CN109514531A - 一种机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械手，包括手指连杆机构、手指连杆驱动部分、伸缩部分、剪切部分和视觉系统；所述手指连杆机构与手指连杆驱动部分连接，所述手指连杆驱动部分与伸缩部分连接，所述剪切部分与固定滑轨连接，所述视觉系统与固定滑轨连接；通过视觉系统采集目标物信息，然后将信息反馈给控制器，控制器对采集的信息进行处理，通过电机驱动器驱动各个电机独立工作实现的夹持、夹持部位的定位、剪切和剪切部位的定位等功能；本发明利用S型压力传感器，平板压力传感器和拉簧，实现控制器对手指连杆机构的闭环实时控制并柔性抓取目标物，减少时造成的机械损伤。

Description

一种机械手
技术领域
本发明涉及机器自动化领域，具体涉及一种机械手。
背景技术
随着工业技术的飞速发展，农业设备逐渐趋向自动化、智能化，并应用于许多领域，农业机器设备已逐步进入到农业生产领域中，促进现代化农业向着装备机械化、生产智能化的方向发展；农作物的是农业生产中季节性强、劳动强度大、作业要求高的一个重要环节，而我国的农业发展较为突出，但农业劳动力却较少，而很多农作物的仍需要依靠大量的人力，不仅人工成本高而且效率低；尤其对于一些果树，由于果树较高或者地形复杂，人工较为困难，而且人工还有因地形复杂而不小心跌倒摔伤的风险；因此研究和开发果蔬机械装置对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低劳动成本，保证新鲜水果蔬菜品质以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要意义。
另外，机械对于一些比较脆弱，容易损伤的农作物，存在很大的局限性，过程中极易造成机械损伤，严重影响农作的品质和存放。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种机械手，通过手指连杆驱动部分驱动手指连杆机构进行夹持动作，通过伸缩部分使手指连杆机构能准确的接近目标物体，通过剪切部分能够将目标物体的分离，通过采用压力传感器实现手指连杆机构对目标物体进行柔性抓取。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的：
一种机械手，包括：手指连杆机构、手指连杆驱动部分、伸缩部分、剪切部分和视觉系统，所述手指连杆机构与手指连杆驱动部分连接，所述手指连杆驱动部分与伸缩部分连接，所述剪切部分与伸缩部分的固定滑轨相连，所述视觉系统与伸缩部分连接。
所述手指连杆机构包括：远指节1、平板压力传感器2、近指节3、硅胶垫4、支撑板5、连杆固定件6、拉簧7、遥杆8、扭簧9、扭簧固定件10、中间连杆11、驱动摇杆12、驱动连杆13、连杆固定件14和S型压力传感器15；所述S型压力传感器15两端分别与固定滑轨25和连杆固定件14连接，所述连杆固定件14与驱动连杆13的一端铰接，所述驱动摇杆12上有3个铰接孔，分别位于所述驱动遥杆12的中间和两端，所述驱动连杆13的另一端通过驱动摇杆12的中间铰接孔与驱动摇杆12铰接，所述驱动摇杆12的两端分别与中间连杆11和近指节3的固定件铰接，中间连杆11的另一端与远指节1铰接，近指节3一端与固定件铰接，另一端与远指节1铰接，所述近指节3铰接的固定架与支撑板5固定连接；所述近指节3和所述远指节1上的传感器连接孔均安装有平板压力传感器2，所述平板压力传感器2的表面粘贴有硅胶垫4；所述中间连杆11和远指节1之间设置有拉簧7。
所述手指连杆驱动部分包括：伸缩电机19、伸缩电机固定板20、伸缩电机联轴器18、伸缩电机支撑板17和支撑板固定连接块16；所述伸缩电机19通过伸缩电机固定板20和伸缩电机支撑板17固定，所述伸缩电机支撑板17与支撑板固定连接块16固定连接，所述伸缩电机19的伸缩轴通过伸缩电机联轴器18与支撑板固定连接块16固定连接，所述支撑板固定连接块16与支撑板5连接。
所述伸缩部分包括：固定板22、丝杠轴固定块23、丝杠螺母24、固定滑轨25、丝杠26、丝杠锁紧螺母27、丝杠电机28和丝杠电机固定块29；所述丝杠电机28通过丝杠电机固定块29固定，所述丝杠电机28的输出轴通过丝杠锁紧螺母27与丝杠26连接，所述固定板22分别与滑架21和丝杠螺母24连接，所述滑架21通过丝杠轴固定块23与丝杠26连接。
所述剪切部分包括：剪切电机30、剪切电机固定块31、剪切电机轴套32、剪切电机轴锁紧螺母33、圆形刀片34、刀片锁紧螺母35、剪切电机连接件36、剪切电机丝杠螺母37、剪切伸缩滑轨38、剪切电机丝杠固定块39、剪切丝杠40、剪切丝杠支撑块41、剪切丝杠联轴器42、剪切伸缩电机43、剪切伸缩电机支架44、剪切旋转支撑板45、剪切旋转电机支撑板46、剪切旋转电机支撑侧板47、剪切旋转电机轴承48、剪切旋转电机联轴器49和剪切旋转电机50；所述剪切旋转电机50和剪切旋转电机支撑侧板47的底部固定于固定滑轨25上，所述剪切旋转电机支撑侧板47的顶部固定于剪切旋转电机支撑板46上，所述剪切旋转电机50的输出轴通过剪切旋转电机联轴器49和剪切旋转电机轴承48与剪切旋转支撑板45连接，所述剪切旋转支撑板45与剪切伸缩电机支架44相连，所述剪切伸缩电机43固定于剪切伸缩电机支架44上，所述剪切伸缩电机43的输出轴与剪切丝杠40通过剪切丝杠联轴器42连接，剪切丝杠支撑块41固定于剪切伸缩电机支架44上，所述剪切丝杠40由剪切丝杠支撑块41和剪切丝杠螺母37支撑，所述剪切丝杠螺母37与剪切伸缩滑轨38滑动连接，所述剪切电机30与剪切电机固定块31连接，所述剪切电机固定块31与剪切电机连接件36连接，所述剪切电机连接件36固定于剪切丝杠螺母37上，所述剪切电机30的输出轴依次连接剪切电机轴套32和剪切电机轴锁紧螺母33，所述圆形刀片34通过刀片锁紧螺母35固定于剪切电机30的输出轴上。
所述视觉系统包括：相机固定支架52和工业相机51；所述工业相机51固定于相机固定支架52上，所述相机固定支架52固定于固定滑轨25的前端。
所述伸缩电机19、丝杠电机28、剪切电机30、剪切伸缩电机43、剪切旋转电机50、工业照相机51，平板压力传感器2及S型压力传感器15与控制装置电连接。
优选的，所述手指连杆机构还包括电位器固定件，所述电位器固定件分别固定于驱动连杆12与S型压力传感器15铰接处、近指节3与近指节固定件铰接处以及近指节3与远指节1铰接处。
优选的，所述近指节固定件端部设置近指节运动终止限位块，所述近指节的端部设置限制远指节运动终止限位块。
有益效果
本发明的有益效果是：
1.本发明采用的手指连杆机构，使用拉簧作为限制机构，使之具有抓握功能；所述手指连杆机构采用串联式连杆机构，在所述拉簧和所述连杆机构的配合下，对目标物进行抓握，所述手指机构能够适应各种的形状的物体。
2. 本发明采用的手指连杆机构的近指节和远指节的中间位置分别安装了平板压力传感器，用来感知与目标物体的接触力，避免由于过大的接触力而导致目标物体表面的机械损伤；并且在平板压力传感器的表面上粘贴了硅胶垫，既增加了抓取物与指面的摩擦力又对所夹持的目标物体施加的力起到一定的缓冲作用，进一步减轻了力式夹持对目标物体的机械损伤。
3.所述手指机构的连杆机构在固定滑轨和连杆固定件之间设置S型压力传感器，实现控制器对伸缩电机输出推力的实时控制，进而实现控制器对近指节和远指节与目标物体接触力大小的控制。
附图说明
图1为本发明所述的一种机械手的A向截面结构示意图。
图2为本发明所述的一种机械手各部分的连接结构示意图。
图3为本发明所述的一种机械手剪切部分结构示意图。
附图标记说明：1.远指节；2.平板压力传感器；3.近指节；4.硅胶垫；5.支撑板；6.连杆固定件；7.拉簧；8.摇杆；9.扭簧；10.扭簧固定件；11.中间连杆；12.驱动摇杆；13.驱动连杆；14.连杆固定件；15.S型压力传感器；16.支撑板固定连接块；17.伸缩电机支撑板；18.伸缩电机联轴器；19.伸缩电机；20.伸缩电机固定板；21.滑架；22.固定板；23.丝杠轴固定块；24.丝杠螺母；25.固定滑轨；26.丝杠；27.丝杠锁紧螺母；28.丝杠电机；29.丝杠电机固定块；30.剪切电机；31.剪切电机固定块；32.剪切电机轴套；33.剪切电机轴锁紧螺母；34.圆形刀片；35.刀片锁紧螺母；36.剪切电机连接件；37.剪切丝杠螺母；38.剪切伸缩滑轨；39.剪切丝杠固定块；40.剪切丝杠；41.剪切丝杠支撑块；42.剪切丝杠联轴器；43.剪切伸缩电机；44.剪切伸缩电机支架；45.剪切旋转支撑板；46.剪切旋转电机支撑板；47.剪切旋转点击支撑侧板；48.剪切旋转电机轴承；49.剪切旋转电机联轴器；50.剪切旋转电机；51.工业相机；52.工业相机固定件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚，完整的描述。
实施例一
如图1和图2所示，一种机械手，包括：手指连杆机构、手指连杆驱动部分、伸缩部分、剪切部分和视觉系统，所述手指连杆机构与手指连杆驱动部分连接，所述手指连杆驱动部分与伸缩部分连接，所述剪切部分与伸缩部分的固定滑轨相连，所述视觉系统与伸缩部分连接。
根据图1，所述手指连杆机构包括：远指节1、平板压力传感器2、近指节3、硅胶垫4、支撑板5、连杆固定件6、拉簧7、遥杆8、扭簧9、扭簧固定件10、中间连杆11、驱动摇杆12、驱动连杆13、连杆固定件14和S型压力传感器15；所述S型压力传感器15两端分别与固定滑轨25和连杆固定件14连接，所述连杆固定件14与驱动连杆13的一端铰接，所述驱动摇杆12上有3个铰接孔，分别位于所述驱动遥杆12的中间和两端，所述驱动连杆13的另一端通过驱动摇杆12的中间铰接孔与驱动摇杆12铰接，所述驱动摇杆12的两端分别与中间连杆11和近指节3的固定件铰接，中间连杆11的另一端与远指节1铰接，近指节3一端与固定件铰接，另一端与远指节1铰接，所述近指节3铰接的固定架与支撑板5固定连接；所述近指节3和所述远指节1上的传感器连接孔均安装有平板压力传感器2，所述平板压力传感器2的表面粘贴有硅胶垫4；所述中间连杆11和远指节1之间设置有拉簧7。
根据图1，所述手指连杆驱动部分包括：伸缩电机19、伸缩电机固定板20、伸缩电机联轴器18、伸缩电机支撑板17和支撑板固定连接块16；所述伸缩电机19通过伸缩电机固定板20和伸缩电机支撑板17固定，所述伸缩电机支撑板17与支撑板固定连接块16固定连接，所述伸缩电机19的伸缩轴通过伸缩电机联轴器18与支撑板固定连接块16固定连接，所述支撑板固定连接块16与支撑板5连接。
根据图1，所述伸缩部分包括：固定板22、丝杠轴固定块23、丝杠螺母24、固定滑轨25、丝杠26、丝杠锁紧螺母27、丝杠电机28和丝杠电机固定块29；所述丝杠电机28通过丝杠电机固定块29固定，所述丝杠电机28的输出轴通过丝杠锁紧螺母27与丝杠26连接，所述固定板22分别与滑架21和丝杠螺母24连接，所述滑架21通过丝杠轴固定块23与丝杠26连接。
参照图3，所述剪切部分包括：剪切电机30、剪切电机固定块31、剪切电机轴套32、剪切电机轴锁紧螺母33、圆形刀片34、刀片锁紧螺母35、剪切电机连接件36、剪切电机丝杠螺母37、剪切伸缩滑轨38、剪切电机丝杠固定块39、剪切丝杠40、剪切丝杠支撑块41、剪切丝杠联轴器42、剪切伸缩电机43、剪切伸缩电机支架44、剪切旋转支撑板45、剪切旋转电机支撑板46、剪切旋转电机支撑侧板47、剪切旋转电机轴承48、剪切旋转电机联轴器49和剪切旋转电机50；根据图3，所述剪切旋转电机50和剪切旋转电机支撑侧板47的底部固定于固定滑轨25上，所述剪切旋转电机支撑侧板47的顶部固定于剪切旋转电机支撑板46上，所述剪切旋转电机50的输出轴通过剪切旋转电机联轴器49和剪切旋转电机轴承48与剪切旋转支撑板45连接，所述剪切旋转支撑板45与剪切伸缩电机支架44相连，所述剪切伸缩电机43固定于剪切伸缩电机支架44上，所述剪切伸缩电机43的输出轴与剪切丝杠40通过剪切丝杠联轴器42连接，剪切丝杠支撑块41固定于剪切伸缩电机支架44上，所述剪切丝杠40由剪切丝杠支撑块41和剪切丝杠螺母37支撑，所述剪切丝杠螺母37与剪切伸缩滑轨38滑动连接，所述剪切电机30与剪切电机固定块31连接，所述剪切电机固定块31与剪切电机连接件36连接，所述剪切电机连接件36固定于剪切丝杠螺母37上，所述剪切电机30的输出轴依次连接剪切电机轴套32和剪切电机轴锁紧螺母33，所述圆形刀片34通过刀片锁紧螺母35固定于剪切电机30的输出轴上。
参照图2，所述视觉系统包括：相机固定支架52和工业相机51；所述工业相机51固定于相机固定支架52上，所述相机固定支架52固定于固定滑轨25的前端。
所述伸缩电机19、丝杠电机28、剪切电机30、剪切伸缩电机43、剪切旋转电机50、工业照相机51，平板压力传感器2及S型压力传感器15与控制装置电连接。
实施例二
本发明采用的手指连杆机构，使用拉簧作7为限制机构，使之具有抓握功能；所述手指连杆机构采用串联式连杆机构，在所述拉簧7和所述手指连杆机构的配合下，对目标物体进行抓握，所述手指连杆机构能够适应各种物体的形状；并且考虑到果实的易损伤性，所述手指连杆机构的近指节3和远指节1的中间位置分别安装了平板压力传感器2，用来感知果实的接触力，避免由于过大的接触力而导致的果实损伤；并且在平板压力传感器2的表面上粘贴了硅胶垫4，既增加了水果与指面的摩擦力又对夹持水果所施加的力起到一定的缓冲作用，进一步减轻了力式夹持对水果的机械损伤；此外，所述手指连杆机构分别在驱动连杆与S型压力传感器15铰接处设置电位器，近指节3与近指节固定件铰接处设置电位器，近指节3与远指节1铰接处设置电位器，用来感知手指连杆机构中各连杆的位置变化，通过电位器和压力传感器的安装，可以实现控制器对手指连杆机构中各连杆的位置变化以及压力传感器与果实接触力变化的实时监控与闭环反馈控制，即实现控制器对伸缩电机输出推力的实时控制，进而实现控制器对近指节和远指节与水果的接触力大小的控制，以保证末端执行器对目标水果的柔性无损伤。
实施例三
本发明可实现的工作模式为通过视觉系统中的工业相机采集目标物的成熟程度、位置大小、位置和梗部位置信息，然后将采集信息反馈给控制器，控制器对采集的信息进行处理分析并对成熟果实及其梗部进行定位，控制器通过电机驱动器驱动各个电机独立工作：通过伸缩电机控制手指连杆机构实现果实的夹持；通过臂伸缩丝杠电机、升降电机和旋转电机驱动，实现果实夹持部位的定位；通过剪切电机控制圆形刀片转动实现梗部的剪切；通过剪切伸缩电机和剪切旋转电机驱动，实现果梗剪切部位的定位。
因此，本发明的机械手通过手指连杆驱动部分驱动手指连杆机构进行夹持动作，通过伸缩部分使手指连杆机构能准确的接近目标物体，通过剪切部分能够将目标物体的分离，通过采用压力传感器实现手指连杆机构对目标物体进行柔性抓取。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机械手，其特征在于：包括：手指连杆机构、手指连杆驱动部分、伸缩部分、剪切部分和视觉系统，所述手指连杆机构与手指连杆驱动部分连接，所述手指连杆驱动部分与伸缩部分连接，所述剪切部分与伸缩部分的固定滑轨相连，所述视觉系统与伸缩部分的固定滑轨连接。
2.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述手指连杆机构包括：远指节（1）、平板压力传感器（2）、近指节（3）、硅胶垫（4）、支撑板（5）、连杆固定件（6）、拉簧（7）、遥杆（8）、扭簧（9）、扭簧固定件（10）、中间连杆（11）、驱动摇杆（12）、驱动连杆（13）、连杆固定件（14）和S型压力传感器（15）；所述S型压力传感器（15）两端分别与固定滑轨（25）和连杆固定件（14）连接，所述连杆固定件（14）与驱动连杆（13）的一端铰接，所述驱动摇杆（12）上有3个铰接孔，分别位于所述驱动遥杆（12）的中间和两端，所述驱动连杆（13）的另一端通过驱动摇杆（12）的中间铰接孔与驱动摇杆（12）铰接，所述驱动摇杆（12）的两端分别与中间连杆（11）和近指节（3）的固定件铰接，中间连杆（11）的另一端与远指节（1）铰接，近指节（3）一端与固定件铰接，另一端与远指节（1）铰接，所述近指节（3）铰接的固定架与支撑板（5）固定连接；所述近指节（3）和所述远指节（1）上的传感器连接孔均安装有平板压力传感器（2），所述平板压力传感器（2）的表面粘贴有硅胶垫（4）；所述中间连杆（11）和远指节（1）之间设置有拉簧（7）。
3.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述手指连杆驱动部分包括：伸缩电机（19）、伸缩电机固定板（20）、伸缩电机联轴器（18）、伸缩电机支撑板（17）和支撑板固定连接块（16）；所述伸缩电机（19）通过伸缩电机固定板（20）和伸缩电机支撑板（17）固定，所述伸缩电机支撑板（17）与支撑板固定连接块（16）固定连接，所述伸缩电机（19）的伸缩轴通过伸缩电机联轴器（18）与支撑板固定连接块（16）固定连接，所述支撑板固定连接块（16）与支撑板（5）连接。
4.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述伸缩部分包括：固定板（22）、丝杠轴固定块（23）、丝杠螺母（24）、固定滑轨（25）、丝杠（26）、丝杠锁紧螺母（27）、丝杠电机（28）和丝杠电机固定块（29）；所述丝杠电机（28）通过丝杠电机固定块（29）固定，所述丝杠电机（28）的输出轴通过丝杠锁紧螺母（27）与丝杠（26）连接，所述固定板（22）分别与滑架（21）和丝杠螺母（24）连接，所述滑架（21）通过丝杠轴固定块（23）与丝杠（26）连接。
5.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述剪切部分包括：剪切电机（30）、剪切电机固定块（31）、剪切电机轴套（32）、剪切电机轴锁紧螺母（33）、圆形刀片（34）、刀片锁紧螺母（35）、剪切电机连接件（36）、剪切电机丝杠螺母（37）、剪切伸缩滑轨（38）、剪切电机丝杠固定块（39）、剪切丝杠（40）、剪切丝杠支撑块（41）、剪切丝杠联轴器（42）、剪切伸缩电机（43）、剪切伸缩电机支架（44）、剪切旋转支撑板（45）、剪切旋转电机支撑板（46）、剪切旋转电机支撑侧板（47）、剪切旋转电机轴承（48）、剪切旋转电机联轴器（49）和剪切旋转电机（50）；所述剪切旋转电机（50）和剪切旋转电机支撑侧板（47）的底部固定于固定滑轨（25）上，所述剪切旋转电机支撑侧板（47）的顶部固定于剪切旋转电机支撑板（46）上，所述剪切旋转电机（50）的输出轴通过剪切旋转电机联轴器（49）和剪切旋转电机轴承（48）与剪切旋转支撑板（45）连接，所述剪切旋转支撑板（45）与剪切伸缩电机支架（44）相连，所述剪切伸缩电机（43）固定于剪切伸缩电机支架（44）上，所述剪切伸缩电机（43）的输出轴与剪切丝杠（40）通过剪切丝杠联轴器（42）连接，剪切丝杠支撑块（41）固定于剪切伸缩电机支架（44）上，所述剪切丝杠（40）由剪切丝杠支撑块（41）和剪切丝杠螺母（37）支撑，所述剪切丝杠螺母（37）与剪切伸缩滑轨（38）滑动连接，所述剪切电机（30）与剪切电机固定块（31）连接，所述剪切电机固定块（31）与剪切电机连接件（36）连接，所述剪切电机连接件（36）固定于剪切丝杠螺母（37）上，所述剪切电机（30）的输出轴依次连接剪切电机轴套（32）和剪切电机轴锁紧螺母（33），所述圆形刀片（34）通过刀片锁紧螺母（35）固定于剪切电机（30）的输出轴上。
6.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述视觉系统包括：相机固定支架（52）和工业相机（51）；所述工业相机（51）固定于相机固定支架（52）上，所述相机固定支架（52）固定于固定滑轨（25）的前端。
7.根据权利要求1所述的一种机械手，其特征在于，所述伸缩电机（19）、丝杠电机（28）、剪切电机（30）、剪切伸缩电机（43）、剪切旋转电机（50）、工业照相机（51），平板压力传感器（2）及S型压力传感器（15）与控制装置电连接。
8.根据权利要求2所述的一种机械手，其特征在于，所述手指连杆机构还包括电位器固定件，所述电位器固定件分别固定于驱动连杆（12）与S型压力传感器（15）铰接处、近指节（3）与近指节固定件铰接处以及近指节（3）与远指节（1）铰接处。
9.根据权利要求2所述的一种机械手，其特征在于，所述近指节固定件端部设置近指节运动终止限位块，所述近指节的端部设置限制远指节运动终止限位块。
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