CN111972129B - 一种欠驱动定位抓取旋切手爪 - Google Patents

Abstract

一种欠驱动定位抓取旋切手爪，包括主动手爪、从动手爪、壳体和驱动机构；所述主动手爪有两个，且沿壳体的轴线圆周对称安装在壳体的顶部；所述从动手爪有两个，且沿壳体的轴线圆周对称安装在壳体的顶部；两个所述主动手爪和两个所述从动手爪沿壳体的轴线圆周交错分布；所述驱动机构安装在壳体内，其除了用于驱使两个主动手爪和两个从动手爪同时沿壳体的径向向内或者向外运动，从而实现对果实的抓取与松开外，还用于驱使两个所述从动手爪围绕壳体的轴线圆周旋转运动，通过设置在主动手爪和从动手爪上的刀刃对果实的果梗进行剪切。本发明在采摘果实时，不仅能够自适应果实的大小，还能在抓取果实后，随即对果梗进行剪切，完成果实的自动化采摘。

Description

一种欠驱动定位抓取旋切手爪

技术领域

本发明涉及水果采摘领域，特别是一种欠驱动定位抓取旋切手爪。

背景技术

机器人技术的成熟已广泛运用在工业场景下，而对于农业用途的机器人也正在研制过程中。我国作为水果生产大国，目前大部分水果仍然依靠人工采摘，劳动强度大，采摘成本较高。采用机器人进行自动采摘水果已成为解决此类问题的有效方法。

在机器人自动采摘的过程中，末端执行器的设计尤为重要，决定着采摘的效率和采摘的品质。目前的绝大多数末端执行器为刚性结构，无法适应不同大小的水果，且在成簇生长的水果条件下，无法有效的切割果梗，完成采摘动作。

公开号为CN108818580A，名称为“共圆连杆齿轮滑轴式直线平夹自适应手指装置”的中国发明专利，其采用了一个电机驱动的双指结构，通过平行四边形机构保证末端手指的平行抓取，也具有自适应的能力。但其只能完成抓取的动作，无法完成切割果梗。

公开号为CN108247656A，名称为“一种可变形的三指灵巧手”的中国发明专利，也为一种欠驱动形的手爪，它通过多个齿轮连接进行驱动能够抓取不同半径的物体，但无法抓取半径在一个截面内进行变化的物体，也无法完成果实果梗的切割任务。

公开号为CN102441892A，名称为“一种果蔬采摘欠驱动机械手爪”的中国发明专利，其针对果蔬采摘作业的前驱动手爪，通过一个电机驱动三个前驱动手爪的抓取，手爪表面设有力传感器从而保证不损伤水果，但其仍未涉及如果在抓取之后分离果实和果梗。

综上所述，为了解决水果自动采摘的问题，自适应水果的半径大小，同时采用剪切的方式采摘水果，保证果实皮不受到损伤，需要开发一种自适应的水果采摘末端执行器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其在采摘果实时，不仅能够自适应果实的大小，还能在抓取果实后，随即对果梗进行剪切，完成果实的自动化采摘。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，包括主动手爪、从动手爪、壳体和驱动机构；所述主动手爪有两个，且沿壳体的轴线圆周对称安装在壳体的顶部；所述从动手爪有两个，且沿壳体的轴线圆周对称安装在壳体的顶部；两个所述主动手爪和两个所述从动手爪沿壳体的轴线圆周交错分布；所述驱动机构安装在壳体内，其除了用于驱使两个主动手爪和两个从动手爪同时沿壳体的径向向内或者向外运动，从而实现对果实的抓取与松开外，还用于驱使两个所述从动手爪围绕壳体的轴线圆周旋转运动，通过设置在主动手爪和从动手爪上的刀刃对果实的果梗进行剪切。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，两个所述主动手爪均包括主手爪座、锥齿轮Ⅰ、主联动轴、主平行四连杆机构、主定位片、主螺旋弹簧和主抓片；所述主平行四连杆机构由上、下、左、右四根连杆Ⅰ首尾连接形成，所述主定位片和主抓片均位于上连杆Ⅰ的顶面上，且主抓片位于靠近壳体的圆心端，主定位片位于远离壳体的圆心端，所述主抓片的底部与上连杆Ⅰ之间径向滑动连接，所述主定位片的底部与上连杆Ⅰ固定连接，所述主螺旋弹簧的一端与主抓片固定连接，另一端与主定位片固定连接，所述主抓片的两个侧壁上均设有主刀刃；所述主平行四连杆机构下部的下连杆Ⅰ固定安装在主手爪座的顶面上，所述主联动轴穿过下连杆Ⅰ与右连杆Ⅰ之间的铰接点后与右连杆Ⅰ固定连接；所述锥齿轮Ⅰ装在主联动轴的端部，用于与驱动机构连接；所述主手爪座固定安装在壳体上。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，两个所述从动手爪均包括从手爪座、联轴器、从联动轴、从平行四连杆机构、从定位片、从螺旋弹簧和从抓片；所述从平行四连杆机构由上、下、左、右四根连杆Ⅱ首尾连接形成，所述从定位片和从抓片均位于上连杆Ⅱ的顶面上，且从抓片位于靠近壳体的圆心端，从定位片位于远离壳体的圆心端，所述从抓片的底部与上连杆Ⅱ之间径向滑动连接，所述从定位片的底部与上连杆Ⅱ固定连接，所述从螺旋弹簧的一端与从抓片固定连接，另一端与从定位片固定连接，所述从抓片的两个侧壁上均设有从刀刃；所述从平行四连杆机构下部的下连杆Ⅱ固定安装在从手爪座的顶面上，所述从联动轴穿过下连杆Ⅱ与右连杆Ⅱ之间的铰接点后与右连杆Ⅱ固定连接，左连杆Ⅱ与下连杆Ⅱ之间装有扭簧；所述联轴器安装在从联动轴与主联动轴之间，当抓取或者松开果实时，实现主抓片与从抓片的联动；所述从手爪座位于壳体的顶面上，可围绕壳体的轴线圆周转动。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，所述驱动机构包括位于壳体内腔中的电机、传动齿轮Ⅰ、内齿圈、输出轴、太阳轮、行星轮、行星架、棘轮Ⅰ、驱动拨杆、锥齿轮Ⅱ、传动轴、棘轮Ⅱ和传动齿轮Ⅱ；所述电机装在壳体底部，所述传动齿轮Ⅰ位于内齿圈的下方，并与内齿圈固定连接，所述输出轴的底部与电机转轴固定连接，顶部依次穿过传动齿轮Ⅰ上开设的通孔及内齿圈后与太阳轮固定连接，所述太阳轮和行星轮均位于内齿圈的腔体中，且行星轮啮合在太阳轮与内齿圈之间，所述行星架底部与行星轮固定连接，顶部与棘轮Ⅰ固定连接，所述驱动拨杆有两个，围绕棘轮Ⅰ的轴线圆周对称设置，两个所述驱动拨杆的一端均与棘轮Ⅰ固定连接，另一端穿过壳体顶盖上开设的弧形槽后分别与两个所述从手爪座固定连接；所述传动轴有两个，且均通过轴承竖向安装在壳体上，各传动轴的顶部均固定安装有一个锥齿轮Ⅱ，两个所述锥齿轮Ⅱ分别与两个所述锥齿轮Ⅰ啮合连接，各传动轴的底部均固定安装有一个传动齿轮Ⅱ，两个所述传动齿轮Ⅱ同时与传动齿轮Ⅰ啮合连接，各传动轴的中部均固定安装有一个棘轮Ⅱ，所述棘轮Ⅱ与棘轮Ⅰ之间安装有一个用于对果实的抓取运动及果梗的剪切运动进行切换的动力切换机构。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，所述动力切换机构包括止动爪、止动轴、单向传动轮Ⅰ、拨片Ⅰ、单向传动轮Ⅱ、拨片Ⅱ、刹车线Ⅰ、刹车线Ⅱ、压杆和压簧；所述止动轴通过轴承竖向安装在壳体的顶盖上，所述止动爪固定安装在止动轴的下部侧壁上，所述单向传动轮Ⅰ和单向传动轮Ⅱ均装在止动轴的上部，所述拨片Ⅰ的一端固定安装在单向传动轮Ⅰ的侧壁上，所述拨片Ⅱ一端固定安装在单向传动轮Ⅱ的侧壁上；所述刹车线Ⅰ的一端与拨片Ⅰ的另一端固定连接，刹车线Ⅰ的另一端穿过壳体顶盖上开设的通孔后与主抓片底部固定连接；所述刹车线Ⅱ的一端与拨片Ⅱ的另一端固定连接，刹车线Ⅱ的另一端穿过壳体顶盖开设的通孔后与压杆尾部固定连接；所述压杆装在主手爪座侧壁上开设的安装孔内，所述压簧位于安装孔内，且顶在压杆的尾端。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，所述主抓片靠近壳体圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅰ。

本发明所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其中，所述从抓片靠近壳体圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅱ。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明一种欠驱动定位抓取旋切手爪具有以下优点：

1、两个主动手爪和从动手爪围绕壳体的轴线圆周交错分布的结构设计，能够自动适应果实的大小，从而可以根据不同的果实大小进行定位抓取，并在抓取果实后，随即对果梗进行剪切，完成果实的自动化采摘；

2、通过在主动手爪和从动手爪上分别设置刀刃，并借助从动手爪的圆周旋转运动来对果梗进行切割，从而在不需要对果梗进行精确方向定位的情况下，就可完成对果梗的切割作业；

3、对于那些要求留有较短果梗的水果来说，可将本发明从垂直于果梗的方向来抓取果实，随后对果梗进行切割，进而得到具有较短果梗的果实；

4、在抓取果实时，能够在果实的最大半径处对其进行抓取，不需要提前张开手爪，需要的空间相对较小，有利于在成簇果实生长的条件下逐个完成对果实的采摘；

5、由单个驱动机构直接来完成果实的抓取及果梗的剪切顺序作业，成本较低。

附图说明

图1是本发明一种欠驱动定位抓取旋切手爪的立体结构示意图；

图2是图1中主动手爪的立体放大结构示意图；

图3是图1中从动手爪的立体放大结构示意图；

图4是图1中隐藏部分壳体时的立体结构示意图；

图5是图4中隐藏主动手爪、从动手爪、壳体顶盖及动力切换机构时的立体结构示意图；

图6是图4中隐藏壳体顶盖时的立体结构示意图；

图7是图6中主动手爪、动力切换机构及棘轮Ⅰ连接在一起时的立体结构示意图；

图8是本发明对果实进行采摘时的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种欠驱动定位抓取旋切手爪作进一步详细说明：

如图1所示，在本具体实施方式中，本发明一种欠驱动定位抓取旋切手爪，包括主动手爪2、从动手爪3、壳体1和驱动机构4。主动手爪2有两个，且沿壳体1的轴线圆周对称安装在壳体1的顶部；从动手爪3有两个，且沿壳体1的轴线圆周对称安装在壳体1的顶部；两个所述主动手爪2和两个所述从动手爪3沿壳体1的轴线圆周交错分布。驱动机构4安装在壳体1内，其除了用于驱使两个主动手爪2和两个从动手爪3同时沿壳体1的径向向内或者向外运动，从而实现对果实的抓取与松开外，还用于驱使两个所述从动手爪3围绕壳体1的轴线圆周旋转运动，通过设置在主动手爪2和从动手爪3上的刀刃对果实的果梗进行剪切。

采摘水果时，驱动机构4驱使两个主动手爪2和从动手爪3沿壳体1的径向同时向内运动，以对果实进行定位抓取；随后两个从动手爪3围绕壳体1的轴线圆周转动，完成对该果实果梗的剪切动作；待剪切后，驱动机构4反转，驱使从动手爪3反方向转动复位，两个主动手爪2和从动手爪3同步沿壳体1的径向向外运动，从而松开果实。如此顺序动作，实现对果实的自动化采摘。

结合图2，两个所述主动手爪2均包括主手爪座2-1、锥齿轮Ⅰ2-2、主联动轴2-3、主平行四连杆机构2-4、主定位片2-6、主螺旋弹簧2-5和主抓片2-7。

主平行四连杆机构2-4由上、下、左、右四根连杆Ⅰ首尾连接形成。主定位片2-6和主抓片2-7均位于上连杆Ⅰ2-41的顶面上，且主抓片2-7位于靠近壳体1的圆心端；主定位片2-6位于远离壳体1的圆心端。主抓片2-7的底部设有凸起，上连杆Ⅰ2-41的顶面上开设有供凸起插入的滑槽Ⅰ2-40，从而实现主抓片2-7的底部与上连杆Ⅰ2-41之间的径向滑动连接。主定位片2-6的底部与上连杆Ⅰ2-41固定连接，主螺旋弹簧2-5的一端与主抓片2-7固定连接，另一端与主定位片2-6固定连接。主抓片2-7的两个侧壁上均设有主刀刃2-9，用于对果实果梗进行切割。

主平行四连杆机构2-4下部的下连杆Ⅰ2-43固定安装在主手爪座2-1的顶面上，主联动轴2-3穿过下连杆Ⅰ2-43与右连杆Ⅰ2-42之间的铰接点后与右连杆Ⅰ2-42固定连接，从而在主联动轴2-3转动时，同步带动右连杆Ⅰ2-42摆动，使两个主抓片2-7在主平行四连杆机构2-4的作用下沿壳体1的径向同时向内或者向外运动。

锥齿轮Ⅰ2-2装在主联动轴2-3的端部，用于与驱动机构4连接，驱使主联动轴2-3转动；主手爪座2-1固定安装在壳体1上。

结合图3，两个所述从动手爪3均包括从手爪座3-1、联轴器3-2、从联动轴3-3、从平行四连杆机构3-4、从定位片3-6、从螺旋弹簧3-5和从抓片3-7。

从平行四连杆机构3-4由上、下、左、右四根连杆Ⅱ首尾连接形成，从定位片3-6和从抓片3-7均位于上连杆Ⅱ3-41的顶面上，且从抓片3-7位于靠近壳体1的圆心端；从定位片3-6位于远离壳体1的圆心端。从抓片3-7的底部设有凸起，上连杆Ⅱ3-41的顶面上开设有供凸起插入的滑槽Ⅱ3-40，从而实现从抓片3-7的底部与上连杆Ⅱ3-41之间的径向滑动连接。从定位片3-6的底部与上连杆Ⅱ3-41固定连接；从螺旋弹簧3-5的一端与从抓片3-7固定连接，另一端与从定位片3-6固定连接。从抓片3-7的两个侧壁上均设有从刀刃3-9，与主刀刃2-9相配合，用于对果实果梗进行剪切。

从平行四连杆机构3-4下部的下连杆Ⅱ3-43固定安装在从手爪座3-1的顶面上。从联动轴3-3穿过下连杆Ⅱ3-43与右连杆Ⅱ3-42之间的铰接点后与右连杆Ⅱ3-42固定连接，从而在从联动轴3-3转动时，同步带动右连杆Ⅱ3-42摆动，使两个从抓片3-7在从平行四连杆机构3-4的作用下沿壳体1的径向同时向内或者向外运动。

联轴器3-2安装在从联动轴3-3与主联动轴2-3之间，当抓取或者松开果实时，实现主抓片2-7与从抓片3-7的联动。左连杆Ⅱ3-44与下连杆Ⅱ3-43之间装有扭簧，从而在联轴器3-2断开从联动轴3-3与主联动轴2-3时，用于保持两个从抓片3-7继续对抓取的果实产生一个夹紧力。从手爪座3-1位于壳体1的顶面上，可围绕壳体1的轴线圆周转动。

在两个从动手爪3围绕壳体1的轴线进行圆周转动时，从联动轴3-3会与主联动轴2-3分离，此时的扭簧可依靠自身的弹力使两个从抓片3-7继续夹紧抓取的果实。

结合图4和图5，驱动机构4包括位于壳体1内腔中的电机4-1、传动齿轮Ⅰ4-2、内齿圈4-3、输出轴4-4、太阳轮4-5、行星轮4-6、行星架4-7、棘轮Ⅰ4-8、驱动拨杆4-13、锥齿轮Ⅱ4-12、传动轴4-10、棘轮Ⅱ4-9和传动齿轮Ⅱ4-11。

电机4-1装在壳体1底部；传动齿轮Ⅰ4-2位于内齿圈4-3的下方，并与内齿圈4-3固定连接；输出轴4-4的底部与电机4-1转轴固定连接，顶部依次穿过传动齿轮Ⅰ4-2上开设的通孔及内齿圈4-3后与太阳轮4-5固定连接；太阳轮4-5和行星轮4-6均位于内齿圈4-3的腔体中，且行星轮4-6啮合在太阳轮4-5与内齿圈4-3之间；行星架4-7底部与行星轮4-6固定连接，顶部与棘轮Ⅰ4-8固定连接；驱动拨杆4-13有两个，且围绕棘轮Ⅰ4-8的轴线圆周对称设置；两个驱动拨杆4-13的一端均与棘轮Ⅰ4-8固定连接，另一端穿过壳体1顶盖1-2上开设的弧形槽1-1后分别与两个所述从手爪座3-1固定连接。

传动轴4-10有两个，且均通过轴承竖向安装在壳体1上。各传动轴4-10的顶部均固定安装有一个锥齿轮Ⅱ4-12，两个所述锥齿轮Ⅱ4-12分别与两个所述锥齿轮Ⅰ2-2啮合连接。各传动轴4-10的底部均固定安装有一个传动齿轮Ⅱ4-11，两个所述传动齿轮Ⅱ4-11同时与传动齿轮Ⅰ4-2啮合连接；各传动轴4-10的中部均固定安装有一个棘轮Ⅱ4-9，棘轮Ⅱ4-9与棘轮Ⅰ4-8之间安装有一个用于对果实的抓取运动及果梗的剪切运动进行切换的动力切换机构5(见图6)。

结合图6和图7，动力切换机构5包括止动爪5-1、止动轴5-2、单向传动轮Ⅰ5-8、拨片Ⅰ5-3、单向传动轮Ⅱ5-7、拨片Ⅱ5-6、刹车线Ⅰ5-4、刹车线Ⅱ5-5、压杆5-9和压簧。

止动轴5-2通过轴承竖向安装在壳体1的顶盖上；止动爪5-1固定安装在止动轴5-2的下部侧壁上；单向传动轮Ⅰ5-8和单向传动轮Ⅱ5-7均装在止动轴5-2的上部；拨片Ⅰ5-3的一端固定安装在单向传动轮Ⅰ5-8的侧壁上，拨片Ⅱ5-6一端固定安装在单向传动轮Ⅱ5-7的侧壁上。

刹车线Ⅰ5-4的一端与拨片Ⅰ5-3的另一端固定连接，刹车线Ⅰ5-4的另一端穿过壳体1顶盖上开设的通孔后与主抓片2-7底部固定连接。

刹车线Ⅱ5-5的一端与拨片Ⅱ5-6的另一端固定连接，刹车线Ⅱ5-5的另一端穿过壳体1顶盖开设的通孔后与压杆5-9尾部固定连接。

压杆5-9装在主手爪座2-1侧壁上开设的安装孔内，压簧位于安装孔内，且顶在压杆5-9的尾端。

主抓片2-7靠近壳体1圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅰ2-8；从抓片3-7靠近壳体1圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅱ3-8。在剪切果梗时，滚珠Ⅰ2-8和滚珠Ⅱ3-8的设置便于夹持在两个主抓片2-7和从抓片3-7之间的果实进行滚动，以防止主抓片2-7和从抓片3-7对果实表皮造成损伤。

本发明的工作原理如下：

1、抓取果实及剪切果梗

以采摘柑橘果实为例，为了尽可能干净的切除果梗，在主动手爪2和从动手爪3工作时，应确保主抓片2-7和从抓片3-7尽可能地垂直于果梗的方向插入果实簇中。

初始状态，止动爪5-1顶靠在棘轮Ⅰ4-8上，此时，棘轮Ⅰ4-8和行星架4-7被锁死固定。动力源由电机4-1输出，依次经输出轴4-4、太阳轮4-5、行星轮4-6、内齿圈4-3、传动齿轮Ⅰ4-2、传动齿轮Ⅱ4-11、传动轴4-10和锥齿轮Ⅱ4-12传递给锥齿轮Ⅰ2-2。由于锥齿轮Ⅰ2-2装在主联动轴2-3的端部，且主联动轴2-3与右连杆Ⅰ2-42固定连接，因此，主平行四连杆机构2-4动作，从而驱使两个主抓片2-7同时沿壳体1的径向向内运动；又因此时的主动手爪2与从动手爪3相贴合，在联轴器3-2、从联动轴3-3和从平行四连杆机构3-4的带动下，两个从抓片3-7与两个主抓片2-7同步沿壳体1的径向向内运动，从而完成对果实的抓取。

电机4-1继续旋转，主抓片2-7和从抓片3-7分别克服主螺旋弹簧2-5和从螺旋弹簧3-5的弹力，沿滑槽Ⅰ2-40和滑槽Ⅱ3-40向后移动。主抓片2-7依次通过刹车线Ⅰ5-4、拨片Ⅰ5-3和单向传动轮Ⅰ5-8拉动止动轴5-2转动，使止动爪5-1从棘轮Ⅰ4-8脱出而顺势插入棘轮Ⅱ4-9外壁上，从而使止动爪5-1由锁死棘轮Ⅰ4-8和行星架4-7的状态切换为锁死棘轮Ⅱ4-9、锥齿轮Ⅰ2-2、传动轴4-10、锥齿轮Ⅱ4-12、传动齿轮Ⅰ4-2、传动齿轮Ⅱ4-11和内齿圈4-3的状态。

此时电机4-1的动力依次由输出轴4-4、太阳轮4-5、行星轮4-6和行星架4-7传递给棘轮Ⅰ4-8，使两个驱动拨杆4-13同时带动两个从动手爪3围绕壳体1的轴线进行旋转，如图8所示状态。两个从动手爪3在联轴器3-2的作用下分别与两个主动手爪2分离，由于扭簧的弹力作用，两个从抓片3-7依然会夹紧果实50，同时还可根据果实表面的弧度调整从抓片3-7的半径。

当从手爪座3-1远离主手爪座2-1时，压杆5-9在压簧的作用下从主手爪座2-1的安装孔内弹出。由于单向传动轮Ⅱ5-7为单向传动，在压杆5-9弹出时虽然通过刹车线Ⅱ5-5会带动拨片Ⅱ5-6使单向传动轮Ⅱ5-7转动，但不会带动止动轴5-2旋转，即不会改变动力切换机构5此时对棘轮Ⅱ4-9、锥齿轮Ⅰ2-2、传动轴4-10、锥齿轮Ⅱ4-12、传动齿轮Ⅰ4-2、传动齿轮Ⅱ4-11和内齿圈4-3的锁止状态。

两个从动手爪3继续围绕壳体1的轴线圆周转动，当从刀刃3-9碰触主刀刃2-9时停止，从而将果实的果梗51切断。

在剪切果梗的过程中，主刀刃2-9和从刀刃3-9上分别设置的滚珠Ⅰ2-8和滚珠Ⅱ3-8可供抓取的果实50进行适应性的转动，一方面便于切断果梗51，另一方面防止主抓片2-7和从抓片3-7对抓取的果实表皮造成损伤。

2、释放果实

剪切果梗51后，电机4-1反方向旋转，带动两个从动手爪3回到初始位置。此时，从手爪座3-1贴靠在主手爪座2-1时，将压杆5-9压入主手爪座2-1的安装孔内，从而依次通过刹车线Ⅱ5-5、拨片Ⅱ5-6和单向传动轮Ⅱ5-7拉动止动轴5-2转动，使止动爪5-1从棘轮Ⅱ4-9脱出，并再次插入棘轮Ⅰ4-8的外壁上，再一次切换棘轮Ⅰ4-8和行星架4-7为锁止状态。

此时，电机4-1的动力依次经输出轴4-4、太阳轮4-5、行星轮4-6、内齿圈4-3、传动齿轮Ⅰ4-2、传动齿轮Ⅱ4-11、传动轴4-10和锥齿轮Ⅱ4-12传递给锥齿轮Ⅰ2-2，在联轴器3-2的作用下，主联动轴2-3和从联动轴3-3分别通过主平行四连杆机构2-4、从平行四连杆机构3-4驱使主抓片2-7和从抓片3-7同步沿壳体1的径向向外运动，抓取的果实被释放，落入筐内，完成一次果实的抓取和旋切作业。主抓片2-7随后复位，因单向传动轮Ⅰ5-8为单向传动，在其自身扭簧的带动下，单向传动轮Ⅰ5-8、拨片Ⅰ5-3和刹车线Ⅰ5-4也随即转动复位，但这种复位不会带动止动轴5-2的旋转，即不会改变动力切换机构5此时对棘轮Ⅰ4-8和行星架4-7的锁止状态。总而言之，在释放果实后，所有部件全部回到初始状态，等待下一果实的采摘，继续重复上述过程即可。

本发明通过单电机驱动，并借助行星齿轮和动力切换机构5的完美结合，实现了果实的自动抓取定位及剪切的顺序动作。本发明除了可以采摘柑橘外，还可以对橙子、柚子等水果进行采摘。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其特征在于：包括主动手爪(2)、从动手爪(3)、壳体(1)和驱动机构(4)；

所述主动手爪(2)有两个，且沿壳体(1)的轴线圆周对称安装在壳体(1)的顶部；所述从动手爪(3)有两个，且沿壳体(1)的轴线圆周对称安装在壳体(1)的顶部；两个所述主动手爪(2)和两个所述从动手爪(3)沿壳体(1)的轴线圆周交错分布；

所述驱动机构(4)安装在壳体(1)内，其除了用于驱使两个主动手爪(2)和两个从动手爪(3)同时沿壳体(1)的径向向内或者向外运动，从而实现对果实的抓取与松开外，还用于驱使两个所述从动手爪(3)围绕壳体(1)的轴线圆周旋转运动，通过设置在主动手爪(2)和从动手爪(3)上的刀刃对果实的果梗进行剪切；

两个所述主动手爪(2)均包括主手爪座(2-1)、锥齿轮Ⅰ(2-2)、主联动轴(2-3)、主平行四连杆机构(2-4)、主定位片(2-6)、主螺旋弹簧(2-5)和主抓片(2-7)；

两个所述从动手爪(3)均包括从手爪座(3-1)、联轴器(3-2)、从联动轴(3-3)、从平行四连杆机构(3-4)、从定位片(3-6)、从螺旋弹簧(3-5)和从抓片(3-7)；

所述驱动机构(4)包括位于壳体(1)内腔中的电机(4-1)、传动齿轮Ⅰ(4-2)、内齿圈(4-3)、输出轴(4-4)、太阳轮(4-5)、行星轮(4-6)、行星架(4-7)、棘轮Ⅰ(4-8)、驱动拨杆(4-13)、锥齿轮Ⅱ(4-12)、传动轴(4-10)、棘轮Ⅱ(4-9)和传动齿轮Ⅱ(4-11)；

所述电机(4-1)装在壳体(1)底部，所述传动齿轮Ⅰ(4-2)位于内齿圈(4-3)的下方，并与内齿圈(4-3)固定连接，所述输出轴(4-4)的底部与电机(4-1)转轴固定连接，顶部依次穿过传动齿轮Ⅰ(4-2)上开设的通孔及内齿圈(4-3)后与太阳轮(4-5)固定连接，所述太阳轮(4-5)和行星轮(4-6)均位于内齿圈(4-3)的腔体中，且行星轮(4-6)啮合在太阳轮(4-5)与内齿圈(4-3)之间，所述行星架(4-7)底部与行星轮(4-6)固定连接，顶部与棘轮Ⅰ(4-8)固定连接，所述驱动拨杆(4-13)有两个，围绕棘轮Ⅰ(4-8)的轴线圆周对称设置，两个所述驱动拨杆(4-13)的一端均与棘轮Ⅰ(4-8)固定连接，另一端穿过壳体(1)顶盖上开设的弧形槽(1-1)后分别与两个所述从手爪座(3-1)固定连接；

所述传动轴(4-10)有两个，且均通过轴承竖向安装在壳体(1)上，各传动轴(4-10)的顶部均固定安装有一个锥齿轮Ⅱ(4-12)，两个所述锥齿轮Ⅱ(4-12)分别与两个所述锥齿轮Ⅰ(2-2)啮合连接，各传动轴(4-10)的底部均固定安装有一个传动齿轮Ⅱ(4-11)，两个所述传动齿轮Ⅱ(4-11)同时与传动齿轮Ⅰ(4-2)啮合连接，各传动轴(4-10)的中部均固定安装有一个棘轮Ⅱ(4-9)，所述棘轮Ⅱ(4-9)与棘轮Ⅰ(4-8)之间安装有一个用于对果实的抓取运动及果梗的剪切运动进行切换的动力切换机构(5)；

所述动力切换机构(5)包括止动爪(5-1)、止动轴(5-2)、单向传动轮Ⅰ(5-8)、拨片Ⅰ(5-3)、单向传动轮Ⅱ(5-7)、拨片Ⅱ(5-6)、刹车线Ⅰ(5-4)、刹车线Ⅱ(5-5)、压杆(5-9)和压簧；

所述止动轴(5-2)通过轴承竖向安装在壳体(1)的顶盖上，所述止动爪(5-1)固定安装在止动轴(5-2)的下部侧壁上，所述单向传动轮Ⅰ(5-8)和单向传动轮Ⅱ(5-7)均装在止动轴(5-2)的上部，所述拨片Ⅰ(5-3)的一端固定安装在单向传动轮Ⅰ(5-8)的侧壁上，所述拨片Ⅱ(5-6)一端固定安装在单向传动轮Ⅱ(5-7)的侧壁上；

所述刹车线Ⅰ(5-4)的一端与拨片Ⅰ(5-3)的另一端固定连接，刹车线Ⅰ(5-4)的另一端穿过壳体(1)顶盖上开设的通孔后与主抓片(2-7)底部固定连接；

所述刹车线Ⅱ(5-5)的一端与拨片Ⅱ(5-6)的另一端固定连接，刹车线Ⅱ(5-5)的另一端穿过壳体(1)顶盖开设的通孔后与压杆(5-9)尾部固定连接；

所述压杆(5-9)装在主手爪座(2-1)侧壁上开设的安装孔内，所述压簧位于安装孔内，且顶在压杆(5-9)的尾端。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其特征在于：所述主平行四连杆机构(2-4)由上、下、左、右四根连杆Ⅰ首尾连接形成，所述主定位片(2-6)和主抓片(2-7)均位于上连杆Ⅰ(2-41)的顶面上，且主抓片(2-7)位于靠近壳体(1)的圆心端，主定位片(2-6)位于远离壳体(1)的圆心端，所述主抓片(2-7)的底部与上连杆Ⅰ(2-41)之间径向滑动连接，所述主定位片(2-6)的底部与上连杆Ⅰ(2-41)固定连接，所述主螺旋弹簧(2-5)的一端与主抓片(2-7)固定连接，另一端与主定位片(2-6)固定连接，所述主抓片(2-7)的两个侧壁上均设有主刀刃(2-9)；

所述主平行四连杆机构(2-4)下部的下连杆Ⅰ(2-43)固定安装在主手爪座(2-1)的顶面上，所述主联动轴(2-3)穿过下连杆Ⅰ(2-43)与右连杆Ⅰ(2-42)之间的铰接点后与右连杆Ⅰ(2-42)固定连接；

所述锥齿轮Ⅰ(2-2)装在主联动轴(2-3)的端部，用于与驱动机构(4)连接；

所述主手爪座(2-1)固定安装在壳体(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其特征在于：所述从平行四连杆机构(3-4)由上、下、左、右四根连杆Ⅱ首尾连接形成，所述从定位片(3-6)和从抓片(3-7)均位于上连杆Ⅱ(3-41)的顶面上，且从抓片(3-7)位于靠近壳体(1)的圆心端，从定位片(3-6)位于远离壳体(1)的圆心端，所述从抓片(3-7)的底部与上连杆Ⅱ(3-41)之间径向滑动连接，所述从定位片(3-6)的底部与上连杆Ⅱ(3-41)固定连接，所述从螺旋弹簧(3-5)的一端与从抓片(3-7)固定连接，另一端与从定位片(3-6)固定连接，所述从抓片(3-7)的两个侧壁上均设有从刀刃(3-9)；

所述从平行四连杆机构(3-4)下部的下连杆Ⅱ(3-43)固定安装在从手爪座(3-1)的顶面上，所述从联动轴(3-3)穿过下连杆Ⅱ(3-43)与右连杆Ⅱ(3-42)之间的铰接点后与右连杆Ⅱ(3-42)固定连接，左连杆Ⅱ(3-44)与下连杆Ⅱ(3-43)之间装有扭簧；

所述联轴器(3-2)安装在从联动轴(3-3)与主联动轴(2-3)之间，当抓取或者松开果实时，实现主抓片(2-7)与从抓片(3-7)的联动；

所述从手爪座(3-1)位于壳体(1)的顶面上，可围绕壳体(1)的轴线圆周转动。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其特征在于：所述主抓片(2-7)靠近壳体(1)圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅰ(2-8)。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种欠驱动定位抓取旋切手爪，其特征在于：所述从抓片(3-7)靠近壳体(1)圆心的表面上从上到下装有若干与果实相接触的滚珠Ⅱ(3-8)。

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