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吸盘式农业机器人的清洗装置设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-01 13:18:47    浏览次数:15    评论:0
导读

文章提出了一种新型的多吸盘组合真空吸附式农业清洗机器人的硬件结构和驱动方式的设计方案。该机器人以常见的单吸盘轮为本体,在其上安装四条蠕动行动结构以及四个转轮清洗结构,其可以通过切换吸附模式实现在玻璃表面的移动,从而发挥清理功能。关键词:吸附式;农业;机器人;清洗;装置;设计1 技术背景及意义随

1 技术背景及意义

随着中国农业的发展,越来越多的现代化生产工具、仪器被不断引进国内。玻璃温室就是农业现代化的一大产物,透光性是评价温室性能最基本的一项指标,玻璃温室的玻璃表面保持清洁是必要的,但玻璃温室玻璃表面巨大,清洁困难。吸附式农业清洗机器人就应运而生了。吸附式农业清洗机器人可以代替农业工作者完成这一项需要花费大量时间和精力的工作,从而解放大量的劳动力[1]

2 吸附式农业机器人的硬件设计

2.1 移动装置设计

吸附式农业清洗机器人共有2种移动方式为沿竖直方向移动和沿水平方向移动。当农业机器人沿着竖直方向移动时,水平移动机构上的吸盘放开,位于竖直移动机构上对应移动方向的吸盘先吸附,机器人整体向移动方向移动,当量吸盘靠近时,与移动方向相反的吸盘吸附,与移动方向对应吸盘放开,机器人整体再次向移动方向移动,当机器人移动到两吸盘分别位于各自顶端时,机器人完成一次向对应方向上的移动,多次重复该过程即可实现向着对应方向长距离的移动。当机器人沿水平方向移动时水平移动机构方式与沿竖直方向竖直移动机构上吸盘工作方式相同,移动吸盘移动方式与沿竖直方向移动带上吸盘工作方式相同。

2.2 越障装置设计

当吸附式农业清洗机器人移动时遇到玻璃温室玻璃间隙处,吸盘1吸附,2吸盘放开移动到移动带中间处后吸附,移动完成后吸盘1放开,移动装置将吸盘1整体提起,机器人整体向移动方向移动,当吸盘2再次位于末端时,移动装置3将吸盘1放下,吸盘1吸附后吸盘2放开,机器人整体再次向移动方向移动,当吸盘位于移动带中间位置时,移动装置4吸盘2放下,吸盘2吸附,吸盘1放开,机器人整体向移动方向移动,当吸盘1返回末端时,吸盘1吸起,机器人返回移动状态。

2.3 清洗装置设计

清洗装置由转轮、清洁布、微型水泵、水箱组成。水槽中安装有喷水软管与水泵相连,水泵分别安装在转轮9、10、11、12中心处,清洁布安装与转轮表面。在清洗过程中,转轮旋转,带动转轮表面清洁布与玻璃表面产生摩擦,通过转轮的旋转实现清洁布与玻璃间的摩擦实现清洁作业。并且通过每隔一段时间微型水泵从水箱中抽取少量的水与清洁液喷洒于清洁布上,进一步提高机器人的清洁效果。

3 安全性分析

从结构上可以看出对机器人工作安全性和可行性影响最大的是机器人本身受到的重力,也就是说机器人工作时的吸盘所提供的静摩擦力必须大于重力G[3-4]

由于工作表面是玻璃,采用丁腈橡胶作为吸盘材质,可提供0.5的摩擦力系数,工作过程中清洗液会使玻璃表面变得湿,摩擦系数降低0.1~0.4,从安全的角度考虑,假设降低0.4,摩擦力系数可用如下公式表示:

若吸盘内受外界压力为P,两侧吸盘表面积均为S,则

要使机器人不会因为重力下滑,则F>G,得

考虑到实际情况,设机器人受到的重力为50N,则

吸盘的直径公式可以通过以下公式确定:

式中:p为真空吸附度,根据实际情况考虑可取0.08MPa;F为吸盘的吸吊能力;A为吸盘的有效面积(mm2),一般情况下实际有效面积为80%;D为吸盘的直径;a为安全系数(安全系数=极限应力/许用应力>=1),通常情况下取2。

吸盘的直径可用如下公式表示:

当移动带上的吸盘直径D≥35.3mm时,擦窗机器人有着良好的安全性和稳定性。

4 结束语

文章主要设计了一种新型吸附式农业机器人,完成了对其移动设备、越障设备以及清洗设备的硬件设计,并对吸附式农业机器人设备进行了安全性分析,吸附式农业机器人可以在正常条件下完成清洗工作。

参考文献:

[1]江楠,司丽娜,蔡增玉.基于无线网络安全的农业机器人自动避障系统[J].农机化研究,2019,42(2):238-242.

[2]王经健.基于蓝球比赛运动的农业机器人避障系统设计[J].农机化研究,2019,42(2):247-249+255.

[3]左恩强,包兴海.集群式农业机器人特点及前景概述[J].农业开发与装备,2019(2):89+93.

[4]刘凡,杨光友,杨康.农业采摘机器人柔性机械手研究[J].中国农机化学报,2019,40(3):173-178.


 
关键词: 农业机器人
(文/小编)
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