CN105598949A - 助力式机械臂及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种助力式机械臂及其工作方法，助力式机械臂包括驱动执行模块和控制模块和显示模块，其中，驱动执行模块包括动力源和执行机构，所述执行机构包括臂部执行部件、连杆臂、执行开关和肩部转动部件，连杆臂与肩部转动部件通过转动副连接，臂部执行部件与连杆臂通过滑动副连接，臂部执行部件上分布有至少三个执行开关；控制模块包括控制系统和分布在执行机构上的定位感应系统。本发明能够判断工人的运动趋势，主动做出判断，从而辅助工人进行一系列采摘动作。

Description

助力式机械臂及其工作方法

技术领域

本发明涉及半自动助力机械臂领域，具体是一种助力式机械臂及其工作方法。

背景技术

水果采摘作业是水果生产链中最耗时、费力的一个环节，约占整个周期工作量的三分之一以上。国内水果采摘基本上都是由人工进行的，其费用成本高，并且时间较为集中，劳动强度特别大。而且我国现在正面临人口老龄化的问题，农业劳动力正在向第二、第三产业转移，劳动力资源不足已成为了现实。目前，我国从事水果采摘的工人大多为中老年人，然而由于采摘作业的特点，即：作业季节性强、劳动强度大，决定了工人不能长时间胜任这一工作。因此，从这一方面来说减少采摘作业劳动强度对确保果实适时采收有很大影响。

另外一方面，由于采摘作业的复杂性，采摘种类的差异性，导致采摘自动化的程度不高。目前，国内已经出现草莓自动化采摘设备、番茄自动化采摘设备等，该类设备的原理是用机器视觉代替人眼实现自动采摘。然而目前机器视觉技术发展并不太成熟，没有统一的有效的算法，在面对复杂工况的情况下，会出现识别错误，和识别时间长的问题。而且在机器手自动采摘的过程中，还容易与果实相碰撞，从而导致果实破裂。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种助力式机械臂及其工作方法,能够判断工人的运动趋势，主动做出判断，从而辅助工人进行一系列采摘动作。

本发明提供的助力式机械臂包括驱动执行模块和控制模块和显示模块，其中，驱动执行模块包括动力源和执行机构，所述执行机构包括臂部执行部件、连杆臂、执行开关和肩部转动部件，连杆臂与肩部转动部件通过转动副连接，臂部执行部件与连杆臂通过滑动副连接，臂部执行部件上分布有至少三个执行开关；控制模块包括控制系统和分布在执行机构上的定位感应系统。

进一步改进，所述的动力源为电机，以铆接方式安装在肩部转动部件外侧。

进一步改进，所述的所述臂部执行部件结构为凹形结构。

进一步改进，所述连杆臂与肩部转动部件之间的转动副为转动关节，其内部是活动轴，外部是固定件。

进一步改进，所述的转动关节设有双重限位保护装置，分别为由转角控制的硬限位装置和由限位开关控制的软限位装置。

进一步改进，所述的滑动副包括六角螺栓、滚花螺栓、滑槽，滚花螺栓沿滑槽滑动。

进一步改进，所述的控制系统内嵌入有BP人工神经网络系统。

进一步改进，所述的臂部执行部件上布置有三个执行开关，包括布置在臂部执行部件前侧的前执行开关，上侧的上执行开关和下侧的下执行开关。

本发明还提供了一种助力式机械臂的工作方法，包括以下步骤：

1）穿戴机械臂，根据使用者的臂长，通过滑动副调节臂部执行部件的长度；

2）开机自检；

3）触碰到上执行开关，触发抬升命令，控制系统计算出工作角速度和单位工作时间，并向电机输入驱动信号，使臂部执行部件以工作角速度匀速抬升；

4）臂部执行部件上升到需要位置时再次触碰上执行开关进行制动，若臂部执行部件上升到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动，此时，使用者开始进行作业；

5）一次作业完成后，使用者触碰下执行开关触发下降命令，臂部执行部件按照控制系统所计算出的工作参数进行下摆转动；

6）臂部执行部件下降到需要位置时再次触碰下执行开关进行制动，若臂部执行部件下降到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动；

7）重复步骤3）至6），循环作业；

8）作业结束后，关闭系统脱下机械臂。

本发明有益效果在于：

1、用以牵引工人进行采摘动作，从而减缓工人疲劳感，延长工作时间，增加工作效率。

2、控制系统能够判断工人的运动趋势，主动做出判断，从而辅助工人进行一系列采摘动作。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明工作流程示意图。

具体实施方式

本发明结构如图1所示，包括肩部转动部件1、电机2、转动关节3、六角螺栓4、滚花螺栓5、滑槽6、前执行开关7、上执行开关8、臂部执行部件9、连杆臂10、下执行开关11。

本发明一种具体实施方式如下：电机2布置在肩部转动部件1上，驱动连杆臂10进行转动。肩部转动部件1与连杆臂10通过转动副连接，所述转动副为转动关节3，其内部是活动轴，外部是固定件，转动关节3设有双重限位保护装置，分别为由转角控制的硬限位装置和由限位开关控制的软限位装置。连杆臂10与臂部执行部件9通过滑动副连接，所述滑动副主要由六角螺栓4、滚花螺栓5和滑槽6组成。其中，滚花螺栓5起连长度调节作用，通过调节滚花螺栓5在滑槽6中的位置，就能调节连杆臂10的长度。另外，两颗六角螺栓4在滑动副中起固定连接作用。此外，呈“凹形”结构的臂部执行部件9上布置有三个执行开关，分别位布置在臂部执行部件12前侧的前执行开关7，上侧的上执行开关8和下侧的下执行开关11。

本发明工作流程如图2所示，包括以下步骤：

1）穿戴机械臂，根据使用者的臂长，通过滑动副调节臂部执行部件的长度；

2）开机自检；

3）触碰到上执行开关，触发抬升命令，控制系统计算出工作角速度和单位工作时间，并向电机输入驱动信号，使臂部执行部件以工作角速度匀速抬升；

4）臂部执行部件上升到需要位置时再次触碰上执行开关进行制动，若臂部执行部件上升到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动，此时，使用者开始进行作业；

5）一次作业完成后，使用者触碰下执行开关触发下降命令，臂部执行部件按照控制系统所计算出的工作参数进行下摆转动；

6）臂部执行部件下降到需要位置时再次触碰下执行开关进行制动，若臂部执行部件下降到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动；

7）重复步骤3）至6），循环作业；

8）作业结束后，关闭系统脱下机械臂。

本发明所述助力机械臂初始位置是由内嵌在控制系统中的BP神经网络算法得出的，该算法原理是将机械臂在每次工作状态中的摆动幅度、工作速度等作为样本分类存储在数据库中。对每类样本进行相互比对，去除差异较大的样本，得出工作过程中活动频率最高的工作参数，比如机械臂下摆位置、机械臂抬升速度、机械抬升极限位置。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种助力式机械臂，其特征在于：包括驱动执行模块和控制模块和显示模块，其中，驱动执行模块包括动力源和执行机构，所述执行机构包括臂部执行部件（9）、连杆臂（10）、执行开关和肩部转动部件（1），连杆臂（10）与肩部转动部件（1）通过转动副连接，臂部执行部件（9）与连杆臂（10）通过滑动副连接，臂部执行部件（12）上分布有至少三个执行开关；控制模块包括控制系统和分布在执行机构上的定位感应系统。

2.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的动力源为电机（2），以铆接方式安装在肩部转动部件（1）外侧。

3.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的所述臂部执行（9）部件结构为凹形结构。

4.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述连杆臂（10）与肩部转动部件（1）之间的转动副为转动关节（3），其内部是活动轴，外部是固定件。

5.根据权利要求4所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的转动关节（3）设有双重限位保护装置，分别为由转角控制的硬限位装置和由限位开关控制的软限位装置。

6.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的滑动副包括六角螺栓（4）、滚花螺栓（5）、滑槽（6），滚花螺栓（5）沿滑槽（6）滑动。

7.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的控制系统内嵌入有BP人工神经网络系统。

8.根据权利要求1所述的助力式机械臂，其特征在于：所述的臂部执行部件（9）上布置有三个执行开关，包括布置在臂部执行部件（9）前侧的前执行开关（7），上侧的上执行开关（8）和下侧的下执行开关（11）。

9.一种助力式机械臂的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）穿戴机械臂，根据使用者的臂长，通过滑动副调节臂部执行部件的长度；

2）开机自检；

3）触碰到上执行开关，触发抬升命令，控制系统计算出工作角速度和单位工作时间，并向电机输入驱动信号，使臂部执行部件以工作角速度匀速抬升；

4）臂部执行部件上升到需要位置时再次触碰上执行开关进行制动，若臂部执行部件上升到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动，此时，使用者开始进行作业；

5）一次作业完成后，使用者触碰下执行开关触发下降命令，臂部执行部件按照控制系统所计算出的工作参数进行下摆转动；

6）臂部执行部件下降到需要位置时再次触碰下执行开关进行制动，若臂部执行部件下降到极限位置时没有收到制动命令，则强制臂部执行部件制动；

7）重复步骤3）至6），循环作业；

8）作业结束后，关闭系统脱下机械臂。