CN110754218B - 一种无损采摘欠驱动机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无损采摘欠驱动机械手，本发明包括手爪机构和机械臂，手爪机构包括多个手指，还包括固定盘、驱动套环和推环，每个手指均包括牵引连杆、驱动连杆、第一近指、第二近指、中间连杆、第一中指、第二中指和远指，机械臂包括驱动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、导向杆、固定套环、手刹套、手刹把手、固定杆、尾部把手。本发明结构简单、易于控制、环境适应性强、对夹取物体具有自适应性、且能够实现无损采摘。

Description

一种无损采摘欠驱动机械手

技术领域

本发明涉及一种无损采摘欠驱动机械手，具体涉及一种无损采摘欠驱动机械手，适用于人工采摘。

背景技术

果实的生长随时空环境的变化而变化，存在非结构性和不确定性特点，且由于地理环境因素，使得人工采摘存在劳动强度大，成本高等问题。由于采摘的复杂性，国内果实采摘的自动化程度仍然较低。现有的果实采摘机械手存在手爪与果实贴合性差，和夹取力难以把控的问题。为解决上述问题，需要开发能够自适应果实结构且能实现无损采摘的机械手。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，提供一种无损采摘欠驱动机械手。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

一种无损采摘欠驱动机械手，包括多个手指，还包括固定盘、驱动套环和推环，各个手指均匀分布在固定盘的圆周，每个手指均包括牵引连杆、驱动连杆、第一近指、第二近指、中间连杆、第一中指、第二中指和远指，驱动套环和推环同轴连接，导向杆一端贯穿驱动套环和推环与固定盘的中部连接，

固定盘边沿的铰接座分别与驱动连杆的中部以及第二近指一端铰接，驱动连杆的一端与第一近指一端铰接，驱动连杆的另一端与牵引连杆一端铰接，牵引连杆另一端与驱动套环的边沿铰接，中间连杆一端分别与第二近指的另一端与以及第二中指的一端铰接，中间连杆的中部与第一近指的另一端铰接，中间连杆的另一端与第一中指一端连接，第一中指另一端和第二中指的另一端分别与远指的两端连接，远指的中部为突出的指头。

一种无损采摘欠驱动机械手，还包括手爪复位弹簧、固定套环和手刹把手，固定套环套设固定在导向杆上，手爪复位弹簧套设在导向杆上，手爪复位弹簧的两端分别与固定套环和推环连接，手刹把手通过钢丝绳与推环连接。

一种无损采摘欠驱动机械手，还包括驱动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、导向杆、机械臂复位弹簧、固定杆和尾部把手，

第一连杆一端与中空的固定杆一端连接且还与第二连杆一端铰接，驱动杆一端穿过固定杆与第二连杆的中部铰接，第二连杆的另一端与第三连杆一端铰接，第三连杆另一端与第六连杆的中部铰接，第一连杆的另一端与第五连杆的一端铰接，第五连杆的另一端与第六连杆一端铰接，第六连杆的另一端与导向杆的一端固定连接，第四连杆的两端分别与第三连杆的中部与第五连杆的中部铰接，驱动杆由尾部把手驱动沿固定杆往复运动，手刹把手设置在手刹套上，手刹套套设在固定杆上，第二连杆与第三连杆铰接处通过机械臂复位弹簧与第一连杆中部连接。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、自适应强，稳定性好，手爪机构采用欠驱动的三指结构，可以改善手爪与果实间的包络性，避免果实表皮损伤。

2、环境适应性强，机械臂的转角可达120°，可以适应不同的空间环境。

3、结构简单使用方便，成本低，易于维护，采用轻量化设计，避免了长期负重过大。

附图说明

图 1 是本发明整体的结构示意图；

图 2 是本发明手爪机构的结构示意图；

图 3 是本发明手指的结构示意图；

图 4 是本发明手指的爆炸视图；

图 5 是本发明手爪机构与机械臂的结构示意图；

图6是本发明机械臂的其中一侧面的结构示意图；

图7是图6的爆炸示意图；

图8是本发明机械臂的另一侧面的结构示意图；

图 9是本发明尾部把手、驱动杆、固定杆的连接示意图。

图中，1-固定盘；101-铰接座；2-驱动套环；3-推环；4-牵引连杆；5-驱动连杆；6-第一近指；7-第二近指；8-中间连杆；9-第一中指；10-第二中指；11-远指；12-驱动杆；13-第一连杆；14-第二连杆；15-第三连杆；16-第四连杆；17-第五连杆；18-第六连杆；19-导向杆；20-手爪复位弹簧；21-固定套环；22-机械臂复位弹簧；23-手刹套；24-手刹把手；25-固定杆；26-尾部把手。

具体实施方案

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种无损采摘欠驱动机械手包括手爪机构1和机械臂2。

如图2所示，手爪机构包括固定盘1、驱动套环2、推环3、和三根手指，每根手指包括牵引连杆4、驱动连杆5、第一近指6、第二近指7、中间连杆8、第一中指9、第二中指10、和远指11，驱动套环2和推环3同轴连接，导向杆19一端贯穿驱动套环2和推环3与固定盘1的中部连接，三根手指均匀分布在固定盘1的圆周。

固定盘1边沿的铰接座101分别与驱动连杆5的中部以及第二近指7一端铰接，驱动连杆5的一端与第一近指6一端铰接，驱动连杆5的另一端与牵引连杆4一端铰接，牵引连杆4另一端与驱动套环2的边沿铰接，中间连杆8一端分别与第二近指7的另一端与以及第二中指10的一端铰接，中间连杆8的中部与第一近指6的另一端铰接，中间连杆8的另一端与第一中指9一端连接，第一中指9另一端和第二中指10的另一端分别与远指11的两端连接，远指11的中部为突出的指头。

驱动套环2和推环3可沿导向杆19往复运动，进而通过牵引连杆4带动驱动连杆5翻转，如图2所示，以图2中右侧的手指为例，当驱动套环2沿导向杆19向上运动时，驱动套环2通过牵引连杆4带动驱动连杆5顺时针运动，进而带动第一近指6绕铰接座101顺时钟旋转，进而拉动第二近指7和中间连杆8整体绕铰接座101顺时针旋转，进而带动第一中指9、和第二中指10、和远指11整体绕铰接座101顺势针旋转，另外，第一近指6还会带动中间连杆8绕中间连杆8与第二近指7和第二中指10铰接的端部顺时针旋转，进而带动第一中指9绕中间连杆8与第二近指7和第二中指10铰接的端部顺时针旋转，进一步带动远指11的中部的指头顺时针翻转，实现手指张开。

当驱动套环2沿导向杆19向下运动时，驱动套环2通过牵引连杆4带动驱动连杆5逆时针运动，进而带动第一近指6绕铰接座101逆时针旋转，进而推动第二近指7和中间连杆8整体绕铰接座101逆时针旋转，进而带动第一中指9、和第二中指10、和远指11整体绕铰接座101逆时针旋转，另外，第一近指6还会带动中间连杆8绕中间连杆8与第二近指7和第二中指10铰接的端部逆时针旋转，进而带动第一中指9绕中间连杆8与第二近指7和第二中指10铰接的端部逆时针旋转，进一步带动远指11的中部的指头逆时针翻转，实现手指合拢。

如图3所示，第二近指7、第一中指9、和远指11为内侧手指，内测手指与被夹取物体直接接触，用于夹紧物体。第一近指6、中间连杆8、中指9为外侧手指，外侧手指用来引导和固定内侧手指。通过手爪机构夹取物体时，可以使手爪机构适应不同的物体形状，扩大产品的适用范围。

所述三个手指均采用塑料材料，

如图5所示。驱动杆12为动力输入杆与尾部把手26连接，导向杆19一端贯穿驱动套环2和推环3与固定盘1的中部连接，接按压尾部把手26可以控制导向杆19的转角。导向杆19上套设有固定套环21，固定套环21与导向杆19使用螺栓紧固，导向杆19上设有手爪复位弹簧20，手爪复位弹簧20的两端分别与固定套环21和推环3连接，用于辅助手爪机构复位。

如图7所示，机械臂包括驱动杆12、第一连杆13、第二连杆14、第三连杆15、第四连杆16、第五连杆17、第六连杆18、导向杆19、固定套环21、手刹套23、手刹把手24、固定杆25、尾部把手26。

第一连杆13一端与中空的固定杆25一端连接且还与第二连杆14一端铰接，驱动杆12一端穿过固定杆25与第二连杆14的中部铰接，第二连杆14的另一端与第三连杆15一端铰接，第三连杆15另一端与第六连杆18的中部铰接，第一连杆13的另一端与第五连杆17的一端铰接，第五连杆17的另一端与第六连杆18一端铰接，第六连杆18的另一端与导向杆19的一端固定连接，第四连杆16的两端分别与第三连杆15的中部与第五连杆17的中部铰接，驱动杆12由尾部把手26驱动沿固定杆25往复运动，固定杆25上套设有手刹套23，手刹套23上设置有手刹把手24，手刹把手24通过钢丝绳与推环3连接，第二连杆14与第三连杆15铰接处通过机械臂复位弹簧22与第一连杆13中部连接。

握紧手刹把手24，带动通过钢丝绳拉回推环3，实现手指合拢，松开手刹把手24后，在手爪复位弹簧20的回复力的作用下，推开推环3，实现手指张开复位。

如图8所示，尾部把手26包括主手把和副手把，主手把与固定杆25固定，副手把与主手把铰接，副手把侧部通过连接柱与驱动杆12的端部铰接，握紧尾部把手26的副手把时，副手把带动驱动杆12沿空心的固定杆25向左（图9中向右）运动，进而带动第二连杆14绕第二连杆14与第一连杆13的铰接点顺时针运动，进而带动第三连杆15、第四连杆16、第五连杆17、第六连杆18构成的四杆机构顺时针变形翻转，进而带动导向杆19顺时针翻转，此时，机械臂复位弹簧22被拉长；从而适应不同采摘环境，并能为采摘提供剪切力，提高采摘效率。

当松开尾部把手26时，在机械臂复位弹簧22的回复拉力的作用下，拉动第二连杆14绕第二连杆14与第一连杆13的铰接点逆时针运动，带动驱动杆12向右运动，进而带动第三连杆15、第四连杆16、第五连杆17、第六连杆18构成的四杆机构逆时针变形翻转，实现导向杆19的复位。

作为一种实施方案，第一连杆13、第二连杆14、第三连杆15、第四连杆16、第五连杆17、第六连杆18均为空心不锈钢管；

本实施例通过上述装置实现采摘的方法是：初始时，手爪为开启状态。采摘时，可以通过按压尾部把手26调整手爪转角，保证手爪与物体的合适位置，然后按压手刹把手，手爪即包络住物体。采摘完成后松开尾部把手和手刹把手，机械手将自动复位。

本发明的手爪机构为欠驱动机构，机械手抓取部分由三根手指组成，每根手指有三个指节。采用欠驱动的机械手爪，可以使机械手在抓取不同形状目标时具有自适应目标形状的能力，从而对不同形状的果实都可以包裹牢固。本发明的动力来自于人手按压手刹把手，把手与机械手采用一根柔性绳索连接实现力的传递。

捏紧手刹把手时，柔性绳索使前端手爪机构夹紧果实。捏紧尾部可以改变手爪机构与机械臂之间的夹角，从而适应不同的采摘环境。人手控制力度加上欠驱动手爪机构可以保证果实不被破坏，实现无损采摘。

本发明结构简单，重量轻，成本低廉，可靠性高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种欠驱动机械手，包括多个手指，其特征在于，还包括固定盘(1)、驱动套环(2)和推环(3)，各个手指均匀分布在固定盘(1)的圆周，每个手指均包括牵引连杆(4)、L形驱动连杆(5)、第一近指(6)、第二近指(7)、V形中间连杆(8)、第一中指(9)、第二中指(10)和远指(11)，驱动套环(2)和推环(3)同轴连接，导向杆(19)一端贯穿驱动套环(2)和推环(3)且与固定盘(1)的中部连接，驱动套环(2)和推环(3)连接，推环(3)上连接有用于拉动推环(3)沿着导向杆(19)运动的钢丝绳或柔性绳索，导向杆(19)上设有用于辅助手指复位的手爪复位弹簧（20）；

固定盘(1)边沿的铰接座(101)分别与L形驱动连杆(5)的中部拐角以及第二近指(7)的一端铰接，L形驱动连杆(5)的一端与第一近指(6)的一端铰接，L形驱动连杆(5)的另一端与牵引连杆(4)的一端铰接，牵引连杆(4)的另一端与驱动套环(2)的边沿铰接，V形中间连杆(8)的一端分别与第二近指(7)的另一端与以及第二中指(10)的一端铰接，V形中间连杆(8)的中部拐角与第一近指(6)的另一端铰接，V形中间连杆(8)的另一端与第一中指(9)的一端连接，第一中指(9)的另一端和第二中指(10)的另一端分别与远指(11)的两端连接，远指(11)的中部为突出的指头；

还包括驱动杆(12)、第一连杆(13)、第二连杆(14)、第三连杆(15)、第四连杆(16)、第五连杆(17)、第六连杆(18)、导向杆(19)、机械臂复位弹簧(22)、固定杆(25)和尾部把手(26)，

第一连杆(13)一端与中空的固定杆(25)一端连接且还与第二连杆(14)一端铰接，驱动杆(12)一端穿过固定杆(25)与第二连杆(14)的中部铰接，第二连杆(14)的另一端与第三连杆(15)一端铰接，第三连杆(15)另一端与第六连杆(18)的中部铰接，第一连杆(13)的另一端与第五连杆(17)的一端铰接，第五连杆(17)的另一端与第六连杆(18)一端铰接，第六连杆(18)的另一端与导向杆(19)的一端固定连接，第四连杆(16)的两端分别与第三连杆(15)的中部与第五连杆(17)的中部铰接，第二连杆(14)与第三连杆(15)铰接处通过机械臂复位弹簧(22)与第一连杆(13)中部连接，驱动杆(12)由尾部把手(26)驱动沿固定杆(25)往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动机械手，其特征在于，还包括固定套环(21)，固定套环(21)套设固定在导向杆(19)上，手爪复位弹簧(20)套设在导向杆(19)上，手爪复位弹簧(20)的两端分别与固定套环(21)和推环(3)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种欠驱动机械手，其特征在于，还包括手刹把手(24)，手刹把手(24)设置在手刹套(23)上，手刹套(23)套设在固定杆(25)上，手刹把手(24)通过钢丝绳或柔性绳索与推环(3)连接。

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