CN111590621A - 一种模块化蛇形机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化蛇形机械手，涉及果蔬收获设备，主要包括机械手单体、软体套、电机控制线；机械手单体主要包括控制杆单元、上底板、下底板、中心杆、底板支撑球、限制件；中心杆与底板支撑球形成一个球副，中心杆与下底板固定，且中心杆的轴线与下底板垂直；控制单元的两端各含一个球副，可使精确控制上、下底板的法线间的夹角；控制单元中的电机与控制杆经焊接固定，且电机的轴线与控制杆的轴线相平行，可以减少机械手单体的径向尺寸；限制件一段与下底板固定，另一端通过销四与控制杆单元相连，可防止控制杆单元绕着自身的轴线转动。本发明径向尺寸小，结构简单，增强了对不同的品种的果树的适应性，可在果蔬植株的枝干间运动。

Description

一种模块化蛇形机械手
技术领域
本发明涉及一种果蔬收获设备，特别是涉及用于采摘机器人上的一种模块化蛇形机械手。
背景技术
农作物收获是农业生产的重要环节，机械手作为采摘机器人的核心部件之一，其性能的优劣将直接影响果蔬的采摘效率。目前常见的采摘机器人的机械手多以二指和三指机械手，用以完成采摘过程。其主要的问题是：
（1）由于果蔬的大小不一，因此在设计是多以果蔬的最大尺寸进行设计，这样会使得机械手较大，不方便其在枝蔓间运动；
（2）由于不同果蔬的形状和大小不统一，因此机械手只能采摘机形状和大小相近的品种，而采摘形状和大小相异的品种时只能重新设计机械手，这就使得机械手通用性差。
发明内容
本发明是为了解决上述常见的机械手尺寸相对较大和不能适用形状和大小相异的果蔬，而提出一种结构简单、尺寸相对较小的模块化蛇形机械手，可实现形状相异且大小相差不是非常大的异种果蔬采摘。
本发明所解决的技术问题是通过下述技术方案实现的。
一种模块化蛇形机械手，包括机械手单体（1）、软体套（2）、电机控制线（3）、螺栓组一（4）、螺栓组二（5），其特征在于：所述的机械手单体（1）包括控制杆单元（7）、上底板（6）、中心杆（9）、下底板（10）、限制件（11）、底板支撑件（12）、销一（13）；所述的控制杆单元（7）包括电机（8）、控制杆支撑件（14）、销二（15）、螺杆（16）、齿轮箱（17）、主动齿轮（18）、从动齿轮（20）、齿轮箱盖（19）、导向板（21）、控制杆（24）、销三（25）、销四（27）。本发明的控制杆单元（7）的电机（8）的轴线与控制杆（24）的轴线相平行，有效减小机械手单体（1）的径向尺寸，从而有效减少机械手的径向尺寸；控制杆单元（7）的两端各有一个球副，可使上、下底板（6）、（10）的法线产生一定的夹角，从而更好控制机械手抓取目标物体。
为此目的：
所述的控制杆支撑件（14）通过销二（15）与螺杆（16）连接，控制杆支撑件（14）与螺杆（16）在Ⅲ处形成球副；所述的电机（8）与控制杆（24）经焊接的方式使其两者固定，且两者的与齿轮距离较近的一端的端面处于同一面内，并且电机（8）的轴线与控制杆（24）的轴线相平行；齿轮箱（17）通过焊接的方式与电机（8）和控制杆（24）固定，齿轮箱（17）内部包含一对齿轮分别是主、从动齿轮（18）、（20），主、从动齿轮（18）、（20）的转速比为2：1；主动齿轮（18）的中心孔是一个方孔，与电机（8）输出轴的方轴相配合传递电机（8）的输出动力；从动齿轮（20）的中心孔为螺纹孔，可以螺杆（16）相配合；齿轮箱盖（19）通过焊接的方式与齿轮箱（17）固定；导向板（21）通过焊接的方式与螺杆（16）固定，并且可以沿着控制杆（24）内孔壁的槽进行轴向运动和阻止螺杆（16）与控制杆（24）发生相对转动；控制杆（24）通过销三（25）与控制杆支撑件（14）相连接，并且在Ⅴ处组成一个球副，销四（27）通过焊接的方式与控制杆（24）固定；
所述的中心杆（9）通过螺栓组一（4）与下底板（10）固定；所述的底板支撑件（12）通过螺栓组一（4）与上底板（6）固定，底板支撑件（12）通过销一（13）与中心杆（9）连接，底板支撑件（12）与中心杆（9）在Ⅱ处形成球副；
所述的限制件（11）由弹簧挡圈一（22）、限制杆（23）、支座（26）构成，限制杆（23）通过弹簧挡圈一（22）与支座（26）连接，并且两者以限制杆（23）的圆柱部位的轴线为轴心发生相对转动，限制杆（23）通过销四（27）和弹性挡圈二（28）与控制杆（24）连接，并且限制杆（23）与控制杆（24）可以销四（27）的轴线为轴心发生相对转动，支座下部含有两个定位块（35），定位块（35）与下底板（10）的盲孔进行配合，使定位块（35）安装在正确的位置上，支座（26）通过焊接的方式与下底板（10）固定；
所述的底板支撑件（12）由固定块（29）、柔性绳一（30）、底板支撑球（31）组成，三者是由整体铸造而成，柔性绳一（30）采用高强度低刚度材料；所述的控制杆支撑件（14）由固定环（32），柔性绳二（33），控制杆支撑球（34）组成，柔性绳二（33）采用高强度低刚度材料。
本发明的有益效果在于：
本发明的模块化蛇形机械手采用的机械手单体的两端含有球副，可使机械手单体的上、下底板的法线形成不同的角度，可使机械手抓取不同的形状及大小差别不是过大的果蔬；电机的轴线和控制杆的轴线相平行，可使机械手的径向尺寸大大减少；
本发明的模块化蛇形机械手较已有的机械手而言，采用模块化设计，可以根据目标物体的大小增减机械手单体，避免了直接更换机械手，增强了对不同的品种的果蔬的适应性；本模块化蛇形机械手径向尺寸较小，结构简单，可在果蔬植株的枝干间运动；降低了控制的难度。
附图说明
图1是本发明的模块化机械手的立体图。
图2是本发明的模块化机械手的内部结构图。
图3是本发明的模块化机械手的Ⅰ处的放大图。
图4是本发明的模块化机械手的机械手单体的半剖视图。
图5是本发明的模块化机械手的机械手单体的立体图一。
图6是本发明的模块化机械手的机械手单体的立体图二。
图7是本发明的模块化机械手的Ⅱ处的放大图。
图8是本发明的模块化机械手的Ⅲ处的放大图。
图9是本发明的模块化机械手的Ⅳ处的放大图。
图10是本发明的模块化机械手的Ⅴ处的放大图。
图11是本发明的模块化机械手的Ⅵ处的放大图。
图12是本发明的模块化机械手的底板支撑件的立体图。
图13是本发明的模块化机械手的控制杆支撑件立体图。
图14是本发明的模块化机械手的限制件的立体图。
图中：
1—机械手单体，2—软体套，3—电机控制线，4—螺栓组一，5—螺栓组二，6—上底板，7—控制杆单元，8—电机，9—中心杆，10—下底板，11—限制件，12—底板支撑件，13—销一，14—控制杆支撑件，15—销二，16—螺杆，17—齿轮箱，18—主动齿轮，19—齿轮箱盖，20—从动齿轮，21—导向板，22—弹性挡圈一，23—限制杆，24—控制杆，25—销三，26—支座，27—销四，28—弹性挡圈二，29—固定块，30—柔性绳一，31—底板支撑球，32—固定环，33—柔性绳二，34—控制杆支撑球，35—定位块。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明公开了一种模块化机械手，主要由机械手单体（1）、软体套（2）和电机控制线（3）组成。如图1、图2所示，机械手外部安装有软体套（2），可以阻止尘土和植物的枝叶进入机械手内部损伤机械手零部件；如图2、图3所示，每个机械手单体（1）之间通过螺栓组一（4）和螺栓组二（5）连接，可以通过增加机械手单体（1）的数量增加机械手的长度，从而可以抓取相对较大的物体。如图4、图5、图6、图7所示，机械手单体由三个控制杆单元（7）、上底板（6）、下底板（10）、中心杆（9）、限制件（11）、底板支撑件（12）、销一（13）组成，控制杆单元（7）通过螺栓组二（5）与上底板（6）和下底板（10）固定，三个控制杆单元（7）可以独立控制，通过控制杆单元（7）的长度，从而控制上、下底板（6）、（10）的法线夹角，从而可使机械手沿着目标物体外表面进行螺旋缠绕，可更稳定抓取目标物体，中心杆（9）通过螺栓组一（4）与下底板（10）固定，可使中心杆（9）始终垂直于下底板（10），底板支撑件（12）通过螺栓组一（4）与上底板（6）固定，底板支撑件（12）通过销一（13）与中心杆（9）连接，底板支撑件（12）与中心杆（9）在Ⅱ处形成球副，可以使上底板（6）的法线与中心杆（9）的轴线在任意方向上形成角度，限制件（11）通过销四（27）和弹簧挡圈二（28）与控制杆单元（7）相连，并且限制件（11）以销四（27）的轴线为轴心与控制杆单元（7）发生相对的转动，限制件（11）通过焊接的方式与下底板（10）固定，限制件（11）可以防止控制杆单元（7）绕着自身的轴线转动。
如图4、图8、图9、图10、图11所示控制杆单元（7）由电机（8）、两个控制杆支撑件（14）、销二（15）、螺杆（16）、齿轮箱（17）、主动齿轮（18）、从动齿轮（20）、齿轮箱盖（19）、导向板（21）、控制杆（24）、销三（25）、销四（27）组成；控制杆支撑件（14）通过螺栓组二（5）与上、下底板（6）、（10）固定；控制杆支撑件（14）通过销二（15）与螺杆（16）连接，控制杆支撑件（14）与螺杆（16）在Ⅲ处形成球副，使得控制杆支撑件（14）的轴线与螺杆（16）的轴线的角度发生变化；电机（8）与控制杆（24）经焊接的方式使其两者固定，且两者的与齿轮距离较近的一端的端面处于同一面内，并且电机（8）的轴线与控制杆（24）的轴线相平行，这样可以减少机械手单体（1）的径向尺寸；齿轮箱（17）通过焊接的方式与电机（8）和控制杆（24）固定，齿轮箱（17）内部包含一对齿轮分别是主、从动齿轮（18）、（20），主、从动齿轮（18）、（20）的转速比为2：1，这样可以增加从动齿轮（20） 传递的扭矩；主动齿轮（18）的中心孔是一个方孔，与电机（8）输出轴的方轴相配合传递电机（8）的输出动力，利用电机（8）的方轴和主动齿轮的方孔进行配合可以避免在电机（8）的输出轴上开键槽，从而避免了电机（8）的输出轴的强度降低；从动齿轮（20）的中心孔为螺纹孔，可以螺杆（16）相配合，可以把电机（8）输出的转动转换成螺杆（16）的轴向运动；齿轮箱盖（19）通过焊接的方式与齿轮箱（17）固定，可以阻止主、从动齿轮（18）、（20）发生轴向窜动，还可以防止灰尘进入齿轮传动系中，从而增加齿轮的使用寿命；导向板（21）通过焊接的方式与螺杆（16）固定，并且可以沿着控制杆（24）内孔壁的槽进行轴向运动和阻止螺杆（16）与控制杆（24）发生相对转动，从而增加机械手的控制精度；控制杆（24）通过销三（25）与控制杆支撑件（14）相连接，并且在Ⅴ处组成一个球副，可使控制杆（24）的轴线与下底板（10）的法线形成一定的角度，销四（27）通过焊接的方式与控制杆（24）固定，通过与限制件（11）配合使用，可防止控制杆（24）绕着自己的轴心发生转动，从而防止控制杆单元（7）绕着自身的轴线转动。
如图4、图11、图14所示，限制件（11）由弹簧挡圈一（22）、限制杆（23）、支座（26）构成，限制杆（23）通过弹簧挡圈一（22）与支座（26）连接，并且两者以限制杆（23）的圆柱部位的轴线为轴心发生相对转动，支座下部含有两个定位块（35），定位块（35）与下底板（10）的盲孔进行配合，使定位块（35）安装在正确的位置上，支座（26）通过焊接的方式与下底板（10）固定。
如图12所示，底板支撑件（12）由固定块（29）、柔性绳一（30）、底板支撑球（31）组成，三者是由整体铸造而成，柔性绳一（30）采用高强度低刚度材料，可避免底板支撑件（12）与中心杆（9）相对运动时发生脱扣现象。如图13所示，控制杆支撑件（14）由固定环（32），柔性绳二（33），控制杆支撑球（34）组成，柔性绳二（33）采用高强度低刚度材料，可避免控制杆支撑件（14）与螺杆（16）和控制杆支撑件（14）与控制杆（24）相对运动时发生脱扣现象。
正常作业时，只需控制每个机械手单体（1）中的电机（8），进而控制三个控制杆单元（7）的长度，从而可以控制每个机械手单体（1）中控制杆单元（7）的长度，最终控制机械手的姿态。
以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种模块化蛇形机械手，包括机械手单体（1）、软体套（2）、电机控制线（3）、螺栓组一（4）、螺栓组二（5），其特征在于：所述的机械手单体（1）包括控制杆单元（7）、上底板（6）、中心杆（9）、下底板（10）、限制件（11）、底板支撑件（12）、销一（13）；所述的控制杆单元（7）包括电机（8）、控制杆支撑件（14）、销二（15）、螺杆（16）、齿轮箱（17）、主动齿轮（18）、从动齿轮（20）、齿轮箱盖（19）、导向板（21）、控制杆（24）、销三（25）、销四（27）；
所述的控制杆支撑件（14）通过销二（15）与螺杆（16）连接，控制杆支撑件（14）与螺杆（16）在Ⅲ处形成球副；所述的电机（8）与控制杆（24）经焊接的方式使其两者固定，且两者的与齿轮距离较近的一端的端面处于同一面内，并且电机（8）的轴线与控制杆（24）的轴线相平行；齿轮箱（17）通过焊接的方式与电机（8）和控制杆（24）固定，齿轮箱（17）内部包含一对齿轮分别是主、从动齿轮（18）、（20），主、从动齿轮（18）、（20）的转速比为2：1；主动齿轮（18）的中心孔是一个方孔，与电机（8）输出轴的方轴相配合传递电机（8）的输出动力；从动齿轮（20）的中心孔为螺纹孔，可以螺杆（16）相配合；齿轮箱盖（19）通过焊接的方式与齿轮箱（17）固定；导向板（21）通过焊接的方式与螺杆（16）固定，并且可以沿着控制杆（24）内孔壁的槽进行轴向运动和阻止螺杆（16）与控制杆（24）发生相对转动；控制杆（24）通过销三（25）与控制杆支撑件（14）相连接，并且在Ⅴ处组成一个球副，销四（27）通过焊接的方式与控制杆（24）固定；
所述的中心杆（9）通过螺栓组一（4）与下底板（10）固定；所述的底板支撑件（12）通过螺栓组一（4）与上底板（6）固定，底板支撑件（12）通过销一（13）与中心杆（9）连接，底板支撑件（12）与中心杆（9）在Ⅱ处形成球副。
2.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机械手，其特征在于：所述的限制件（11）由弹簧挡圈一（22）、限制杆（23）、支座（26）构成，限制杆（23）通过弹簧挡圈一（22）与支座（26）连接，并且两者以限制杆（23）的圆柱部位的轴线为轴心发生相对转动，限制杆（23）通过销四（27）和弹性挡圈二（28）与控制杆（24）连接，并且限制杆（23）与控制杆（24）可以销四（27）的轴线为轴心发生相对转动，支座下部含有两个定位块（35），定位块（35）与下底板（10）的盲孔进行配合，使定位块（35）安装在正确的位置上，支座（26）通过焊接的方式与下底板（10）固定。
3.根据权利要求1所述的一种模块化蛇形机械手，其特征在于：所述的底板支撑件（12）由固定块（29）、柔性绳一（30）、底板支撑球（31）组成，三者是由整体铸造而成，柔性绳一（30）采用高强度低刚度材料；所述的控制杆支撑件（14）由固定环（32），柔性绳二（33），控制杆支撑球（34）组成，柔性绳二（33）采用高强度低刚度材料。
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CN112873194A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 上海工程技术大学 一种线驱动的连续型柔性机械臂及含有其的柔性机器人

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