CN108942992B - 具有同步剪切功能机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有同步剪切功能机械手，包括杆体、拉杆和咬合机构；杆体为空心结构，咬合机构锁固在杆体顶端，拉杆穿设在杆体之中，并由拉杆驱动咬合机构动作；其中咬合机构，包括：一对轴座板、拉杆轴、上下转轴、上下咬合臂、刀片和同步组件；一对轴座板锁固在杆体顶端两侧，用来定位上下转轴，在上下转轴上设置有齿轮，该齿轮与拉杆端部的齿条啮合传递动力，并通过同步组件传递给设置在上下咬合臂前端刀轴上刀片；拉杆端部还固定一拉杆轴，由该拉杆轴驱动上下咬合臂实现咬合动作。本发明具有构思巧妙、连咬带拽、驱动直接的特点；配合电机驱动，实现高频度自动往复咬合动作；而且采取垂直于果蒂的上下刀片设计，避免枝条跑位缺陷。

Description

具有同步剪切功能机械手

技术领域：

本发明属于机械手领域，特别涉及一种具有同步剪切功能机械手，尤其是刀口采用同步剪切功能的咬合结构，可有效剪断果枝的同时避免果枝移位。

背景技术：

机械手普遍运用于工农业生产，常见的有采果器等，是人机配合的典范。如，专利申请号201520944204.0，公开一种手持式林果采摘器，包括杆体、果柄剪及储果网兜，所述果柄剪安装在杆体顶端，果柄剪通过剪腿部位铰接在杆体上；在所述杆体下端设置有拉杆，拉杆通过拉杆安装座设置在杆体上，在拉杆与果柄剪的剪柄之间连接有牵引绳，在拉杆与拉杆安装座之间安装有第一复位弹簧；所述储果网兜安装在果柄剪的剪身段上；所述果柄剪的剪身段整体呈环状结构，在剪身段的尖端设有咬合齿，果柄剪的环状剪身段与储果网兜的网兜口配形缝制在一起。在所述果柄剪的剪柄之间加装有第二复位弹簧；在所述杆体末端安装有把手。该技术提供一种咬合式采摘思路，但采用牵引绳牵引剪柄动作，因存在牵引绳变形或锁固长短等问题，导致咬合力不足的缺陷。

如何改良现有技术不足，即成为本发明研究的对象。

发明内容：

本发明的目的是设计一种通过拉杆拉动咬合动作，在咬合剪切过程刀片还能同步朝内旋转形成拉拽动作的具有同步剪切功能机械手。

本发明技术方案是这样实现的：一种具有同步剪切功能机械手，包括杆体、拉杆和咬合机构；杆体为空心结构，咬合机构锁固在杆体顶端，拉杆穿设在杆体之中，并由拉杆驱动咬合机构动作；其特征在于：咬合机构，包括：

一对轴座板，中部开设有与杆体轴线平行的纵槽、上下各开设有一轴孔，轴座板对称锁固在所述杆体顶端两侧；

一拉杆轴，固定在所述拉杆的上端部，并穿过轴座板的纵槽，用来驱动咬合动作；上、下转轴，对应穿过轴座板的上、下轴孔，作为咬合支点和传力轴；所述上、下转轴在两轴座板之间的轴段上锁固有齿轮，所述齿轮与锁固在拉杆上的齿条啮合；上、下咬合臂，左右各一个成对称结构，两上咬合臂定位在所述上转轴两端、两上咬合臂前端部间定位有一上刀轴；两下咬合臂定位在所述下转轴两端、两下咬合臂前端部间定位有一下刀轴；所述拉杆轴两端分别穿过上、下咬合臂交叠部开设的斜长孔中，驱动上、下咬合臂咬合动作；

刀片，上、下各一片，对应锁固在上、下刀轴上；

同步组件，至少两组，包括两同步轮和一构成两同步轮传动连接的同步带；一组设置在上咬合臂的上转轴和上刀轴之间，驱动上刀轴旋转；另一组设置在下咬合臂的下转轴和下刀轴之间，驱动下刀轴旋转。

所述至少上咬合臂成弧形结构，并在两上咬合臂之间设置有网格；两下咬合臂上对应悬挂有收集网。

所述收集网连接有溜筒，溜筒下端连通一收集筐。

所述收集筐一侧设置有双肩背带。

所述拉杆下端部设置有如下之一结构：一、垂直折弯柄，所述折弯柄穿过杆体侧面的长槽孔，该长槽孔长度与上、下刀片咬合行程相当；二、连接有连杆，该连杆由电机的曲轴驱动，所述电机安装在杆座上，该杆座锁固在杆体下端部；所述杆座上设置有一开关，该开关连接在电机与电源之间，控制电机工作。

所述刀片具有如下之一结构：一、上、下刀片一致，均为单刃结构，咬合到位上下刀刃对齐；二、上刀片为单刃结构、下刀片为双排齿牙结构，双排齿牙之间具有V形刀槽，咬合到位上刀片的刀刃切入双排齿牙的V形刀槽之中。

本发明具有构思巧妙、连咬带拽、驱动直接的特点；通过刚性拉杆，以及齿条与齿轮传动，保证行程精确；配合电机驱动，实现高频度自动往复咬合剪切动作，尤其是上下刀片采用同步咬合动作，能对果蒂枝条双侧同步剪切，效率高，满足连续作业之需；再则，具有垂直于果蒂的上下刀片设计，避免枝条跑位缺陷。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1为具有同步剪切功能机械手采摘器示意图

图2为具有同步剪切功能机械手示意图

图3为具有同步剪切功能机械手分解示意图

图4为双排齿牙刀片示意图

图5为手动拉杆示意图

其中

1—杆体          11—长槽孔       12—杆座         2—拉杆

21—齿条         22—折弯柄       23—连杆         3—咬合机构

31—轴座板       311—纵槽        312—轴孔        32—拉杆轴

33—上转轴       331—齿轮        34—下转轴       35—上咬合臂

351—网格        36—下咬合臂     361—斜长孔      362—收集网

363—溜筒        37—上刀轴       38—下刀轴       39—刀片

391—双排齿牙    392—V形刀槽     4—同步组件      41—同步轮

42—同步带       5—电机          51—曲轴         52—开关

53—电源         6—收集筐        61—双肩背带

具体实施方式：

参照图1、图2和图3，为本发明在采摘器产品上的具体应用。具有同步剪切功能机械手，包括杆体1、拉杆2和咬合机构3；杆体1为空心结构，咬合机构锁固在杆体1顶端，拉杆2穿设在杆体之中，并由拉杆2驱动咬合机构3动作。其中，咬合机构3，包括：

一对轴座板31，轴座板31中部开设有与杆体2轴线平行的纵槽311、上下各开设有一轴孔312，轴座板31对称锁固在杆体1顶端两侧。

一拉杆轴32，固定在拉杆2的上端部，并穿过轴座板的纵槽311，用来驱动咬合动作。

上、下转轴33、34，对应穿过轴座板的上、下轴孔312，作为咬合支点和传力轴；所述上、下转轴33、34在两轴座板31之间的轴段上锁固有齿轮331，齿轮331与锁固在拉杆上的齿条21啮合；也即拉杆往复动作，通过齿条21转换成上、下转轴33、34的旋转。

上、下咬合臂35、36，左右各一个成对称结构，两上咬合臂35定位在上转轴33两端、两上咬合臂35前端部间定位有一上刀轴37；两下咬合臂36定位在下转轴34两端、两下咬合臂36前端部间定位有一下刀轴38；所述拉杆轴32两端分别穿过上、下咬合臂35、36交叠部开设的斜长孔361中，拉杆轴32被拉杆拉动时，抵触在斜长孔361上，迫使上、下咬合臂绕上、下转轴33、34旋转，实现驱动上、下咬合臂35、36咬合动作。

刀片39，上、下各一片，对应锁固在上、下刀轴37、38上，随着上、下咬合臂35、36动作，实现咬合剪切动作；所述刀片39具有如下之一结构：

一、上、下刀片一致，均为单刃结构，咬合到位上下刀刃对齐，以切断果蒂；二、如图4，上刀片39为单刃结构、下刀片为双排齿牙391结构，双排齿牙之间具有V形刀槽392，咬合到位上刀片39的刀刃切入双排齿牙的V形刀槽392之中，形成切断动作，而双排齿牙391可防止果蒂左右滑动，V形刀392又能给两把刀旋转咬合，提供旋转角度；借助刀片39的刀刃抵触在V形刀槽392槽底部，即可完全切断果蒂枝条。

同步组件4，至少两组，包括两同步轮41和一构成两同步轮传动连接的同步带42；一组设置在上咬合臂的上转轴33和上刀轴37之间，驱动上刀轴37旋转；另一组设置在下咬合臂的下转轴34和下刀轴38之间，驱动下刀轴38旋转。也就是说，上下刀片39在上、下咬合臂35、36作用下，同步咬合，而两刀片39在对齐咬合剪切过程，还具有从外往内拽的附加动作，实现连咬带拽剪切动作，更易将果蒂切断。

本实例同步组件4为四组，在上、下转轴33、34的两端各设置一组，使力的传递更为平衡，刀片39两端保持同步，咬合剪切动作协调。

咬合动力来源，既可以是人力，也可为电驱动，其结构如下：

一、在拉杆2下端部设置有垂直折弯柄22，折弯柄22穿过杆体1侧面的长槽孔11，该长槽孔11长度与上、下刀片39咬合行程相当；操作时，下拉咬合动作，往上推送两上下刀片张开，以接纳水果，一上一下完成一采摘过程，操作简单直接，实现人机配合。所述折弯柄22，既可从拉杆2端部折弯而成，也可通过焊接在拉杆上，以焊接为佳，如图5。

二、在拉杆2下端部连接有连杆23，该连杆23由电机5的曲轴51驱动，电机5安装在杆座12上，该杆座12锁固在杆体1下端部；杆座12上设置有一开关52，该开关52连接在电机5与电源53之间，控制电机工作。电源53使用蓄电池，如充电宝，可放置在收集筐6上，如图1中虚线部分。上述曲轴51可为如下几种常见结构，一是电机输出轴轴接一曲轴；二是电机输出轴上锁固一偏心轴；三是电机输出轴上锁固一凸轮。连杆23下端部套设在曲轴、偏心轴或凸轮上，即可实现驱动拉票上下往复运动。

如图1，采摘后果品的收集，借助上、下咬合臂35、36形成收集空间，以及传递至收集筐6中，更具体地说，至少上咬合臂35成弧形结构，并在两上咬合臂35之间设置有网格351，形成上拱的空间，以容纳不同体形的果品；两下咬合臂36上对应悬挂有收集网362，采摘下的水果由收集网362暂时接住，避免掉落受损；进一步，在收集网362连接有溜筒363，溜筒363下端连通一收集筐6，每采摘一次水果，即通过溜筒363滑入收集筐6中，而收集筐6一侧设置有双肩背带61，满足双肩背负，边走边采收。

所述溜筒363也可直接悬挂在下咬合臂36上，或者收集网362理解为带长溜筒。

本发明依然也适用于工业自动化作业过程，用以抓取零部件的机械手。依具体使用场合，只需将齿条由拉杆驱动，改变由气缸驱动即可。

Claims (4)

1.一种具有同步剪切功能机械手，包括杆体(1)、拉杆(2)和咬合机构(3)；杆体(1)为空心结构，咬合机构(3)锁固在杆体(1)顶端，拉杆(2)穿设在杆体(1)之中，并由拉杆(2)驱动咬合机构(3)动作；其特征在于：咬合机构(3)，包括：

一对轴座板(31)，中部开设有与杆体(1)轴线平行的纵槽(311)、上下各开设有一轴孔(312)，轴座板(31)对称锁固在所述杆体(1)顶端两侧；

一拉杆轴(32)，固定在所述拉杆(2)的上端部，并穿过轴座板的纵槽(311)，用来驱动咬合动作；

上转轴(33)和下转轴(34)，对应穿过轴座板(31)的上、下轴孔(312)，作为咬合支点和传力轴；所述上转轴(33)和下转轴(34)在两轴座板(31)之间的轴段上锁固有齿轮(331)，所述齿轮(331)与锁固在拉杆上的齿条(21)啮合；

上咬合臂(35)和下咬合臂(36)，左右各一个成对称结构，两上咬合臂(35)定位在所述上转轴(33)两端、两上咬合臂(35)前端部间定位有一上刀轴(37)；两下咬合臂(36)定位在所述下转轴(34)两端、两下咬合臂(36)前端部间定位有一下刀轴(38)；所述拉杆轴(32)两端分别穿过上咬合臂(35)和下咬合臂(36)交叠部开设的斜长孔(361)中，驱动上咬合臂(35)和下咬合臂(36)咬合动作；

刀片(39)，上、下各一片，对应锁固在上刀轴(37)、下刀轴(38)上；

同步组件(4)，至少两组，包括两同步轮(41)和一构成两同步轮传动连接的同步带(42)；一组设置在上咬合臂(35)的上转轴(33)和上刀轴(37)之间，驱动上刀轴(37)旋转；另一组设置在下咬合臂(36)的下转轴(34)和下刀轴(38)之间，驱动下刀轴(38)旋转；

至少上咬合臂(35)成弧形结构，并在两上咬合臂(35)之间设置有网格(351)；两下咬合臂(36)上对应悬挂有收集网(362)；所述刀片(39)具有如下择一结构：一、上、下刀片一致，均为单刃结构，咬合到位上下刀刃对齐；二、上刀片为单刃结构、下刀片为双排齿牙(391)结构，双排齿牙(391)之间具有V形刀槽(392)，咬合到位上部的刀片(39)刀刃切入双排齿牙的V形刀槽(392)之中。

2.根据权利要求1所述的具有同步剪切功能机械手，其特征在于：收集网(362)连接有溜筒(363)，溜筒下端连通一收集筐(6)。

3.根据权利要求2所述的具有同步剪切功能机械手，其特征在于：收集筐(6)一侧设置有双肩背带(61)。

4.根据权利要求1所述的具有同步剪切功能机械手，其特征在于：拉杆(2)下端部设置有如下之一结构：一、垂直折弯柄(22)，所述折弯柄(22)穿过杆体(1)侧面的长槽孔(11)，该长槽孔(11)长度与上、下的刀片(39)咬合行程相当；二、连接有连杆(23)，该连杆由电机的曲轴(51)驱动，所述电机(5)安装在杆座(12)上，该杆座(12)锁固在杆体(1)下端部；所述杆座(12)上设置有一开关(52)，该开关(52)连接在电机(5)与电源(53)之间，控制电机工作。

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