CN104663138A - 一种苹果采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种苹果采摘机械手，包括末端执行器，所述末端执行器，通过腕关节翻滚电机、齿条，与手腕连接，所述手腕，通过腕关节偏转轴、腕关节偏转电机，与小臂连接，所述小臂，通过肘关节轴、肘关节电机与大臂相连，所述大臂，通过肩关节轴、肩关节端盖、肩关节电机与立柱连接，所述立柱，通过凸台、腰关节大齿轮、腰关节小齿轮、腰关节电机与底座连接；该采摘机械手，通过腰关节电机、齿轮带动立柱转动，肩关节电机带动大臂转动，肘关节电机带动小臂上下俯仰，腕关节偏转电机，带动手腕左、右偏转，腕关节翻滚电机带动末端执行器旋转；末端执行器由电机驱动齿轮、齿条，带动杠杆，使手爪开合，手爪内侧可粘橡胶垫，降低采摘对象的破损率。

Description

一种苹果采摘机械手

技术领域

 本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种农产品采摘机械手，属于农业机器人技术领域。

背景技术

2013年中国果园播种面积为1113.95万公顷，水果总产量2亿吨。果品采摘作业量，约占果品生产作业量的50%。而且为了保护果品质量，必须做到适时采摘。目前，我国的果品采摘基本靠人工，随着中国社会城镇化、老龄化进程，劳动力成本大幅提升，使得果品采摘成本急剧攀升。人工采摘过程中，由于体力下降，身体疲劳等因素，会对果品表面品质有一定损伤，间接提升采摘成本。采摘成本提升，最终会抬升果品价格，影响果品销售。果品采摘是劳动密集型作业。对于家庭种植的、少量的采摘作业，人工还可以完成，但对规模化、果园化种植的采摘，如果还是由人工进行的话，就很难适应市场发展的需要。由于果品采摘对象的复杂性、工作环境的非结构性，目前国内的采摘自动化程度仍然很低，使得果农的劳动生产率低，劳动强度大，生产环境恶劣。因此，发展自动化收获技术，研究开发自动化采摘装置，对目前的果业生产自动化的提升，是有积极意义的。

传统机械手末端执行器，大都采用工业机器人的设计思路，比较规整，可靠性高，但成本也高，维修、保养需要专业人士，而农产品采摘具有时效性，对维修、保养的简单、时效性要求比较高，本发明的采摘机械手，可以在果品采摘环节，高效、低成本采摘水果，使果品生产标准化、规模化，提高竞争力。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于设计一种苹果采摘机械手，以适应高效、快捷的果品采摘，同时维修、保养简单，能减轻果农的劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种苹果采摘机械手，包括末端执行器，所述末端执行器通过腕关节翻滚电机、齿条与手腕连接，所述手腕通过腕关节偏转电机、腕关节偏转轴与小臂连接，所述小臂通过肘关节轴、肘关节电机与大臂相连，所述大臂通过肩关节轴、肩关节端盖、肩关节电机与立柱连接，所述立柱通过凸台、腰关节大齿轮、腰关节小齿轮、腰关节电机与底座连接。

    所述腰关节电机固定在底座上，通过腰关节小齿轮、腰关节大齿轮的啮合，带动立柱转动，使得末端执行器，能根据作业对象坐标，左右方向快速调整。

所述肩关节电机固定在立柱上，带动大臂转动，使得采摘机械手末端执行器，能根据作业对象坐标，高低方向快速调整。

所述肘关节电机固定在大臂上，带动小臂上下俯仰，使末端执行器上下俯仰，能根据作业对象坐标，高低方向微调。

所述腕关节偏转电机固定在小臂上，通过驱动手腕转动，使末端执行器左、右偏转，能根据作业对象抓取坐标，左右微调。

所述末端执行器，包括齿轮，固定在齿轮固定板上，齿轮固定板由固定板螺钉固定在手爪支架上，手爪支架通过左销、右销分别与左杠杆、右杠杆中部连接，左杠杆、右杠杆上部通过铆钉与连接板连接，下部分别通过左手爪螺钉、右手爪螺钉与左手爪、右手爪相连；所述连接板上部通过连接板螺钉与齿条端部固连，齿条中部与齿轮啮合，上部与手腕、腕关节翻滚电机连接；所述左、右手爪，呈上宽下窄梯形，且相向对称放置，增大了与采摘对象的接触面积，内侧分别粘接左、右橡胶垫，减少作业对象的破损率。

所述夹紧电机通过齿条驱动齿轮运动，带动左、右杠杆动作，使左、右手爪开合，实现对作业对象的抓取。

所述腕关节翻滚电机固定在手腕上，与齿条连接，驱动末端执行器旋转，拧断作业对象果梗，实现采摘。

所述末端执行器左、右杠杆中，开设有滑槽，左、右销分别插在滑槽里并与手爪支架固连。

按照本发明所提供的设计方案，本装置具有5个自由度，腰关节电机驱动腰关节小齿轮、腰关节大齿轮旋转，带动立柱旋转，实现左右方向坐标快速调整；肩关节电机直接驱动大臂旋转，实现上下方向坐标快速调整；肘关节电机直接驱动小臂旋转，实现上下方向坐标微调；腕关节偏转电机，驱动手腕转动，使末端执行器做左右偏转动作，实现左右方向坐标微调；腕关节翻滚电机驱动末端执行器做旋转动作，实现果实采摘；夹紧电机通过正反转，驱动齿轮、齿条运动，带动杠杆使手爪开合，实现果实抓取；本装置结构简单，使用方便灵活，制作成本低廉，维护保养简单、快捷。

附图说明

图1为本发明的苹果采摘机械手立体结构示意图；

图2为本发明的苹果采摘机械手俯视图；

图3为本发明的苹果采摘机械手末端执行器机构图；

图4为本发明的苹果采摘机械手底座剖视图；

图5为本发明的苹果采摘机械手手肩关节结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。

参见图1、图2，一种采摘机械手，包括末端执行器7，所述末端执行器7，通过腕关节翻滚电机,18、齿条20，与手腕6连接，所述手腕6，通过腕关节偏转电机15、腕关节偏转轴16，与小臂5连接，所述小臂5，通过肘关节轴11、肘关节电机12与大臂4相连，所述大臂4，通过肩关节轴26、肩关节端盖27、肩关节电机22与立柱3连接，所述立柱3，通过凸台2、腰关节大齿轮25、腰关节小齿轮24、腰关节电机8与底座1连接；

参见图4，所述腰关节电机8固定在底座1上，通过腰关节小齿轮24、腰关节大齿轮25的啮合，带动立柱3转动，使得末端执行器7，能根据作业对象坐标，左右方向快速调整。

参见图5，所述肩关节电机22，固定在立柱3上，带动大臂4转动，使得采摘机械手末端执行器7，能根据作业对象坐标，高低方向快速调整。

参见图2，所述肘关节电机12固定在大臂4上，带动小臂5上下俯仰，使末端执行器7上下俯仰，能根据作业对象坐标，高低方向微调。

所述腕关节偏转电机15固定在小臂5上，通过驱动手腕6转动，使末端执行器7左、右偏转，能根据作业对象坐标，左右微调。

参见图3，所述齿轮702，固定在齿轮固定板701上，所述齿轮固定板701，由固定板螺钉704，固定在手爪支架708上，所述手爪支架708，通过左销7101、右销7102，分别与左杠杆7121、右杠杆7122的中部连接，所述左杠杆7121、右杠杆7122，上部通过铆钉707，与连接板706连接，下部分别通过左手爪螺钉7131、右手爪螺钉7132与左手爪7111、右手爪7112相连；所述连接板706，上部通过连接板螺钉705与齿条20端部固连；所述齿条20，中部与齿轮702啮合，上部与手腕6、腕关节翻滚电机18连接；所述左手爪7111、右手爪7112，呈上宽下窄梯形，且相向对称放置，增大了与采摘对象的接触面积，内侧分别粘接左橡胶垫7121、右橡胶垫7122，减少作业对象的破损率。

    所述夹紧电机703，驱动齿轮702、齿条20运动，带动左杠杆7091、右杠杆7092动作，使左手爪7111、右手爪7112开合，实现对作业对象的抓取。

所述腕关节翻滚电机18固定在手腕6上，与齿条20连接，驱动末端执行器7旋转，拧断作业对象果梗，实现采摘。

所述末端执行器7的左杠杆7121、右杠杆7122中开设有滑槽，左销7101、右销7102，分别插在滑槽里并与手爪支架708固连。

本发明的一种采摘机械手，工作原理是：

本采摘机械手具有5个自由度，腰关节电机8驱动腰关节小齿轮24、腰关节大齿轮25旋转，带动立柱3旋转，实现末端执行器7，在左右方向，对作业对象坐标快速调整；肩关节电机22直接驱动大臂4旋转，实现末端执行器7，在上下方向，对作业对象坐标快速调整；肘关节电机12直接驱动小臂5旋转，实现末端执行器7，在上下方向，对作业对象坐标微调；腕关节偏转电机15，驱动手腕6转动，使末端执行器7左右偏转，实现对作业对象坐标左右微调；腕关节翻滚电机18驱动末端执行器7做旋转动作，实现作业对象采摘；夹紧电机703通过正反转，驱动齿,702、齿条20运动，带动杠杆7091、7092，使手爪7111、7112开合，实现果实抓取；

本发明的一种采摘机械手，在腰关节电机8、肩关节电机22、肘关节电机12，和腕关节偏转电机15的驱动下，使立柱3、大臂4、小臂5、手腕6和末端执行器7协调运动，接近作业对象；在达到目标位置后，电机703正转驱动齿轮702旋转，使齿条20向右相对运动，通过连接板706带动杠杆7091、7092，分别绕销7101、7102转过一定角度，从而使手爪7111、7112闭合；手爪7111、7112到达预定位置后，电机703停止转动，腕关节翻滚电机18，带动末端执行器7旋转，将作业对象的果梗拧断，然后腕关节翻滚电机18停止转动；在腰关节电机8、肩关节电机22、肘关节电机12，和腕关节偏转电机15的驱动下，末端执行器7，运动到果筐附近，电机703反转，使手爪张开，作业对象放入果篮，完成采摘。

本发明的一种采摘机械手，结构简单，使用方便灵活，制作成本低廉，维护保养简单、快捷。

Claims (4)

1.一种苹果采摘机械手，包括末端执行器（7），其特征在于，所述末端执行器（7）通过腕关节翻滚电机（18）、齿条（20）与手腕（6）连接，所述手腕（6）通过腕关节偏转电机（15）、腕关节偏转轴（16）与小臂（5）连接，所述小臂（5）通过肘关节轴（11）、肘关节电机（12）与大臂（4）相连，所述大臂（4）通过肩关节轴（26）、肩关节端盖（27）、肩关节电机（22）与立柱（3）连接，所述立柱（3）通过凸台（2）、腰关节大齿轮（25）、腰关节小齿轮（24）、腰关节电机（8）与底座（1）连接；所述腰关节电机（8）固定在底座（1）上，通过腰关节小齿轮（24）、腰关节大齿轮（25）的啮合，带动立柱（3）转动；

所述肩关节电机（22）固定在立柱（3）上； 

所述肘关节电机（12）固定在大臂（4）上；

所述腕关节偏转电机（15）固定在小臂（5）上。

2.根据权利要求1所述的苹果采摘机械手，其特征在于，所述末端执行器（7）包括齿轮（702），所述齿轮（702）固定在齿轮固定板（701）上，所述齿轮固定板（701）由固定板螺钉（704）固定在手爪支架（708）上，所述手爪支架（708），通过左销（7101）、右销（7102）分别与左杠杆（7121）、右杠杆（7122）的中部连接，所述左杠杆（7121）、右杠杆（7122）上部通过铆钉（707）与连接板（706）连接，下部分别通过左手爪螺钉（7131）、右手爪螺钉（7132）与左手爪（7111）、右手爪（7112）相连；所述连接板（706）上部通过连接板螺钉（705）与齿条（20）端部固连；所述齿条（20）中部与齿轮（702）啮合，上部与手腕（6）、腕关节翻滚电机（18）连接；所述左手爪（7111）、右手爪（7112）呈上宽下窄梯形，且相向对称放置，内侧分别粘接左橡胶垫（7121）、右橡胶垫（7122）。

3.根据权利要求1所述的苹果采摘机械手，其特征在于，所述末端执行器（7），包括夹紧电机（703），所述夹紧电机（703）通过齿条（20）驱动齿轮（702）连接。

4. 根据权利要求1所述的苹果采摘机械手，其特征是：所述末端执行器（7）的左杠杆（7121）、右杠杆（7122）中开设有滑槽，左销（7101）、右销（7102），分别插在滑槽里并与手爪支架（708）固连。