CN205052204U - 一种采摘机械手 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种采摘机械手,包括末端执行器,所述末端执行器,通过腕关节翻滚电机、齿条,与手腕连接,所述手腕,通过腕关节偏转轴、腕关节偏转电机,与小臂连接,所述小臂,通过肘关节轴、肘关节电机与大臂相连,所述大臂,通过肩关节轴、肩关节端盖、肩关节电机与立柱连接,所述立柱,通过凸台、腰关节大齿轮、腰关节小齿轮、腰关节电机与底座连接;该采摘机械手,通过腰关节电机、齿轮带动立柱转动,肩关节电机带动大臂转动,肘关节电机带动小臂上下俯仰,腕关节偏转电机,带动手腕左、右偏转,腕关节翻滚电机带动末端执行器旋转;末端执行器由电机驱动齿轮、齿条,带动杠杆,使手爪开合,手爪内侧可粘橡胶垫,降低采摘对象的破损率。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域,尤其是涉及一种农产品采摘机械手,属于农业机器人技术领域。
背景技术
2013年中国果园播种面积为1113.95万公顷,水果总产量2亿吨。果品采摘作业量,约占果品生产作业量的50%。而且为了保护果品质量,必须做到适时采摘。目前,我国的果品采摘基本靠人工,随着中国社会城镇化、老龄化进程,劳动力成本大幅提升,使得果品采摘成本急剧攀升。人工采摘过程中,由于体力下降,身体疲劳等因素,会对果品表面品质有一定损伤,间接提升采摘成本。采摘成本提升,最终会抬升果品价格,影响果品销售。果品采摘是劳动密集型作业。对于家庭种植的、少量的采摘作业,人工还可以完成,但对规模化、果园化种植的采摘,如果还是由人工进行的话,就很难适应市场发展的需要。由于果品采摘对象的复杂性、工作环境的非结构性,目前国内的采摘自动化程度仍然很低,使得果农的劳动生产率低,劳动强度大,生产环境恶劣。因此,发展自动化收获技术,研究开发自动化采摘装置,对目前的果业生产自动化的提升,是有积极意义的。
传统机械手末端执行器,大都采用工业机器人的设计思路,比较规整,可靠性高,但成本也高,维修、保养需要专业人士,而农产品采摘具有时效性,对维修、保养的简单、时效性要求比较高,本实用新型的采摘机械手,可以在果品采摘环节,高效、低成本采摘水果,使果品生产标准化、规模化,提高竞争力。
发明内容
针对上述问题,本实用新型的目的在于设计一种采摘机械手,以适应高效、快捷的果品采摘,同时维修、保养简单,能减轻果农的劳动强度。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种采摘机械手,包括末端执行器,所述末端执行器通过腕关节翻滚电机、齿条与手腕连接,所述手腕通过腕关节偏转电机、腕关节偏转轴与小臂连接,所述小臂通过肘关节轴、肘关节电机与大臂相连,所述大臂通过肩关节轴、肩关节端盖、肩关节电机与立柱连接,所述立柱通过凸台、腰关节大齿轮、腰关节小齿轮、腰关节电机与底座连接。
所述腰关节电机固定在底座上,通过腰关节小齿轮、腰关节大齿轮的啮合,带动立柱转动,使得末端执行器,能根据作业对象坐标,左右方向快速调整。
所述肩关节电机固定在立柱上,带动大臂转动,使得采摘机械手末端执行器,能根据作业对象坐标,高低方向快速调整。
所述肘关节电机固定在大臂上,带动小臂上下俯仰,使末端执行器上下俯仰,能根据作业对象坐标,高低方向微调。
所述腕关节偏转电机固定在小臂上,通过驱动手腕转动,使末端执行器左、右偏转,能根据作业对象抓取坐标,左右微调。
所述末端执行器,包括齿轮,固定在齿轮固定板上,齿轮固定板由固定板螺钉固定在手爪支架上,手爪支架通过左销、右销分别与左杠杆、右杠杆中部连接,左杠杆、右杠杆上部通过铆钉与连接板连接,下部分别通过左手爪螺钉、右手爪螺钉与左手爪、右手爪相连;所述连接板上部通过连接板螺钉与齿条端部固连,齿条中部与齿轮啮合,上部与手腕、腕关节翻滚电机连接;所述左、右手爪,呈上宽下窄梯形,且相向对称放置,增大了与采摘对象的接触面积,内侧分别粘接左、右橡胶垫,减少作业对象的破损率。
所述夹紧电机通过齿条驱动齿轮运动,带动左、右杠杆动作,使左、右手爪开合,实现对作业对象的抓取。
所述腕关节翻滚电机固定在手腕上,与齿条连接,驱动末端执行器旋转,拧断作业对象果梗,实现采摘。
所述末端执行器左、右杠杆中,开设有滑槽,左、右销分别插在滑槽里并与手爪支架固连。
按照本实用新型所提供的设计方案,本装置具有5个自由度,腰关节电机驱动腰关节小齿轮、腰关节大齿轮旋转,带动立柱旋转,实现左右方向坐标快速调整;肩关节电机直接驱动大臂旋转,实现上下方向坐标快速调整;肘关节电机直接驱动小臂旋转,实现上下方向坐标微调;腕关节偏转电机,驱动手腕转动,使末端执行器做左右偏转动作,实现左右方向坐标微调;腕关节翻滚电机驱动末端执行器做旋转动作,实现果实采摘;夹紧电机通过正反转,驱动齿轮、齿条运动,带动杠杆使手爪开合,实现果实抓取;本装置结构简单,使用方便灵活,制作成本低廉,维护保养简单、快捷。
附图说明
图1为本实用新型的采摘机械手立体结构示意图;
图2为本实用新型的采摘机械手俯视图;
图3为本实用新型的采摘机械手末端执行器机构图;
图4为本实用新型的采摘机械手底座剖视图;
图5为本实用新型的采摘机械手肩关节结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型进行详细的描述。
参见图1、图2,一种采摘机械手,包括末端执行器7,所述末端执行器7,通过腕关节翻滚电机,18、齿条20,与手腕6连接,所述手腕6,通过腕关节偏转电机15、腕关节偏转轴16,与小臂5连接,所述小臂5,通过肘关节轴11、肘关节电机12与大臂4相连,所述大臂4,通过肩关节轴26、肩关节端盖27、肩关节电机22与立柱3连接,所述立柱3,通过凸台2、腰关节大齿轮25、腰关节小齿轮24、腰关节电机8与底座1连接;
参见图4,所述腰关节电机8固定在底座1上,通过腰关节小齿轮24、腰关节大齿轮25的啮合,带动立柱3转动,使得末端执行器7,能根据作业对象坐标,左右方向快速调整。
参见图5,所述肩关节电机22,固定在立柱3上,带动大臂4转动,使得采摘机械手末端执行器7,能根据作业对象坐标,高低方向快速调整。
参见图2,所述肘关节电机12固定在大臂4上,带动小臂5上下俯仰,使末端执行器7上下俯仰,能根据作业对象坐标,高低方向微调。
所述腕关节偏转电机15固定在小臂5上,通过驱动手腕6转动,使末端执行器7左、右偏转,能根据作业对象坐标,左右微调。
参见图3,所述齿轮702,固定在齿轮固定板701上,所述齿轮固定板701,由固定板螺钉704,固定在手爪支架708上,所述手爪支架708,通过左销7101、右销7102,分别与左杠杆7121、右杠杆7122的中部连接,所述左杠杆7121、右杠杆7122,上部通过铆钉707,与连接板706连接,下部分别通过左手爪螺钉7131、右手爪螺钉7132与左手爪7111、右手爪7112相连;所述连接板706,上部通过连接板螺钉705与齿条20端部固连;所述齿条20,中部与齿轮702啮合,上部与手腕6、腕关节翻滚电机18连接;所述左手爪7111、右手爪7112,呈上宽下窄梯形,且相向对称放置,增大了与采摘对象的接触面积,内侧分别粘接左橡胶垫7121、右橡胶垫7122,减少作业对象的破损率。
所述夹紧电机703,驱动齿轮702、齿条20运动,带动左杠杆7091、右杠杆7092动作,使左手爪7111、右手爪7112开合,实现对作业对象的抓取。
所述腕关节翻滚电机18固定在手腕6上,与齿条20连接,驱动末端执行器7旋转,拧断作业对象果梗,实现采摘。
所述末端执行器7的左杠杆7121、右杠杆7122中开设有滑槽,左销7101、右销7102,分别插在滑槽里并与手爪支架708固连。
本实用新型的一种采摘机械手,工作原理是:
本采摘机械手具有5个自由度,腰关节电机8驱动腰关节小齿轮24、腰关节大齿轮25旋转,带动立柱3旋转,实现末端执行器7,在左右方向,对作业对象坐标快速调整;肩关节电机22直接驱动大臂4旋转,实现末端执行器7,在上下方向,对作业对象坐标快速调整;肘关节电机12直接驱动小臂5旋转,实现末端执行器7,在上下方向,对作业对象坐标微调;腕关节偏转电机15,驱动手腕6转动,使末端执行器7左右偏转,实现对作业对象坐标左右微调;腕关节翻滚电机18驱动末端执行器7做旋转动作,实现作业对象采摘;夹紧电机703通过正反转,驱动齿,702、齿条20运动,带动杠杆7091、7092,使手爪7111、7112开合,实现果实抓取;
本实用新型的一种采摘机械手,在腰关节电机8、肩关节电机22、肘关节电机12,和腕关节偏转电机15的驱动下,使立柱3、大臂4、小臂5、手腕6和末端执行器7协调运动,接近作业对象;在达到目标位置后,电机703正转驱动齿轮702旋转,使齿条20向右相对运动,通过连接板706带动杠杆7091、7092,分别绕销7101、7102转过一定角度,从而使手爪7111、7112闭合;手爪7111、7112到达预定位置后,电机703停止转动,腕关节翻滚电机18,带动末端执行器7旋转,将作业对象的果梗拧断,然后腕关节翻滚电机18停止转动;在腰关节电机8、肩关节电机22、肘关节电机12,和腕关节偏转电机15的驱动下,末端执行器7,运动到果筐附近,电机703反转,使手爪张开,作业对象放入果篮,完成采摘。
本实用新型的一种采摘机械手,结构简单,使用方便灵活,制作成本低廉,维护保养简单、快捷。
Claims (9)
1.一种采摘机械手,包括末端执行器(7),其特征在于,所述末端执行器(7)通过腕关节翻滚电机(18)、齿条(20)与手腕(6)连接,所述手腕(6)通过腕关节偏转电机(15)、腕关节偏转轴(16)与小臂(5)连接,所述小臂(5)通过肘关节轴(11)、肘关节电机(12)与大臂(4)相连,所述大臂(4)通过肩关节轴(26)、肩关节端盖(27)、肩关节电机(22)与立柱(3)连接,所述立柱(3)通过凸台(2)、腰关节大齿轮(25)、腰关节小齿轮(24)、腰关节电机(8)与底座(1)连接。
2.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于:所述腰关节电机(8)固定在底座(1)上,通过腰关节小齿轮(24)、腰关节大齿轮(25)的啮合,带动立柱(3)转动。
3.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于:所述肩关节电机(22)固定在立柱(3)上。
4.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于:所述肘关节电机(12)固定在大臂(4)上。
5.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于:所述腕关节偏转电机(15)固定在小臂(5)上。
6.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于,所述末端执行器(7)包括齿轮(702),所述齿轮(702)固定在齿轮固定板(701)上,所述齿轮固定板(701)由固定板螺钉(704)固定在手爪支架(708)上,所述手爪支架(708),通过左销(7101)、右销(7102)分别与左杠杆(7121)、右杠杆(7122)的中部连接,所述左杠杆(7121)、右杠杆(7122)上部通过铆钉(707)与连接板(706)连接,下部分别通过左手爪螺钉(7131)、右手爪螺钉(7132)与左手爪(7111)、右手爪(7112)相连;所述连接板(706)上部通过连接板螺钉(705)与齿条(20)端部固连;所述齿条(20)中部与齿轮(702)啮合,上部与手腕(6)、腕关节翻滚电机(18)连接;所述左手爪(7111)、右手爪(7112)呈上宽下窄梯形,且相向对称放置,内侧分别粘接左橡胶垫(7121)、右橡胶垫(7122)。
7.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于,所述末端执行器(7),包括夹紧电机(703),所述夹紧电机(703)通过齿条(20)驱动齿轮(702)连接。
8.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征在于:所述腕关节翻滚电机(18)固定在手腕(6)上,与齿条(20)连接。
9.根据权利要求1所述的采摘机械手,其特征是:所述末端执行器(7)的左杠杆(7121)、右杠杆(7122)中开设有滑槽,左销(7101)、右销(7102),分别插在滑槽里并与手爪支架(708)固连。
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