CN207460860U - 一种抓剪一体式采摘手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抓剪一体式采摘手，包括传动机构、抓取机构以及剪切机构；所述抓取机构安装在传动机构的上方，剪切机构安装在传动机构的下方；所述传动机构分别与抓取机构、剪切机构传动连接。本实用新型可直接用于安装在机器人或机械手末端以实现采摘果实，并且通过抓剪一体的设计，只需一个驱动电机便可保证抓与剪两道工序分先后操作，同时不增加机器人或机械手的复杂性，具有很高的移植性。

Description

一种抓剪一体式采摘手

技术领域

本实用新型涉及农业机械工程领域，特别是涉及一种抓剪一体式采摘手。

背景技术

在果蔬生产中，采摘作业是最耗时费力的一个环节。对于硬梗果实，现有的传统采摘方式多以人工采摘为主，然而这种人工作业的采摘方式，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。

随着机器人技术的快速发展，在果实采摘作业的领域中，使用机械实现自动化、智能化采摘果实渐渐成为一种新的采摘趋势。而目前这种机械采摘方式，对于硬梗果实进行采摘时，自动化机械采摘手常常采用抓取后拧断的形式，这对硬梗果实采摘存在损伤大、效率低、可靠性差等问题。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型、成本较低而且结构简单的抓剪一体式采摘手，其可直接用于安装在机器人或机械手末端以实现采摘果实，并且通过抓剪一体的设计，只需一个驱动电机便可保证抓与剪两道工序分先后操作，同时不增加机器人或机械手的复杂性，具有很高的移植性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种抓剪一体式采摘手，包括传动机构、抓取机构以及剪切机构；所述抓取机构安装在传动机构的上方，剪切机构安装在传动机构的下方；所述传动机构分别与抓取机构、剪切机构传动连接。

由此，本实用新型所述的抓剪一体式采摘手，以传动机构为动力源，驱动抓取机构向前运动实现目标果实抓取，向后运动实现抓取机构复位；并相应地驱动剪切机构实现目标果实的果梗的剪切以及剪切机构的复位；从而在同一个执行端上依序实现目标果实的抓取和果梗的剪切动作，其配置在机器人或机械手的末端，可以实现对硬梗果实的抓取和剪茎梗动作，从而满足对硬梗果实采摘的机械化需要。另外，本实用新型结构简单、运行可靠、成本低，可以很容易安装在各类机器人和机械手上使用，具有很高的移植性。

进一步地，所述传动机构包括前支板、后支板、电机、传动丝杠、上部光轴、下部光轴、动块以及滑块，所述前支板与后支板之间平行隔离设置，电机安装在后支板上，并通过一联轴器与传动丝杠连接，上部光轴、下部光轴分别安装在前支板与后支板之间的上下端，动块滑动套设于下部光轴并安装在传动丝杠上，滑块滑动套设于上部光轴并通过一限位板与动块滑动连接。

进一步地，所述动块设有与下部光轴相适应的下通孔，且动块与传动丝杠螺纹连接；动块一侧还设有至少两个弹性顶销，限位板安装在动块的上方，且限位板的下表面设有与至少两个弹性顶销相适应的导槽，导槽的一端设有凹槽；所述至少两个弹性顶销滑动设置在导槽中；滑块设有与上部光轴相适应的上通孔，且滑块安装固定在限位板上。

进一步地，所述抓取机构包括爪支板、拉杆、摇杆以及抓杆；爪支板固定在前支板上，拉杆与摇杆之间通过一铰链铰接，拉杆一端铰接在滑块上，另一端设有第一销轴，第一销轴与抓杆组成移动副；摇杆一端铰接在爪支板上，另一端与抓杆的尾部相铰接；抓杆的前端向外伸出，且中部设有与拉杆相适应的滑槽。

进一步地，所述滑块周向布置有至少三个相同的拉杆、摇杆和抓杆组成的杆组结构。

进一步地，所述剪切机构包括刀片、滑动刀架以及摆杆；摆杆安装在动块的下部，且摆杆的一端与动块铰接，另一端与刀片尾部铰接；滑动刀架的顶部滑动设置在下部光轴上，且位于前支板与动块之间。

进一步地，所述刀片包括左刀片和右刀片，左刀片与右刀片中间通过一第二销轴铰接，第二销轴安装固定在滑动刀架底部，左刀片与右刀片尾部一第三销轴铰接，第三销轴之间安装有弹簧；所述摆杆包括左摆杆和右摆杆，左摆杆和右摆杆的一端分别与左刀片和右刀片的尾部铰接，左摆杆和右摆杆的另一端分别对称布置在动块的下方并与动块铰接。

附图说明

图1为本实用新型的抓剪一体式采摘手的结构示意图；

图2为本实用新型的抓剪一体式采摘手的正视图；

图3为本实用新型的抓剪一体式采摘手的仰视图；

图4为本实用新型的抓剪一体式采摘手的动块与限位板的连接示意图；

图5为本实用新型的抓剪一体式采摘手的抓取过程示意图；

图6为本实用新型的抓剪一体式采摘手的剪切过程示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域的普通技术人员应能理解其他可能得实施方式以及本实用新型的优点。

请同时参阅图1至图6。

本实用新型的抓剪一体式采摘手，包括传动机构、抓取机构以及剪切机构；所述抓取机构安装在传动机构的上方，剪切机构安装在传动机构的下方；所述传动机构分别与抓取机构、剪切机构传动连接。

所述传动机构包括前支板16、后支板12、电机11、传动丝杠18、上部光轴13、下部光轴17、动块20以及滑块15，所述前支板16与后支板12之间平行隔离设置，电机11安装在后支板12上，并通过一联轴器21与传动丝杠18连接，上部光轴13、下部光轴17分别安装在前支板16与后支板12之间的上下端，动块20滑动套设于下部光轴17并安装在传动丝杠18上，滑块15滑动套设于上部光轴13并通过一限位板14与动块20滑动连接。其中，所述电机11带动传动丝杠18实现正反转运动，下部光轴17对动块20起到支撑和导向作用，并通过传动丝杠18的正反转带动动块20前后移动。

作为本实施例的一种优选方案，所述上部光轴13、下部光轴17的数目均为两根。

更具体地，所述动块20设有与下部光轴17相适应的下通孔，且动块20与传动丝杠18螺纹连接；动块20一侧还设有至少两个弹性顶销19，限位板14安装在动块20的上方，且限位板20的下表面设有与至少两个弹性顶销19相适应的导槽141，导槽141的一端设有凹槽142；所述至少两个弹性顶销19滑动设置在导槽141中；滑块15设有与上部光轴13相适应的上通孔，且滑块15安装固定在限位板14上。

其中，动块20可以通过至少两个弹性顶销19推动限位板14前后移动，当限位板14受阻挡不能运动时，位于限位板14导槽141的凹槽142内的至少两个弹性顶销19会受力下压，弹性顶销19滑出限位板14导槽141的凹槽142，此时，弹性顶销19随动块20移动，但是限位板14不动。

再其次，滑块15安装固定在限位板14上，限位板14向前后移动从而带动滑块15前后移动。

所述抓取机构包括爪支板204、拉杆201、摇杆202以及抓杆203；爪支板204固定在前支板16上，拉杆201与摇杆202之间通过一铰链205铰接，拉杆201一端铰接在滑块15上，另一端设有第一销轴，第一销轴与抓杆203组成移动副；摇杆202一端铰接在爪支板204上，另一端与抓杆203的尾部相铰接；抓杆203的前端向外伸出，且中部设有与拉杆201相适应的滑槽206。其中，滑块15与上部光轴13组成移动副，上部光轴13对滑块15起支撑和导向作用。

另外，若使滑块15相对固定不动的爪支板204相向运动，经摇杆202的约束作用，使得拉杆201上部的第一销轴沿抓杆203上的导槽206向抓杆203尾部移动，并且使得抓杆203向前作包络状轨迹运动；若使滑块15相对固定不动的爪支板205相背运动，拉杆201前部的第一销轴沿抓杆203上的导槽206向抓杆203前端移动，并且使得抓杆203向后作包络状轨迹运动。

优选地，以滑块15形心为中心，周向布置至少三个相同的拉杆201、摇杆202和抓杆203的杆组结构，滑块15向前运动，三个抓杆203向前做包络运动，从而实现抓取动作，滑块15向后运动，三个抓杆203向后做包络运动，从而实现抓杆复位动作，这样即可以有效抓取目标，也可以在非抓取时，采摘手不占据过大空间。

所述剪切机构包括刀片301、滑动刀架302以及摆杆303；摆杆303安装在动块20的下部，且摆杆303的一端与动块20铰接，另一端与刀片301尾部铰接；滑动刀架302的顶部滑动设置在下部光轴17上，且位于前支板16与动块20之间。

进一步地，所述刀片301包括左刀片3011和右刀片3012，左刀片3011与右刀片3012中间通过一第二销轴3013铰接，第二销轴3013安装固定在滑动刀架302底部，左刀片3011与右刀片3012尾部一第三销轴3014铰接，第三销轴3014之间安装有弹簧304；所述摆杆303包括左摆杆3031和右摆杆3032，左摆杆3031和右摆杆3032的一端分别与左刀片3011和右刀片3012的尾部铰接，左摆杆3031和右摆杆3032的另一端分别对称布置在动块20的下方并与动块20铰接。

其中，左刀片3011与右刀片3012中间通过第二销轴3013铰接，并可以相对转动，并且左刀片3011和右刀片3012形成的剪刀状结构处于初始展开状态时，弹簧304受拉，从而保证左刀片3011和右刀片3012形成的剪刀状结构保持张开状态。

另外，动块20向前移动，处于弹簧304拉紧并展开状态的左刀片3011和右刀片3012，通过销轴推动滑动刀架302和左刀片3011、右刀片3012同步向前移动，滑动刀架302向前移动并接触前侧前支板16，滑动刀架302被阻挡并不能继续向前移动，动块20仍继续向前移动，动块20与滑动刀架302之前的距离缩小，第三销轴3014相背移动，弹簧304伸长，使左刀片3011与右刀片3012之间的前侧楔角逐渐减少，直至完全闭合，从而实现剪切动作；动块20向后移动，动块20与滑动刀架302之前的距离增大，第三销轴3014相向移动，弹簧304伸长长度减少，使左刀片3011与右刀片3012之间前侧楔角逐渐增大，直至完全展开，动块20继续向后，此时动块20通过摆杆303、刀片301、销轴拖动滑动刀架302和两刀片301同步相后移动。

以下说明本实用新型的抓剪一体式采摘手10的工作原理：

采用本装置采摘硬梗果实过程中，共分为三个工序：第一个工序是抓取果实，主要由上端的抓取机构抓住果实；第二个工序是剪切果实茎梗，主要由下端的剪切机构伸出刀片剪断茎梗；第三个工序，主要是传动机构带动剪切机构和抓取机构复位。

具体地，电机11通过传动丝杠18带动动块20移动，动块20上设置的弹性顶销19控制滑块15与滑动刀架302依序动作，也就是动块20首先通过限位板14带动滑块15向前移动，抓取机构上的摇杆202铰接在滑块15上，利用滑块15移动带动拉杆201、摇杆202、抓杆203运动，从而实现抓取动作。抓取机构完成抓取动作后，动块20继续前行，摆杆303、刀片301在弹簧304拉力约束下推动滑动刀架302前行，直至滑动刀架302碰到前侧前支板16，动块20仍继续向前移动，弹簧304两端拉力增大，两摆杆303间夹角变大，推动剪刀机构两刀片301剪端收拢，直至剪刀机构两刀片301前端完成合拢，从而完成剪切动作，此时动块20将不能继续前进。完成剪切动作后，反转电机11，电机11带动传动丝杠18反向转动。传动丝杠18反转带动动块20向后移动，剪刀机构两刀片301前端逐渐展开，再带动滑动刀架302后移，直至动块20上的弹性顶销19向后移动并进入限位板14凹槽142内，动块20继续向后移动，限位板14也将向后移动，限位板14拉动滑动15向后移动，滑块15带动抓取机构回位初始状态，完成一次抓取、剪切和复位动作，也即一次采摘过程。

与现有技术相比，本实用新型所述的抓剪一体式采摘手，以传动机构为动力源，驱动抓取机构向前运动实现目标果实抓取，向后运动实现抓取机构复位；并相应地驱动剪切机构实现目标果实的果梗的剪切以及剪切机构的复位；从而在同一个执行端上依序实现目标果实的抓取和果梗的剪切动作，其配置在机器人或机械手的末端，可以实现对硬梗果实的抓取和剪茎梗动作，从而满足对硬梗果实采摘的机械化需要。另外，本实用新型结构简单、运行可靠、成本低，可以很容易安装在各类机器人和机械手上使用，具有很高的移植性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种抓剪一体式采摘手，其特征在于：包括传动机构、抓取机构以及剪切机构；所述抓取机构安装在传动机构的上方，剪切机构安装在传动机构的下方；所述传动机构分别与抓取机构、剪切机构传动连接。

2.根据权利要求1所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述传动机构包括前支板、后支板、电机、传动丝杠、上部光轴、下部光轴、动块以及滑块，所述前支板与后支板之间平行隔离设置，电机安装在后支板上，并通过一联轴器与传动丝杠连接，上部光轴、下部光轴分别安装在前支板与后支板之间的上下端，动块滑动套设于下部光轴并安装在传动丝杠上，滑块滑动套设于上部光轴并通过一限位板与动块滑动连接。

3.根据权利要求2所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述动块设有与下部光轴相适应的下通孔，且动块与传动丝杠螺纹连接；动块一侧还设有至少两个弹性顶销，限位板安装在动块的上方，且限位板的下表面设有与至少两个弹性顶销相适应的导槽，所述至少两个弹性顶销滑动设置在导槽中，导槽的一端设有凹槽；滑块设有与上部光轴相适应的上通孔，且滑块安装固定在限位板上。

4.根据权利要求3所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述抓取机构包括爪支板、拉杆、摇杆以及抓杆；爪支板固定在前支板上，拉杆与摇杆之间通过一铰链铰接，拉杆一端铰接在滑块上，另一端设有第一销轴，第一销轴与抓杆组成移动副；摇杆一端铰接在爪支板上，另一端与抓杆的尾部相铰接；抓杆的前端向外伸出，且中部设有与拉杆相适应的滑槽。

5.根据权利要求4所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述滑块周向布置有至少三个相同的拉杆、摇杆和抓杆组成的杆组结构。

6.根据权利要求3所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述剪切机构包括刀片、滑动刀架以及摆杆；摆杆安装在动块的下部，且摆杆的一端与动块铰接，另一端与刀片尾部铰接；滑动刀架的顶部滑动设置在下部光轴上，且位于前支板与动块之间。

7.根据权利要求6所述的抓剪一体式采摘手，其特征在于：所述刀片包括左刀片和右刀片，左刀片与右刀片中间通过一第二销轴铰接，第二销轴安装固定在滑动刀架底部，左刀片与右刀片尾部一第三销轴铰接，第三销轴之间安装有弹簧；所述摆杆包括左摆杆和右摆杆，左摆杆和右摆杆的一端分别与左刀片和右刀片的尾部铰接，左摆杆和右摆杆的另一端分别对称布置在动块的下方并与动块铰接。