CN104647398A - 用于果实采摘的协作式双机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于果实采摘的协作式双机械臂，包括腰部旋转平台，在所述腰部旋转平台上对称设置两个含垂直升降关节、大臂转动关节、小臂转动关节的三自由度串联机械臂，所述腰部旋转平台改变机械臂整体朝向，升降关节实现在垂直方向上的定位，大臂转动关节、小臂转动关节实现在水平面内的定位。本发明所提供的双机械臂，能够协同操作，安装在机器人移动底盘上，每个臂的末端连接末端执行器，以双臂同时动作、协调合作的方式实现对果实的机械化自动采摘。

Description

用于果实采摘的协作式双机械臂
技术领域
本发明涉及农业机械自动化领域。更具体的说，涉及一种机械臂，尤其是一种能以双臂协作方式进行果实采摘的双机械臂结构。
背景技术
果实采摘作为农业生产的重要环节，传统上完全靠人工实现，费时费力。现代科技发展已实现了大量工业产品的少人或无人化生产，大大提高了生产效率，解放了劳动生产力，这一趋势也已在农业领域展现。不同于工业化标准产品，农产品个体间差异较大，且作业环境复杂，需要采用不同于现有工业设备的全新设计。以往果实采摘研究多采用标准工业机器人，由于这些机器人专为工业化标准作业设计，用于农业果实采摘时效果不佳。也有专为果实采摘用途设计的机器人手臂，如“一种果实采摘机器人机械臂(CN102806565A)”，但是，由于其采用单机械臂方案，在农业现场这种复杂环境下便显得不够灵活，单臂操作也加大了对末端执行器设计的难度。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于果实采摘的协作式双机械臂，双机械臂能够协同操作，可安装在机器人移动底盘上，每个臂的末端连接末端执行器，以双臂同时动作、协调合作的方式实现对果实的机械化自动采摘。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于果实采摘的协作式双机械臂，包括腰部旋转平台，在所述腰部旋转平台上对称设置两个含垂直升降关节、大臂转动关节、小臂转动关节的三自由度串联机械臂，所述腰部旋转平台改变机械臂整体朝向，升降关节实现在垂直方向上的定位，大臂转动关节、小臂转动关节实现在水平面内的定位。
所述腰部旋转平台由腰部回转电机经齿轮和第一谐波减速器减速后驱动。
所述垂直升降关节由垂直升降电机经第一同步带减速后转动滚珠丝杠实现。
所述大臂转动关节由与关节同轴安装的大臂关节电机经第三谐波减速器减速后驱动。
所述小臂转动关节由安装在大臂肩部的小臂关节电机经第二同步带和第二谐波减速器减速后驱动。
在初始位置时，两机械臂臂间夹角为90度。
所述滚珠丝杠形成垂直放置的移动滑台，两移动滑台间用加强板连接。
所述垂直升降电机带有电磁制动器，能够在电机断电时保持位置锁定。
所述机械臂末端有与末端执行器适配的安装法兰面。
所述谐波减速器与腰部旋转平台均有中心贯穿孔，两孔同轴，中间嵌套过线孔套，方便布置电源及控制线缆。
实施果实采摘作业时，可通过腰部旋转改变机械臂整体朝向，升降关节实现垂直方向定位，大小臂旋转关节实现在水平面内定位。由于采用双机械臂设计，可以模仿人类采摘动作，例如利用一臂拨除遮挡物以使另一臂接近果实，或者在一臂进行果柄分离时利用另一臂夹持固定果实。
本发明的有益效果是，提供了能够以双手协作方式完成果实采摘的双机械臂，该机械臂可以安装在地面移动平台上，并能方便地更换末端执行器，进行不同果实的自动化采摘。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明图1的俯视图；
图3是本发明的腰部关节沿图2的A-A向的剖面构造图；
图4是本发明的升降关节沿图2的B-B向的剖面构造图；
图5是本发明的手臂结构爆炸图。
图中1.小臂转动关节，2.大臂转动关节，3.小臂关节电机，4.大臂关节电机，5.垂直移动滑台，6.加强板，7.腰部回转电机，8.腰部旋转平台，9.垂直升降电机，10.承重底板，11.过线孔套，12.第一谐波减速器，13.小齿轮，14.油封，15.大齿轮，16.小同步带轮，17.第一同步带，18.大同步带轮，19.垂直轴底座，20.第二谐波减速器，21.肩部，22.第三谐波减速器，23.驱动器，24.同步带张紧轮，25.盖板，26.第二同步带。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参考图1～图5，一种用于果实采摘的协作式双机械臂，包括腰部旋转平台及两个对称分布的三自由度串联机械臂，机械臂末端有法兰面，用于安装末端执行器。
机械臂整体放置在承重底板10上，该承重板可固定在地面移动平台上，移动机械臂至不同位置进行果实采摘。腰部回转电机7和第一谐波减速器12与承重底板10固定，其中，腰部回转电机7输出经小齿轮13和大齿轮15单级减速后驱动空心轴第一谐波减速器12，第一谐波减速器12输出与腰部旋转平台8连接，带动腰部旋转平台8旋转。第一谐波减速器12与腰部旋转平台8均有中心贯穿孔，两孔同轴，与第一谐波减速器12的空心轴形成上下贯穿腰部的过线通孔，中间嵌套过线孔套11，方便布置电源及控制线缆。过线孔套11与固定底座间用油封14实现动密封。
腰部旋转平台8的对称位置上固定着两个结构相同的三自由度串联机械臂。当处于初始位置时，两机械臂间水平夹角为90度。腰部旋转平台8与垂直轴底座19用螺钉相连，垂直轴底座19上固定有垂直升降电机9和垂直移动滑台5。垂直升降电机9通过小同步带轮16、第一同步带17和大同步带轮18减速，带动垂直移动滑台5中的滚珠丝杠旋转，转化为手臂的升降运动。升降升降电机9带有电磁制动器，可在电机断电时保持位置锁定。二自由度平面连杆机械臂的肩部21固定在垂直移动滑台5的升降滑块上。肩部21安装有同轴的第三谐波减速器22和大臂关节电机4，实现大臂转动关节2的旋转运动。同样位于大臂转动关节2肩部的小臂关节电机3通过第二同步带26及与小臂转动关节1同轴的第二谐波减速器20减速后，带动小臂转动关节1旋转。大臂转动关节2肩部还固定有电机驱动器23，有助于减少走线，减小惯量。第二同步带26置于大臂转动关节2壳腔内，并采用同步带张紧轮24张紧，大臂转动关节2壳腔下开口面最后用盖板25密闭，实现对同步带传动机构的保护。为增强整体刚性，两垂直移动滑台5间用加强板6连接支撑。加强板6上部水平端面也可以用来放置摄像头或其他测量器材，为果实采摘提供所需信息。
具体实施采摘作业时，在机械臂末端安装根据果实特点设计的末端执行器，将双机械臂整体放置在地面移动平台上，利用如双目视觉、激光测距等技术方案获取果实相对于机器人本体的坐标方位，然后控制双臂采摘果实。由于具有腰部回转及双臂结构，本发明在采摘时会更加灵活，可有效提高采摘效率及采摘率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，包括腰部旋转平台，在所述腰部旋转平台上对称设置两个含垂直升降关节、大臂转动关节、小臂转动关节的三自由度串联机械臂，所述腰部旋转平台改变机械臂整体朝向，升降关节实现在垂直方向上的定位，大臂转动关节、小臂转动关节实现在水平面内的定位。
2.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述腰部旋转平台由腰部回转电机经齿轮和第一谐波减速器减速后驱动。
3.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述垂直升降关节由垂直升降电机经第一同步带减速后转动滚珠丝杠实现。
4.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述大臂转动关节由与关节同轴安装的大臂关节电机经第三谐波减速器减速后驱动。
5.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述小臂转动关节由安装在大臂肩部的小臂关节电机经第二同步带和第二谐波减速器减速后驱动。
6.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，在初始位置时，两机械臂臂间夹角为90度。
7.根据权利要求3所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述滚珠丝杠形成垂直放置的移动滑台，两移动滑台间用加强板连接。
8.根据权利要求3所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述垂直升降电机带有电磁制动器，能够在电机断电时保持位置锁定。
9.根据权利要求1所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述机械臂末端有与末端执行器适配的安装法兰面。
10.根据权利要求2所述的用于果实采摘的协作式双机械臂，其特征在于，所述谐波减速器与腰部旋转平台均有中心贯穿孔，两孔同轴，中间嵌套过线孔套，方便布置电源及控制线缆。
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