一种农作物搬运用的直线运动驱动机构的制作方法
一种农作物搬运用的直线运动驱动机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可相对机架转动的转轴，所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接。本实用新型结构简单，传动关系直接明了，便于开展不同控制要求，从而能有效保障后续作业的顺利进行。
【专利说明】一种农作物搬运用的直线运动驱动机构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，适用于农田搬运机器 人。
【背景技术】
[0002] 在农田作业过程中，很多操作都涉及到搬运，然而在传统的农田作业中，大部分都 基于人工操作，农作物或肥料搬运作业过程的全程自动化并未得到良好实现，对劳动力需 求较大，且这些作业过程大多是属于工作环境较差和劳动密集型，不适宜农民进行长期操 作。
[0003] 尽管市面上存在许多的多功能、多元化的农业机器人，然而其高额的价格，和不菲 的维护费，都是一般农民难以承担的，所以一直以来我国要短时间实现农业上的全程机械 化和自动化还相当漫长，所以在农田作业过程中，引入新型适宜农田生产的小型、廉价且又 能满足需求的专业农田搬运机器人是必然趋势。
[0004] 目前，大多数运用于农田作业过程中搬运机器人控制器主要有以下几类：首先是 以PLC为控制核心的一类搬运机器人，该类机器人工作较稳定，能适应恶劣工作环境，然而 搭建以PLC为控制器的控制系统，需要连接多种类型外围工作模块，且需要多PLC协同控 制，从而加大了控制系统的成本和复杂程度；其次是以运动控制卡为核心的控制系统，该类 搬运机器人的控制系统集成程度高，功能齐全，然而国产的运动控制卡性能不稳定，质量参 差不齐，难以满足搬运机器人控制系统要求，然后国外生产的运动控制卡，编程入手较为复 杂，成本高，给机器人控制系统设计人员带来一定难度，且一旦损坏后，难以维修，只能整体 更换；最后一类为自主研发搬运机器人控制器，该类控制系统对于用户维修比较繁琐，很难 进行二次开发，通用性较差。
[0005] 而为了满足上述作业要求，机构在设计时需要考虑直线运动过程，而如何将上述 功能整合到一个机构内是本实用新型研究的对象。 实用新型内容
[0006] 鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种农作物搬运用的直线运动 驱动机构。
[0007] 本实用新型的技术方案在于：
[0008] -种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可 相对机架转动的转轴，其特征在于：所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸 缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以 搬运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机，所述第 二电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有 一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述的第五 同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固连，所述末 端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同 步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接，所述第七同步带 轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带轮驱动，所述第 四同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮连接，位于转轴下部上设有用以带动 转轴转动的第二同步带轮，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上的第一同步带轮驱动。
[0009] 其中，所述第一同步带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
[0010] 所述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。 [0011] 本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，传动关系直接明了，便于开展不同 控制要求，从而能有效保障后续作业的顺利进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1本实用新型实施例的结构示意图。
[0013] 图2本实用新型实施例的末端执行器直线运动原理图。
【具体实施方式】
[0014] 为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图， 作详细说明如下。
[0015] 参考图1至图2,本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机 架1，所述机架上纵向设有一根可相对机架转动的转轴2,所述机架内还设有一旋转臂3,该 旋转臂上下方向设于支撑连接件，以便机构中不至于悬空设置；所述旋转臂上铰接有一伸 缩机械臂4,所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂5,所述末端机械手臂上铰接有一用 以搬运农作物的末端执行器6,所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机7,所 述第二电机经第二减速器8与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连 侧设有一第五同步带轮9,另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮10， 所述的第五同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固 连，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮11，另一侧设有经同 步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮12,所述第八同步带轮与末端执行器联动连接， 所述第七同步带轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带 轮13驱动，所述第四同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮14连接，位于转轴 下部上设有用以带动转轴转动的第二同步带轮15,所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上 的第一同步带轮16驱动。
[0016] 上述第一同步带轮由设于机架内的第一电机17经第一减速器18驱动。
[0017] 上述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。
[0018] 实施过程中，第五同步带轮固接于旋转臂，于是第五同步带轮相对旋转臂固定， 当第二电机带动伸缩机械臂转动时，第六同步带轮将形成相对于旋转臂的公转和自传，由 于末端机械手臂固接于第六同步带轮，于是末端机械手臂与第六同步带轮的自转同步转 动，则末端机械手臂相对与伸缩机械臂旋转，且旋转方向与伸缩机械臂相对旋转臂的旋转 方向相反，转角值为伸缩机械臂转角的2倍(第五同步带轮与第六同步带轮的齿数比为 Z5:Z6=2:1)。第七同步带轮固接于伸缩机械臂，当末端机械手臂相对伸缩机械臂旋转时， 第八同步带轮将形成相对于伸缩机械臂的公转和自传，由于末端执行器固接于第八同步带 轮，则末端执行器相对末端机械手臂旋转，且旋转方向与末端机械手臂相对伸缩机械臂的 旋转方向相反，转角值为末端机械手臂转角的1/2 (第七同步带轮与第八同步带轮的齿数 比为Z7: ZS=I: 2)。根据转角矢量和的计算，末端执行器相对于旋转臂的转角5为伸缩机械 臂转角-β、末端机械手臂转角2<2和末端执行器转角-《的矢量和Θ =- α +2 α - α =〇， 因此当第二电机经第二减速器带动伸缩机械臂转动时，末端执行器始终相对于旋转臂不转 动。
[0019]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【权利要求】
1. 一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可相 对机架转动的转轴，其特征在于：所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸缩 机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以搬 运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机，所述第二 电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有一 第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述的第五同 步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固连，所述末端 机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同步 带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接，所述第七同步带轮 与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带轮驱动，所述第四 同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮连接，位于转轴下部上设有用以带动转 轴转动的第二同步带轮，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上的第一同步带轮驱动。
2. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，其特征在于：所述 第一同步带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
3. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，其特征在于：所述 第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为1:2 ;所述第五 与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。
【文档编号】B25J9/02GK204076255SQ201420556723
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】叶大鹏, 胡洪钧, 童向亚, 谢立敏, 李铒 申请人:福建农林大学
【专利摘要】本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可相对机架转动的转轴，所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以搬运农作物的末端执行器，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接。本实用新型结构简单，传动关系直接明了，便于开展不同控制要求，从而能有效保障后续作业的顺利进行。
【专利说明】一种农作物搬运用的直线运动驱动机构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，适用于农田搬运机器 人。
【背景技术】
[0002] 在农田作业过程中，很多操作都涉及到搬运，然而在传统的农田作业中，大部分都 基于人工操作，农作物或肥料搬运作业过程的全程自动化并未得到良好实现，对劳动力需 求较大，且这些作业过程大多是属于工作环境较差和劳动密集型，不适宜农民进行长期操 作。
[0003] 尽管市面上存在许多的多功能、多元化的农业机器人，然而其高额的价格，和不菲 的维护费，都是一般农民难以承担的，所以一直以来我国要短时间实现农业上的全程机械 化和自动化还相当漫长，所以在农田作业过程中，引入新型适宜农田生产的小型、廉价且又 能满足需求的专业农田搬运机器人是必然趋势。
[0004] 目前，大多数运用于农田作业过程中搬运机器人控制器主要有以下几类：首先是 以PLC为控制核心的一类搬运机器人，该类机器人工作较稳定，能适应恶劣工作环境，然而 搭建以PLC为控制器的控制系统，需要连接多种类型外围工作模块，且需要多PLC协同控 制，从而加大了控制系统的成本和复杂程度；其次是以运动控制卡为核心的控制系统，该类 搬运机器人的控制系统集成程度高，功能齐全，然而国产的运动控制卡性能不稳定，质量参 差不齐，难以满足搬运机器人控制系统要求，然后国外生产的运动控制卡，编程入手较为复 杂，成本高，给机器人控制系统设计人员带来一定难度，且一旦损坏后，难以维修，只能整体 更换；最后一类为自主研发搬运机器人控制器，该类控制系统对于用户维修比较繁琐，很难 进行二次开发，通用性较差。
[0005] 而为了满足上述作业要求，机构在设计时需要考虑直线运动过程，而如何将上述 功能整合到一个机构内是本实用新型研究的对象。 实用新型内容
[0006] 鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种农作物搬运用的直线运动 驱动机构。
[0007] 本实用新型的技术方案在于：
[0008] -种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可 相对机架转动的转轴，其特征在于：所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸 缩机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以 搬运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机，所述第 二电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有 一第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述的第五 同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固连，所述末 端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同 步带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接，所述第七同步带 轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带轮驱动，所述第 四同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮连接，位于转轴下部上设有用以带动 转轴转动的第二同步带轮，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上的第一同步带轮驱动。
[0009] 其中，所述第一同步带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
[0010] 所述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。 [0011] 本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，传动关系直接明了，便于开展不同 控制要求，从而能有效保障后续作业的顺利进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1本实用新型实施例的结构示意图。
[0013] 图2本实用新型实施例的末端执行器直线运动原理图。
【具体实施方式】
[0014] 为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图， 作详细说明如下。
[0015] 参考图1至图2,本实用新型涉及一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机 架1，所述机架上纵向设有一根可相对机架转动的转轴2,所述机架内还设有一旋转臂3,该 旋转臂上下方向设于支撑连接件，以便机构中不至于悬空设置；所述旋转臂上铰接有一伸 缩机械臂4,所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂5,所述末端机械手臂上铰接有一用 以搬运农作物的末端执行器6,所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机7,所 述第二电机经第二减速器8与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连 侧设有一第五同步带轮9,另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮10， 所述的第五同步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固 连，所述末端机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮11，另一侧设有经同 步带与第七同步带轮连接的第八同步带轮12,所述第八同步带轮与末端执行器联动连接， 所述第七同步带轮与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带 轮13驱动，所述第四同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮14连接，位于转轴 下部上设有用以带动转轴转动的第二同步带轮15,所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上 的第一同步带轮16驱动。
[0016] 上述第一同步带轮由设于机架内的第一电机17经第一减速器18驱动。
[0017] 上述第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为 1:2 ;所述第五与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。
[0018] 实施过程中，第五同步带轮固接于旋转臂，于是第五同步带轮相对旋转臂固定， 当第二电机带动伸缩机械臂转动时，第六同步带轮将形成相对于旋转臂的公转和自传，由 于末端机械手臂固接于第六同步带轮，于是末端机械手臂与第六同步带轮的自转同步转 动，则末端机械手臂相对与伸缩机械臂旋转，且旋转方向与伸缩机械臂相对旋转臂的旋转 方向相反，转角值为伸缩机械臂转角的2倍(第五同步带轮与第六同步带轮的齿数比为 Z5:Z6=2:1)。第七同步带轮固接于伸缩机械臂，当末端机械手臂相对伸缩机械臂旋转时， 第八同步带轮将形成相对于伸缩机械臂的公转和自传，由于末端执行器固接于第八同步带 轮，则末端执行器相对末端机械手臂旋转，且旋转方向与末端机械手臂相对伸缩机械臂的 旋转方向相反，转角值为末端机械手臂转角的1/2 (第七同步带轮与第八同步带轮的齿数 比为Z7: ZS=I: 2)。根据转角矢量和的计算，末端执行器相对于旋转臂的转角5为伸缩机械 臂转角-β、末端机械手臂转角2<2和末端执行器转角-《的矢量和Θ =- α +2 α - α =〇， 因此当第二电机经第二减速器带动伸缩机械臂转动时，末端执行器始终相对于旋转臂不转 动。
[0019]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【权利要求】
1. 一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，包括机架，所述机架上纵向设有一根可相 对机架转动的转轴，其特征在于：所述机架内还设有一旋转臂，所述旋转臂上铰接有一伸缩 机械臂，所述伸缩机械臂上铰接有一末端机械手臂，所述末端机械手臂上铰接有一用以搬 运农作物的末端执行器，所述的旋转臂内设置有一输出轴纵向设置的第二电机，所述第二 电机经第二减速器与伸缩机械臂的一侧端固连，所述伸缩机械臂内与减速器相连侧设有一 第五同步带轮，另一侧设有经同步带与第五同步带轮连接的第六同步带轮，所述的第五同 步带轮与旋转臂的上端固连，所述第六同步带轮与末端机械手臂的一侧端固连，所述末端 机械手臂内与第六同步带轮相连侧设有一第七同步带轮，另一侧设有经同步带与第七同步 带轮连接的第八同步带轮，所述第八同步带轮与末端执行器联动连接，所述第七同步带轮 与伸缩机械臂的另一侧端固连，所述旋转臂由设于其底侧的第四同步带轮驱动，所述第四 同步带轮经同步带与设于转轴中部的第三同步带轮连接，位于转轴下部上设有用以带动转 轴转动的第二同步带轮，所述第二同步带轮由设于机架内旁侧上的第一同步带轮驱动。
2. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，其特征在于：所述 第一同步带轮由设于机架内的第一电机经第一减速器驱动。
3. 根据权利要求1所述的一种农作物搬运用的直线运动驱动机构，其特征在于：所述 第一与第二同步带轮的齿数比为1:1 ;所述第三与第四同步带轮的齿数比为1:2 ;所述第五 与第六同步带轮的齿数比为2:1 ;所述第七与第八同步带轮的齿数比为1:2。
【文档编号】B25J9/02GK204076255SQ201420556723
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】叶大鹏, 胡洪钧, 童向亚, 谢立敏, 李铒 申请人:福建农林大学
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