[发明专利]一种混合驱动步进爬树锯式整枝机器人

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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CN 102283026 A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CN 105940975 A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。

发明内容

本发明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。

本发明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；