Мобильное роботизированное шасси для надреза мульчирующей пленки над растением с последующей ее фиксацией Российский патент 2022 года по МПК B25J5/00 A01B39/24 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к роботизированному транспортному средству, а также к технологии возделывания бахчевых культур с применением робота для надреза мульчирующей пленки с последующей ее фиксацией.

Известно роботизированное транспортное средство и методы с использованием робота для автоматической обработки растений (патент US №20180168141), состоящее из рамы, управляемых колес, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, системы питания, дельта роботизированного манипулятора, камеры для захвата изображений земли перед роботом или под роботом, резервуара с насосом и дозатором для распылительных форсунок, режущего инструмента рабочего органа с двигателем вращения.

К недостаткам относится данного роботизированного транспортного средства и методов с использованием робота для автоматической обработки растений: сложность в обслуживании, отсутствии приспособлении и рабочих органов для надреза мульчирующей пленки.

Известен робот-пропольщик, содержащий раму, управляющие колеса, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, систему питания, при этом дополнительно содержит две шарико-винтовые передачи, каждая из которых состоит из винта, гайки и привода, две направляющие с каретками, одна из которых выполнена в виде круглого стержня, а другая прямоугольного стержня, рабочий орган с двигателем постоянного тока и линейным приводом, при этом первая шарико-винтовая передача и первая направляющая с кареткой крепятся к раме посредством подшипниковых узлов, расположенных на концах винта и направляющей, оси которых параллельно друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения робота-пропольщика, при этом вторая шарико-винтовая передача и вторая направляющая с кареткой крепятся на гайке первой шарико-винтовой передачи и на первой каретке с помощью подшипниковых узлов, оси винта второй шарико-винтовой передачи и второй направляющей которых параллельны друг другу в вертикальной плоскости и перпендикулярны осям винта первой шарико-винтовой передачи и первой направляющей, при этом рабочий орган имеет соединение с двигателем постоянного тока и линейным приводом, которые последовательно расположены вертикально друг за другом, и которые жестко крепятся со второй кареткой и гайкой второй шарико-винтовой передачи, в нижней части рамы установлен датчик технического зрения (патент РФ №2703775, опубл. 2019).

К недостаткам известных технических решений следует отнести: отсутствии рабочих органов для надреза и фиксации мульчирующей пленки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному мобильному роботизированному шасси для надреза мульчирующей пленки над растением при прямом севе с последующей фиксацией является робот-пропольщик, содержащий раму, управляющие колеса, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, систему питания, при этом дополнительно содержит три направляющие с каретками, две из которых выполнены в виде круглого стержня, а третья прямоугольного стержня, поперечины, три исполнительных привода, рабочий орган с двигателем постоянного тока и линейным приводом, при этом две направляющие с каретками крепятся к раме посредством опор, расположенных на концах направляющих, оси которых параллельно друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения робота-пропольщика, а третья направляющая с кареткой и поперечина имеют жесткое крепление с каретками первой и второй направляющих, оси поперечины и третьей направляющей параллельны друг другу в горизонтальной плоскости и перпендикулярны осям первым двум направляющим, при этом первый и второй исполнительные привода крепятся с кареткой и с поперечиной по концам с одной стороны, а третий исполнительный привод по центру с поперечиной с обратной стороны и с рамой посредством шарнирных узлов с вращательной парой пятого класса, при этом рабочий орган имеет соединение с двигателем постоянного тока и линейным приводом, которые последовательно расположены вертикально друг за другом, и которые жестко крепятся с третьей направляющей с кареткой, в нижней части рамы установлен датчик технического зрения (патент РФ №2703092, опубл. 2019).

К недостаткам известных технических решений следует отнести: отсутствие возможности создания технологических отверстий в мульчирующей пленке над растением, не повреждая его, с последующей фиксацией.

Технический результат - совершенствование технологического процесса возделывания бахчевых культур, сокращение времени операции на создание технологического отверстия в пленке с ее фиксацией, снижение затрат ручного труда.

Указанный технический результат достигается мобильным роботизированным шасси для надреза мульчирующей пленки над растением с последующей ее фиксацией, содержащее раму, в нижней части которой установлен датчик технического зрения, передние ведущие колеса, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, систему питания, три направляющие с каретками, две из которых крепятся к раме посредством опор, расположенных на концах направляющих, один исполнительный привод, рабочий орган с линейным приводом, при этом две направляющие выполнены в виде круглого стержня, оси которых параллельно друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения мобильного роботизированного шасси, при этом третья направляющая выполнена в виде прямоугольного стержня и имеет жесткое крепление с каретками первой и второй направляющих, ось третьей направляющей перпендикулярна осям первым двум направляющим, при этом рабочий орган имеет соединение с линейным приводом, которые последовательно расположены вертикально друг за другом, и которые жестко крепятся с третьей направляющей с кареткой, согласно изобретению дополнительно содержит второй рабочий орган с линейным приводом, каретку и четвертую направляющую, два шаговых привода, две ременные передачи с пряжками, рулевой механизм, который состоит из двух управляемых колес с вилками, линейного привода, поворотного рычага, двух поперечных тяг, левого и правого рычагов, при этом рулевой механизм располагается в нижней задней части рамы, при этом рабочий орган имеет вид пустотелого цилиндра, при этом четвертая направляющая выполнена в виде прямоугольного стержня и имеет жесткое крепление в концах с каретками первой и второй направляющих, ось четвертой направляющей параллельна оси третьей направляющей, а каретки, расположенные на первой и второй направляющих, жестко соединены между собой, при этом второй рабочий орган представлен в виде двух перпендикулярных между собой нитей накаливания, который имеет жесткое крепление с линейным приводом и с кареткой четвертой направляющей последовательно расположенных друг за другом, при этом шаговые двигатели жестко крепятся на концах третьей и четвертой направляющих с одной стороны и приводят в движение ременные передачи, расположенных на этих направляющих, при этом каретки третьей и четвертой направляющих жестко соединяются с ремнем одной из ветвей ременной передачи с помощью пряжек, при этом линейный привод рулевого механизма, выполняющий повороты управляемых колес, соединен штоком шарнирно с поворотным рычагом, с двумя асимметрично расположенными между собой поперечными тягами, левым и правым рычагами, а также с вилками, упирающимися на управляемые колеса.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 - общий вид мобильного роботизированного шасси для надреза мульчирующей пленки над растением при прямом севе с последующей фиксацией.

На фиг. 2 - вид сверху.

На фиг. 3 - рабочие органы с приводными механизмами.

На фиг. 4 - рулевой механизм.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключается в следующем.

Предлагаемое мобильное роботизированное шасси для надреза мульчирующей пленки над растением с последующей ее фиксацией состоит из рамы 1, датчика технического зрения 2, передних ведущих колес 3, системы управления и навигации с контрольно-измерительными приборами 4, системы питания 5, трех направляющих 6 и 7 с каретками 8 и 9. На раму 1 устанавливаются две направляющие 6 с каретками 8 посредством опор 10, расположенных по двум концам направляющих 6. Направляющие 6 выполнены в виде круглого стержня, оси которых параллельно друг другу в горизонтальной плоскости и направлены в сторону движения мобильного роботизированного шасси. Направляющая 7 с кареткой 9 выполнена в виде прямоугольного стержня и крепится с каретками 8 и перпендикулярна двум направляющим 6. В задней части рамы 1 по центру устанавливается исполнительный привод 11, который шарнирно с одной стороны крепится корпусом к раме 1, а с другой стороны штоком с направляющей 7.

Для фиксации мульчирующей пленки установлен рабочий орган 12 выполненный в виде пустотелого цилиндра, который жестко крепится со штоком линейного привода 13. С другой стороны, линейный привод 13, корпусом жестко крепится с кареткой 9 направляющей 7.

Для надреза мульчирующей пленки установлен второй рабочий орган 14 выполненный в виде двух перпендикулярных между собой нитей накаливания, нагрев нитей выполняется через провод от системы питания 5. Рабочий орган 14 крепится жестко со штоком линейного привода 15, корпус которого крепится жестко с кареткой 16 четвертой направляющей 17. Четвертая направляющая 17 выполнена в виде прямоугольного стержня, крепится жестко с каретками 8 и перпендикулярна двум направляющим 6. Каретки 8 каждой из направляющих 6 жестко закреплены между собой, что способствует проводить управление направляющих 7 и 17 от одного исполнительного привода 11. Поперечное перемещение кареток 9 и 16 производится под управлением двух шаговых двигателей 18, которые крепятся с одной стороны на каждой из направляющих 7 и 17. Шаговые двигатели 18 валами соединяются со шкивами ременных передач 19. На одной из ветвей ременной передачи 19 установлены пряжки 20, которые жестко крепятся с кареткой 9 или 16 соответствующей направляющей 7 или 17.

Поворот роботизированного шасси выполняется за счет управления рулевого механизма 21, состоящего из двух управляемых колес 22 с вилками 23, линейного привода 24, поворотного рычага 25, двух поперечных тяг 26 ассиметрично расположенных относительно друг друга, левого и правого рычагов 27. Шток линейного привода 24, поворотный рычаг 25, поперечные тяги 26 и рычаги 27 соединяются последовательно друг за другом с помощью шарниров вращения.

Работа мобильного роботизированного шасси для надреза мульчирующей пленки над растением с последующей ее фиксацией осуществляется следующим образом.

С помощью системы управления 5 и навигации с контрольно-измерительными приборами 4, мобильное роботизированное шасси заезжает в рядки с растениями, которые накрыты мульчирующей пленкой. В автоматическом режиме с помощью датчика технического зрения 2, установленного спереди в нижней части рамы 1 определяются координаты расположения растений в рядке.

Проанализировав координаты расположения растения относительно рабочего органа 14 с нитью накаливания и к рабочему органу 12 в виде пустотелого цилиндра, с помощью системы навигации с контрольно-измерительными приборами 4, определяется оптимальная траектория для перемещения рабочих органов 12 и 14 в продольном и поперечном направлении. Продольное перемещение рабочих органов 12 и 14 осуществляется работой исполнительного привода 11. При изменении длины штока исполнительного привода 11, шток соединенный с третьей направляющей 7 перемещает ее и вместе с ней жестко соединенную четвертую направляющую 17 по двум направляющим 6 увлекая за собой рабочие органы 12 и 14 расположенных на соответствующих направляющих 7 и 17. Поперечное перемещение рабочих органов 12 или 14 осуществляется работой двух шаговых двигателей 18. При вращении вала одного из шагового двигателя 18, вал жестко соединенный со шкивом ременной передачи 19 перемещает пряжку 20 с кареткой 9 или 16 и вмести с ней жестко соединенный рабочий орган 12 или 14. Перемещение рабочих органов 12 и 14 в вертикальной плоскости осуществляется работой линейных приводов 13 и 15. Надрез пленки выполняется следующим образом. При выдвижении штока линейного привода 15 шток перемещает рабочий орган 14 на расстояние, не превышающее до плоскости касания с мульчирующей пленкой. От системы питания 5 через провод подается ток на нити накаливания рабочего органа 14. Надрез пленки выполняется путем плавления зоны соприкосновения мульчирующей пленки с нитью накаливания, после надреза пленки рабочий орган 14 возвращается в исходное положение. Фиксация надрезанных краев мульчирующей пленки осуществляется работой линейного привода 13. При выдвижении штока линейного привода 13 шток перемещает рабочий орган 12 в виде пустотелого цилиндра вертикально вниз до тех пор, пока края мульчирующей пленки не вдавятся в почву на заданную глубину.

Поворот и разворот роботизированного шасси выполняется работой линейного привода 24 рулевого механизма 21. Правый поворот осуществляется выдвижением штока линейного привода 24, шток соединенный с поворотным рычагом 25 поворачивает его относительно оси расположенной по центру между двумя поперечными тягами 26 по часовой стрелке. Тяги 26 соединенные с левым и правым рычагами 27 поворачивают их и вместе с ними жестко соединенные вилки 23 с управляемыми колесами 22. Левый поворот осуществляется втягиванием штока линейного привода 24.

Таким образом, совершенствуется технологический процесс возделывания бахчевых культур, сокращается время операции на создание технологического отверстия в пленке с ее фиксацией, снижаются затраты ручного труда.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано в роботизированных средствах, например, для возделывания бахчевых культур. Мобильное шасси содержит размещенную на колесах раму, на которой установлены датчик технического зрения, система управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, блок питания, направляющие с перемещаемыми по ним каретками, исполнительный привод и рабочий орган с линейным приводом. При этом оно снабжено вторым рабочим органом с линейным приводом, четвертой направляющей с перемещаемой по ней кареткой, двумя шаговыми двигателями, двумя ременными передачами с пряжками и рулевым механизмом задних колес. Первый рабочий орган выполнен в виде пустотелого цилиндра, а второй - в виде двух перпендикулярных между собой нитей накаливания, электрически связанных с блоком питания. Использование изобретения позволяет расширить технологические возможности устройства и повысить его производительность. 4 ил.

Мобильное роботизированное шасси для надреза мульчирующей пленки над растением с последующей ее фиксацией, содержащее размещенную на передних и задних колесах раму, в нижней передней части которой установлен датчик технического зрения, расположенные на раме систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, которая связана с датчиком технического зрения, блок питания, три направляющие с перемещаемыми по ним каретками, исполнительный привод и рабочий орган с линейным приводом, при этом две из упомянутых направляющих с двумя парами кареток прикреплены к раме посредством опор, расположенных на концах направляющих, и выполнены в виде круглых стержней, которые расположены параллельно друг другу в горизонтальной плоскости по направлению движения упомянутого шасси, а третья направляющая расположена между первыми двумя направляющими перпендикулярно им, выполнена в виде прямоугольного стержня и жестко прикреплена своими концами к первой паре кареток первой и второй направляющих, причем рабочий орган установлен на штоке его линейного привода, корпус которого закреплен на каретке третьей направляющей, отличающееся тем, что оно снабжено вторым рабочим органом с линейным приводом, четвертой направляющей с перемещаемой по ней кареткой, двумя шаговыми двигателями, двумя ременными передачами с пряжками и рулевым механизмом задних колес, расположенным в нижней задней части рамы, при этом четвертая направляющая расположена параллельно третьей направляющей, жестко прикреплена своими концами со второй парой упомянутых кареток первой и второй направляющих и выполнена в виде прямоугольного стержня, первый рабочий орган выполнен в виде пустотелого цилиндра, а второй рабочий орган выполнен в виде двух перпендикулярных между собой нитей накаливания, электрически связанных с упомянутым блоком питания и установленных на штоке линейного привода второго рабочего органа, корпус которого закреплен на каретке четвертой направляющей, причем каретки первой и второй направляющих упомянутых пар, расположенные на одноименных направляющих, жестко соединены между собой, шток исполнительного привода соединен с третьей направляющей, а упомянутые шаговые двигатели жестко закреплены на концах третьей и четвертой направляющих с одной их стороны и соединены с расположенными на этих направляющих ременными передачами, которые с помощью пряжек жестко связаны соответственно с каретками третьей и четвертой направляющих, при этом упомянутый рулевой механизм выполнен в виде линейного привода, шток которого шарнирно соединен с поворотным рычагом, шарнирно соединенным с концами двух поперечных тяг, причем поворотный рычаг установлен с возможностью поворота на оси, расположенной по центру между упомянутыми тягами, каждая из которых другим концом шарнирно соединена соответственно с левым и правым рычагами, жестко связанными с соответствующими вилками, в которых установлены задние колеса.