一种用于沙漠植树的仿生蜘蛛机器人及其工作方法

本发明涉及机器人，具体而言，尤其涉及一种用于沙漠植树的仿生蜘蛛机器人及其工作方法。

背景技术：

1、目前，土地沙漠化面积日益增大，沙漠天气恶劣，风沙较大，严重影响树苗的种植。

2、市面上大多植树机器人为单一功能机器人，需要多个不同功能的机器人一起工作才能完成植树任务，不仅繁琐、操作难度高、消耗较大且功能单一，且种植的树苗存活率没有保证，很多树苗出现被风吹弯折或倾斜等现象。

3、因此需要一款植树机器人，旨在解决人力资源消耗过大及对树苗种植的存活率问题。

技术实现思路

1、根据上述提出现有植树机器人繁琐、操作难度高、消耗较大且功能单一的技术问题，而提供一种用于沙漠植树的仿生蜘蛛机器人及其工作方法。本发明主要仿照蜘蛛吐丝的原理，结合自动化设计及原理使得仿生蜘蛛机器人能自动将从尾部种植完成的树苗进行缠线，这种独特的缠线设计可让树苗在种下时相互支撑，相互依扶，大大增加了对风沙的抵抗性和栽种成活率。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种用于沙漠植树的仿生蜘蛛机器人，其特征在于，包括头部机构、颈部机构、行走机构以及躯体机构；

4、所述头部机构包括花瓣形头部，所述花瓣形头部的前端设置有视觉检测及探测镜头装置，所述花瓣形头部的下端与弦杆通过螺栓球连接成可旋转结构，所述可旋转结构的下端与颈部机构连接；

5、所述颈部机构包括多级弹簧伸缩杆结构，所述多级弹簧伸缩杆结构的下端通过法兰固定在滑块上，所述滑块连接于导轨上，所述的滑块及导轨通过螺栓连接套件固定在躯体机构的上底板上；

6、所述行走机构包括六足行走装置和轮式移动装置；

7、所述六足行走装置包括三组舵机操控组合结构，所述舵机操控组合结构的下端与仿生小腿连接，所述仿生小腿的下端与驱动电机固定连接，所述驱动电机下端与机器人足部装置连接，所述足部装置由多个扇形板组成。

8、所述轮式移动装置包括支架座，所述支架座通过转动轴上部与躯体结构的下底板连接，所述转动轴下部与支撑杆连接，每个所述支撑杆下端连接万向轮，两个所述万向轮通过车轴固定连接，所述车轴中间安有减速电机；横梁伺服电机通过电机支架固定在躯体机构的下底板上且与丝杠反向器连接，所述丝杠反向器与丝杠一端铰接，丝杠的另一端通过固定块与下底板连接；

9、所述躯体机构包括上底板和下底板，所述上底板的上端设置有躯壳，所述躯壳内设置有水箱、水泵，所述躯壳外侧铺设太阳能板，所述躯体机构还包括钻土机构、树苗运输机构、培土机构、缠线机构。

10、进一步地，所述多级弹簧伸缩杆结构包括上颈部、中颈部、下颈部，所述上颈部、中颈部以及下颈部通过导向套依次连接且可以上下伸缩。

11、进一步地，所述可旋转结构包括转轴和连接块，所述花瓣形头部的下端通过转轴与连接块连接，所述连接块的下端与上颈部连接。

12、进一步地，所述六足行走装置中三组舵机操控组合结构包括第一舵机、第二舵机以及第三舵机，所述第一舵机通过支撑垫和螺栓连接套件滑动连接在下底板上，第一舵机摆臂嵌合在第一舵机支架上并和第一舵机通过螺栓连接套件固定连接；所述第二舵机铰接在第一舵机支架上，第二舵机摆臂嵌合在第二舵机支架上并和第二舵机通过螺栓连接套件固定连接；所述第二舵机支架与仿生大腿的上端固定连接，所述仿生大腿的下端与第三舵机连接，所述第三舵机铰接在第三舵机支架上，第三舵机摆臂嵌合在第三舵机支架上并和第三舵机通过螺栓连接套件固定连接。

13、进一步地，所述轮式移动装置还包括上支臂和下支臂，所述上支臂与下支臂通过螺栓连接于支撑杆中间的安装孔，所述上支臂的下端通过连接杆与下支臂上端相连接，所述上支臂的上端铰接于躯体机构的下底板上。

14、进一步地，所述钻土机构包括搭桥，所述搭桥通过第四舵机摆臂与第四舵机连接，所述第四舵机通过螺栓紧固组件固定在下底板上，所述搭桥与第一齿条机构连接，所述第一齿条机构滑动连接在第一连接板的凹槽内；所述第一齿条机构与第一齿轮啮合连接，步进电机通过传动轴带动所述第一齿轮转动；所述第一齿条机构上固定连接第一正反转电机，所述第一正反转电机下部连接有螺旋钻头。

15、进一步地，所述树苗运输机构包括四组舵机操控组合结构和树苗存放箱；所述树苗运输机构中四组舵机操控组合结构包括第五舵机、第六舵机、第七舵机以及第八舵机；所述第五舵机固定连接在上底板上，所述第五舵机通过螺栓连接第五舵机支架并与第一传动臂固定连接；所述第一传动臂与第六舵机固定连接，所述第六舵机通过螺栓连接第六舵机支架并与第二传动臂固定连接；所述第二传动臂与第七舵机固定连接，第七舵机摆臂嵌合在第七舵机支架上并和第七舵机通过螺栓连接套件固定连接；所述第七舵机支架与连接臂螺栓连接，所述连接臂与第八舵机固定连接；所述第八舵机上端设有弧形夹爪，所述弧形夹爪为可以啮合的齿轮结构，所述齿轮结构用于抓取树苗存放箱中的树苗。

16、进一步地，所述培土机构固定在下底板上，所述培土机构包括培土板，所述培土板通过螺栓与第二齿条机构固定连接，所述第二齿条机构滑动连接在带有凹槽的第二连接板中，所述第二齿条机构与第二齿轮啮合连接，第二正反转电机驱动第二齿轮在第二齿条机构上移动。

17、进一步地，所述缠线机构固定连接下底板上并安装于培土机构的后端；所述缠线机构包括丝杆装置，所述丝杠装置固定连接于下底板下端，所述丝杠装置前侧设置有驱动电机；所述丝杠装置两侧连接有固定板，所述固定板与安装板通过螺栓连接；所述安装板与第三连接板固定连接，所述第三连接板凹槽内滑动连接第三齿条机构；所述第三齿条机构与第三齿轮啮合连接，第三正反转电机驱动第三齿轮在第三齿条机构上移动；所述第三齿条机构下端连接有绕线圈，所述绕线圈内部设置有以两个第四齿轮啮合的方式连接的绕线条，第四正反转电机带动第四齿轮进而带动绕线条沿着线轴转动。

18、本发明还提供一种用于沙漠植树的仿生蜘蛛机器人的工作方法，包括如下过程：

19、依靠机器人头部机构前端的视觉检测及探测镜头装置中的环境分析模块进行视觉分析后，机器人依靠行走机构行进至指定位置，钻土机构中的步进电机带动第一齿轮进行转动，使第一齿条机构上下移动，进而使得螺旋钻头上下移动形成坑洞；

20、树苗运输机构中的第五舵机、第六舵机、第七舵机组合机分别工作，使连接臂移动至树苗存放箱，弧形夹爪对树苗的精确抓取，抓取后精确放入坑洞中；

21、采用培土机构，培土机构的两个第二正反转电机同时工作，驱动第二齿轮和第二齿条机构移动，进而驱动培土板下降，对树苗进行覆土压实；

22、培土后，对栽好的树苗进行缠线，首先通过第三正反转电机和驱动电机同时工作，使缠线机构轴线下降到树苗的四分之三处，此时，丝杠装置开始工作，使得缠线机构前后平移，此时树苗会通过绕线圈中缝，线完全搭在树苗上，随后第四正反转电机工作，使得绕线条旋转使线轴间的线缠绕在树苗上；

23、对一颗树苗缠线完成后，收回装置，机器人继续前进，进行对下一棵树苗的种植任务，多棵树苗缠线结束后使其连成一个整体，达到加固的效果。

24、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、1、本发明的机器人大大降低了人工植树的需求，自主规划栽种路径、精准探测树苗的栽种位置、自动挖坑栽种压土，极大的提高劳动产生产率。

26、2、本发明针对荒漠植树治理中，树苗可能会因为沙漠的恶劣气候如大风天气等，而导致树苗夭折或被影响其生长形态。该机器人仿照蜘蛛吐丝的原理，结合自动化设计及原理使得仿生蜘蛛机器人能自动从尾部对种植完成的树苗进行缠线，独特的缠线设计可让树苗在种下时相互支撑，相互依扶，大大增加了对风沙的抵抗性和栽种成活率。

27、3、本发明中机器人具有两种行走形态，六条腿具有六组舵机装置可让机器人独立行走，独特的扇形的足部设计让其在松软易下陷的沙地上安全支撑，使其不会受到沙漠环境的因素而影响正常工作；轮式移动又能使其在公路上行动自如，节约运输成本。

28、4、本发明中机器人躯壳外侧铺设太阳能板，工作时可利用沙漠中的阳光对自身进行充电，减缓电池损耗，增加使用寿命，也延长了机器人的使用时间，充分利用太阳能，大大降低了能源消耗，提高经济意义和广阔的应用前景。