一种可变轮距与适形减振的农用移动平台

1.本发明涉及一种农用移动平台技术领域，特别是涉及一种可变轮距与适形减振的农用移动平台。

背景技术：

2.随着农业现代化进程的发展，田间管理作业机械对促进我国现代化农业稳定发展具有重要意义。截止到2021年我国旱地种植面积已经达到9.65亿亩，占总耕地面积的50.33％；而针对垄作不同作物、不同行间距以及不同时期进行喷药、施肥、授粉等作业且满足垄地行驶环境的农用移动平台，目前对此研究却十分缺乏。此外，除了在室外，而针对温室育苗，也需要一种能够适应不同苗床尺寸，满足传统苗场高低不平的使用场地的移动平台，辅助人工完成对温室育苗的繁杂工作。针对上述现状，开始一种可变轮距与适形减振的农用移动平台的研究是极为必要的。

技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种适用于旱地垄作作物或温室育苗兼顾的可变轮距与适形减振的农用平台。该移动平台不仅能够扩大作业对象范围，还能有效减少广大劳动者的劳作负担，也有利于现代化农业的发展。
4.本发明提供的技术方案是：
5.一种可变轮距与适形减振的农用移动平台，包括机架、设置在机架下方的轮子、设置在机架上的电控箱与电池；其特征在于：该平台还包括分别水平布设在所述机架的前后两端以用于调整轮距的两个可变轮距模块、分别可滑动地定位在每个可变轮距模块的两端且带有所述轮子的独立驱动与转向模块以及安装在机架上部用于采集农用移动平台位置信息的导航装置。
6.所述可变轮距模块包括连接在机架上由盖板以及凹槽板形成的型腔、通过滑台结构可滑动地定位在型腔内且同轴布置的两个伸缩轴、分别安装在盖板上侧支撑防护罩顶端的两个驱动模块以及分别将驱动模块的动力传递至对应伸缩轴的两个传动组件。
7.所述传动组件包括由驱动模块驱动的主动齿轮、通过传动齿轮带动的从动齿轮，传动组件中的各齿轮轴分别通过轴承安装在盖板上且由所述支撑防护罩围挡保护；其中的主动齿轮齿轮轴、从动齿轮齿轮轴还往下穿过盖板分别连接一齿条齿轮。
8.所述伸缩轴的上下两侧分别固定着平行于伸缩轴长度方向的滑条，所述盖板的内侧表面以及凹槽板的底面则分别一一固定与两个滑条滑动配合的滑台。
9.所述伸缩轴的宽度方向两侧还对称安装着两个相互平行的齿条，这两个齿条分别与所述主动齿轮齿轮轴连接的齿条齿轮、从动齿轮的齿轮轴连接的齿条齿轮一一啮合。
10.所述驱动模块包括安装在支撑防护罩上的蜗轮蜗杆减速器以及驱动蜗轮蜗杆减速器的伺服电机；所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴竖直往下伸入支撑防护罩内与所述主动齿轮轴进行动力传递。
11.所述独立驱动与转向模块包括顶端与伸缩轴端部固定的承重支座、可绕竖直轴线转动地定位于承重支座底端的驱动承接架、定位在承重支座上步进电机和由步进电机驱动且带动驱动承接架旋转的行星减速器以及安装于驱动承接架下部且带有所述轮子的四边形驱动组件。
12.所述四边形驱动组件包括通过铰链依次首尾铰接形成平行四边形机构的驱动承接架、两个同样长度的连接板以及配置板，和两端分别与驱动承接架及配置板铰接的适形减振器；所述轮子为与配置板连接的轮毂电机驱动轮。
13.所述型腔内壁上安装有检测每个伸缩轴伸出长度的原位传感器与末位传感器，每个伸缩轴尾部安装有与所述原位传感器、末位传感器配合的位置探片，以保证移动平台的结构稳定性；所述承重支架上安装有检测承重支架转动角度的角度传感器。
14.所述主电控箱安装有电连接各电机驱动器、各传感器数据盒以及各相机的主控板，所述副电控箱安装有各电机驱动器、各传感器数据盒、位置模块、遥控模块、能源模块。
15.两个导航相机分别安装在第三铝型材的中间位置，两个电控箱分别安装在第一铝型材的中间位置，四组电池两两安装在第一铝型材上。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提供的可变轮距与适形减振的农用移动平台，采用齿轮齿条的方式带动伸缩轴进行伸出或收回，采用四轮独立驱动与转向的方式、采用适形减振器与驱动轮连接的方法，并通过两个导航相机采集作业环境信息，经过主控板的分析后，驱动器控制各个电机运转，使该农用移动平台沿着作物的所在垄边缘进行自主移动以及针对不同作物不同垄宽进行自主调整(扩大了作业对象范围)，从而实现该农用移动平台在行进过程中的平稳性、精准性与适配性。另外，本发明可以搭载不同农业机器人，对不同垄宽的垄作作物进行喷药、施肥、采收等作业。同样也适用于温室育苗苗床，对不同尺寸的苗床进行培育作业，不仅能有效提高各农业作物的经济效益，还能为广大劳动人民减轻劳动负担。
附图说明
18.图1为本发明实施例的立体结构示意图。
19.图2为本发明实施例中的可变轮距效果示意图。
20.图3为本发明实施例中的可变轮距模块示意图。
21.图4为图3所示可变轮距模块中伸缩轴的结构示意图之一。
22.图5为图3所示可变轮距模块中伸缩轴的结构示意图之二。
23.图6为图3所示可变轮距模块中驱动模块的安装结构示意图。
24.图7为图6所示驱动模块中传动组件的安装结构示意图。
25.图8为图3所示可变轮距模块中传感器的安装位置示意图。
26.图9为本发明实施例中独立驱动与转向模块的立体结构示意图。
27.图10为图9所示独立驱动与转向模块中角度传感器的安装结构示意图。
28.图11为图10中的a-a向结构示意图。
29.图12为图9中驱动承接架的立体结构示意图。
30.图13为本发明实施例中根据不同地形减振效果示意图。
31.附图标号：
32.01-机架、0101-第一铝型材、0102-第二铝型材、0103-第三铝型材、0104-第四铝型材、02-主电控箱、0201-副电控箱、03-电池、04-导航装置、0401-导航相机、0402-yz向旋转平台、05-可变轮距模块、0501-凹槽板、0502-盖板、0503-伺服电机、0504-蜗轮蜗杆减速器、0505-蜗轮蜗杆减速器座垫、0506-支撑防护罩、0507-主动齿轮轴、0508-主动齿轮、0509-主动齿轮轴轴承、0510-齿条齿轮、0511-第一传动齿轮轴、0512-第一传动齿轮、0513-第一传动齿轮轴轴承、0514-第二传动齿轮轴、0515-第二传动齿轮、0516-第二传动齿轮轴轴承、0517-从动齿轮轴、0518-从动齿轮、0519-从动齿轮轴轴承、0520-齿条、0521-伸缩轴、0522-上滑条、0523-上滑台、0524-下滑条、0525-下滑台、0526-原位传感器、0527-末位传感器、0528-位置探片、06-独立驱动与转向模块、0601-承重支座、0602-步进电机、0603-行星减速器、0604-旋转轴、0605-六角螺母、0606-弹垫、0607-推力轴承、0608-上轴承端盖、0609-深沟球轴承、0610-下轴承端盖、0611-测量大齿轮、0612-角度传感器、0613-测量小齿轮、0614-驱动承接架、0616-弹簧减振器、0617-轮子、0618-配置板、0619-连接板。
具体实施方式
33.以下结合附图所示的实施例进一步说明。
34.附图所示的可变轮距与减振的农用移动平台，包括机架01、设置在机架下方的轮子、设置在机架上的电控箱与电池03(优选铅蓄电池)；还包括分别水平布设在所述机架的前后两端以用于调整轮距的两个可变轮距模块05、分别可滑动地定位在每个可变轮距模块的两端且带有所述轮子的独立驱动与转向模块06以及安装在机架上部用于采集农用移动平台作业环境的位置信息的导航装置04。
35.如图1至图2所示的机架由不同型号与尺寸的铝型材搭建而成，第一铝型材0101沿着x方向安装，其端部与可变轮距模块05的凹槽板0501相固连呈矩形状，第二铝型材0102分别沿着z方向安装在第一铝型材的两端，第三铝型材0103沿着y方向分别安装在该侧的第二铝型材上，第四铝型材0104沿着x方向分别安装在该侧的第二铝型材上；所述导航装置包括yz向旋转平台0402(外购件)以及安装在yz向旋转平台上的导航相机0401。所述yz向旋转平台可以绕z轴、y轴旋转一定角度，用于调整导航相机0401最佳导航角度；并且通过螺栓固连在第三铝型材中间位置。主电控箱与副电控箱分别安装在第一铝型材的中间位置，并且分别与第四铝型材固连，四组电池也分别安装在第一铝型材上，并且与第四铝型材固定。
36.如图3至图6所示；可变轮距模块05沿着机架的宽度方向水平布置(可变轮距模块的长度方向与机架的宽度方向平行)；其中：凹槽板0501与第一铝型材端部相连，盖板0502与凹槽板相配合构成可变轮距模块的型腔，型腔的两端可滑动地插入伸缩轴；盖板上方的左右两端分别安装一个驱动模块，每个驱动模块分别通过一传动组件驱动所述伸缩轴。两个同轴且水平布置的伸缩轴0521通过滑台结构可滑动地插入在型腔内，每个伸缩轴的一端则伸出在型腔外用于连接独立驱动与转向模块06(图3中可知：两个伸缩轴的一端分别在型腔的左端以及右端伸出)。滑台结构包括上滑条0522和与上滑条配合的上滑台0523，以及下滑条0524和与下滑条配合的下滑台0525；上滑条安装在所述伸缩轴的上端，上滑台安装在盖板的下侧表面，上滑条的滑动方向与伸缩轴长度方向一致；两个下滑条安装在所述伸缩轴的下端，两个下滑台安装在凹槽板底端的表面，下滑条的滑动方向与伸缩轴长度方向一致。以上滑台结构能够保证伸缩轴在受力的同时，能够以更加平滑的方式进行伸缩平移运
动。由图7、图8可知：所述伸缩轴的宽度方向两侧还对称安装着两个相互平行的齿条0520。
37.所述驱动模块由伺服电机0503与蜗轮蜗杆减速器0504组成，用来提供驱动伸缩轴的动力；所述驱动模块通过蜗轮蜗杆减速器座垫0505安装在支撑防护罩0506上面。所述支撑防护罩安装在盖板上；传动组件(参见图7)安装在支撑防护罩内，由支撑防护罩为传动组件提供支撑与保护。传动组件包括装有主动齿轮0508的主动齿轮轴0507、装有第一传动齿轮0512的第一传动齿轮轴0511、装有第二传动齿轮0515的第二传动齿轮轴0514、装有从动齿轮0518的从动齿轮轴0517以及两个安装在主动齿轮轴下端与从动齿轮轴下端的齿条齿轮0510；各齿轮轴分别通过对应的齿轮轴轴承(主动齿轮轴轴承0509、第一传动齿轮轴轴承0513、第二传动齿轮轴轴承0516、从动齿轮轴轴承0519)竖直安装在支撑防护罩上。
38.如图6至图7所示，所述蜗轮蜗杆减速器输出轴往下穿过支撑防护罩后与主动齿轮轴相连接(优选通过联轴器连接)，从而带动主动齿轮；所述主动齿轮依次通过第一传动齿轮、第二传动齿轮之后再与从动齿轮相啮合，从而使得主、从动齿轮转速相同、方向相反；所述主、从动齿轮轴下端安装的齿条齿轮0510，能够与对应的齿条0517啮合，从而驱动伸缩轴作移动平台宽度方向的水平移动。当每个可变轮距模块中的两个伸缩轴相向运动时，则带有轮子的两个独立驱动与转向模块相互接近；当每个可变轮距模块中的两个伸缩轴相背运动时，则带有轮子的两个独立驱动与转向模块相互远离。
39.进一步地，为了确保移动平台的结构稳定性，所述凹槽板上安装有对应于每个伸缩轴的原位传感器0526、末位传感器0527(参见图8)。所述原、末位传感器用来检测伸缩轴在变轮距时的最大变距位置与复位时的位置信息；所述伸缩轴尾部安装有位置探片0528，伸缩轴在原始位置时，位置探片处于原位传感器内。所述伸缩轴可以根据作业需求向外伸出若干长度，然后驱动模块停止动力输出，利用蜗轮蜗杆减速器的自锁性，将伸缩轴固定住，防止滑动；为了确保移动平台的结构稳定性，原、末位传感器的直线距离为伸缩轴长度的2/3，当位置探片到达末位传感器时，伸缩轴达到最大变距位置。
40.如图9至图12所示，所述的独立驱动与转向模块06的顶端是通过螺栓与伸缩轴相连接的承重支架0601，用来提供转向动力的步进电机0602与行星减速器0603配合安装在承重支架中。所述驱动承接架0614上通过轴承组件(包括依次安装在承重支架底部以用于承受轴向力的推力轴承0607、用于顶住推力轴承的上轴承端盖0608、用于承受径向力的深沟球轴承0609、用于顶住深沟球轴承的下轴承端盖0610，所述下轴承端盖安装在驱动承接架0614上)安装着竖直布置的旋转轴0604，所述旋转轴上端制作有外螺纹，通过六角螺母0605以及弹垫0606将旋转轴固定在承重支架上，并且与行星减速器输出轴同轴心配合。从而实现承重支架通过轴承组件与驱动承接架的连接与相对转动。所述承重支架上还安装有一个角度传感器0612，所述角度传感器输入轴上固定一测量小齿轮0613，所述旋转轴上端则固定一测量大齿轮0611，所述大齿轮与小齿轮啮合；当行星减速器输出轴带动旋转轴转动时，所述大齿轮通过与小齿轮啮合，角度传感器即检测到旋转轴旋转的角度，并将信号输至主控板。
41.如图9、图12所示，所述驱动承接架安装有包括用于农用移动平台改善行驶平顺性的一对适形减振器。轮毂电机驱动轮0617通过一平行四边形机构与驱动承接架0614连接，所述的适形减振器安装在轮毂电机驱动轮与驱动承接架之间。由图12可知：驱动承接架、配置板0618以及两块相互平行布置的连接板0619通过铰接构成一平行四边形机构；相互平行
的两个适形减振器的两端均分别与驱动承接架以及配置板铰接，轮毂电机驱动轮则通过螺栓固定在配置板上。从而保证了行驶过程中，毂电机驱动轮的轴线始终平行于水平面。所述适形减振器为外购的弹簧减振器0616，用来吸收来自路面的冲击，车轮经过凹陷或者凸起状态的路面时，弹簧减振器的内置弹簧通过被拉伸或者压缩来过滤路面的振动，从而改善行驶平稳性。
42.所述主、副电控箱安装并固定在机架上，并且安装有用于接收、处理与发布命令信息的主控板、用于控制各个电机运动的驱动器、用于接收各个传感器信息的数据盒、用于接收导航相机位置信息的位置模块、用于适配遥控操作的遥控模块、用于分配电池的能源模块。所述主控板安装在主控制电控箱内，所述主电控箱还具有一键启动、停止、继续的功能按钮以及紧急停止按钮，当按下紧急停止按钮，整个移动平台断电；所述驱动器、数据盒、位置模块、遥控模块、能源模块安装在副电控箱内；前述所有器件分别通过各类数据线(有线、无线)进行信息交互。以上所述数据盒、位置模块、遥控模块、能源模块、驱动器以及主控板均为可直接应用的外购件，故工作原理不再一一细述。
43.本发明提供的可变轮距与适形减振的农用移动平台，能够应用于多种旱地垄作作物的种植场景，通过在该农用平台上搭载不同的作业装置，来完成对作物的喷药、施肥、采收等环节，此外还可以通过可变轮距模块来适应不同垄宽的作物，尤其是采用了适形减振设计以后，可大大提高行走过程的平稳性。除此之外该农用移动平台不仅适用于室外，对于温室育苗场景也同样适用，显示出了极大的适应性。四个独立驱动与转向模块，可以实现顺、逆时针90
°
的旋转。该移动平台通过独立驱动与转动模块还可以实现自主前进与后退、左右平移运动效果，以此来满足在作业过程中遇到的不同场景。
44.本发明的运行过程，包括如下步骤：
45.步骤一：前期路面可以通过遥控模块将该农用移动平台移动至作业区域，并做好相关作业准备后切换到自主行走模式；
46.步骤二：导航相机获取农作物垄宽垄距信息，并发送给主控板，主控板根据接收的信息发送指令给驱动器，驱动器控制相应的电机，使得该农用移动平台沿着地垄方向平稳前进；
47.步骤三：当该农用移动平台自主运动到地垄末端时，在场地允许的情况下，以x正方向为前，右前、左后轮逆时针旋转90
°
，左前、右后轮顺时针旋转90
°
，向一下地垄平移，平移完上述四轮复位，反向继续作业；若场地不允许，直接沿着地垄反向返回，回到初始位置后再进行平移，然后沿着下一地垄继续作业，重复上述操作；
48.步骤四：当该农用平台通过导航相机检测需要变化轮距时，右前、左后轮逆时针旋转90
°
，左前、右后轮顺时针旋转90
°
，在可变轮距模块中伺服电机的驱动下，四轮沿着伸缩轴方向即使y方向，移动若干距离适应作物垄宽，当轮距变化完毕，四轮复位；
49.步骤五：农用移动自主移动行驶过程中，主控板可以根据导航相机传输的位置信息，通过驱动器控制转向电机自动调整行驶过程偏航现象；
50.步骤六：该农用移动平台通过可变轮距来适应不同的垄宽、通过转向模块来实现平移变化，切换到不同地垄继续作业，如此往复直至所有地垄作业结束。

技术特征：

1.一种可变轮距与适形减振的农用移动平台，包括机架(01)、设置在机架下方的轮子(0617)、设置在机架上的电控箱与电池(03)；其特征在于：该平台还包括分别水平布设在所述机架的前后两端以用于调整轮距的两个可变轮距模块(05)、分别可滑动地定位在每个可变轮距模块的两端且带有所述轮子的独立驱动与转向模块(06)以及安装在机架上部用于采集农用移动平台位置信息的导航装置(04)。2.根据权利要求1所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述可变轮距模块包括连接在机架上由盖板(0502)以及凹槽板(0501)形成的型腔、通过滑台结构可滑动地定位在型腔内且同轴布置的两个伸缩轴(0521)、分别安装在盖板上侧支撑防护罩(0506)顶端的两个驱动模块以及分别将驱动模块的动力传递至对应伸缩轴的两个传动组件。3.根据权利要求2所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述传动组件包括由驱动模块驱动的主动齿轮(0508)、通过传动齿轮带动的从动齿轮(0518)，传动组件中的各齿轮轴分别通过轴承安装在盖板上且由所述支撑防护罩(0516)围挡保护；其中的主动齿轮齿轮轴、从动齿轮齿轮轴还往下穿过盖板分别连接一齿条齿轮(0510)。4.根据权利要求3所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述伸缩轴的上下两侧分别固定着平行于伸缩轴长度方向的滑条，所述盖板的内侧表面以及凹槽板的底面则分别一一固定与两个滑条滑动配合的滑台。5.根据权利要求4所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述伸缩轴的宽度方向两侧还对称安装着两个相互平行的齿条(0520)，这两个齿条分别与所述主动齿轮齿轮轴连接的齿条齿轮、从动齿轮的齿轮轴连接的齿条齿轮一一啮合。6.根据权利要求5所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述驱动模块包括安装在支撑防护罩上的蜗轮蜗杆减速器(0504)以及驱动蜗轮蜗杆减速器的伺服电机(0503)；所述蜗轮蜗杆减速器的输出轴竖直往下伸入支撑防护罩内与所述主动齿轮轴进行动力传递。7.根据权利要求6所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述独立驱动与转向模块包括顶端与伸缩轴端部固定的承重支座(0601)、可绕竖直轴线转动地定位于承重支座底端的驱动承接架(0614)、定位在承重支座上步进电机(0602)和由步进电机驱动且带动驱动承接架旋转的行星减速器(0603)以及安装于于驱动承接架下部且带有所述轮子的四边形驱动组件。8.根据权利要求7所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述四边形驱动组件包括通过铰链依次首尾铰接形成平行四边形机构的驱动承接架(0614)、两个同样长度的连接板(0619)以及配置板(0618)，和两端分别与驱动承接架及配置板铰接的适形减振器；所述轮子为与配置板连接的轮毂电机驱动轮。9.根据权利要求8所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述型腔内壁上安装有检测每个伸缩轴伸出长度的原位传感器(0526)与末位传感器(0527)，每个伸缩轴尾部安装有与所述原位传感器、末位传感器配合的位置探片(0528)，以保证移动平台的结构稳定性；所述承重支架上安装有检测承重支架转动角度的角度传感器(0612)。10.根据权利要求9所述的可变轮距与适形减振的农用移动平台，其特征在于：所述主电控箱安装有电连接各电机驱动器、各传感器数据盒以及各相机的主控板，所述副电控箱
安装有各电机驱动器、各传感器数据盒、位置模块、遥控模块以及能源模块。

技术总结

本发明涉及一种农用移动平台技术领域。目的是提供一种适用于旱地垄作作物或温室育苗兼顾的可变轮距与适形减振的农用平台。该移动平台不仅能够扩大作业对象范围，还能有效减少广大劳动者的劳作负担，也有利于现代化农业的发展。技术方案是一种可变轮距与适形减振的农用移动平台，包括机架、设置在机架下方的轮子、设置在机架上的电控箱与电池；其特征在于：该平台还包括分别水平布设在所述机架的前后两端以用于调整轮距的两个可变轮距模块、分别可滑动地定位在每个可变轮距模块的两端且带有所述轮子的独立驱动与转向模块以及安装在机架上部用于采集农用移动平台位置信息的导航装置。装置。装置。