CN107813334A - 一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手 - Google Patents

Abstract

一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手，动盘固定连接于旋转主轴上，定盘置于动盘下方并和旋转主轴间隙连接；动盘上安装有机械手壳体，该壳体内安装齿轮齿条增速机构，该齿轮齿条增速机构和拉杆连接，该拉杆的尾端和斜面推杆连接，而拉杆头部通过抓取放开机构和手爪部分连接；手爪部分安装于壳体上；斜面推杆的下端斜面和安装于定盘上的弧形凸台适配接触，而斜面推杆侧面和齿轮齿条增速机构之间安装有压缩弹簧；壳体头部的下端面安装连接柄，该连接柄和安装于定盘上的气缸的活塞配合连接。本发明解决了切削位手爪的放松先于机械手的返回等难题，提高了输送中的精准度及降低了对土豆果肉组织的损伤。

Description

一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手

技术领域

本发明涉及似土豆类回转体输送设备技术领域，具体涉及一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手。

背景技术

现有技术中似土豆类回转体输送机械手的工作原理如图1所示，被定向监测完毕的土豆逐个以定时间间隔，落入输送盘上的接收位置A1,经输送盘分度依次旋转3X 60°，即完成A1-A2-A3-A4运行路线，在A2、A3每个位置停滞特定时间，待机械手将被抓握的土豆，由A4送至切削位置B点，再空程从B点返回A4点，以进行下一个土豆的环形输送。

在此土豆输送盘上，需要一个机械手，以完成土豆的抓取（放松）和土豆的直线向右推进（向左返回）两个基本功能。

土豆的机械手爪为该机械手的关键执行部分，现有如下两种设计方案。

1）摆动式抓取，此种抓取有连杆式连接和摆动式连接两种，结构简单，能达到土豆抓取的功能。但如图2所示，因每个被加工土豆的外径均不相同，被抓取的几何中心都不是固定位置；而且在夹持时，土豆受F1和F2合力F的作用，有图示水平向右的微量移动，这样会导致具体加工位置不能精准确定，从而影响土豆的切削。

2）圆弧平动式抓取，能完成土豆的抓取，而且抓取同一土豆时，由于此平动式手抓不会产生对土豆的附加推力，也就是说，土豆掉落的位置不会被移动。但因土豆外径大小不一，如图3所示，两手抓作圆弧式平动，所以每个土豆与手抓接触的位置相对不固定，这样会影响土豆的夹持效果，如果预达到良好夹持效果，须加大手抓长度，以至于连带会扩大整个机械手的尺寸。另外，此类手抓利用平行四边形连杆，结构复杂也是一个局限性。

由于上述两种手爪在抓取土豆时的不足，现需设计一种手爪实现在抓取中，两手爪作相向直线平动，以保证在大小各异的土豆抓取中，每个土豆的几何中心都能在同一位置点。

在输送中，除加工位置外，土豆的抓取和土豆的直线推进两个方向的运动是独立，这样方便两个运动分开作功能的实现。在加工位置处，当土豆被另外的夹紧装置夹持，机械手将作空程返回。手爪的直线返回运动一方面会造成被加工土豆的表皮拉伤，且被夹持土豆几何中心会改变，影响表皮切削效果；另一方面，被夹紧装置夹持的土豆，在手爪松开前会对土豆使以拉力，此力使得垂直于它的夹紧杆会受弯曲力，在多个周期的大批量加工中，夹紧杆因受多次重复弯曲会使其变形乃至破坏。在长期多个土豆的大批量加工中，土豆的夹紧杆会由于长期受外力，导致弯曲变形乃至破坏。所以，为解决以上问题，当土豆被输送至加工位置时，必须先松开手抓再实现手抓返回运动，此问题也是此发明重点解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手，以解决土豆输送中的夹持（放松）、直线推进、在切削位手抓的放松先于机械手的返回等方面的难题，使机械手实现预期土豆的抓取及输送功能，以提高输送中的精准度及降低对土豆果肉组织的保护。

为此，本发明采用的技术方案是：

一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手，包括手爪部分，动盘固定连接于旋转主轴上，定盘置于动盘下方并和旋转主轴间隙连接；所述动盘上安装有机械手壳体，该壳体内安装齿轮齿条增速机构，该齿轮齿条增速机构和拉杆连接，该拉杆的尾端和斜面推杆连接，而拉杆头部通过抓取放开机构和手爪部分连接；所述手爪部分安装于壳体上；所述斜面推杆的下端斜面和安装于定盘上的弧形凸台适配接触，而斜面推杆侧面和齿轮齿条增速机构之间安装有压缩弹簧；所述壳体头部的下端面安装连接柄，该连接柄和安装于定盘上的气缸的活塞配合连接。

进一步的：

所述齿轮齿条增速机构包括齿轮，该齿轮上下两端分别和动、定齿条啮合，而动齿条与所述拉杆为一体结构。

所述抓取放开机构包括定位螺钉及手爪部分的上、下活动手爪，该上、下活动手爪的根部中心分别开有腰型孔，且两者的腰型孔成角度设置，而安装于所述拉杆上的定位螺钉伸入上、下活动手爪上的腰型孔的同心部位；同时，上、下活动手爪的两侧开有导向槽，支撑板上的导向柱沿该导向槽滑动。

所述斜面推杆和弧形凸台的适配角度为60°。

所述连接柄和气缸、的活塞配合连接结构为：活塞头部安装具有导轨的连接块，且该导轨和连接柄、的运动轨迹相同。

本发明解决了土豆输送中的夹持（放松）、直线推进、在切削位手爪的放松先于机械手的返回等三个方面的难题，使机械手实现预期土豆的抓取及输送功能，提高了输送中的精准度及降低对土豆果肉组织的保护。且手爪部分采用直线平动结构，使得在抓取土豆时，能够不受土豆大小及外形的变化，且保证抓握每个土豆的几何中心位置固定。

本发明主要应用于土豆的逐个定时间间隔传输中的抓取（放松）、直线推进（返回），也适用于类似于土豆如苹果、柑橘或番瓜等质地较硬的回转体果蔬的抓取（放松）及输送，为中大型此类果蔬的再加工提供很大的输送便利。

附图说明

图1为现有技术机械手的外在输送环境简图；

图2为现有技术中摆动式手爪运动简图；

图3为现有技术中圆弧平动手爪运动简图；

图4为本发明手爪的运动简图；

图5为本发明的总体装配图；

图6为本发明的手爪部分装配图的主视图；

图7为图6的左视图；

图8为图6的俯视图；

图9为本发明齿轮齿条增速机构简图；

图10为本发明气缸连接块结构的主视图；

图11为图10的俯视图；

图12为本发明定盘结构的主视图；

图13为图12的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明及其效果进一步说明。

参照图1，为本发明的工作原理图，被定向监测完毕的土豆逐个以定时间间隔，落入输送盘上的接收位置A1,经输送盘分度旋转3个60°（A1-A2-A3- A4），由输送推出装置，将被抓握的土豆由A4送至切削位置B点，以此完成一个土豆的输送。

参照图5，一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手，由动盘1、壳体2、斜面推杆3、弹簧4、拉杆5 、齿轮6 、定齿条7、手爪部分8、连接柄9、气缸10、弧形凸台11、定盘12、旋转主轴13、齿轮轴17、键18等部分组成。动盘1键连接于旋转主轴13上，定盘12置于动盘1下方并和旋转主轴13间隙连接；所述动盘1上安装有机械手壳体2，该壳体2内安装齿轮齿条增速机构，该齿轮齿条增速机构和拉杆5连接，该拉杆5的尾端和斜面推杆3连接，而拉杆5头部通过抓取放开机构和手爪部分8连接；所述手爪部分8安装于壳体2上；所述斜面推杆3的下端斜面和安装于定盘12上的弧形凸台11适配接触，而斜面推杆3侧面和齿轮齿条增速机构之间安装有压缩弹簧4；所述壳体2头部的下端面安装连接柄9，该连接柄9和安装于定盘12上的气缸10的活塞配合连接。

参照图9，所述齿轮齿条增速机构包括齿轮6，该齿轮6上下两端分别和动齿条与定齿条7啮合，其中动齿条与所述拉杆5为一体，定齿条7与定盘12螺栓连接。当土豆送至工作位置时，由于弧形凸台的空间距离，不能实现手抓张开功能。为防止对待加工土豆位置的移动及表皮的损伤，松开土豆和手臂返程两个运动应按先后顺序进行。当被气缸带动的安装在壳体两侧壁上的齿轮6以速度V向左运动的瞬间，通过齿轮和定齿条的啮合，带动与其啮合的动齿条以其移动的两倍速度2V向左移动。因为齿轮与定齿条啮合，在向左移动距离s的同时旋转角度α，使得动齿条移动了，齿轮旋转角度α对应的距离s加齿轮移动距离s，相当于在齿轮移动s距离的时间里，动齿轮移动了2s以实现在机械手回程运动的瞬间迅速先张开手爪。

参照图6、7、8，所述抓取放开机构包括定位螺钉22及手爪部分8的上、下活动手爪19、20，该上、下活动手爪19、20的根部中心分别开有腰型孔，且两者的腰型孔成角度设置，而安装于所述拉杆5上的定位螺钉22伸入上、下活动手爪19、20上的腰型孔的同心部位；同时，上、下活动手爪19、20的两侧开有导向槽，该导向槽沿支撑板21上的两个导向柱滑动。

手爪部分由上、下活动爪19、20，支撑板21、螺钉22等部分组成，支撑板21对整个手爪部分起支撑作用，上、下活动手爪19、20通过支撑板上左右导向柱导向，固连在拉杆上的螺钉22通过上、下活动手爪19、20的腰型内孔，将拉杆5、上、下活动爪19、20三部分连接。

机械手爪由当连杆向左运动时，连杆上的螺钉通过的腰形孔带动上活动手爪19向下移、下活动手爪20向上移，从而达到夹持土豆的目的；同理，当连杆向右运动时，上、下活动手爪19、20相背运动，使两手爪张开以松开土豆。支撑板用来承载及固定整个手抓部分，当上下两活动板移动时，通过其上的两个销钉的定向，迫使两手爪沿固定直线轨迹移动。

所述斜面推杆3和弧形凸台11的适配角度为60°。一方面，这个角度需小于两接触件的摩擦角的余角，才不至于因锁死影响运动，（可查表，低碳钢-低碳钢的摩擦系数μ=0.57735，则摩擦角α=29.°(29度多一点)，则这个角度比90-α=59°大就行；另一方面，尽量增大接触部分的强度，不至于推杆头部因尖角太小而受力破坏。

参照图12、13，在定盘上焊接弧形凸台，其上表面为60°斜面，机械手上的带有斜面的斜面推杆3与弧形凸台接触。当斜面连杆从圆弧C点运动到无凸台D处的瞬间，如图4所示被压缩的弹簧迅速向右伸长，带动机械手拉杆向左运动，致使两手爪相向运动以抓取土豆。同理，当机械手上的斜面连杆通过弧形凸台导向，由A点运动到B点，弹簧被完全压缩，机械手被向右运动的主轴驱动，实现手爪的张开。

参照图10、11，所述连接柄9和气缸10的活塞配合连接结构为：活塞头部安装具有导轨的连接块，且该导轨和连接柄9的运动轨迹相同。实现气缸与机械手的连接或脱开。当机械手连接柄9旋转到指定位置时，通过连接块上与其弧度半径相同的轨道导向，使得手爪与气缸完成精确连接，以确保通过气缸连接部分，带动整个手爪部分作预期直线往返运动。

本发明的工作原理如下：斜面推杆3通过斜面与定盘上的半个弧形凸台11接触，此时方形螺旋弹簧4被压缩，手爪呈张开状态；当旋转主轴13带动其上的动盘1旋转到一定位置时，因没有凸台斜面支撑，弹簧4伸长，带动手抓拉杆5向左运动，从而使得手爪相对运动以夹持土豆。气缸10通过与连接柄9的连接，定盘上的气缸部分控制整个手抓的向左进程和向右回程运动。由拉杆上的动齿条、壳体上安装的齿轮6、与定盘上固定连接的定齿条7等3个部分，组成一个增速机构，当壳体带动齿轮向左运动时，动齿条加速向右运动，以实现机械手较左移而快速张开。

Claims (5)

1.一种自动定点抓取与推送双向联动的机械手，包括手爪部分，其特征在于：动盘（1）固定连接于旋转主轴（13）上，定盘（12）置于动盘（1）下方并和旋转主轴（13）间隙连接；所述动盘（1）上安装有机械手壳体（2），该壳体（2）内安装齿轮齿条增速机构，该齿轮齿条增速机构和拉杆（5）连接，该拉杆（5）的尾端和斜面推杆（3）连接，而拉杆（5）头部通过抓取放开机构和手爪部分（8）连接；所述手爪部分（8）安装于壳体（2）上；所述斜面推杆（3）的下端斜面和安装于定盘（12）上的弧形凸台（11）适配接触，而斜面推杆（3）侧面和齿轮齿条增速机构之间安装有压缩弹簧（4）；所述壳体（2）头部的下端面安装连接柄（9），该连接柄（9）和安装于定盘（12）上的气缸（10）的活塞配合连接。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述齿轮齿条增速机构包括齿轮（6），该齿轮（6）上下两端分别和动、定齿条啮合，而动齿条与所述拉杆（5）为一体结构。

3.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述抓取放开机构包括定位螺钉（22）及手爪部分（8）的上、下活动手爪（19、20），该上、下活动手爪（19、20）的根部中心分别开有腰型孔，且两者的腰型孔成角度设置，而安装于所述拉杆（5）上的定位螺钉（22）伸入上、下活动手爪（19、20）上的腰型孔的同心部位；同时，上、下活动手爪（19、20）的两侧开有导向槽，支撑板（21）上的导向柱沿该导向槽滑动。

4.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述斜面推杆（3）和弧形凸台（11）的适配角度为60°。

5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述连接柄（9）和气缸（10）的活塞配合连接结构为：活塞头部安装具有导轨的连接块，且该导轨和连接柄（9）的运动轨迹相同。