CN105798941A - 一种适于禽蛋抓取的机械手 - Google Patents

Abstract

一种适于禽蛋抓取的机械手，包括导杆，导杆上同轴安装有气囊，气囊上侧与气囊座相连接，气囊下侧与滑块接触，压簧与导杆同轴安装，压簧位于滑块下方；导杆上安装有拉杆架、抓爪架，压簧位于拉杆架、抓爪架之间；拉杆架与抓爪架之间活动安装有拉杆，抓爪架上活动安装有夹爪，夹爪末端设有蛋托。本发明一种适于禽蛋抓取的机械手，将禽蛋用夹爪抓取后同时用负压吸附，实现禽蛋的柔性抓取并提高抓取可靠性、降低定位精度；以便配合漫游拾蛋机器人完成拾蛋工作，实现蛋品的自动化收集。

Description

一种适于禽蛋抓取的机械手

技术领域

本发明涉及一种适于禽蛋抓取的机械手，特别适用于禽蛋等非平整表面物料的柔性抓取。

背景技术

禽蛋具有极高的营养价值，在食品行业和人们的日常生活中都具有很大的需求量。散养蛋由于营养价值更高，更是具有极大的市场需求。在散养蛋的养殖方式中，家禽在林间产蛋的位置不固定，且养殖面积大，禽蛋的拾取主要靠人工实现，工人劳动强度高，劳动环境恶劣。在工厂生产中，捕获禽蛋的方式是负压吸取。但生产中禽蛋通常是在生产线上的特定位置捕获，因此负压吸盘只需沿某一特定路径捕获禽蛋，因此对禽蛋的定位精度无特别的要求。

发明内容

本发明提供一种适于禽蛋抓取的机械手，将禽蛋用夹爪抓取后同时用负压吸附，实现禽蛋的柔性抓取并提高抓取可靠性、降低定位精度；以便配合漫游拾蛋机器人完成拾蛋工作，实现蛋品的自动化收集。

本发明所采用的技术方案是：

一种适于禽蛋抓取的机械手，包括导杆，导杆上同轴安装有气囊，气囊上侧与气囊座相连接，气囊下侧与滑块接触，压簧与导杆同轴安装，压簧位于滑块下方；导杆上安装有拉杆架、抓爪架，压簧位于拉杆架、抓爪架之间；拉杆架与抓爪架之间活动安装有拉杆，抓爪架上活动安装有夹爪，夹爪末端设有蛋托。

所述气囊座与气囊以密封的气体通路相连，气囊座内部开有孔，以使得气体得以通过。

所述气囊座的内径向尺寸略大于气囊充满气时的直径，以保证气囊在径向有合适的运动空间。

所述气囊座与导杆螺纹旋转配合，通过螺纹调节气囊座在导杆上的位置，可以控制夹爪的最大张开角度。

所述压簧的上、下端分别设有上弹簧座、下弹簧座并与之接触。

所述导杆下端同轴安装有吸盘座，多层吸盘安装于吸盘座上。多层吸盘位于多个蛋托几何中心的正上方。

所述拉杆架、拉杆、抓爪架、夹爪组成连杆机构，夹爪的爪根与抓爪架铰接，夹爪的爪颈与拉杆的末端铰接，拉杆的首端铰接于可随滑块一起滑动的拉杆架上，拉杆架与滑块通过螺钉固定连接。

所述拉杆为三个，所述夹爪为三个，三个拉杆、三个夹爪均以导杆为轴心，均匀分布安装在拉杆架、抓爪架上。

所述蛋托为橡胶材料制成的柔性蛋托，其末端磨钝处理，防止夹爪末端损伤蛋体。

所述气囊连接血压计充气气囊、或者微型气泵。

本发明一种适于禽蛋抓取的机械手，技术效果如下：

1：为使得气囊未充气时，夹爪处于张开状态，采用弹簧使得滑块在无气囊的附加外压力时处于上极限位置，处于该位置的滑块通过连杆机构确保夹爪打开。

2：气囊座与导杆以螺纹旋转连接，使得气囊在轴向有且仅有一个方向的运动被约束。螺纹的设计使得夹爪最大张开角度可在一定范围内调节。

3：多层吸盘的层数应满足夹爪闭合、蛋托捕获禽蛋后，大多数禽蛋可以与吸盘相接触。对于体积不满足这一条件的禽蛋，可单独使用夹爪对这类禽蛋实施抓取。同时，多层吸盘的层数也可根据实际情况进行更换，以满足不同的工作需求。

4：负压多层吸盘:配合夹爪的使用。这种配合使得在禽蛋的抓取时，夹爪可以把位于其附近的禽蛋拨到夹爪的中心，进而对禽蛋实施捕获，这一特点使得禽蛋定位的精度可一定程度地降低。

5：多层吸盘末端与蛋托闭合时几何中心的位置关系被合理设计，使得蛋体被多层吸盘吸附时，蛋体仍可部分与蛋托接触，或蛋体踢开蛋托的距离不足以使蛋体跌落时发生损伤

6：夹爪对蛋体的抓取作用可在无多层吸盘的状态下独立使用。独立使用时，由于气囊的气体需求量很小，故可通过改进血压计充气气囊或微型气泵对该气囊充气，避免使用笨重复杂的气动系统使得操作不灵活。

7：夹爪的设计使得机械手可以在无负压吸盘的作用下，独立地对禽蛋实施抓取。同时也使得体积较小的、不满足负压吸盘高度设计要求的这类无法被吸盘捕获的禽蛋，可单独地通过夹爪进行抓取。这一特点扩大了本发明的适用范围。

8：本发明提供一种适于禽蛋抓取的机械手，作为漫游拾蛋机器人的末端执行器，体积较小，可安全地对禽蛋实现柔性抓取，且夹爪的设计可降低对散养蛋的定位精度，提高了抓取的可靠性。本发明可配合漫游拾蛋机器人使用，实现散养蛋的自动抓取。

附图说明

图1是本发明的夹爪张开的结构图；

图2是本发明的夹爪闭合的结构图。

图3是本发明的气囊与气囊座的结构图；

图4是本发明的夹爪末端蛋托的结构图。

图5是本发明的气动系统主要部分的示意图。

图6是本发明的三位三通电磁阀控制气囊充气的示意图。

图7是本发明的三位三通电磁阀控制气囊放气的示意图。

图8是本发明的三位三通电磁阀控制气囊保持的示意图。

具体实施方式

如图1～图4所示，

导杆1上安装有拉杆架8、抓爪架9，压簧10位于拉杆架8、抓爪架9之间。

拉杆架8与抓爪架9之间活动安装有拉杆5，抓爪架9上活动安装有夹爪6，夹爪6末端设有蛋托7。

所述气囊座3与气囊4以密封的气体通路相连，气囊座3内部开有孔，以使得气体得以通过。

所述气囊座3的径向尺寸略大于气囊4充满气时的直径，以保证气囊4在径向有合适的运动空间。

所述气囊座3与导杆1螺纹旋转配合，通过螺纹调节气囊座3在导杆1上的位置，可以控制夹爪6的最大张开角度。

所述压簧10的上、下端分别设有上弹簧座11、下弹簧座11’并与之接触。

所述导杆1下端同轴安装有吸盘座12，多层吸盘13安装于吸盘座12上。多层吸盘13位于多个蛋托7几何中心的正上方。

所述拉杆架8、拉杆5、抓爪架9、夹爪6组成连杆机构，夹爪6的爪根与抓爪架9铰接，夹爪6的爪颈与拉杆5的末端铰接，拉杆5的首端铰接于可随滑块2一起滑动的拉杆架8上，拉杆架8与滑块2通过螺钉固定连接。

所述拉杆5为三个，所述夹爪6为三个，三个拉杆、三个夹爪均以导杆1为轴心，均匀分布安装在拉杆架8、抓爪架9上。

所述蛋托7为橡胶材料制成的柔性蛋托，其末端磨钝处理，防止夹爪末端损伤蛋体。

所述气囊4连接血压计重气充气气囊、或者微型气泵。

[pl1]气囊4未充气时，压簧10处于初始位置，滑块2处于上极限位置，夹爪6处于打开状态；气囊4充气后，其一端的运动被气囊座3限制，另一端的运动未被限制，从而带动滑块2向下运动并压缩压簧10；当气囊4充气到最大形变后，滑块2处于下极限位置。滑块2的运动带动拉杆5的摆动，通过连杆机构实现夹爪6的开合。之后，气囊4放气，压簧10所受的附加压力消失，压簧10自动回复初始位置，夹爪6随之打开。

即：压簧10使得气囊4不充气时，自动限制滑块2处于上极限位置；在气囊4不充气时，自动限制夹爪6处于打开状态。

实施步骤：

本发明作为漫游拾蛋机器人的末端执行器，可配合其完成蛋品的自动化收集。当机器人发现蛋品后，机械臂将末端执行器，即本发明的机械手，送至蛋品所在的位置附近。在这一过程中，电磁阀不开启，气囊4未充气，夹爪6处于打开状态，如图1所示。

当机械手到达指定位置后，电磁阀动作，使得气囊4的一端受到气囊座3的约束而无法运动，因此另一端带动滑块2和其上固连的拉杆架8运动并压[pl2]簧10。拉杆5通过连杆机构带动夹爪6缓缓闭合，如图2所示。在夹爪6开始闭合时，夹爪6将位于其附近的禽蛋拨向3个均布夹爪的几何中心；然后夹爪6继续闭合，将禽蛋拾起。与此同时，禽蛋在拾起的过程中被呈负压的多层吸盘13捕获，从而使得蛋体在蛋托7和吸盘的双重保护下拾起。之后，本发明所述机械手配合漫游拾蛋机器人上的机械臂，安全地完成禽蛋的一系列运输动作。

当蛋品到达指定位置后，首先，电磁阀动作，使得气囊4中的气体保持。之后，气动系统停止工作（气流停止通入），禽蛋失去多层吸盘13的吸附，落入蛋托7中。但由于电磁阀的作用，气囊4中的气体仍然存在，同时滑块2的位置也继续保持，即机械手继续保持闭合状态不变。又由于多层吸盘13末端与蛋托7闭合时的位置关系被合理设计，且蛋托7采用弹性材料，因此可以保证蛋体在失去负压吸附后不发生跌落。

最后，电磁阀动作使得气囊4中的气体排出，压簧10上的附加压力释放，压簧10回复初始状态，压簧10带动滑块2向上极限位置运动，同时带动连杆机构运动，实现夹爪6的打开。与此同时，蛋体被无损地放置于指定的收集装置中，从而顺利地完成整个抓取的过程。

作为本发明中夹爪6的开合以及吸盘13吸附的动力来源，本发明的气动系统主要部分的结构如图5所示。压缩气体从进气口14进入真空发生装置，并在真空发生口15处产生真空，真空发生口15与吸盘座12相连，使得在内外压力差的作用下在吸盘13末端产生吸附力。排气口16与电磁阀的B口相连，从排气口16排出的气体用于气囊4的充气。电磁阀的A口与气囊4的进气口相连，电磁阀C口接外界空气，使得气囊实现放气。气囊充气和气囊放气时电磁阀的工作状态分别如图6、图7所示。

进一步来描述，气囊4所在的气体通路在整个气动系统中为并联结构，且三位三通电磁阀控制气囊4处于充气，放气，保持三种状态。如图6所示，电磁阀的A口接图3中气囊座3上的进气口3-1，B口与图5中的排气口16相接，C口与外界空气相连。当该电磁阀左线圈通电时，AB口通而AC口闭，气囊4充气；当该电磁阀右线圈通电时，AC口通而AB口闭，气囊4放气。当左、右电磁铁均断电时，AB口和AC口均闭合，气囊4中的气体保持。由于该型电磁铁可实现气体的保持，且气囊4所在气体通路并联在气动系统中，故当图5中的进气口14停止供气后，气囊4中的气体得以继续保持，夹爪6继续保持闭合状态。这样就可以实现吸盘先卸料，夹爪6后卸料的时序动作。即当图5中的进气口14停止供气、吸盘卸料后，气囊4中的气体得以继续保持，卡爪6继续保持闭合状态。

Claims (10)

1.一种适于禽蛋抓取的机械手，包括导杆（1），其特征在于，导杆（1）上同轴安装有气囊（4），气囊（4）上侧与气囊座（3）相连接，气囊（4）下侧与滑块（2）接触，压簧（10）与导杆（1）同轴安装，压簧（10）位于滑块（2）下方；导杆（1）上安装有拉杆架（8）、抓爪架（9），压簧（10）位于拉杆架（8）、抓爪架（9）之间；拉杆架（8）与抓爪架（9）之间活动安装有拉杆（5），抓爪架（9）上活动安装有夹爪（6），夹爪（6）末端设有蛋托（7）。

2.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述气囊座（3）与气囊（4）以密封的气体通路相连，气囊座（3）内部开有孔，以使气体得以通过。

3.根据权利要求1或2所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述气囊座3的内径向尺寸略大于气囊（4）充满气时的直径，以保证气囊（4）在径向有合适的运动空间。

4.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述气囊座（3）与导杆（1）螺纹旋转配合，通过螺纹调节气囊座（3）在导杆（1）上的位置，可以控制夹爪（6）的最大张开角度。

5.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述压簧（10）的上、下端分别设有上弹簧座（11）、下弹簧座（11’）并与之接触。

6.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述导杆（1）下端同轴安装有吸盘座（12），多层吸盘（13）安装于吸盘座（12）上，多层吸盘（13）位于三个均布蛋托（7）几何中心的正上方。

7.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述拉杆架（8）、拉杆（5）、抓爪架（9）、夹爪（6）组成连杆机构，夹爪（6）的爪根与抓爪架（9）铰接，夹爪（6）的爪颈与拉杆（5）的末端铰接，拉杆（5）的首端铰接于可随滑块（2）一起滑动的拉杆架（8）上，拉杆架（8）与滑块（2）通过螺钉固定连接。

8.根据权利要求7所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述拉杆（5）为三个，所述夹爪（6）为三个，三个拉杆、三个夹爪均以导杆（1）为轴心，均匀分布安装在拉杆架（8）、抓爪架（9）上。

9.根据权利要求1所述一种适于禽蛋抓取的机械手，其特征在于，所述蛋托（7）为橡胶材料制成的柔性蛋托，其末端磨钝处理。

10.采用如权利要求1~9所述任意一种适于禽蛋抓取的机械手的禽蛋抓取方法，其特征在于，当机械手到达指定位置后，电磁阀动作，使得气囊（4）的一端受到气囊座（3）的约束而无法运动，另一端带动滑块（2）和其上固连的拉杆架（8）运动并压[pl1]簧（10），拉杆（5）通过连杆机构带动夹爪（6）缓缓闭合，在夹爪（6）开始闭合时，夹爪（6）将位于其附近的禽蛋拨向3个均布夹爪（6）的几何中心；然后夹爪（6）继续闭合，将禽蛋拾起；与此同时，禽蛋在拾起的过程中被呈负压的多层吸盘（13）捕获，从而使得蛋体在蛋托（7）和吸盘的双重保护下拾起。