一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，包括手臂和夹爪，其特征在于，还设有旋转座、夹爪、压力传感器、钢丝绳和丝杠机构等组件，所述夹爪通过旋转座与手臂连接。本发明专利技术水果采摘机械手通过双螺杆丝杠驱动机构和多关节夹爪的设计，可实现对夹爪形态的控制和对夹爪廓形的调整，驱动方式简易，并且控制精准，其中多关节夹指的设计和凸台触点的结合使用，使夹指可以更好的与果实表面贴合，确保夹牢果实以及夹爪的夹紧力能够被压力传感器准确检测到，有效降低水果的损伤概率；同时，本发明专利技术通过快速扭转夹爪的方式，使果柄从植株上脱离，避免了强拉硬扯果实对植株造成的伤害，且本发明专利技术结构规划合理，集成度高，占用空间小。小。小。

【技术实现步骤摘要】
一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手


[0001]本专利技术涉及农业机器人
，具体为一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手。

技术介绍

[0002]水果的采收工作有着很强的季节性和技术性，并且直接关系到水果的产量和质量。随着我国的机械化和智能化在各行各业的发展, 相关技术不断完善，运用于果实采摘的机械装备也逐渐出现。针对一些球状果实的采摘，比如苹果、梨子、柑桔、猕猴桃、小香瓜、火龙果等，由于果实本身并不是标准的球形，也会存在尺寸大小不一，形状变化的情况，现有的自动化采摘设备虽然可以实现对果实的夹取，也可以利用传感器检测夹爪的夹紧力，但是一般难以做到与果实表面贴合，在此情况下传感器采集的数据可能就会存在误差，对夹紧力控制不当即容易造成对果实的损伤。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术目的在于针对现有技术中的不足，设计一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，在具有可感知夹紧力功能的前提下，改善现有技术。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术提供的技术方案包括：方案一：一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，包括手臂和夹爪，其特征在于，还设有旋转座、夹爪、压力传感器、钢丝绳和丝杠机构，夹爪通过旋转座与手臂连接；所述夹爪包括夹爪壳体、附着在夹爪壳体上的多个夹指以及附着在各夹指内表面的若干凸台触点；所述夹爪壳体包括一个圆柱形的套筒和位于所述套筒顶端的圆平台，所述套筒的内部安装有丝杠机构的螺杆，所述螺杆为复式螺杆，由套装在一起且同心同轴的实心轴螺杆和空心轴螺杆组成，所述空心轴螺杆套在实心轴螺杆的上部，实心轴螺杆的下部和所述空心轴螺杆上分别安装有实心轴移动螺母和空心轴移动螺母；所述夹指包括通过铰链连接的上夹指与下夹指，且上、下夹指的连接处安装有带动夹指复位的扭簧；所述上夹指由指杆、摆杆和支撑杆组成，所述摆杆位于上夹指指杆的内侧，一端通过第一铰链支座与夹爪壳体套筒的外侧壁连接，另一端与上夹指指杆的顶部固定连接；所述支撑杆则位于上夹指指杆的外侧，与上夹指指杆的底部固定连接；所述凸台触点固定安装在夹指的内表面，且上、下夹指各至少安装有一个凸台触点，所述压力传感器与凸台触点连接，用于检测夹爪对果实的夹持力；对应于所有夹指，实心轴移动螺母沿圆周设置有多个第二铰链支座，空心轴移动螺母沿圆周固定安装有多个第一限位圆环。同时，各夹指支撑杆的顶部安装有第二限位圆环，下夹指底部安装有第三限位圆环；所述夹爪壳体的套筒在对应每个夹指的位置分别设有一个沿轴向方向延伸的开
口槽，连杆的顶端穿过所述开口槽与实心轴移动螺母上的对应的第二铰接座连接，在实心轴移动螺母带动下，实现对上夹指张角的控制；钢丝绳的顶端固定在所述第一限位圆环上，中间穿过所述开口槽和第二限位圆环，底端固定在所述第三限位圆环上，在空心轴移动螺母的带动下实现对下夹指张角的控制。
[0005]在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：进一步，所述旋转座的内部安装有驱动所述实心轴螺杆转动的实心轴电机和驱动空心轴螺杆转动的空心轴电机，两电机固定安装在电机支座悬空的顶板上，两电机输出轴朝下穿过所述顶板，分别与实心轴螺杆和空心轴螺杆伸进旋转座壳体的端部传动连接；所述实心轴电机的电机输出轴位于所述实心轴螺杆的正上方，与实心轴螺杆轴连接，空心轴电机的旁侧，其输出轴上安装有主动齿轮，所述主动齿轮与安装在空心轴螺杆上的从动齿轮相啮合；所述空心轴螺杆通过第一轴承与夹爪外壳的套筒连接，空心轴电机工作时，空心轴螺杆相对于夹爪外壳转动。
[0006]进一步的，所述手臂的内部安装有旋转电机，手臂的下部设有插入旋转座壳体的轴管，旋转座壳体通过第二轴承与所述轴管连接；旋转电机的电机输出轴穿过所述轴管，与位于旋转座壳体内的一连轴座固定连接，所述连轴座的底端与夹爪外壳的圆平台固定连接；在夹爪夹住果实后，旋转电机通过所述连轴座和圆平台带动夹爪快速转动，将果实的果梗扭断。
[0007]进一步的，所述连轴座和电机支座均为几字座，所述的几字座包括顶板、左右两个向外翻折的底板以及连接在顶板与底板之间的支撑板，所述底板用于连接夹爪外壳的圆平台；主、从动齿轮设置在电机支座的顶板与圆平台之间，所述电机支座、空心轴电机和实心轴电机均处于所述连轴座的顶板与圆平台之间。
[0008]进一步的，所述凸台触点为橡胶材料制成的圆柱状体，底面固定在夹指上，顶面与果实接触；所述压力传感器为圆片状的薄膜力传感器，粘贴固定在凸台触点的顶面或粘贴固定在凸台触点与夹指之间。
[0009]方案二：一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，设有手臂和夹爪，其特征在于，其特征在于，还设有旋转座、夹爪、压力传感器、钢丝绳和双螺杆丝杠机构，夹爪通过旋转座与手臂连接；所述夹爪包括夹爪壳体、附着在夹爪壳体上的多个夹指以及附着在各夹指内表面的若干凸台触点；所述夹爪壳体包括一个圆柱形的套筒、位于所述套筒顶端的圆平台和固定在所述套筒底端的底盖；所述双螺杆丝杠机构包括设置在夹爪壳体套筒内部的第一实心轴螺杆和设置在夹爪壳体套筒外部的第二实心轴螺杆，两实心轴螺杆相互平行，且第一实心轴螺杆的外围还设有同心同轴的空心轴，所述空心轴上安装有空心轴滑块；所述夹指包括通过铰链连接的上夹指与下夹指，且上、下夹指的连接处安装有带动夹爪复位的扭簧；所述上夹指由指杆、摆杆和支撑杆组成，所述摆杆位于上夹指指杆的内侧，一端通过第一铰链支座与夹爪壳体套筒的外侧壁连接，另一端与上夹指指杆的顶部固定连接；所述支撑杆则位于上夹指指杆的外侧，与上夹指指杆的底部固定连接；
所述凸台触点固定安装在夹指的内表面，且上、下夹指各至少安装有一个凸台触点；所述压力传感器与凸台触点连接，用于检测夹爪对果实的夹持力；所述夹爪壳体在对应每个夹指的位置分别设有一个沿其轴向方向延伸的开口槽；所述空心轴滑块与一同步升降连接支座固定连接，所述同步升降连接支座穿过所述开口槽与第二实心轴螺杆上的第二实心轴移动螺母连接，带动空心轴滑块随第二实心轴移动螺母做同步的轴向运动；对应于所有夹指，所述空心轴滑块沿圆周设有多个第二铰链支座，第一实心轴移动螺母沿圆周固定安装有多个第一限位圆环，底盖的下表面固定安装有多个第二限位圆环，同时，各夹指支撑杆的顶部安装有第三限位圆环，下夹指的底部安装有第四限位圆环；连杆的顶端通过开口槽与空心轴滑块上的对应的第二铰接支座连接，在空心轴滑块的带动下，实现对上夹指张角的控制；钢丝绳的顶端固定在所述第一限位圆环上，从下方伸出夹爪壳体，依次穿过所述第二限位圆环、第三限位圆环，最终固定到第四限位圆环上，在第一实心轴移动螺母的带动下，实现对下夹指张角的控制。
[0010]在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：进一步的，所述旋转座的内部安装有驱动第一实心轴螺杆的第一实心轴电机和驱动第二实心轴螺杆的第二实心轴电机，两电机并列固定安装在一电机支座悬空的顶板上，两电机输出轴朝下穿过所述电机支座的顶板，分别与第一实心轴螺杆和第二实心轴螺杆伸进旋转座壳体的端部传动连接;所述同步升降连接支座上安装有一轴承座，所述轴承座内装配有第一轴承，所述第一轴承的内圈固定在所述第二实心轴移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，包括手臂和夹爪，其特征在于，还设有旋转座、夹爪、压力传感器（110）、钢丝绳（115）和丝杠机构，夹爪通过旋转座与手臂连接；所述夹爪包括夹爪壳体（103）、附着在夹爪壳体（103）上的多个夹指以及附着在各夹指内表面的若干凸台触点（111）；所述夹爪壳体（103）包括一个圆柱形的套筒和位于所述套筒顶端的圆平台，所述套筒的内部安装有丝杠机构的螺杆，所述螺杆为复式螺杆，由套装在一起且同心同轴的实心轴螺杆（106）和空心轴螺杆（104）组成，所述空心轴螺杆（104）套在实心轴螺杆（106）的上部，实心轴螺杆（106）的下部和所述空心轴螺杆（104）上分别安装有实心轴移动螺母（107）和空心轴移动螺母（105）；所述夹指包括通过铰链连接的上夹指（108）与下夹指（109），且上、下夹指的连接处安装有带动夹指复位的扭簧（112）；所述上夹指（108）由指杆、摆杆和支撑杆组成，所述摆杆位于上夹指（108）指杆的内侧，一端通过第一铰链支座与夹爪壳体（103）套筒的外侧壁连接，另一端与上夹指（108）指杆的顶部固定连接；所述支撑杆则位于上夹指（108）指杆的外侧，与上夹指（108）指杆的底部固定连接；所述凸台触点（111）固定安装在夹指的内表面，且上、下夹指各至少安装有一个凸台触点（111），所述压力传感器（110）与凸台触点（111）连接，用于检测夹爪对果实的夹持力；对应于所有夹指，实心轴移动螺母（107）沿圆周设置有多个第二铰链支座（114），空心轴移动螺母（105）沿圆周固定安装有多个第一限位圆环；同时，各夹指支撑杆的顶部安装有第二限位圆环，下夹指底部安装有第三限位圆环；所述夹爪壳体（103）的套筒在对应每个夹指的位置分别设有一个沿轴向方向延伸的开口槽，连杆（113）的顶端穿过所述开口槽与实心轴移动螺母（107）上的对应的第二铰接座（114）连接，在实心轴移动螺母（107）带动下，实现对上夹指（108）张角的控制；钢丝绳（115）的顶端固定在所述第一限位圆环上，中间穿过所述开口槽和第二限位圆环，底端固定在所述第三限位圆环上，在空心轴移动螺母（105）的带动下实现对下夹指(109)张角的控制。2.根据权利要求1所述的一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，其特征在于：所述旋转座的内部安装有驱动所述实心轴螺杆（106）转动的实心轴电机（131）和驱动空心轴螺杆（104）转动的空心轴电机（130），两电机固定安装在电机支座（120）悬空的顶板上，两电机输出轴朝下穿过所述顶板，分别与实心轴螺杆（106）和空心轴螺杆（104）伸进旋转座壳体（102）的端部传动连接；所述实心轴电机（131）的电机输出轴位于所述实心轴螺杆（106）的正上方，与实心轴螺杆（106）轴连接，空心轴电机（130）的旁侧，其输出轴上安装有主动齿轮（129），所述主动齿轮（129）与安装在空心轴螺杆（104）上的从动齿轮（123）相啮合；所述空心轴螺杆（104）通过第一轴承（125）与夹爪外壳（103）的套筒连接，空心轴电机（130）工作时，空心轴螺杆（104）相对于夹爪外壳（130）转动。3.根据权利要求2所述的一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，其特征在于：所述手臂的内部安装有旋转电机（134），手臂的下部设有插入旋转座壳体（102）的轴管，旋转座壳体（102）通过第二轴承（117）与所述轴管连接；旋转电机（134）的电机输出轴穿过所述轴管，与位于旋转座壳体内的一连轴座（132）固定连接，所述连轴座（132）的底端与夹爪外壳（103）的圆平台固定连接；在夹爪夹住果实后，旋转电机（134）通过所述连轴座
（132）和圆平台带动夹爪快速转动，将果实的果梗扭断。4.根据权利要求3所述的一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，其特征在于：所述连轴座（132）和电机支座（120）均为几字座，所述的几字座包括顶板、左右两个向外翻折的底板以及连接在顶板与底板之间的支撑板，所述底板用于连接夹爪外壳（103）的圆平台；主、从动齿轮设置在电机支座（120）的顶板与圆平台之间，所述电机支座（120）、空心轴电机（130）和实心轴电机（131）均处于所述连轴座（132）的顶板与圆平台之间。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种夹紧力可感知可调节的果实采摘机械手，其特征在于：所述凸台触点（111）为橡胶材料制成的圆柱状体，底面固定在夹指上，顶面与果实接触；所述压力传感器（110）为圆片状的薄膜力传感器，粘贴固定在凸台触点（111）的顶面或粘贴固定在凸台触点（111）与夹指之间。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，聂宇成，陈勇，于佳琳，金小俊，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：