CN111034464A - 一种改进的微型三自由度采摘机械手 - Google Patents

一种改进的微型三自由度采摘机械手 Download PDF

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CN111034464A CN201911172052.6A CN201911172052A CN111034464A CN 111034464 A CN111034464 A CN 111034464A CN 201911172052 A CN201911172052 A CN 201911172052A CN 111034464 A CN111034464 A CN 111034464A
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刘亮
吴世海
李江龙
鲍义东
宋大海
林文娟
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Guizhou Aerospace Intelligent Agriculture Co ltd
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/08—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs of cotton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

本申请公开了一种改进的微型三自由度采摘机械手，包括：前关节与后关节，所述前关节设有横向的左边轴和纵向的右边轴，在所述左边轴上设置第一U槽轮与第二U槽轮，所述第一U槽轮与第一钳嘴刚性连接，所述第二U槽轮与第二钳嘴刚性连接，所述前关节通过所述右边轴连接后关节；在所述右边轴上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。本发明的优点是：结构简单，具有体积小、重量轻、灵活性强、不易损伤枝叶，在复杂枝叶间移动自由度高的特点。生产工艺要求相对较低、生产成本较低、保障性好。

Description

一种改进的微型三自由度采摘机械手
技术领域
本发明涉及一种改进的微型三自由度采摘机械手。
背景技术
机械手是位于机械臂的末端，直接与被操作物接触，具有控制精度高、运行灵活稳定、抓取可靠等设计要求。专业用于棉花整枝作业机器人领域的机械手基本为空白，多采用传统的工业机械手。现有的“达芬奇”工业机械手，其关节动作采用闸线传动，只能单方向上动力输出，自由度差。机械手本身未集成伺服电机。其体积大、重量重、结构外漏，运动中易损伤枝叶，灵活性差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种改进的微型三自由度采摘机械手，其可实现灵活、节能，增加续航力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术本发明为：一种改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，包括：前关节与后关节，所述前关节设有横向的左边轴和纵向的右边轴，在所述左边轴上设置第一U槽轮与第二U槽轮，所述第一U槽轮与第一钳嘴刚性连接，所述第二U槽轮与第二钳嘴刚性连接，所述前关节通过所述右边轴连接后关节；在所述右边轴上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。
本发明的有益效果为：
结构简单，包括：前关节与后关节，所述前关节设有横向的左边轴和纵向的右边轴，在所述左边轴上设置第一U槽轮与第二U槽轮，所述第一U槽轮与第一钳嘴刚性连接，所述第二U槽轮与第二钳嘴刚性连接，所述前关节通过所述右边轴连接后关节；在所述右边轴上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。集成了伺服电机系统，模块化设计，便于田间维修、维护，与机械臂连接部分为电气插件，无齿轮链条等连接，便于拆装，每一轴均为双向动力输出，终端钳口不仅可开合还可以沿开合中心点转动。体积小、重量轻、灵活性强、不易损伤枝叶，在复杂枝叶间移动自由度高。生产工艺要求相对较低、生产成本较低、保障性好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的改进的微型三自由度采摘机械手的结构示意图
附图标记示意
11-第一钳嘴、12-第二钳嘴、13-前关节、14-后关节、15-第一U槽轮、
16-第二U槽轮、17-引导槽、18-第一钢索、19-第二钢索、131-左边轴
20-第三钢索、21-右边轴、22-副第二滑轮、23-第三伺服电机、
24-固定焊点、25-第一滑轮、26-第二滑轮、27-第三滑轮、
28-第二滑块、29-第三丝杆、30-直线舵机支架。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
请参照图1，本发明的一种改进的微型三自由度采摘机械手，包括：前关节13与后关节14，所述前关节13设有横向的左边轴131和纵向的右边轴21，在所述左边轴131上设置第一U槽轮16与第二U槽轮17，所述第一U槽轮16与第一钳嘴11刚性连接，所述第二U槽轮17与第二钳嘴12刚性连接，所述前关节13通过所述右边轴21连接后关节14；
在所述右边轴21上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。
在一个实施例中，所述引导装置包括：第一滑轮25、第二滑轮26与第三滑轮27，所述第三滑轮27设于第一滑轮25与第二滑轮26之间，在各滑轮上缠绕对应的钢线，所述各钢线通过相应的引导槽与直线舵机进行连接。
在一个实施例中，所述直线舵机包括：直线舵机支架30，所述直线舵机支架30底部放置有直线可调电阻片，在所述直线舵机支架30上设置伺服电机，所述伺服电机连接丝杆，在丝杆上设置滑块，所述滑块底部放置刷片并与直线可调电阻片接触。
作为具体的实施例，本发明第三钢索20、第二滑轮26、第二滑块28、副第二滑轮22、第三丝杆29与第三伺服电机23对应。
作为具体的实施例，结构同理，本发明第二钢索19、第三滑轮27、第三滑块(未示出)、副第三滑轮(未示出)、第二丝杆(未示出)与第二伺服电机(未示出)对应。
作为具体的实施例，结构同理，本发明第一钢索18、第一滑轮25、第一滑块(未示出)、副第一滑轮(未示出)、第一丝杆(未示出)与第一伺服电机(未示出)对应。
在一个实施例中，进一步包括：第一钢索18在第二U槽轮绕1圈或2圈后，两端分别绕第一滑轮1圈，经相应引导槽连接后关节14内对应的直线舵机。限制于图片过于细长，不便于展示，伺服电机未画出)。对应滑块在相应伺服电机的带动下实现转动，并将其位置信息通过直线舵机支架底部放置的直线可调电阻片和滑块底部的刷片以电压分压的形式输出。通过改变传动方向后带动第一钳嘴在Y方向转动。
在一个实施例中，所述第三滑轮与前关节固定。
在一个实施例中，进一步包括：第三钢索20在第一U槽轮绕1圈或2圈后，两端分别绕第二滑轮1圈，经相应引导槽连接后关节内对应的直线舵机。对应滑块在相应伺服电机的带动下实现转动，并将其位置信息通过直线舵机支架底部放置的直线可调电阻片和滑块底部的刷片以电压分压的形式输出。通过改变传动方向后带动第二钳嘴在Y方向转动。
在一个实施例中，进一步包括第二钢索19，所述第二钢索19在所述第三滑轮上绕1圈或2圈后，经相应引导槽连接后关节内对应的直线舵机(限制于图片过于细长，不便于展示，伺服电机未画出)。对应滑块在相应伺服电机的带动下实现转动，并将其位置信息通过直线舵机支架底部放置的直线可调电阻片和滑块底部的刷片以电压分压的形式输出。通过改变传动方向带动前关节相对于后关节在X方向转动。
在一个实施例中，所述导线槽采用碳化铬金属材料。
在一个实施例中，所述前关节13采用合金钢材料。
在一个实施例中，所述第一钳嘴11与第二钳嘴12采用镁铝合金材料。
作为具体的实施例，第一U槽轮15与第一钳嘴11刚性连接，第二U槽轮16与第二钳嘴12刚性连接；两者固定于前关节13左边轴上，两钳嘴可围绕前关节13左边轴上转动，第三滑轮27左边缘与前关节13焊接，第三钢索20、第一钢索18分别绕第一U槽轮15、第二U槽轮16缠绕一圈或2圈后经多个引导槽17引导钢索方向，分别在第二滑轮26、第一滑轮25缠绕一圈，再经多个17-引导槽引出。本发明可单独控制第一钳嘴、第二钳嘴，实现开合，拾取、放下物体等精细动作，在复杂枝叶间移动自由度高。
本发明的有益效果为：
结构简单，包括：前关节与后关节，所述前关节设有横向的左边轴和纵向的右边轴，在所述左边轴上设置第一U槽轮与第二U槽轮，所述第一U槽轮与第一钳嘴刚性连接，所述第二U槽轮与第二钳嘴刚性连接，所述前关节通过所述右边轴连接后关节；在所述右边轴上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。集成了伺服电机系统，模块化设计，便于田间维修、维护，与机械臂连接部分为电气插件，无齿轮链条等连接，便于拆装，每一轴均为双向动力输出，终端钳口不仅可开合还可以沿开合中心点转动。体积小、重量轻、灵活性强、不易损伤枝叶，在复杂枝叶间移动自由度高。生产工艺要求相对较低、生产成本较低、保障性好。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，包括：前关节与后关节，所述前关节设有横向的左边轴和纵向的右边轴，在所述左边轴上设置第一U槽轮与第二U槽轮，所述第一U槽轮与第一钳嘴刚性连接，所述第二U槽轮与第二钳嘴刚性连接，所述前关节通过所述右边轴连接后关节；
在所述右边轴上设置多个引导装置，在所述后关节内设置对应所述引导装置的多个直线舵机，所述直线舵机控制引导装置使得两钳嘴进行各个方向的采摘动作。
2.根据权利要求1所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述引导装置包括：第一滑轮、第二滑轮与第三滑轮，所述第三滑轮设于第一滑轮与第二滑轮之间，在各滑轮上缠绕对应的钢线，所述各钢线通过相应的引导槽与直线舵机进行连接。
3.根据权利要求2所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述直线舵机包括：直线舵机支架，所述直线舵机支架底部放置有直线可调电阻片，在所述直线舵机支架上设置伺服电机，所述伺服电机连接丝杆，在丝杆上设置滑块，所述滑块底部放置刷片并与直线可调电阻片接触。
4.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，进一步包括：第一钢索在第二U槽轮绕1圈或2圈后，两端分别绕第一滑轮1圈，经相应引导槽连接后关节内对应的直线舵机。
5.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述第三滑轮与前关节固定。
6.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，进一步包括：第三钢索在第一U槽轮绕1圈或2圈后，两端分别绕第二滑轮1圈，经相应引导槽连接后关节内对应的直线舵机。
7.根据权利要求5所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，进一步包括第二钢索，所述第二钢索在所述第三滑轮上绕1圈或2圈后，经相应引导槽连接后关节内对应的直线舵机。
8.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述导线槽采用碳化铬金属材料。
9.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述前关节采用合金钢材料。
10.根据权利要求3所述的改进的微型三自由度采摘机械手，其特征在于，所述第一钳嘴与第二钳嘴采用镁铝合金材料。
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