CN105798941B - 一种适于禽蛋抓取的机械手 - Google Patents
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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
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。
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运动并压缩压簧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 (7)
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);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;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;所述机械手通过气动系统进行驱动,气动系统包括真空发生装置,真空发生装置内设有进气口(14)、排气口(16),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,排气口(16)与电磁阀的B口相连、并实现充气、放气及保压三种状态;电磁阀为三位三通电磁阀,电磁阀的A口接气囊座(3)上的进气口(3-1),B口与排气口(16)相接,C口与外界空气相连;在电磁阀左线圈通电时,AB口通,在电磁阀右线圈通电时,AC口通,在左、右电磁铁均断电时,AB口和AC口均闭合;所述蛋托(7)为橡胶材料制成的柔性蛋托,其末端磨钝处理,多个夹爪(6)末端的蛋托(7)在夹爪(6)闭合后形成凹槽。
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。
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。
6.根据权利要求5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。
7.采用如权利要求1~6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)运动并压缩压簧(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。
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