CN217168542U - 一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，包括底板、六自由度机械手、夹取机构、破瓶机构和驱动机构；六自由度机械手和驱动机构均安装在底板上，用以压缩垃圾的夹取机构安装在六自由度机械手，用以破开瓶子排掉废水的破瓶机构安装在六自由度机械手，夹取机构和破瓶机构均与驱动机构连接。本实用新型夹取范围广，通过六自由度机械手控制夹取机构和破瓶机构能在底板上360度运动，普通垃圾通过摄像头视觉识别提供信号驱动夹取机构夹取，有废水的瓶子则通过破瓶机构破开瓶子排出废水后，再通过夹取机构夹取，属于机械手技术领域。

Description

一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪

技术领域

本实用新型涉及机械手技术领域，具体涉及一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪。

背景技术

近些年来，随着海滨沙滩旅游度假的发展，海滩垃圾成了不得不面对的一个问题。而随着机械自动化的逐步发展，生产、生活的机械化程度越来越高，可以采用机械代替人工的领域也越来越多。现如今，机械手爪的使用也越来越多，机械手爪的适用范围越来越广，也就导致对机械手爪的功能需求带有独特性。

目前市面上所研究的机械爪并不适用于海滩环境，且常见的机械爪的抓取方式为横向夹取，但横向夹取的机械爪夹取的范围所限，且对于外表面不规则的物体，其夹取成功率较低；对于海滩环境，考虑到其主要垃圾来源之一为塑料瓶其瓶内可能会存留大量水分，塑料瓶中的废水无疑增加了回收工作的不确定性，而现有机械爪无法处理瓶内的积存废水。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种夹取范围广且能处理塑料瓶内废水的用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，包括底板、六自由度机械手、夹取机构、破瓶机构和驱动机构；六自由度机械手和驱动机构均安装在底板上，用以压缩垃圾的夹取机构安装在六自由度机械手，用以破开瓶子排掉废水的破瓶机构安装在六自由度机械手，夹取机构和破瓶机构均与驱动机构连接。

作为一种优选，六自由度机械手包括转动座、第一支架、第一舵机、第二支架、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机；转动座的固定部安装在底板，第一支架的一端通过第一舵机与转动座的转动部连接，第一支架的另一端通过第二舵机与第二支架的一端连接；第二支架的另一端与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机均通过连接件与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机沿第三舵机对称设置，夹取机构与第四舵机连接，破瓶机构和第五舵机连接。

作为一种优选，夹取机构包括第一微型气缸、双面齿条、齿轮、T型压缩杆、连接板和两个L型夹爪，连接板与第四舵机的转动端连接，第一微型气缸的固定端安装在连接板，T型压缩杆的一端与第一微型气缸的伸缩端连接，双面齿条安装在T型压缩杆的一端，双面齿条的朝向与T型压缩杆的运动方向一致；齿轮的数量为两个，两个齿轮均与连接板转动连接，两个齿轮分别与双面齿条的两个齿条啮合，两个L型夹爪均设有弧形齿条，两个L型夹爪的弧形齿条分别与两个齿轮啮合，两个L型夹爪均与连接板转动连接，两个L型夹爪沿双面齿条对称设置，第一微型气缸与驱动机构连接。

作为一种优选，破瓶机构包括第二微型气缸、V型夹爪、刀片、刀片收纳盒和夹爪固定板，刀片收纳盒与第五舵机的转动端连接，第二微型气缸的固定端与刀片收纳盒固定连接，第二微型气缸的伸缩端插入刀片收纳盒内与刀片连接，刀片与刀片收纳盒滑移连接，夹爪固定板与刀片收纳盒的端部固定连接，夹爪固定板设有供刀片滑移的通槽，V型夹爪的数量为四个，四个V型夹爪均安装在夹爪固定板；第二微型气缸与驱动机构连接。

作为一种优选，驱动机构包括气泵和气控阀，气泵安装在底板上，气控阀的数量为两个，两个气控阀均安装在底板，两个气控阀均通过气管与气泵连接，两个气控阀分别通过气管与第一微型气缸和第二微型气缸连接。

作为一种优选，转动座包括固定环、转动轴和第六舵机，固定环通过铜柱固定在底板上，第六舵机安装在固定环的下方，转动轴穿过固定环，转动轴的一端与第六舵机的转动端连接，转动轴的另一端第一支架的一端连接，转动轴与固定环转动连接。

作为一种优选，第一支架包括连接杆和两个安装框架，安装框架包括一个横板和两个竖板，两个竖板分别与横板的两端连接且垂直设置；连接杆的两端分别与两个安装框架的横板连接；两个安装框架中，一个安装框架的两个竖板均与第一舵机连接，另一个安装框架的两个竖板均与第二舵机连接。

作为一种优选，第二支架包括支撑柱和连接架，支撑柱的一端与第二舵机的转动端连接，支撑柱的另一端与连接架的一端连接，连接架的另一端与第三舵机固定连接。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型夹取范围广且能处理塑料瓶内废水，通过六自由度机械手控制夹取机构和破瓶机构能在底板上360度运动，普通垃圾通过摄像头视觉识别提供信号给夹取机构夹取，有废水的瓶子则通过破瓶机构破开瓶子排出废水后，再通过夹取机构夹取。

2.本实用新型突破了单体机械臂的单一性，实现了集多功能为一体，在一定程度上也实现了单体机械臂具有多功能并代替多个机械臂，也实现了垃圾分类机器人等领域的多功能性。目前的机械爪为横向夹取，抓取成功率低且易受物体的大小形状等多种因素地限制，本实用新型采用了横向、纵向相结合的抓取方法，既提高了抓取的成功率，又大大减少了物体的大小形状等多方面的限制。目前许多丢弃饮料瓶中仍含有液体，但大多都为被分离便一同进行垃圾分类，这在后续为深度的垃圾分类增加了不少的麻烦，通过破瓶机构在一定程度上可实现垃圾的固液分离，使垃圾更好地分类，进一步保护了环境。

附图说明

图1为一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪的立体图。

图2为一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪的主视图。

图3为六自由度机械手的立体图。

图4为夹取机构与第四舵机连接的示意图。

图5为破瓶机构的立体图。

其中，1为底板，2为气泵，3为气控阀，4为铜柱，5为转动座，6为第一舵机，7为第一支架，8为第二舵机，9为第二支架，10为破瓶机构，11为第五舵机，12为第三舵机，13为第四舵机，14为夹取机构，15为第六舵机，16为固定环，17为转动轴，17为连接板，18为L型夹爪，19为双面齿条，20为齿轮，21为弧形齿条，22为第一微型气缸，23为T型压缩杆，24为第二微型气缸，25为刀片收纳盒，26为夹爪固定板，27为V型夹爪，28为凸点，29为刀片。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，包括底板、六自由度机械手、夹取机构、破瓶机构和驱动机构；六自由度机械手和驱动机构均安装在底板上，用以压缩垃圾的夹取机构安装在六自由度机械手，用以破开瓶子排掉废水的破瓶机构安装在六自由度机械手，夹取机构和破瓶机构均与驱动机构连接。

六自由度机械手包括转动座、第一支架、第一舵机、第二支架、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机；转动座的固定部安装在底板，第一支架的一端通过第一舵机与转动座的转动部连接，第一支架的另一端通过第二舵机与第二支架的一端连接；第二支架的另一端与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机均通过连接件与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机沿第三舵机对称设置，夹取机构与第四舵机连接，破瓶机构和第五舵机连接。

夹取机构包括第一微型气缸、双面齿条、齿轮、T型压缩杆、连接板和两个L型夹爪，连接板与第四舵机的转动端连接，第一微型气缸的固定端安装在连接板，T型压缩杆的一端与第一微型气缸的伸缩端连接，双面齿条安装在T型压缩杆的一端，双面齿条的朝向与T型压缩杆的运动方向一致；齿轮的数量为两个，两个齿轮均与连接板转动连接，两个齿轮分别与双面齿条的两个齿条啮合，两个L型夹爪均设有弧形齿条，两个L型夹爪的弧形齿条分别与两个齿轮啮合，两个L型夹爪均与连接板转动连接，两个L型夹爪沿双面齿条对称设置，第一微型气缸与驱动机构连接。本实施例中，双面齿条由一块平板和位于平板两侧的齿条构成；T型压缩杆由两根相互垂直的杆件连接形成，L型夹爪由两根相互垂直的杆件连接形成，T型压缩杆的一个杆件和L型夹爪的一个杆件相互平行，T型压缩杆的另一个杆件和L型夹爪的另一个杆件相互平行；L型夹爪设置的弧形齿条为三分之二圆弧，该圆弧的半径与齿轮的半径相同。

破瓶机构包括第二微型气缸、V型夹爪、刀片、刀片收纳盒和夹爪固定板，刀片收纳盒与第五舵机的转动端连接，第二微型气缸的固定端与刀片收纳盒固定连接，第二微型气缸的伸缩端插入刀片收纳盒内与刀片连接，刀片与刀片收纳盒滑移连接，夹爪固定板与刀片收纳盒的端部固定连接，夹爪固定板设有供刀片滑移的通槽，V型夹爪的数量为四个，四个V型夹爪均安装在夹爪固定板；第二微型气缸与驱动机构连接。本实施例中，四个V型夹爪的内侧边沿均设有增加摩擦力的凸点；通过第二微型气缸驱动刀片可实现快速精准地对饮料瓶等进行冲击，刀片的铲子形设计也提高了破瓶的成功率，在第二微型气缸与V型夹爪的连接处装有刀片收纳盒，提高了整体装置的安全性；破瓶机构在运行中，刀片位于刀片收纳盒中，V型夹爪先下压对饮料瓶等进行固定，再启动第二微型气缸带动刀片，将饮料瓶刺破，实现破瓶，破瓶结束后刀片收回到刀片收纳盒中。

驱动机构包括气泵和气控阀，气泵安装在底板上，气控阀的数量为两个，两个气控阀均安装在底板，两个气控阀均通过气管与气泵连接，两个气控阀分别通过气管与第一微型气缸和第二微型气缸连接。

转动座包括固定环、转动轴和第六舵机，固定环通过铜柱固定在底板上，第六舵机安装在固定环的下方，转动轴穿过固定环，转动轴的一端与第六舵机的转动端连接，转动轴的另一端第一支架的一端连接，转动轴与固定环转动连接。

第一支架包括连接杆和两个安装框架，安装框架包括一个横板和两个竖板，两个竖板分别与横板的两端连接且垂直设置；连接杆的两端分别与两个安装框架的横板连接；两个安装框架中，一个安装框架的两个竖板均与第一舵机连接，另一个安装框架的两个竖板均与第二舵机连接。

第二支架包括支撑柱和连接架，支撑柱的一端与第二舵机的转动端连接，支撑柱的另一端与连接架的一端连接，连接架的另一端与第三舵机固定连接。

本实施例中，底板为矩形平板结构，第六舵机、气泵、气控阀和铜柱均安装在底板上，固定环为平板圆环结构，铜柱的数量为四根，固定环的数量为三块，四根铜柱呈矩形分布，四根铜柱贯穿固定环，转动轴为圆柱形结构，转动轴位于固定环的中间通孔，第六舵机位于固定环的下方，第六舵机的转动端从最下方的固定环的通孔伸出，转动轴与第六舵机的转动端连接，转动轴被第六舵机带动相对于固定环转动。转动轴的另一端安装有第一舵机，第一舵机通过固定板安装在转动轴上，第一舵机固定在固定板上，第一支架的安装框架一个竖板与固定板转动连接，另一个竖板与第一舵机的转动端固定连接；第一支架的另一个安装框架与第二舵机通过固定板连接，第二舵机固定在固定板上，第二舵机的转动端与另一个安装框架的一个竖板固定连接，另一个安装框架的另一个竖板与第二舵机转动连接；第二支架通过固定板与第二舵机连接，支撑柱与固定板固定连接，支撑柱的另一端与连接架固定连接，连接架的一个竖板与第三舵机的转动端固定连接，连接架的另一个竖板通过固定板与第三舵机转动连接，第三舵机安装在固定板上。第三舵机通过连接件分别与第四舵机和第五舵机固定连接。

本实施例的所有舵机采用电动舵机。

一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪还包括视觉识别机构，视觉识别机构安装在底板上面，主要由双目摄像头两部分组成。先是由双目摄像头对垃圾进行扫视，然后分辨出是哪一类的垃圾、需要用哪一种机械爪，再将此信号传递给单片机，然后单片机对舵机、气缸等进行控制，实现对机械爪的变换和垃圾的拾取。

本实用新型的工作原理：通过视觉识别，当察觉到的垃圾为普通垃圾时，机械手爪通过舵机调节转换成压缩夹取模式，直接对垃圾进行夹取；若察觉的垃圾为装有水的饮料瓶等垃圾时，机械手爪通过舵机调节转换成固定破瓶模式，然后再通过其它舵机调节到合适的位置，对相应的垃圾进行固定破开处理，最后再转换成压缩夹取模式，对垃圾进行夹取。六自由度机械手是普通机械臂设计成字母“T”字形，六自由度机械手两头是所需要的机械爪，中间的舵机可实现不同机械爪使用的切换；通过多个舵机的配合运行可实现机械臂全方位的转动，使整个装置的运行不受空间的限制。齿轮齿条传动式的压缩夹取机械爪，为横向与纵向相结合的夹取方式；当运用到该机械爪时，第一微型气缸会带动双面齿条进行运动，双面齿条与两边的齿轮为啮合状态，则双面齿条会带动两边的齿轮，再带动L型机械爪上的弧形齿条，双面齿条与T型压缩杆是保持静止的，这样子就实现了整体的运行。因为双面齿条的上部与齿轮无啮合关系，这样子会让L型夹爪停止运行后，T型压缩杆仍能下降然后对物块进行纵向夹取，所以在运行过程中，L型夹爪先横向伸入物体的底部，T型压缩杆就能继续下降实现对物块进行纵向夹取；存放物块时，顺序与夹取时相反，T型压缩杆先向上升，然后通过第四舵机旋转实现物块的存放。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：包括底板、六自由度机械手、夹取机构、破瓶机构和驱动机构；六自由度机械手和驱动机构均安装在底板上，用以压缩垃圾的夹取机构安装在六自由度机械手，用以破开瓶子排掉废水的破瓶机构安装在六自由度机械手，夹取机构和破瓶机构均与驱动机构连接。

2.按照权利要求1所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：六自由度机械手包括转动座、第一支架、第一舵机、第二支架、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机；转动座的固定部安装在底板，第一支架的一端通过第一舵机与转动座的转动部连接，第一支架的另一端通过第二舵机与第二支架的一端连接；第二支架的另一端与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机均通过连接件与第三舵机连接，第四舵机和第五舵机沿第三舵机对称设置，夹取机构与第四舵机连接，破瓶机构和第五舵机连接。

3.按照权利要求2所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：夹取机构包括第一微型气缸、双面齿条、齿轮、T型压缩杆、连接板和两个L型夹爪，连接板与第四舵机的转动端连接，第一微型气缸的固定端安装在连接板，T型压缩杆的一端与第一微型气缸的伸缩端连接，双面齿条安装在T型压缩杆的一端，双面齿条的朝向与T型压缩杆的运动方向一致；齿轮的数量为两个，两个齿轮均与连接板转动连接，两个齿轮分别与双面齿条的两个齿条啮合，两个L型夹爪均设有弧形齿条，两个L型夹爪的弧形齿条分别与两个齿轮啮合，两个L型夹爪均与连接板转动连接，两个L型夹爪沿双面齿条对称设置，第一微型气缸与驱动机构连接。

4.按照权利要求3所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：破瓶机构包括第二微型气缸、V型夹爪、刀片、刀片收纳盒和夹爪固定板，刀片收纳盒与第五舵机的转动端连接，第二微型气缸的固定端与刀片收纳盒固定连接，第二微型气缸的伸缩端插入刀片收纳盒内与刀片连接，刀片与刀片收纳盒滑移连接，夹爪固定板与刀片收纳盒的端部固定连接，夹爪固定板设有供刀片滑移的通槽，V型夹爪的数量为四个，四个V型夹爪均安装在夹爪固定板；第二微型气缸与驱动机构连接。

5.按照权利要求4所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：驱动机构包括气泵和气控阀，气泵安装在底板上，气控阀的数量为两个，两个气控阀均安装在底板，两个气控阀均通过气管与气泵连接，两个气控阀分别通过气管与第一微型气缸和第二微型气缸连接。

6.按照权利要求2所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：转动座包括固定环、转动轴和第六舵机，固定环通过铜柱固定在底板上，第六舵机安装在固定环的下方，转动轴穿过固定环，转动轴的一端与第六舵机的转动端连接，转动轴的另一端第一支架的一端连接，转动轴与固定环转动连接。

7.按照权利要求2所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：第一支架包括连接杆和两个安装框架，安装框架包括一个横板和两个竖板，两个竖板分别与横板的两端连接且垂直设置；连接杆的两端分别与两个安装框架的横板连接；两个安装框架中，一个安装框架的两个竖板均与第一舵机连接，另一个安装框架的两个竖板均与第二舵机连接。

8.按照权利要求2所述的一种用于海滩垃圾收集的多功能机械手爪，其特征在于：第二支架包括支撑柱和连接架，支撑柱的一端与第二舵机的转动端连接，支撑柱的另一端与连接架的一端连接，连接架的另一端与第三舵机固定连接。

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