CN113858237B - 一种拧拽式取物机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拧拽式取物机械装置，该装置依靠视觉识别模块识别果实后，盘状手爪配合机械臂旋转，精准对位目标，之后盘状手爪中的类行星轮机构模仿人工夹拧动作，使得果实被夹紧，最后盘状手爪配合机械臂运动，最终实现果实无损快速的摘取。旋转式取物机械手为本发明的主体部分，其可分为视觉识别部分、底部减速器部分、机械臂部分、抓取夹紧果实部分、果实扭转部分、输送软管固定部分。

Description

一种拧拽式取物机械装置
技术领域
本发明是用于果类农作物采摘过程中的一种拧拽式取物机械装置，是实现自动化拧拽式采摘作物的的工具，是辅助农民或工人机械化采摘果类农作物的智能机械装置，属于智能机器的设计领域。
背景技术
随着社会、科技的进步，无人化、智能化生产逐渐成为人类在各大生产行业所追求的终极目标。如工厂生产线中，从工人人工操纵机床进行零件的加工生产，到如今机器人技术结合工业互联网实现自动化生产、智能制造；除了工业化生产实现了无人化、智能化生产制造，传统农业也逐步买入机器人代替人工生产、作业的时代。
对于一些生长在树植上的果类农作物，传统农业采用人工拧拽的采摘方式进行作业，这样的采摘方式是一种十分辛苦且工时较长的工作。为此一种拧拽式取物机械装置被强烈需要并应运而生，该装置结构紧凑，易于安装，消耗小，作业效率高，驱动方式上采用电机驱动，污染较小，能够很好的解决人工采摘作业所存在的各种问题。综上所述，该装置能够极大的推动传统农业的自动化、智能化发展，极大的方便农业劳动人民的工作，减轻人工的作业负担。
发明内容
拧拽式取物机械装置是一套应用于农业采摘的机械取物装置。该装置依靠视觉识别模块识别果实后，盘状手爪配合机械臂旋转，精准对位目标，之后盘状手爪中的类行星轮机构模仿人工夹拧动作，使得果实被夹紧，最后盘状手爪配合机械臂运动，最终实现果实无损快速的摘取。
本发明采用的技术方案为拧拽式取物机械装置。其中，旋转式取物机械手为本发明的主体部分，其可分为视觉识别部分、底部减速器部分、机械臂部分、抓取夹紧果实部分、果实扭转部分、输送软管固定部分。
视觉识别部分由视觉识别模块(24)构成，当拧拽式取物机械装置移动到果树附近时，视觉识别模块对待摘取果实进行识别，确定果实位置。
底部减速器部分由底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)组成。底部减速器传动部分(2)为行星轮机构，底部减速器传动部分(2)和底部减速器(1)嵌入机械臂底座(3)中。
机械臂部分由机械臂底座(3)、第二阶段机械臂(4)、第二阶段电机(5)、第一阶段机械臂(6)、机械臂电机(7)果实抓取部分(8)组成。通过视觉识别模块识别后，由机械臂电机(7)驱动，通过底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)来进行机械手爪的大致对位，再由果实抓取部分(8)完成核心拧拽动作即果实的夹紧和扭转。
抓取夹紧果实部分由抓取电机(9)、抓取电机联轴器(10)、丝杠(11)、端盖(12)、垫圈(13)、滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)、电机挡板(15)、螺钉GB 823M3x5(16)、果实接触部分(17)和夹果实橡胶软套(18)组成。螺钉GB 823M3x5(16)使电机挡板(15)与行星架(22)固连，可使电机嵌入其空间中固定。丝杠(11)的一端与滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)相连，在滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)上加装垫圈(13)，与端盖(12)相连。丝杠(11)的另一端连接抓取电机联轴器(10)、与抓取电机(9)相互固定。抓取果实时，抓取电机(9)驱动，抓取电机联轴器(10)连接丝杠(11)进行传动，使得触手部分夹紧，完成夹紧动作。在果实扭转动作完成后，抓取电机反转驱动触手部分松开让果实下落。
果实扭转部分为一类行星轮机构，由太阳齿轮(19)、行星齿轮(20)、齿圈(21)、行星架(22)、行星轮拧拽驱动部分(23)组成。
其中行星轮拧拽驱动部分(23)由扭转电机固定壳(25)、固定壳螺栓M3x30(26)、扭转电机(27)、扭转电机联轴器(28)、太阳轮轴(29)、滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)、行星架螺钉M3(31)、上行星架(32)、行星齿轮2(33)、太阳齿轮2(34)、齿圈2(35)、下行星架(36)、行星齿轮中心键2(37)组成，是整个类行星轮机构完成扭转动作的核心。扭转电机固定壳(25)经过固定壳螺栓M3x30(26)固定，在扭转电机固定壳(25)中，扭转电机联轴器(28)将扭转电机(27)与太阳轮轴(29)的一端相连，太阳轮轴(29)的另一端与滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的一端连接，滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的另一端与上行星架(32)相连，上行星架(32)通过行星架螺钉M3(31)与齿圈2(35)固定，在齿圈2(35)内，有三个行星齿轮2(33)与一个太阳齿轮2(34)相啮合。齿圈2(35)的底部固定下行星架(36)，下行星架(36)中嵌入行星齿轮中心键2(37)，使之固定。
扭转电机(27)进行驱动，上行星架(32)作为输出，将运动传输到第二层行星轮减速器的太阳齿轮2(34)上，驱动三个行星齿轮2(33)带动下行星架(36)转动，输出至其中一个行星齿轮(20)，驱动类行星齿轮机构转动，完成果实扭转动作。扭转电机(27)嵌在固定壳(25)中，再由固定壳螺栓(26)连接行星架(22)。
输送软管固定部分由短螺栓M10×12(39)、中间固定(40)、下托盘(41)、螺钉GB/T70.1M12x35(42)组成。短螺栓M10×12(39)将中间固定(40)固连在行星架(22)上，螺钉GB/T70.1M12x35(42)将下托盘(41)固连至太阳齿轮(19)上。在中间固定(40)和下托盘(41)中间留有环状缝隙，可以套紧软管，使得果实顺着软管落下。
附图说明
图1为拧拽式取物机械装置的底层减速器和机械臂部分示意图；
图2为拧拽式取物机械装置的底层减速器和机械臂部分爆炸视图；
图3为拧拽式取物机械装置的果实夹紧部分示意图；
图4为拧拽式取物机械装置的果实夹紧部分爆炸视图；
图5为拧拽式取物机械装置的果实扭转部分示意图1；
图6为拧拽式取物机械装置的果实扭转部分爆炸视图1；
图7为拧拽式取物机械装置的果实扭转驱动部分示意图2(左)和爆炸试图2(右)；
图8为拧拽式取物机械装置的扭转电机固定壳爆炸视图；
图9为拧拽式取物机械装置的输送软管固定部分示意图；
图10为拧拽式取物机械装置的输送软管固定部分爆炸视图；
具体实施方式
本发明为拧拽式取物机械装置。它由视觉识别部分、底部减速器部分、机械臂部分、抓取夹紧果实部分、行星轮拧拽驱动部分、输送软管固定部分组成。
首先，将拧拽式取物机械装置移动到待摘取的果树附近，视觉识别模块(24)对待摘取果实进行识别，确定果实位置。
接下来，开始将果实夹紧。由底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)组成的底部减速器部分开始传动运动。底部减速器传动部分(2)为行星轮机构，底部减速器传动部分(2)和底部减速器(1)嵌入机械臂底座(3)中。机械臂部分由机械臂底座(3)、第二阶段机械臂(4)、第二阶段电机(5)、第一阶段机械臂(6)、机械臂电机(7)果实抓取部分(8)组成。识别果实后，由机械臂电机(7)驱动，通过底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)来进行机械手爪的大致对位，再由果实抓取部分(8)完成核心拧拽动作即果实的夹紧和扭转。果实夹紧部分由抓取电机(9)、抓取电机联轴器(10)、丝杠(11)、端盖(12)、垫圈(13)、滚动轴承GB/T5800-2003625(14)、电机挡板(15)、螺钉GB 823M3x5(16)、果实接触部分(17)和夹果实橡胶软套(18)组成。螺钉GB 823M3x5(16)使电机挡板(15)与行星架(22)固连，可使电机嵌入其空间中固定。丝杠(11)的一端与滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)相连，在滚动轴承GB/T5800-2003625(14)上加装垫圈(13)，与端盖(12)相连。丝杠(11)的另一端连接抓取电机联轴器(10)、与抓取电机(9)相互固定。抓取果实时，抓取电机(9)驱动，抓取电机联轴器(10)连接丝杠(11)进行传动，使得触手部分夹紧，完成夹紧动作。在果实扭转动作完成后，抓取电机反转驱动触手部分松开让果实下落。
之后，将夹紧的果实扭转。果实扭转部分为一类行星轮机构，由太阳齿轮(19)、行星齿轮(20)、齿圈(21)、行星架(22)、行星轮拧拽驱动部分(23)组成。其中行星轮拧拽驱动部分(23)由扭转电机固定壳(25)、固定壳螺栓M3x30(26)、扭转电机(27)、扭转电机联轴器(28)、太阳轮轴(29)、滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)、行星架螺钉M3(31)、上行星架(32)、行星齿轮2(33)、太阳齿轮2(34)、齿圈2(35)、下行星架(36)、行星齿轮中心键2(37)组成，是整个类行星轮机构完成扭转动作的核心。扭转电机固定壳(25)经过固定壳螺栓M3x30(26)固定，在扭转电机固定壳(25)中，扭转电机联轴器(28)将扭转电机(27)与太阳轮轴(29)的一端相连，太阳轮轴(29)的另一端与滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的一端连接，滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的另一端与上行星架(32)相连，上行星架(32)通过行星架螺钉M3(31)与齿圈2(35)固定，在齿圈2(35)内，有三个行星齿轮2(33)与一个太阳齿轮2(34)相啮合。齿圈2(35)的底部固定下行星架(36)，下行星架(36)中嵌入行星齿轮中心键2(37)，使之固定。扭转电机(27)进行驱动，上行星架(32)作为输出，将运动传输到第二层行星轮减速器的其中一个行星齿轮(33)上，驱动使得太阳齿轮2(34)相对于下行星架(36)转动，实现扭转果实动作。扭转电机(27)嵌在固定壳(25)中，再由固定壳螺栓(26)连接行星架(22)。
将果实扭转下来后，果实将进入输送软管。输送软管固定部分由短螺栓M10×12(39)、中间固定(40)、下托盘(41)、螺钉GB/T 70.1M12x35(42)组成。短螺栓M10×12(39)将中间固定(40)固连在行星架(22)上，螺钉GB/T 70.1M12x35(42)将下托盘(41)固连至太阳齿轮(19)上。在中间固定(40)和下托盘(41)中间留有环状缝隙，可以套紧软管，果实将顺着软管落下。
拧拽式取物机械装置，其特征在于：由视觉识别部分、底部减速器部分、机械臂部分、抓取夹紧果实部分、果实扭转部分、输送软管固定部分组成。
视觉识别部分由视觉识别模块(24)构成，当拧拽式取物机械装置移动到果树附近时，视觉识别模块对待摘取果实进行识别，确定果实位置。
底部减速器部分由底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)组成。底部减速器传动部分(2)为行星轮机构，底部减速器传动部分(2)和底部减速器(1)嵌入机械臂底座(3)中，带动第二阶段机械臂(4)进行竖直方向的旋转。
机械臂部分由机械臂底座(3)、第二阶段机械臂(4)、第二阶段电机(5)、第一阶段机械臂(6)、机械臂电机(7)果实抓取部分(8)组成。通过视觉识别模块识别后，通过底部减速器(1)和底部减速器传动部分(2)来进行机械手爪的大致对位，同时机械臂电机(7)工作控制果实抓取夹紧部分(8)保持合适的角度，再由后者完成核心拧拽动作即果实的夹紧和扭转。
夹紧果实部分由抓取电机(9)、抓取电机联轴器(10)、丝杠(11)、端盖(12)、垫圈(13)、滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)、电机挡板(15)、螺钉GB 823M3x5(16)、果实接触部分(17)和夹果实橡胶软套(18)组成。螺钉GB 823M3x5(16)使电机挡板(15)与行星架(22)固连，可使电机嵌入其空间中固定。丝杠(11)的一端与滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)相连，在滚动轴承GB/T 5800-2003625(14)上加装垫圈(13)，与端盖(12)相连。丝杠(11)的另一端连接抓取电机联轴器(10)、与抓取电机(9)相互固定。抓取果实时，抓取电机(9)驱动，抓取电机联轴器(10)连接丝杠(11)进行传动，使得触手部分夹紧，完成夹紧动作。在果实扭转动作完成后，抓取电机反转驱动触手部分松开让果实下落。
果实扭转部分为一类行星轮机构，由太阳齿轮(19)、行星齿轮(20)、齿圈(21)、行星架(22)、果实扭转驱动部分(23)组成。其中果实扭转驱动部分(23)由扭转电机固定壳(25)、固定壳螺栓M3x30(26)、扭转电机(27)、扭转电机联轴器(28)、太阳轮轴(29)、滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)、行星架螺钉M3(31)、上行星架(32)、行星齿轮2(33)、太阳齿轮2(34)、齿圈2(35)、下行星架(36)、行星齿轮中心键2(37)、行星齿轮中心键(38)组成，是整个类行星轮机构完成扭转动作的核心。在扭转电机固定壳(25)中，扭转电机联轴器(28)将扭转电机(27)与太阳轮轴(29)的一端相连，太阳轮轴(29)的另一端与滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的一端连接，滚动轴承61801-2LS GB/T 276-94(30)的另一端与上行星架(32)相连，上行星架(32)通过行星架螺钉M3(31)与三个行星齿轮2(33)以及下行星架(36)相连，相互固定，三个行星齿轮2(33)与一个太阳齿轮2(34)和齿圈2(35)相啮合。齿圈2(35)嵌入行星架(22)与之固定，下行星架(36)通过行星齿轮中心键2(37)与行星齿轮(20)相连。扭转电机(27)进行驱动，太阳齿轮2(34)作为输出，将运动传输到第二层行星轮减速器的行星齿轮(33)上，从而带动下行星架(36)旋转，最终输出至果实扭转部分类行星轮机构的其中一个行星齿轮上(20)，带动行星架(22)旋转，从而带动整个夹紧果实部分旋转(此时夹紧果实部分保持果实夹紧)，实现扭转果实动作。扭转电机固定壳(25)通过固定壳螺栓M3×30(26)连接至行星架(22)固定，将整个驱动部分包裹在其中。
输送软管固定部分由短螺栓M10×12(39)、中间固定(40)、下托盘(41)、螺钉GB/T70.1M12x35(42)组成。短螺栓M10×12(39)将中间固定(40)固连在行星架(22)上，螺钉GB/T70.1M12x35(42)将下托盘(41)固连至太阳齿轮(19)上。在中间固定(40)和下托盘(41)中间留有环状缝隙，可以套紧软管，使得果实顺着软管落下。

Claims (5)

1.拧拽式取物机械装置，其特征在于：由视觉识别部分、底部减速器部分、机械臂部分、抓取夹紧果实部分、果实扭转部分、输送软管固定部分组成；
抓取夹紧果实部分由抓取电机（9）、抓取电机联轴器（10）、丝杠（11）、端盖（12）、垫圈（13）、滚动轴承GB/T 5800-2003 625（14）、电机挡板（15）、螺钉GB 823 M3x5（16）、果实接触部分（17）和夹果实橡胶软套（18）组成；果实扭转部分为一类行星轮机构，由太阳齿轮（19）、行星齿轮（20）、齿圈（21）、行星架（22）、果实扭转驱动部分（23）组成；螺钉GB 823 M3x5（16）使电机挡板（15）与行星架（22）固连，使电机嵌入其空间中固定；丝杠（11）的一端与滚动轴承GB/T 5800-2003 625（14）相连，在滚动轴承GB/T 5800-2003 625（14）上加装垫圈（13），与端盖（12）相连；丝杠（11）的另一端连接抓取电机联轴器（10）、与抓取电机（9）相互固定；抓取果实时，抓取电机（9）驱动，抓取电机联轴器（10）连接丝杠（11）进行传动，使得果实接触部分（17）夹紧，完成夹紧动作；在果实扭转动作完成后，抓取电机反转驱动果实接触部分（17）松开让果实下落；果实扭转驱动部分（23）由扭转电机固定壳（25）、固定壳螺栓M3x30（26）、扭转电机（27）、扭转电机联轴器（28）、太阳轮轴（29）、滚动轴承 61801-2LS GB/T276-94（30）、行星架螺钉M3（31）、上行星架（32）、行星齿轮二（33）、太阳齿轮二（34）、齿圈二（35）、下行星架（36）、行星齿轮中心键二（37）、行星齿轮中心键（38）组成；在扭转电机固定壳（25）中，扭转电机联轴器（28）将扭转电机（27）与太阳轮轴（29）的一端相连，太阳轮轴（29）的另一端与滚动轴承 61801-2LS GB/T 276-94（30）的一端连接，滚动轴承 61801-2LSGB/T 276-94（30）的另一端与上行星架（32）相连，上行星架（32）通过行星架螺钉M3（31）与三个行星齿轮二（33）以及下行星架（36）相连，相互固定，三个行星齿轮二（33）与一个太阳齿轮二（34）和齿圈二（35）相啮合；齿圈二（35）嵌入行星架（22）与之固定，下行星架（36）通过行星齿轮中心键二（37）与行星齿轮（20）相连；扭转电机（27）进行驱动，太阳齿轮二（34）作为输出，将运动传输到第二层行星轮减速器的行星齿轮二（33）上，从而带动下行星架（36）旋转，最终输出至类行星轮机构的其中一个行星齿轮（20）上，带动行星架（22）旋转，从而带动整个抓取夹紧果实部分旋转，实现扭转果实动作；扭转电机固定壳（25）通过固定壳螺栓M3×30（26）连接至行星架（22）固定，将整个驱动部分包裹在其中。
2.根据权利要求1所述的拧拽式取物机械装置，其特征在于：视觉识别部分由视觉识别模块（24）构成，当拧拽式取物机械装置移动到果树附近时，视觉识别模块对待摘取果实进行识别，确定果实位置。
3.根据权利要求1所述的拧拽式取物机械装置，其特征在于：机械臂部分由机械臂底座（3）、第二阶段机械臂（4）、第二阶段电机（5）、第一阶段机械臂（6）、机械臂电机（7）、果实抓取部分（8）组成；通过视觉识别模块识别后，通过底部减速器（1）和底部减速器传动部分（2）来进行机械手爪的大致对位，同时机械臂电机（7）工作控制果实抓取部分（8）保持合适的角度，再由后者完成拧拽动作即果实的夹紧和扭转。
4.根据权利要求3所述的拧拽式取物机械装置，其特征在于：底部减速器部分由底部减速器（1）和底部减速器传动部分（2）组成；底部减速器传动部分（2）为行星轮机构，底部减速器传动部分（2）和底部减速器（1）嵌入机械臂底座（3）中，带动第二阶段机械臂（4）进行竖直方向的旋转。
5.根据权利要求1所述的拧拽式取物机械装置，其特征在于：输送软管固定部分由短螺栓M10×12（39）、中间固定（40）、下托盘（41）、螺钉 GB/T 70.1 M12x35（42）组成；短螺栓M10×12（39）将中间固定（40）固连在行星架（22）上，螺钉 GB/T 70.1 M12x35（42）将下托盘（41）固连至太阳齿轮（19）上；在中间固定（40）和下托盘（41）中间留有环状缝隙，套紧软管，使得果实顺着软管落下。
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