CN109484702A - 一种水果抓取机械手及其抓取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水果抓取机械手及其抓取方法，机械手包括柔性夹爪、刚性夹爪和开合驱动机构，柔性夹爪和刚性夹爪分别与开合驱动机构连接，柔性夹爪与刚性夹爪之间形成水果夹持空间；柔性夹爪包括爪架和弹力弦，爪架朝向刚性夹爪的一侧分布有若干根弹力弦。其抓取方法是水果抓取机械手移动至待抓取的水果上方后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开，水果进入水果夹持空间后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪收拢，利用柔性夹爪上弹力弦的弹力柔性夹持水果。本发明可实现柔性夹持，能有效适应水果外形和外径大小的变化，应用范围较广。
Description
技术领域
本发明涉及水果包装技术领域，特别涉及一种可实现柔性夹持、适应水果外形和外径大小的变化的水果抓取机械手及其抓取方法。
背景技术
在水果自动包装生产线中，应用工业机器人技术日渐广泛，但目前主要是用于包装后的码垛搬运等工作，比较少用于包装工序中的入盒装箱工序。特别是对于一些精品包装，如水果吸塑托盘包装，目前基本还是采用人工逐个装填的方法，普通的机械手难以适应。
水果不同于工业产品，即使通过分级后其外形尺寸也有差异，若采用普通的夹持式机械手抓取，为避免夹伤水果则需要在工作过程中频繁调节夹紧力度，从而造成效率低下。因此，目前大多数用于水果的机械手均采用真空吸取式，通过真空吸头直接吸附水果表面，提取移位。但是，这种真空吸取式机械手只能用于表面平滑且坚韧的水果，对于表皮有绒毛或褶纹的水果则难以适应，特别是对于表皮柔软柔嫩的水果，还极易造成吸取位置表皮的淤伤，其应用具有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水果抓取机械手，该机械手可实现柔性夹持，能自适应水果外形和外径大小的变化，应该范围较广。
本发明的另一目的在于提供上述水果抓取机械手的抓取方法。
本发明的技术方案为：一种水果抓取机械手，包括柔性夹爪、刚性夹爪和开合驱动机构，柔性夹爪和刚性夹爪分别与开合驱动机构连接，柔性夹爪与刚性夹爪之间形成水果夹持空间；柔性夹爪包括爪架和弹力弦，爪架朝向刚性夹爪的一侧分布有若干根弹力弦。利用弹力弦的弹力作用实现对水果的柔性夹持和自适应水果外形，一方面可适应不同水果的大小变化，另一方面可实现机械手的快速高效动作，在设定的范围内无需要实时调节夹紧力，也不会夹伤水果表面。
所述柔性夹爪中，爪架的上部为带有第一销孔的第一扇形板，爪架的下部为弓形结构，各弹力弦呈纵向安装于弓形结构上。
所述弹力弦至少有两根，采用圆形橡胶条制造，弹力弦两端分别固定有圆柱金属夹头。
所述弓形结构中设有上横杆和下横杆，上横杆和下横杆中分别加工至少两个定间距的圆柱阶梯通孔，各圆柱阶梯通孔还向外延伸有侧开槽，弹力弦上的圆柱金属夹头对应卡嵌于圆柱阶梯通孔中。其中，上横杆和下横杆中，圆柱阶梯通孔靠近弹力弦中部的一端比远离弹力弦中部的一端内径小，从而能紧固弹力弦。
装配弹力弦时，首先拉长弹力弦，使圆形橡胶条从侧开槽卡入，进入到圆柱阶梯通孔时放松弹力弦，使弹力弦两端的圆柱金属夹头分别嵌入上横杆和下横杆的圆柱阶梯通孔内，即可紧固弹力弦，弹力弦逐根操作装配即可。
所述柔性夹爪中的爪架为一体式结构，刚性夹爪也为一体式结构。
所述刚性夹爪的上部为带有第二销孔的第二扇形板，刚性夹爪的下部为弧形状的弯爪。
所述刚性夹爪中，弯爪至少有两个，各弯爪相平行设置。
所述开合驱动机构包括基座、第一气缸、第一支座、第二气缸和第二支座，第一气缸和第二气缸分别安装于基座的两侧，基座底部设有第一支座和第二支座，第一气缸的活塞杆末端和第一支座下端分别与柔性夹爪的上部铰接，第二气缸的活塞杆末端和第二支座下端分别与刚性夹爪的上部铰接。
所述开合驱动机构中，基座两侧分别设有第一缸座和第二缸座，第一气缸通过第一缸座固定安装于基座上，第二气缸通过第二缸座固定安装于基座上；第一气缸的活塞杆末端设有第一铰支且通过第一铰支与柔性夹爪连接，第二气缸的活塞杆末端设有第二铰支且通过第二铰支与刚性夹爪连接。
水果抓取机械手整体结构对称，柔性夹爪和刚性夹爪左右对称安装，通过第一气缸和第二气缸分别驱动柔性夹爪和刚性夹爪，第一气缸和第二气缸同时伸缩活塞杆，实现柔性夹爪和刚性夹爪的张开和收拢。
上述水果抓取机械手中，柔性夹爪中，其爪架上部的第一扇形板上设有两个第一销孔，第一气缸的活塞杆末端通过第一铰支与其中一个第一销孔连接，第一支座与另一个第一销孔连接；刚性夹爪中，其上部的第二扇形板上设有第二销孔，第二气缸的活塞杆末端通过第二铰支与其中一个第二销孔连接，第二支座与另一个第二销孔连接。
该水果抓取机械手的整体通过基座顶部外接工业机器人的手腕，由工业机器人驱动其进行水果抓取、移动、放开等动作。
上述水果抓取机械手的抓取方法为：水果抓取机械手移动至待抓取的水果上方后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开，水果进入水果夹持空间后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪收拢，利用柔性夹爪上弹力弦的弹力柔性夹持水果。其具体过程为：
(1)水果抓取机械手被工业机器人移动到待抓取的水果上方；
(2)第一气缸和第二气缸的活塞杆均收缩，与第一气缸相连的第一铰支带动柔性夹爪的一侧向上移动，整个柔性夹爪以第一支座和第一扇形板的连接处为圆心转动；同时，与第二气缸相连的第二铰支带动刚性夹爪的一侧向上移动，整个刚性夹爪以第二支座与第二扇形板的连接处为圆心转动；柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开；
(3)水果抓取机械手被工业机器人驱动下移，直至待抓取的水果进入柔性夹爪和刚性夹爪之间水果夹持空间；
(4)第一气缸和第二气缸的活塞杆均伸出，推动柔性夹爪和刚性夹爪向中间合拢复位，刚性夹爪把水果压合在柔性夹爪的弹力弦上，通过弹力弦的形变获得夹紧力，水果被夹紧在水果抓取机械手上；
(5)工业机器人驱动水果抓取机械手和水果移动至包装位置后放开水果即可。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本水果抓取机械手通过设置相配合使用的柔性夹爪和刚性夹爪，利用柔性夹爪上弹力弦的弹性形变张紧贴合在水果表面，能够牢固地夹紧水果，同时不会损伤水果表面，在一定范围内能适应水果尺寸的变化，无需调节加持力即可实现柔性抓取，能够有效提高生产效率。
本水果抓取机械手配合工业机器人的手腕使用，能够移位迅速，灵活准确地抓取水果，有效提高生产效率，实现产品生产的自动化。
本水果抓取机械手的结构简单，使用第一气缸和第二气缸驱动，第一气缸和第二气缸的活塞杆同时伸缩，能够控制精确，夹取水果的夹紧力稳定，实用性强，具有较好的市场推广前景。
附图说明
图1为本水果抓取机械手的结构示意图。
图2为图1的A向视图。
图3为柔性夹爪的结构示意图。
图4为图3的B向视图。
图5为单根弹力弦的结构示意图。
图6为爪架的结构示意图。
图7为图6的C方向视图。
图8为图7的D-D方向视图。
图9为刚性夹爪的结构示意图。
图10为图9的E方向视图。
图11为本水果抓取机械手夹持水果过程的原理示意图。
图12为本水果抓取机械手抓取苹果时柔性夹爪和刚性夹爪的状态示意图。
图13为本水果抓取机械手抓取奇异果时柔性夹爪和刚性夹爪的状态示意图。
上述各图中，各附图标记所示如下：1为基座，2为第一气缸，3为第一缸座，4为第一支座，5为第一铰支，6为柔性夹爪，7为第二气缸，8为第二缸座，9为第二支座，10第二铰支，11为刚性夹爪，11-1为第二扇形板，11-2为弯爪，12为爪架，12-1为第一扇形板，12-2为弓形结构，12-3为上横杆，12-4为下横杆，12-5为圆柱阶梯通孔，12-6为侧开槽，13为弹力弦，13-1为圆形橡胶条，13-2为圆柱金属夹头。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种水果抓取机械手，如图1或图2所示，包括柔性夹爪6、刚性夹爪11和开合驱动机构，开合驱动机构包括基座1、第一气缸2、第一缸座3第一支座4、第一铰支5、第二气缸7、第二缸座8、第二支座9和第二铰支10；第一气缸和第二气缸分别安装于基座的两侧，基座底部设有第一支座和第二支座，基座两侧分别设有第一缸座和第二缸座，第一气缸通过第一缸座固定安装于基座上，第二气缸通过第二缸座固定安装于基座上，第一气缸的活塞杆末端设有第一铰支且通过第一铰支与柔性夹爪的上部铰接，第二气缸的活塞杆末端设有第二铰支且通过第二铰支与刚性夹爪的上部铰接；柔性夹爪与刚性夹爪之间形成水果夹持空间。
上述各零部件以基座1为基础进行装配。水果抓取机械手整体结构对称，柔性夹爪和刚性夹爪左右对称安装，通过第一气缸和第二气缸分别驱动柔性夹爪和刚性夹爪，第一气缸和第二气缸同时伸缩活塞杆，实现柔性夹爪和刚性夹爪的张开和收拢。
如图3或图4所示，柔性夹爪包括爪架12和弹力弦13，爪架朝向刚性夹爪的一侧分布有若干根弹力弦。弹力弦至少有两根(本实施例中采用六根)，如图5所示，采用圆形橡胶条13-1制造，弹力弦两端分别固定有圆柱金属夹头13-2。利用弹力弦的弹力作用实现对水果的柔性夹持和自适应水果外形，一方面可适应不同水果的大小变化，另一方面可实现机械手的快速高效动作，在设定的范围内无需要实时调节夹紧力，也不会夹伤水果表面。
如图6或图7所示，柔性夹爪中，爪架的上部为带有第一销孔的第一扇形板12-1，爪架的下部为弓形结构12-2，各弹力弦呈纵向安装于弓形结构上。弓形结构中设有上横杆12-3和下横杆12-4，如图8所示，上横杆和下横杆中分别加工至少两个定间距的圆柱阶梯通孔12-5，各圆柱阶梯通孔还向外延伸有侧开槽12-6，弹力弦上的圆柱金属夹头对应卡嵌于圆柱阶梯通孔中。其中，上横杆和下横杆中，圆柱阶梯通孔靠近弹力弦中部的一端比远离弹力弦中部的一端内径小，从而能紧固弹力弦。装配弹力弦时，首先拉长弹力弦，使圆形橡胶条从侧开槽卡入，进入到圆柱阶梯通孔时放松弹力弦，使弹力弦两端的圆柱金属夹头分别嵌入上横杆和下横杆的圆柱阶梯通孔内，即可紧固弹力弦，弹力弦逐根操作装配即可。
如图9或图10所示，刚性夹爪的上部为带有第二销孔的第二扇形板11-1，刚性夹爪的下部为弧形状的弯爪11-2。刚性夹爪中，弯爪有两个，各弯爪相平行设置。
上述水果抓取机械手中，柔性夹爪中的爪架为一体式结构，刚性夹爪也为一体式结构。柔性夹爪中，其爪架上部的第一扇形板上设有两个第一销孔，第一气缸的活塞杆末端通过第一铰支与其中一个第一销孔连接，第一支座与另一个第一销孔连接；刚性夹爪中，其上部的第二扇形板上设有第二销孔，第二气缸的活塞杆末端通过第二铰支与其中一个第二销孔连接，第二支座与另一个第二销孔连接。
实施例2
本实施例为实施例1所述水果抓取机械手的抓取方法。水果抓取机械手移动至待抓取的水果上方后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开，水果进入水果夹持空间后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪收拢，利用柔性夹爪上弹力弦的弹力柔性夹持水果。
该水果抓取机械手的整体通过基座顶部外接工业机器人的手腕，由工业机器人驱动其进行水果抓取、移动、放开等动作。如图11所示，其具体过程为：
(1)水果抓取机械手被工业机器人移动到待抓取的水果上方；
(2)第一气缸和第二气缸的活塞杆均收缩，与第一气缸相连的第一铰支带动柔性夹爪的一侧向上移动，整个柔性夹爪以第一支座和第一扇形板的连接处为圆心转动；同时，与第二气缸相连的第二铰支带动刚性夹爪的一侧向上移动，整个刚性夹爪以第二支座与第二扇形板的连接处为圆心转动；柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开；
(3)水果抓取机械手被工业机器人驱动下移，直至待抓取的水果进入柔性夹爪和刚性夹爪之间水果夹持空间；
(4)第一气缸和第二气缸的活塞杆均伸出，推动柔性夹爪和刚性夹爪向中间合拢复位，刚性夹爪把水果压合在柔性夹爪的弹力弦上，通过弹力弦的形变获得夹紧力，水果被夹紧在水果抓取机械手上；
(5)工业机器人驱动水果抓取机械手和水果移动至包装位置后放开水果即可。
该过程中由于弹力弦的弹性变形，可自行适应水果的外形，张紧贴合在水果表面，配合刚性夹爪可靠的抓紧水果。机械手可适应不同品种不同形状的水果抓取(如图12所示为抓取苹果，如图13所示为抓取奇异果)，而且可实现快速高效的动作，在设定的范围内无需调节夹紧力。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种水果抓取机械手，其特征在于，包括柔性夹爪、刚性夹爪和开合驱动机构，柔性夹爪和刚性夹爪分别与开合驱动机构连接，柔性夹爪与刚性夹爪之间形成水果夹持空间；柔性夹爪包括爪架和弹力弦，爪架朝向刚性夹爪的一侧分布有若干根弹力弦。
2.根据权利要求1所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述柔性夹爪中，爪架的上部为带有第一销孔的第一扇形板，爪架的下部为弓形结构，各弹力弦呈纵向安装于弓形结构上。
3.根据权利要求2所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述弹力弦至少有两根，采用圆形橡胶条制造，弹力弦两端分别固定有圆柱金属夹头。
4.根据权利要求3所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述弓形结构中设有上横杆和下横杆，上横杆和下横杆中分别加工至少两个定间距的圆柱阶梯通孔，各圆柱阶梯通孔还向外延伸有侧开槽，弹力弦上的圆柱金属夹头对应卡嵌于圆柱阶梯通孔中。
5.根据权利要求2所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述柔性夹爪中的爪架为一体式结构，刚性夹爪也为一体式结构。
6.根据权利要求1所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述刚性夹爪的上部为带有第二销孔的第二扇形板，刚性夹爪的下部为弧形状的弯爪。
7.根据权利要求6所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述刚性夹爪中，弯爪至少有两个，各弯爪相平行设置。
8.根据权利要求1所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述开合驱动机构包括基座、第一气缸、第一支座、第二气缸和第二支座，第一气缸和第二气缸分别安装于基座的两侧，基座底部设有第一支座和第二支座，第一气缸的活塞杆末端和第一支座下端分别与柔性夹爪的上部铰接，第二气缸的活塞杆末端和第二支座下端分别与刚性夹爪的上部铰接。
9.根据权利要求8所述一种水果抓取机械手，其特征在于，所述开合驱动机构中，基座两侧分别设有第一缸座和第二缸座，第一气缸通过第一缸座固定安装于基座上，第二气缸通过第二缸座固定安装于基座上；第一气缸的活塞杆末端设有第一铰支且通过第一铰支与柔性夹爪连接，第二气缸的活塞杆末端设有第二铰支且通过第二铰支与刚性夹爪连接。
10.权利要求1～9任一项所述水果抓取机械手的抓取方法，其特征在于，水果抓取机械手移动至待抓取的水果上方后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪向两侧张开，水果进入水果夹持空间后，开合驱动机构带动柔性夹爪和刚性夹爪收拢，利用柔性夹爪上弹力弦的弹力柔性夹持水果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190319 |