基于机械手的船式挖藕装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201922206770.2 (22)申请日 2019.12.10 (73)专利权人 华中农业大学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区狮子山 街1号 (72)发明人 张国忠刘浩蓬白国瑞涂鸣 董昭韩宇航周勇王伟康 姚荣苗 (74)专利代理机构 武汉宇晨专利事务所 42001 代理人 王敏锋 (51)Int.Cl. A01D 31/00(2006.01) A01D 44/00(2006.01) A01D 67/00(2006.01) B63B 35/00(2006.01) B63。

2、H 25/52(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种基于机械手的船式挖藕装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种基于机械手的船式 挖藕装置， 包括船式底盘、 主动叶轮、 从动舵轮、 高压水喷头组、 夹取机械手和安装高压水喷头的 机械臂； 夹取机械手用于夹取莲藕， 安装高压水 喷头的机械臂用于对准莲藕进行冲刷， 通过双机 械臂协同对莲藕精准冲洗并采出。 本实用新型设 置的基于机械手的船式挖藕装置进行挖藕， 并具 有自走功能， 是一种切实可行、 高效的挖藕装置， 能大幅减轻人工劳动强度， 提高挖净率。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 。

3、211267703 U 2020.08.18 CN 211267703 U 1.一种基于机械手的船式挖藕装置， 包括挖藕船， 其特征在于， 还包括： 机械臂， 两个机械臂并排固定在所述挖藕船船头， 两个机械臂前端分别装配有机械爪、 高压水喷头， 所述机械臂包括前端机械臂和后端机械臂， 所述前端机械臂和机械爪之间还 连接有基盘， 后端机械臂通过基座安装于所述挖藕船船头， 所述后端机械臂和基座之间、 后 端机械臂和前端机械臂之间均通过可180 转动的转动机构连接； 所述基座内、 所述前端机 械臂和基盘之间均安装可360 旋转的旋转机构； 驱动电机， 设置于所述机械臂中， 包括蓄电池、 安装于所述基。

4、座内用于驱动位于基座内 的旋转机构进行旋转的旋转电机、 安装于所述转动机构上用于驱动位于基座和后端机械臂 之间的和后端机械臂和前端机械臂之间的转动机构进行转动的第二步进电机、 以及安装于 所述前端机械臂上用于驱动位于前端机械臂和基盘之间的旋转机构进行旋转的旋转电机； 电机驱动器， 设置于挖藕船内， 电性连接并驱动旋转电机、 第二步进电机、 旋转电机正 反转和停止； 水泵， 所述水泵连接有一出水管， 该出水管的出水端连通所述高压水喷头， 随高压水喷 头的指向处移动； 高压水喷头组， 设置在所述挖藕船船头， 包括分水器、 进水弯头、 喷头， 所述分水器的进 水口通过进水弯头连通所述水泵， 所述分水。

5、器设有等距排列成排的分水口， 每个分水口上 安装一个喷头， 有所喷头喷出方向指向所述机械臂前端下方。 2.根据权利要求1所述的基于机械手的船式挖藕装置， 其特征在于， 所述挖藕船船头安 装有可翻转的安装板， 安装板底通过转轴与船头上的一对转轴座转动连接， 安装板底面远 离转轴处还与伸缩机构的一端铰接， 伸缩机构的另一端与船头铰接， 所述伸缩机构中设有 驱动伸缩机构伸缩的第三步进电机， 所述机械臂安装在安装板底顶面。 3.根据权利要求1所述的基于机械手的船式挖藕装置， 其特征在于， 所述旋转电机、 第 二步进电机、 旋转电机、 以及水泵均与所述电机驱动器电性连接， 并由所述蓄电池进行供 电。 4。

6、.根据权利要求2所述的基于机械手的船式挖藕装置， 其特征在于， 所述第三步进电机 与所述电机驱动器电性连接， 并由所述蓄电池进行供电。 5.根据权利要求1所述的基于机械手的船式挖藕装置， 其特征在于， 所述挖藕船船头两 侧对称装配有受动力机构驱动旋转的主动叶轮， 所述挖藕船另一端装配有从动舵轮， 从动 舵轮与挖藕船之间连接可360 旋转的轮架。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211267703 U 2 一种基于机械手的船式挖藕装置 技术领域 0001 本实用新型涉及农业机械中的挖藕机技术领域， 具体涉及一种基于机械手的船式 挖藕装置， 主要用于对莲藕实现收获。 背景技术 0002 莲藕是一。

7、种水生经济作物， 用途广泛， 可以食用、 药用和观赏等， 是一种易种难收 的重要水生蔬菜和特色农产品， 一直深受人们喜爱， 经济价值可观。 但我国目前对莲藕的挖 掘主要靠人力劳动， 人在挖掘过程中消耗体力过大， 不能及时将藕挖出， 每年都有大量莲藕 烂在田里， 经济损失较大。 0003 莲藕生长在水下深淤泥中， 长期以来主要由人工用藕锨等工具挖出藕田表层淤 泥， 采挖莲藕前需要将藕田中的水排干， 挖掘过程中需要持续弯腰操作， 经验不丰富的藕农 挖掘易损伤莲藕， 采挖劳动强度大， 作业条件恶劣， 效率低下。 虽然藕农现在利用高压水枪 协助人工挖藕， 降低了莲藕损伤率， 提高了莲藕商品质量， 但仍。

8、需持续弯腰操作， 挖掘效率 低， 劳动强度大等问题依然存在， 莲藕的收获环节已成为制约莲藕生产发展的瓶颈问题。 0004 目前市场上已经出现多种挖藕机， 比如华中农业大学研制的挖藕机， 以浮筒为底 盘， 结合汽油机水泵、 管路、 高压喷嘴进行纯水力冲刷， 虽然结构轻便， 但存在一定的局限 性， 在黏性土壤中挖藕效果不理想。 相比浮筒式纯水力冲刷挖藕机， 船式机械手挖藕机更能 提高挖藕机自走能力和挖藕效率， 能有效改善南方黏性土壤环境下挖藕难问题。 0005 因此， 本领域技术人员致力于设计出一种， 船式机械手挖藕机， 改善了挖藕机在田 间难以实现自走的问题， 解决了靠纯水力冲刷难以实现挖藕的困。

9、难。 实用新型内容 0006 现有技术中存在的主要问题包括： (1)自走能力弱； (2)不能完全实现挖藕； (3)作 业效率低； (4)仍需多人协助作业。 0007 针对现有技术中存在的上述问题， 本实用新型的目的在于提供一种基于双机械臂 协同， 将水力冲刷与机械采取两者结合， 作业灵活， 挖净率高， 并通过叶轮驱动实现自走的 挖藕装置。 0008 为实现上述目的， 本实用新型所采取的技术手段是： 一种基于机械手的船式挖藕 装置， 包括挖藕船， 其中： 机械臂， 两个机械臂并排固定在所述挖藕船船头， 两个机械臂前端 分别装配有机械爪、 高压水喷头， 所述机械臂包括前端机械臂和后端机械臂， 所述。

10、前端机械 臂和机械爪之间还连接有基盘， 后端机械臂通过基座安装于所述挖藕船船头， 所述后端机 械臂和基座之间、 后端机械臂和前端机械臂之间均通过可180 转动的转动机构连接； 所述 基座内、 所述前端机械臂和基盘之间均安装可360 旋转的旋转机构； 0009 驱动电机， 设置于所述机械臂中， 包括蓄电池、 安装于所述基座内用于驱动位于基 座内的旋转机构进行旋转的旋转电机、 安装于所述转动机构上用于驱动位于基座和后端机 械臂之间的和后端机械臂和前端机械臂之间的转动机构进行转动的第二步进电机、 以及安 说明书 1/4 页 3 CN 211267703 U 3 装于所述前端机械臂上用于驱动位于前端机。

11、械臂和基盘之间的旋转机构进行旋转的旋转 电机； 0010 电机驱动器， 设置于挖藕船内， 电性连接并驱动旋转电机、 第二步进电机、 旋转电 机正反转和停止； 0011 水泵， 所述水泵连接有一出水管， 该出水管的出水端连通所述高压水喷头， 随高压 水喷头的指向处移动； 0012 高压水喷头组， 设置在所述挖藕船船头， 包括分水器、 进水弯头、 喷头， 所述分水器 的进水口通过进水弯头连通所述水泵， 所述分水器设有等距排列成排的分水口， 每个分水 口上安装一个喷头， 有所喷头喷出方向指向所述机械臂前端下方。 0013 优选地， 所述挖藕船船头安装有可翻转的安装板， 安装板底通过转轴与船头上的 一。

12、对转轴座转动连接， 安装板底面远离转轴处还与伸缩机构的一端铰接， 伸缩机构的另一 端与船头铰接， 所述伸缩机构中设有驱动伸缩机构伸缩的第三步进电机， 所述机械臂安装 在安装板底顶面。 0014 优选地， 所述旋转电机、 第二步进电机、 旋转电机、 以及水泵均与所述电机驱动器 电性连接， 并由所述蓄电池进行供电。 0015 优选地， 所述第三步进电机与所述电机驱动器电性连接， 并由所述蓄电池进行供 电。 0016 优选地， 所述挖藕船船头两侧对称装配有受动力机构驱动旋转的主动叶轮， 所述 挖藕船另一端装配有从动舵轮， 从动舵轮与挖藕船之间连接可360 旋转的轮架。 0017 优选地， 所述安装有。

13、机械爪上设置有力矩传感器， 用于将信号反馈给操作人员， 提 示是否抓住莲藕。 0018 本实用新型的工作原理为： 将船式挖藕装置移动至田间， 动力机构将转矩传递给 主动叶轮， 同时， 由坐在挖藕装置船体上的操作者从动舵轮的转动， 实现挖藕装置在田间的 自走和转向功能。 机械臂在田间在驱动电机的驱动下实现弯曲靠近藕， 由机械爪上的力矩 传感器的信号反馈给操作者控制安装高压水喷头的机械臂， 协同实现安装高压水喷头的机 械臂精准定位。 水泵产生的高压水经管路被输送到高压水喷头组进水口和机械臂上的高压 水喷头， 由高压水喷头喷出， 莲藕上的大部分泥层首先被高压水喷头组冲刷， 再由机械臂前 端的机械爪和。

14、安装高压水喷头的机械臂共同作业实现挖藕， 挖藕后人工旋转机械臂的基座 实现卸藕。 0019 本实用新型的有益效果是： 本设备和目前市场上的挖藕机相比， 改变了仅靠高压 水冲刷挖藕效率低或仅靠机械式挖藕对莲藕损伤大的现状， 通过高压水喷头组先将大部分 泥层冲刷后， 两机械臂协同工作再次对莲藕进行抓取和冲刷来实现挖藕， 作业过程中工作 效率高， 提高了莲藕机械化收获水平。 挖藕装置采用船式底盘， 能有效减少在田间前进时的 阻力， 降低能耗； 通过主动叶轮实现自走， 仅需一人完全坐在船式底盘上的座位上操作运 行， 无需人体接触水面， 操作者通过控制轮架的转动， 实现挖藕装置的转向。 相比目前市场 上。

15、现有的挖藕机， 解决了仍需人体下水的现状， 改善了作业环境， 有效减轻了劳动强度； 通 过双机械臂协同作业的方式， 机械爪和高压水喷头往复运动范围大， 作业灵活， 高压水喷头 组有效大范围的冲刷机械臂下方的黏性土壤， 减少了安装有高压水喷头的机械手的工作 量， 提高了效率， 有效改善南方黏性土壤环境下仅依靠高压水冲刷难以实现挖藕的现状。 同 说明书 2/4 页 4 CN 211267703 U 4 时安装板可翻转， 增加了机械臂的活动范围。 附图说明 0020 下面结合视图和实施对本实用新型做详细的描述。 0021 图1为船式挖藕装置的总体结构图。 0022 图2为本实用新型的船式底盘结构示意。

16、图； 0023 图3为本实用新型的安装板结构示意图； 0024 图4为本实用新型的高压水喷头组结构示意图； 0025 图5为本实用新型的夹取机械手结构示意图； 0026 图6为本实用新型的安装高压水喷头的机械臂结构示意图。 0027 图中： 101-座椅、 102-水泵、 103-动力机构、 104轮架、 106-底盘、 107-主动叶轮传动 轴、 108-转轴座、 201-伸缩机构、 202-销轴、 203-安装板、 301-喷头、 302-分水器、 303-进水弯 头、 401-旋转电机、 402-后端机械臂、 403-销轴、 404-机械爪、 405-前端机械臂、 406-基盘、 407。

17、-转动机构、 408-旋转机构、 504-高压水喷头、 505-高压水喷头组。 具体实施方式 0028 如图1， 一种基于机械手的船式挖藕装置， 由船式底盘6、 主动叶轮4、 从动舵轮5、 高 压水喷头组3、 夹取机械手2和安装高压水喷头的机械臂1组成； 0029 如图2， 船式底盘6是整个挖藕装置的载体， 包括： 底盘106、 动力机构103、 水泵102、 一对转轴座108、 座椅101、 主动叶轮传动轴107和轮架104。 动力机构103驱动主动叶轮传动 轴107旋转， 主动叶轮传动轴107轴梳连接主动叶轮4； 座椅101通过焊接固定在底盘106上， 为操作者提供驾驶空间； 如图3， 一。

18、对转轴座108对称安装在底盘船头， 安装板203底通过转 轴与一对转轴座108转动连接， 安装板203底面远离转轴处还与伸缩机构201的一端铰接， 伸 缩机构201的另一端与底盘船头铰接， 伸缩机构201中设有驱动伸缩机构伸缩的第三步进电 机， 夹取机械手2和安装高压水喷头的机械臂1安装在安装板底203顶面。 可翻转的安装板 203扩大了夹取机械手2和安装高压水喷头的机械臂1的作业角度。 0030 轮架104通过轴承与从动舵轮5进行连接， 轮架104可360 的在底盘底部旋转， 为整 个挖藕装置提供导向。 0031 如图4， 高压水喷头组3， 将水泵102产出经管路过来的高压水喷出， 用于先对。

19、覆盖 在莲藕上的大部分泥层进行冲刷， 焊接在底盘106的尾部的下端。 高压水喷头组包括： 喷头 301、 分水器302、 进水弯头303。 所述分水器302进水口直径为120mm； 分水口304有5个， 排列 成排， 直径为34mm； 所述喷头301整体为锥形， 长度为120mm， 分水口直径为12mm,每个分水口 上安装一个喷头， 有所喷头喷出方向指向所述机械臂前端下方。 0032 如图5和图6， 夹取机械手2和安装高压水喷头的机械臂1， 均包括机械臂， 机械臂前 端分别装配有机械爪404、 高压水喷头504， 机械臂包括前端机械臂405和后端机械臂402， 前 端机械臂405和机械爪404。

20、之间还连接有基盘406， 后端机械臂402通过基座409安装于所述 挖藕船船头即底盘， 后端机械臂402和基座409之间、 后端机械臂402和前端机械臂405之间 均通过可180 转动的转动机构407连接； 基座409内、 前端机械臂405和基盘406之间均安装 可360 旋转的旋转机构408， 基座409内安装用于驱动位于基座内的旋转机构进行旋转的旋 说明书 3/4 页 5 CN 211267703 U 5 转电机， 转动机构407上安装用于驱动位于基座409和后端机械臂402之间的和后端机械臂 402和前端机械臂405之间的转动机构407进行转动的第二步进电机410， 前端机械臂405上 。

21、安装用于驱动位于前端机械臂405和基盘406之间的旋转机构408进行旋转的旋转电机401。 水泵连接有一出水管， 该出水管的出水端连通所述高压水喷头， 随高压水喷头的指向处移 动， 通过上述结构使本实用新型的机械臂可在空间内任意角度移动， 即机械爪404可达到底 盘下的任何部位， 便于无死角地对藕田中的藕进行挖取， 也便于高压水喷头504无死角地对 藕田中的藕进行清洗。 0033 机械爪404上设置有力矩传感器， 当夹取机械手抓到莲藕后， 将信号反馈传递给操 作者， 操作者根据力矩大小判断是否夹到莲藕， 操控安装高压水喷头的机械臂用于对准莲 藕进行冲刷， 通过双机械臂协同作业对莲藕冲洗并采出。。

22、 0034 电机驱动器， 设置于挖藕船即底盘内， 电性连接并驱动旋转电机、 第二步进电机、 旋转电机正反转和停止， 蓄电池为电机驱动器、 旋转电机、 第二步进电机、 旋转电机供电。 0035 挖藕装置在田间的作业流程如下： 将挖藕机移动至莲藕生长区， 将水泵102的进水 口和蓄水池放在合适位置， 启动动力机构105， 使挖藕装置开始运转， 将田间水引入水泵 102， 从喷头301喷出， 先对覆盖在莲藕上的大部分泥层进行冲刷， 启动两个机械手臂， 通过 协同作用对莲藕再次冲洗并采出。 在作业过程中， 由一人坐在船式底盘的座椅101上操作即 可， 控制前进的方向以及机械臂等装置的启停， 实现挖藕。 0036 以上所述本实用新型的具体实施方式， 并不构成对本实用新型保护范围的限定。 任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形， 均应包含在本实用 新型权利要求的保护范围内。 说明书 4/4 页 6 CN 211267703 U 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 211267703 U 7 图3 图4 说明书附图 2/3 页 8 CN 211267703 U 8 图5 图6 说明书附图 3/3 页 9 CN 211267703 U 9 。