[0001] 本发明涉及一种山地田间运输作业机及其在烟叶采摘运输作业中的应用，属于山地田间移动机构领域。

[0002] 随着山地田间农业技术的不断开发，人们对生产山地田间作物的机械化要求越来越高，急需具有各种辅助功能的运输机构来促进山地田间作物的产业升级。

[0003] 普通轮式机构自由度较低，只适用于一般地形且移动方式单一。而传统履带式机构虽然增加了一定的自由度，但当遇到山地上较大的障碍物时，其越过障碍物的情况无法得到保证。因此，无论是普通轮式机构还是传统履带式机构，当面对路况复杂的山地地形时，由于自由度较低，就会导致轮或履带无法及时适应山地地面，进而无法确保机构与地面的接触面积是否符合正常行进的标准，最终导致机构陷于复杂的山地地形中无法前进。进一步地，烟草作为经济作物，在国民经济中占有重要地位。传统的烟草种植业中的烟叶采摘过程主要依靠人工采摘，人工采摘费时费力，且烟农种植成本逐年增加，烟叶是否成熟依旧靠经验判别，存在采摘过早，降低烟叶烘烤品质的风险。因此，为了降低烟农劳作强度、降低人力物力及种植成本，规避人为采摘经验，并为了弥补普通移动机构在山地环境下应用不足的问题，有必要提供新型山地田间运输作业机。

[0042] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

[0043] 实施例1：如图1‑23所示，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种山地田间运输作业机，包括模块化上装1、腿部机构2、车架3；所述腿部机构2包括腿部机构Ⅰ4、腿部机构Ⅱ5、腿部机构Ⅲ6、腿部机构Ⅳ7；所述车架3包括车身74、转向机构Ⅰ79、转向机构Ⅱ84；所述车身74上安装模块化上装1，所述车身74下部安装呈对称布置的转向机构Ⅰ79、转向机构Ⅱ84，所述腿部机构Ⅰ4通过转动轴8与转向机构Ⅰ79一侧固定连接，所述腿部机构Ⅱ5通过对应的转动轴8与转向机构Ⅰ79另一侧固定连接，所述腿部机构Ⅲ6通过对应的转动轴8与转向机构Ⅱ84一侧固定连接，所述对应的腿部机构Ⅳ7通过对应的转动轴8与转向机构Ⅱ84另一侧固定连接。

[0044] 具体而言，腿部机构Ⅰ4通过转动轴8与转向机构Ⅰ79中的驱动转向板Ⅰ95、驱动转向板Ⅱ96固定连接，腿部机构Ⅱ5通过转动轴8与转向机构Ⅰ79中的从动转向板Ⅰ89、从动转向板Ⅱ90固定连接，腿部机构Ⅲ6、腿部机构Ⅳ7与转向机构Ⅱ84的连接同腿部机构Ⅰ4、腿部机构Ⅱ5，通过转向电机94的转动实现四组腿部机构的不同角度变化，腿部机构多零件协同作用实现总体机构在X、Y轴方向上的位移。

[0045] 进一步地，所述腿部机构Ⅰ4、腿部机构Ⅱ5、腿部机构Ⅲ6、腿部机构Ⅳ7结构相同，均包括转动轴8、四个连杆Ⅰ9、两个连杆Ⅱ10、两个带轴承的连杆Ⅲ11、伸缩轴12、腿部伸缩连接轴13、两个履带连接架14、连接板15、液压缸Ⅰ16、液压缸Ⅱ17和履带部分18；其中，转动轴8直接与四个连杆Ⅰ9的一端相连组成转动副，四个连杆Ⅰ9相互平行，伸缩轴12一端与转动轴8连接组成转动副，伸缩轴12另一端与两个带轴承的连杆Ⅲ11同轴连接，两个连杆Ⅱ10、两个带轴承的连杆Ⅲ11分别与四个连杆Ⅰ9连接且对称分布(四个连杆Ⅰ9呈上下分为两组：上连杆组、下连杆组，两个连杆Ⅱ10、两个带轴承的连杆Ⅲ11的一端分别与上连杆组连接，两个连杆Ⅱ10、两个带轴承的连杆Ⅲ11的另一端分别与下连杆组连接)，四个连杆Ⅰ9另一端与腿部伸缩连接轴13一端固定连接，通过伸缩轴12与各种连杆的共同作用，使四组腿部机构上下运动，实现总体在Z轴方向上的角度变化，两个履带连接架14一端固定安装在腿部伸缩连接轴13另一端两侧，两个履带连接架14另一端分别与左右两条履带部分18中的连杆Ⅵ
32同轴连接且转动配合，连接板15固定安装于腿部伸缩连接轴13下侧，液压缸Ⅰ16、液压缸Ⅱ17的一端与连接板15同轴连接且转动配合，液压缸Ⅰ16、液压缸Ⅱ17另一端分别与一条履带部分18中的连杆Ⅴ34同轴连接且转动配合，使得液压缸Ⅰ16、液压缸Ⅱ17有效控制履带部分18绕连杆Ⅵ32、连杆Ⅴ34转动，实现水平方向一定角度的变化，履带部分18中齿轮Ⅰ19、齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21共同作用设置呈三角形，且根据所处地形路面的条件不同，腿部伸缩连接轴13配合液压缸工作可以改变履带部分18与地面的接触角度，更好的适应路面。

[0046] 进一步地，各腿部机构的履带部分均有两组且呈对称分布；所述履带部分18包括齿轮Ⅰ19、齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21、固定板Ⅰ22、固定板Ⅱ23、固定板Ⅲ24、电动机底座25、履带条26、轴承座27、电动机固定架Ⅰ28、电动机固定架Ⅱ29、电动机30、轴承31、连杆Ⅵ32、连杆Ⅳ
33、连杆Ⅴ34、侧板Ⅰ35、侧板Ⅱ36；其中，侧板Ⅰ35和侧板Ⅱ36通过固定在两者之间呈平行布置的固定板Ⅰ22、固定板Ⅱ23、固定板Ⅲ24共同作用使之呈平行状态，经轴承安装在侧板Ⅰ35和侧板Ⅱ36之间的连杆Ⅵ32与履带连接架14转动配合，电动机底座25安装于侧板Ⅰ35与侧板Ⅱ36之上，电动机固定架Ⅰ28、电动机固定架Ⅱ29将电动机30固定于电动机底座25，轴承座27固定安装在电动机底座25上并与电动机固定架Ⅱ29平行，轴承31安装在轴承座27内，电动机30的输出轴穿过轴承31且端部固定安装齿轮Ⅰ19，经轴承安装在侧板Ⅰ35和侧板Ⅱ36之间的连杆Ⅳ33、连杆Ⅴ34通过外部轴承分别与齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21相互配合(即连杆Ⅳ33通过轴承与齿轮Ⅱ20配合，连杆Ⅴ34通过外部轴承与齿轮Ⅲ21配合)，齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21、齿轮Ⅰ19与履带条26内圈啮合，在齿轮Ⅰ19的带动下实现齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21共同转动。

[0047] 进一步地，所述齿轮Ⅰ19的直径大于齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21，基于该设计可获得大的传动比，使得传递效率更高，履带条运转速度更快，若齿轮Ⅰ19直径小于齿轮Ⅱ20和齿轮Ⅲ21，将导致履带条运转速度变慢，使得整机移动速度不快，烟叶采摘效率不高。

[0048] 进一步地，所述齿轮Ⅰ19、齿轮Ⅱ20、齿轮Ⅲ21均为直齿轮。

[0049] 根据本发明实施例的第二方面，提供了一种山地田间运输作业机在烟叶采摘运输作业中的应用，用于对烟叶进行采摘作业及运输作业。

[0050] 进一步地，所述模块化上装1采用机械臂，所述机械臂包括基座37、转盘38、杆Ⅰ电机盖39、杆Ⅰ40、杆Ⅱ41、杆Ⅲ42、法兰盘Ⅲ43、杆Ⅱ电机44、杆Ⅳ45、杆Ⅴ盖板46、杆Ⅴ47、双耳支座48、基座电机49、法兰盘Ⅰ50、杆Ⅰ电机51、连接轴52、杆Ⅴ电机53、法兰盘Ⅳ54、阶梯轴55、法兰盘Ⅱ56、六角螺母57和夹爪机构；其中，基座电机49被固定在基座37内，转盘38与基座电机49输出端的法兰盘Ⅰ50同轴连接，通过基座电机49转动，实现机械臂整体绕Z轴旋转；
杆Ⅰ电机51固定在杆Ⅰ40内并在杆Ⅰ40外侧固定有杆Ⅰ电机盖39，杆Ⅰ40固定在转盘38上，杆Ⅱ
41一端通过法兰盘Ⅱ56与杆Ⅰ电机51的输出轴固定连接；杆Ⅱ电机44固定在杆Ⅱ41上，杆Ⅲ
42一端通过法兰盘Ⅲ43与杆Ⅱ电机44的输出轴固定连接；杆Ⅳ45一端通过销轴与杆Ⅲ42另一端转动配合，杆Ⅳ45另一端通过销轴与杆Ⅴ47及杆Ⅴ盖板46一端转动配合，带轴承的杆Ⅴ47与杆Ⅱ41通过连接轴52同轴配合连接，杆Ⅱ41、杆Ⅲ42、杆Ⅳ45、杆Ⅴ47共同组成平行四边形结构，通过控制控制杆Ⅱ电机44转动，实现杆Ⅴ47绕X轴方向旋转(即绕连接轴52转动)，通过杆Ⅰ电机51转动，使得杆Ⅱ41、杆Ⅲ42、杆Ⅳ45、杆Ⅴ47、双耳支座48和夹爪机构绕X轴旋转；杆Ⅴ电机53固定于杆Ⅴ47内并在杆Ⅴ47外侧固定杆Ⅴ盖板46，双耳支座48与阶梯轴55一端通过六角螺母57固定连接，而阶梯轴55另一端穿过杆Ⅴ47另一端的内置轴承与杆Ⅴ电机53的输出轴通过两个法兰盘Ⅳ54同轴连接，阶梯轴55与杆Ⅴ47另一端内置轴承转动配合，通过控制杆Ⅴ电机53转动，使得双耳支座48和固定在双耳支座48上的夹爪机构绕Y轴旋转。

[0051] 进一步地，所述夹爪机构包括剪切夹爪部分、夹取夹爪部分，两个部分关于双耳支座48呈对称布置。

[0052] 进一步地，所述剪切夹爪部分包括板Ⅰ58、板Ⅱ59、夹爪杆Ⅰ60、夹爪从动齿轮杆Ⅰ61、夹爪杆Ⅱ62、剪切电机63、夹爪驱动齿轮杆Ⅰ64、刀片65；其中，剪切电机63固定在双耳支座48一耳板外侧，板Ⅱ59固定在双耳支座48的一耳板内侧，夹爪从动齿轮杆Ⅰ61、夹爪驱动齿轮杆Ⅰ64、两根夹爪杆Ⅰ60固定在板Ⅰ58、板Ⅱ59之间组成转动副，剪切电机63的输出轴与夹爪驱动齿轮杆Ⅰ64齿轮端固定连接，夹爪从动齿轮杆Ⅰ61、夹爪驱动齿轮杆Ⅰ64一端的齿轮相互啮合，夹爪从动齿轮杆Ⅰ61、夹爪驱动齿轮杆Ⅰ64另一端分别与一根夹爪杆Ⅱ62中部转动配合，两根夹爪杆Ⅱ62的一端部分别与一根夹爪杆Ⅰ60一端转动配合，两根夹爪杆Ⅰ60的另一端安装在板Ⅰ58、板Ⅱ59之间且转动配合，两根夹爪杆Ⅱ62的另一端部固定有刀片65，通过控制剪切电机63转动，带动齿轮啮合转动，实现剪切夹爪做剪切部分运动。

[0053] 进一步地，所述夹取夹爪部分包括夹板66、夹爪驱动齿轮杆Ⅱ67、夹爪杆Ⅲ68、夹取电机69、夹爪从动齿轮杆Ⅱ70、夹爪杆Ⅳ71、板Ⅲ72、板Ⅳ73；其中，夹取电机69固定在双耳支座48另一耳板外侧，板Ⅲ72固定在双耳支座48另一耳板内侧，夹爪驱动齿轮杆Ⅱ67、夹爪从动齿轮杆Ⅱ70、两根夹爪杆Ⅳ71、固定在板Ⅲ72、板Ⅳ73之间组成转动副，夹取电机69的输出轴与夹爪驱动齿轮杆Ⅱ67齿轮端固定连接，夹爪驱动齿轮杆Ⅱ67、夹爪从动齿轮杆Ⅱ70一端的齿轮相互啮合，夹爪驱动齿轮杆Ⅱ67、夹爪从动齿轮杆Ⅱ70另一端分别与一根夹爪杆Ⅲ68中部转动配合，两根夹爪杆Ⅲ68的一端部分别与一根夹爪杆Ⅳ71一端转动配合，两根夹爪杆Ⅳ71的另一端安装在板Ⅲ72、板Ⅳ73之间且转动配合，两根夹爪杆Ⅲ68的另一端部固定有弧形夹板66，通过控制夹取电机69转动，带动齿轮啮合转动，实现夹取夹爪部分做夹取运动。

[0054] 进一步地，还包括激光雷达75、烟叶识别相机76、相机支架77、地形摄像头78、车身支架Ⅰ80、控制器支架81、控制器82、车身支架Ⅱ83、车身支架Ⅲ85、电池支架86、电池87、车身支架Ⅳ88；其中，两个模块化上装1左右对称固定在车身74上部两侧且两者之间设置车仓用于收集采摘的烟叶，激光雷达75、地形摄像头78固定在车身74上，激光雷达75和地形摄像头78实时采集地面障碍物信息，并通过SLAM技术建立实时地形图，针对前方地面有凸起障碍物，控制系统通过动态调整四组腿部机构的伸缩轴12，使得四组腿部机构的履带部分18上下转动，进而使车身74底部避开障碍物，针对前方地面有凹坑，控制系统动态调整四组腿部机构的液压缸Ⅰ16、液压缸Ⅱ17，使四组腿部机构的履带部分18绕连杆Ⅵ32转动，实现水平方向一定角度的变化，使得履带条26更贴合地面，成功驶过凹坑，烟叶识别相机76通过相机支架77固定在车身74上，烟叶识别相机76扫描前方每片烟叶并确定烟叶位置，使用图像处理分析，提取烟叶颜色偏态参数与SPAD值，利用BP神经网络判别该烟叶是否达到成熟标准，针对成熟度达标的烟叶，控制系统控制模块化上装1将烟叶采摘下来并放入车身74的车仓内，控制器82固定在车身74下，且位于烟叶识别相机76下方；转向机构Ⅰ79通过车身支架Ⅰ80、车身支架Ⅱ83固定于车身74下部一侧，转向机构Ⅱ84通过车身支架Ⅲ85、车身支架Ⅳ88固定于车身74下部另一侧，电池87通过电池支架86固定在车身74下。

[0055] 进一步地，所述转向机构Ⅱ84、转向机构Ⅰ79结构相同，以转向机构Ⅰ79进行描述：所述转向机构Ⅰ79包括从动转向板Ⅰ89、从动转向板Ⅱ90、横梁91、转向连杆Ⅰ92、转向连杆Ⅱ
93、转向电机94、驱动转向板Ⅰ95、驱动转向板Ⅱ96、驱动齿轮97、扇形从动齿轮98；其中，横梁91上侧与车身支架Ⅰ80、车身支架Ⅱ83固定连接，从动转向板Ⅰ89、驱动转向板Ⅰ95分别安装在横梁91上侧两端组成转动副，转向连杆Ⅰ92两端分别与从动转向板Ⅰ89、驱动转向板Ⅰ95转动配合，横梁91、从动转向板Ⅰ89、驱动转向板Ⅰ95、转向连杆Ⅰ92组成平行四杆机构；从动转向板Ⅱ90、驱动转向板Ⅱ96分别安装在横梁91下侧两端组成转动副，转向连杆Ⅱ93两端分别与从动转向板Ⅱ90、驱动转向板Ⅱ96转动配合，横梁91、从动转向板Ⅱ90、驱动转向板Ⅱ96、转向连杆Ⅱ93组成平行四杆机构；转向电机94固定安装在横梁91内，驱动齿轮97与转向电机94同轴固定连接，驱动转向板Ⅰ95和驱动转向板Ⅱ96固定连接腿部机构Ⅰ4中的转动轴8，从动转向板Ⅰ89和从动转向板Ⅱ90固定连接腿部机构Ⅱ5中的转动轴8，通过转向电机
94驱动驱动齿轮97转动，带动固定在驱动转向板Ⅱ96上的扇形从动齿轮98转动，进而驱动转向板Ⅰ95和驱动转向板Ⅱ96同步转动，从而实现接腿部机构Ⅰ4和腿部机构Ⅱ5同向转动。

[0056] 应用上述技术方案可知，将本发明提出的高自由度的山地田间运输作业机应用在在烟叶采摘运输作业，相比于普通轮式移动机构和传统履带式移动机构，具有更广的地形应用能力和更全的山地作物辅助作用。具体而言，本发明的山地田间运输作业机通过激光雷达和地形摄像头实时采集地面障碍物信息，利用SLAM技术实时搭建地形地图，控制器根据地图中的障碍物信息，控制每组腿部结构的液压缸伸缩，在平行四连杆结构(即转动轴8、四个连杆Ⅰ9中的上连杆组、四个连杆Ⅰ9中的下连杆组、连杆11构成的平行四连杆结构)和液压缸协同作用下，调节四组腿部机构上下转动，以保证机构在面对凸起地形时，使车身底盘高于凸起物，以保证作业机的凸起地形通过能力。机构在面对凸起地形时，通过控制器控制液压缸伸缩长度，以调整履带条与地面的贴合角度，增大履带条与地面的接触面积，保证自身的平稳性。车身带有车仓，其上搭载了整机控制器、烟叶识别相机和两个模块化上装。在烟叶识别相机通过图像处理，提取烟叶颜色偏态参数与SPAD值，利用BP神经网络判别该烟叶是否达到成熟标准，并定位到成熟烟叶位置后，控制器驱动电机使夹爪机构靠近烟叶根部(即通过驱动基座电机49、杆Ⅰ电机51、杆Ⅱ电机44、杆Ⅴ电机53的运动以实现夹爪机构靠近烟叶根部)，进一步地，控制器控制夹取电机69转动，带动夹板66夹紧烟叶；进一步地，控制器控制剪切电机63转动，带动剪切夹爪部分中刀片剪切烟叶根部，剪切后将烟叶放入车仓中，通过集剪切、夹取、存放于一体，实现成熟烟叶自动采摘全过程。

[0057] 此外，模块化上装末端更换不同执行器，可实现针对山地作物不同功能的替换，具体可替换为接口相同的插苗机构、农药喷洒机构、施肥机构、采摘机构等其他机构，以满足烟草种植的不同需求，实现集播种、插苗、灌溉、打药、施肥、采摘等作物辅助功能于一体。因此，本发明的四足山地田间运输作业机比传统山地田间运输作业机具有更丰富的功能，并且更适用于山地地形，降低烟叶采摘人工成本，提高采摘效率，提高烟叶烘烤质量，会有更广泛的应用前景。

[0058] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。