CN104690741A - 一种机械手末端执行器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手末端执行器装置，可用于农产品自动采摘、运转、分级、加工、包装过程中，该末端执行器装置包括手爪、铆钉、关节短连杆、关节长连杆、连杆、基座、连接板、拨轮、蜗轮蜗杆传动装置、电机、轴承盖；所述手爪通过关节长连杆、关节短连杆于基座相连，电机驱动蜗轮蜗杆带动拨轮转动，拨轮通过关节长连杆带动手爪运动；所述基座通过连接板与机械臂连接；该末端执行器装置通过电机的正反转，能够实现手爪的开合，可通过手爪内侧贴敷的触觉传感器，检测夹持力的大小，控制电机的运行，从而达到稳定抓取农产品的目的。

Description

一种机械手末端执行器装置

技术领域

本发明涉及一种及机器人技术领域，尤其是涉及一种农产品采摘、流通环节的机械手末端执行器装置，属于农业机器人领域。

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，2014年超过2.1亿吨。2013年中国蔬菜种植面积3亿多亩，产量7.06亿吨。虽然果品、蔬菜的产量很高，但在采摘、流通环节，腐损率高达20-30%，每年损失2000多亿元。由于我国农业现代化水平偏低，加上采摘、流通基本靠人工，使得我国果品、蔬菜产业在采摘、流通环节中成本急剧攀升，同时还造成巨大的浪费，影响到果品、蔬菜产品的销售价格。本发明的采摘机械手末端执行器，可以在农产品采摘、流通环节，夹持重量较轻、外形规整，整体尺寸不大的水果、蔬菜。

采摘、分级、包装是农产品生产中，最耗时、最费力的环节，属于劳动密集型作业。随着中国社会城镇化、老龄化进程，劳动力成本大幅提升，农业劳动力结构失衡，加之农业生产资料价格上涨，中国果蔬产品的价格比较优势正在下降。果蔬产业的标准化、规模化生产，可提高果蔬生产的质量、规模、产出率、生产率，提高中国农产品的竞争力。因此，研究低成本、高效的水果采摘、转运装置势在必行。农产品的采摘中，首先要将其夹持固定，才能实现剪柄，或小角度快速翻转采摘对象，使其脱落；农产品转运、分级、包装等环节也需要大量的夹持装置，以降低劳动强度和成本，提高效率和质量。

小型、轻质农产品的自动采摘、运转、分级、加工、包装过程中，要求机械手快捷、高效、准确的，以小角度翻转、小距离挪移。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，但在自然环境下，缺乏小范围腾挪的灵活性，效率低下，同时成本较高；部分采用了气泵的采摘机械手末端执行器，由于气体吸力作用于果品、蔬菜产品表层，会降低果品、蔬菜的表面品质，增加损耗；利用钢丝绳、弹簧组合，控制手爪开合的机械手末端执行器，会由于重复性操作，导致疲劳断裂，工作性能不稳定。

小型、轻质农产品的自动采摘、运转、分级、包装过程中，，所需的末端执行器数量较多，对动作精度、重复精度的相对要求不高，而对成本控制的要求比较高。因此，有必要开发一些新型的，低成本的末端执行器， 以进一步提高农产品自动化收获、运转、加工效率。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种机械手末端执行器装置，能够在农产品自动收获、流转、加工过程中，以较低的成本，较高的工作稳定性，高效夹持小型、轻质农产品，保障采摘、运转、分级、包装等环节，高效、便捷进行。

实现上述发明目的的技术方案是一种夹持小型、轻质农产品的机械手末端执行器装置，包括对称分布，内侧可以贴触觉传感器的左手爪、右手爪；所述的左、右手爪通过铆钉分别与左、右关节短连杆，左、右关节长连杆连接；所述左关节短连杆，前端与左手爪连接，后部与基座连接；所述右关节短连杆，前端与右手爪连接，后部与基座连接；所述左关节长连杆，前端与左手爪连接，中部与基座连接，后部与左连杆连接；所述右关节长连杆，前端与右手爪连接，中部与基座连接，后部与右连杆连接；所述左连杆的后部与拨轮的一个分叉相连，所述右连杆的前部，与拨轮的另外一个分叉相连；所述拨轮的形状为短圆柱，绕其表，均匀、对称分布有6片拨轮分叉，每片上有两个安装圆孔；所述拨轮，通过轴与蜗轮相连；所述蜗轮，与蜗杆的中部啮合；所述蜗杆，前部通过轴承与轴承盖相连，后部通过联轴器与电机相连；所述电机，通过电机固定螺栓与基座连接； 所述基座，通过左、右连接板与机械臂连接。

本发明一种机械手末端执行器装置的工作原理：

电机转动，驱动蜗杆、蜗轮，转动拨轮，通过左、右连杆，左、右关节长连杆，带动左、右手爪同时运动，实现夹持动作的开、合；当电机正转时，末端执行器夹紧，电机反转时，末端执行器松开。

本发明的机械手末端执行器装置，在动作精度、重复精度要求不高的场合，在较小的空间内，能够小角度翻转，小距离挪移，同时，结构简单，成本低，携带、维修方便，而且工作效率高。

附图说明

图1为机械手末端执行器装置的主视图。

图2为机械手末端执行器装置的左视图。

图3为机械手末端执行器装置的后视图。

图4为蜗轮蜗杆传动局部视图。

图5为拨轮结构。

图6为连接板与机械臂连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对所述的一种机械手末端执行器装置进一步说明。

图1为本发明一种机械手末端执行器装置的实施方式的主视图，包括对称分布，内侧可以贴触觉传感器的左手爪11、右手爪12；所述的左手爪11、右手爪12，通过铆钉211、212、225、226，分别与左关节短连杆311、右关节短连杆321，左关节长连杆312、右关节长连杆322连接；所述左关节短连杆311，前端与左手爪11连接，后部与基座5连接；所述右关节短连杆321，前端与右手爪12连接，后部与基座5连接；所述左关节长连杆312，前端与左手爪11连接，中部与基座5连接，后部与左连杆313连接；所述右关节长连杆322，前端与右手爪12连接，中部与基座5连接，后部与右连杆3223连接；所述左连杆313的后部与拨轮6的一个分叉相连，所述右连杆323的前部，与拨轮6的另外一个分叉相连。

图2给出了机械手末端执行器装置的左视图，图3给出了机械手末端执行器装置的后视图，图4给出了蜗轮蜗杆传动局部视图，包括蜗轮72；所述蜗轮72，通过轴与拨轮6相连，与蜗杆71的中部啮合；所述蜗杆71，前部通过轴承与轴承盖75相连，后部通过联轴器74与电机73相连；所述电机73，通过电机固定螺栓761与基座5连接。

图5 给出了拨轮结构，所述拨轮6的形状为短圆柱，绕其表，均匀、对称分布有6片拨轮分叉，每片上有两个安装圆孔。

图6给出了连接板与机械臂连接示意图，包括基座5；所述基座5，通过左连接板51、右连接板52与机械臂9连接。

本发明的一种机械手末端执行器装置，当需要夹持农产品时，控制电机73转动，驱动蜗杆71、蜗轮72，转动拨轮6，通过左连杆313、右连杆323，左关节长连杆312、右关节长连杆322，带动左手爪11、右手爪12同时运动，实现夹持动作的开、合；当电机73正转时，末端执行器夹紧，电机73反转时，末端执行器松开。

本发明的一种机械手末端执行器装置，可在左手爪11、右手爪12内侧，贴压力传感器，设定压力值，根据传感器检测检测压力，构成反馈系统，降低对农产品表面品质的破坏。当力的大小到达设定值时，控制电机74停转，在蜗轮71、蜗杆72的自锁条件下，左手爪和右手爪保持夹持力不变，从而达到稳定抓取工件的目的。

本发明的一种机械手末端执行器装置，通过使用拨轮，简化了末端执行器的结构，成本低，已与维修、保养；并使用了指尖贴敷的触觉传感器和蜗轮蜗杆传动装置，保证了工件夹持的稳定性。

Claims (1)

1.一种机械手末端执行器装置，包括左手爪（11）、右手爪（12）、关节短连杆I（311）、关节短连杆II（321）、关节长连杆I（312）、关节长连杆II（322）、连杆I（313）、连杆II（323）、轴（4）、基座（5）、左连接板（51）、右连接板（52）、拨轮（6）、蜗杆（71）、蜗轮（72）、电机（73）、联轴器（74）、轴承盖（75）、左连接板（51）、右连接板（52）、轴承盖固定螺钉（751）、电机固定螺栓（761）、机械臂固定螺栓（81）、机械臂固定垫片（82）、机械臂固定螺母（83）；其特征在于，所述关节短连杆I（311）前端与左手爪（11）连接，后部与基座（5）连接；所述关节短连杆II（321）前端与右手爪（12）连接，后部与基座（5）连接；

所述左关节长连杆（312）前端与左手爪（11）连接，中部与基座（5）连接、后部与左连杆（313）连接；所述右关节长连杆（322）前端与右手爪（12）连接，中部与基座（5）连接，后部与右连杆（323）连接；

所述的拨轮（6）的一个分叉与左连杆（313）的后部相连，与该分叉对称的另外一个分叉与右连杆（323）的前部相连；所述拨轮（6）呈短圆柱形状，绕其表，均匀、对称分布有6片拨轮分叉，每片上有两个安装圆孔；

所述蜗轮（72）通过轴（4）与拨轮（6）相连；所述蜗杆（71）前部通过联轴器（74）与电机（73）相连，后部通过轴承与轴承盖（75）相连，中部与蜗轮（72）啮合；所述电机（73），通过电机固定螺栓（761）与基座（5）连接；

所述基座（5）通过左连接板（51）、右连接板（52）与机械臂（9）连接。