生產(chǎn)作業(yè)與管理的機(jī)械化、智能化將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)之一。

橡膠是重要的戰(zhàn)略物資，在軍事國(guó)防上應(yīng)用更是十分廣泛，比如，一輛坦克要用八百多千克橡膠；一艘三萬(wàn)噸級(jí)的軍艦要用六十八噸橡膠，差不多軍事裝備、空軍設(shè)施、國(guó)防工程都有橡膠的足跡。使用橡膠制做的船舶、帳篷、倉(cāng)庫(kù)以及防護(hù)用具、浴水服裝等品種也很多。至于國(guó)防尖端技術(shù)需要的耐高溫、耐低溫、耐油、耐高度真空等特殊性能的橡膠制品更是不可缺少。

橡膠樹(shù)通過(guò)割膠來(lái)獲取經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，橡膠樹(shù)投產(chǎn)后可割膠30-40年，割膠的勞動(dòng)投入占整個(gè)橡膠生產(chǎn)勞動(dòng)總收入的70％以上，因此割膠生產(chǎn)是橡膠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，而割膠是一個(gè)需要高技術(shù)的手工工作，割膠技術(shù)和割膠制度的好壞不僅影響產(chǎn)量，還影響生產(chǎn)周期，甚至影響橡膠樹(shù)的壽命。同時(shí)橡膠切割需要凌晨3點(diǎn)鐘開(kāi)始割樹(shù)，每3個(gè)小時(shí)收集一次，不但辛苦而且對(duì)勞動(dòng)者身體有害。膠工的大量投入，成為橡膠生產(chǎn)的瓶頸。因此，使用機(jī)械割膠成為減少膠工勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率的重要形式。

鑒于現(xiàn)有割膠技術(shù)中的缺陷，為了更智能、更自動(dòng)化的進(jìn)行割膠作業(yè)，急需割膠機(jī)器人來(lái)替代傳統(tǒng)的人工割膠。目前大多數(shù)生產(chǎn)線上的工業(yè)割膠機(jī)器人采用了關(guān)節(jié)形式的串聯(lián)割膠機(jī)器人，串聯(lián)割膠機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)是由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)身，轉(zhuǎn)動(dòng)大臂(或移動(dòng)大臂)，轉(zhuǎn)動(dòng)小臂(或移動(dòng)小臂)與具有兩個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的腕關(guān)節(jié)以及末端執(zhí)行器組成。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了割膠機(jī)器人在工作范圍和姿態(tài)調(diào)整上具有高度的靈活性和柔性，但冗長(zhǎng)的懸臂結(jié)構(gòu)卻使得割膠機(jī)器人的負(fù)載能力和動(dòng)態(tài)性能相當(dāng)有限。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于，多個(gè)輸入支鏈共同連接一個(gè)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)多個(gè)驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的位姿調(diào)整，因此并聯(lián)割膠機(jī)器人具有高剛度，快速和高動(dòng)態(tài)精度等特點(diǎn)。例如包裝線上的德?tīng)査C(jī)構(gòu)以獨(dú)有的高速特性和高動(dòng)態(tài)精度，使得瓶蓋的分揀效率提高了數(shù)倍。但并聯(lián)割膠機(jī)器人卻因工作范圍有限，柔性不足，難以拓展到更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種割膠機(jī)器人，包括：

移動(dòng)小車(chē)、圖像采集裝置、五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)以及末端執(zhí)行器，所述圖像采集裝置和五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)固定在所述移動(dòng)小車(chē)上，所述五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)與所述末端執(zhí)行器連接；所述圖像采集裝置用于采集橡膠樹(shù)割膠空間初始位置信息，并根據(jù)采集到的橡膠樹(shù)割膠空間初始位置信息控制割膠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到橡膠樹(shù)割膠空間初始位置；所述五自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)三自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和三自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)共同調(diào)節(jié)所述末端執(zhí)行器的位置和工作姿態(tài)；所述末端執(zhí)行器用于切割橡膠。

其中，所述圖像采集裝置包括第一攝像頭和第二攝像頭；所述第一攝像頭用于判斷前方是否存在橡膠樹(shù)，所述第一攝像頭和所述第二攝像頭用于對(duì)橡膠樹(shù)割膠空間初始位置信息進(jìn)行采集。