专利名称：一种菠萝采摘机械手爪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及果蔬采摘机械，特别是关于一种菠萝采摘机械手爪。
背景技术：
菠萝属于热带水果，由于植株叶缘上有剌，农民采收菠萝时，须穿严实的防护衣 物。目前，国内外菠萝的采摘方式主要是由人工采摘，然后再靠人工将采摘的菠萝运输到停 在田头的运输车上，这种方式存在劳动环境恶劣，劳动强度大等问题。另外，劳动力报酬方 面，每市斤菠萝需支付工人工资2分钱，工人人均收入100-150元/天，劳动力资源紧张季 节，人均收入达200-250元/天。菠萝种植户对菠萝采摘机械的期望十分强烈。因此，为了 改善劳动者的工作环境，缓解日益紧张的农民劳动力资源，研制菠萝采摘机械亟待进行。 国内外对果蔬采摘机器人末端执行器进行了很多研究，由于果蔬个体差异，使得 末端执行器的通用性比较差。菠萝果实大，呈圆柱体结构，加之果实顶部有长果缨。因此作 为菠萝采摘机器人的关键部件之一的菠萝采摘手爪，对研究菠萝采摘机器人的意义更加重 大。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提出一种能够同时进行抓取和拧离的菠萝采 摘机械手爪。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种菠萝采摘机械手爪，该机构
中，首先从机器人手臂上安装出一电机固定板，在所述电机固定板上安装一垂直放置的旋
转电机，所述旋转电机的输出端固定连接一支撑框架，所述旋转电机带动所述支撑框架旋
转一定角度，达到将菠萝拧断的目的。所述支撑框架上安装一垂直放置的丝杠电机，所述丝
杠电机的输出端通过联轴器连接一丝杠，所述丝杠通过轴承组件支撑在所述支撑框架上，
在所述支撑框架上同时固定有与所述丝杠平行的导向杆，在所述丝杠和导向杆上共同穿设
一螺纹滑块，所述螺纹滑块的一端垂向连接一推杆，推杆的下端穿出所述支撑框架后通过
一横销连接两手指驱动板，两所述手指驱动板的中间部位分别通过螺栓活动地连接在所述
支撑框架上，所述手指驱动板下端固定有弧形手指。所述丝杠电机旋转带动所述丝杠转动，
使所述螺纹滑块移动，从而带动所述推杆移动，进而通过所述销促使所述手指驱动板绕其
中间的活动螺栓运动，使手指张开和闭合，达到抓取或放开菠萝的目的。 所述支撑框架上设置有上、下两支撑板，所述丝杠和导向杆支撑连接在所述上、下
两支撑板之间，所述丝杠电机通过一 电机支架安装在所述上支撑板的上方。 所述轴承组件包括有轴承座和轴承，所述丝杠穿设在所述轴承中，所述导向杆安
装在所述轴承座上。 所述螺纹滑块与所述丝杠为螺纹配合，所述螺纹滑块与所述导向杆为光孔配合。 所述销中间部位径向开设有一盲孔，所述推杆插设在所述盲孔中，所述手指驱动 板上端开设有滑槽，所述横销的两端插设在所述手指驱动板的滑槽中。[0010] 所述支撑框架的下端固定安装有两手爪连接板，两所述手指驱动板的中间部位分
别通过螺栓活动地连接在所述手爪连接板上。 所述手指驱动板为拐臂型，且两所述手指驱动板的拐臂相向设置。 本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型只采用两个 电机， 一个是旋转电机带动整个机构旋转，实现手爪拧断果实的目的，另一个是丝杠电机， 实现手爪抓取果实的目的。丝杠电机只需通过丝杠带动滑块上下移动，就可带动连接在滑 块上的推杆上下移动，进而由推杆推动手爪机构张开和闭合，实现抓取功能。2、在手爪机构 中，两个手指驱动板上端均开设有长孔形滑槽，只通过一个销就将两个手指驱动板连接起 来，同时销又与推杆连接，因此，推杆推动销时，销就会同步带动两个手指驱动板运动。3、手 爪驱动板呈拐臂型，中间拐臂部位通过螺栓支撑在旋转机构上，同时螺栓又起到支点作用， 根据杠杆原理，当推杆推动销时，销就会同步带动两个手指驱动板绕螺栓支点旋摆，以此实 现手爪张合，滑块移动较小距离，两手指之间就有较大的变化，操作方便，省时省力。4、手爪 连接在手指驱动板的下端，制作成弧形，两个手爪的弧形相对，合拢时像两只手一样合拢抱 住果实，抓取牢固。本实用新型的方便灵巧，集抓取和采摘一体的特点，具有广泛应用的极 大优势。
图1是本实用新型手爪机构的主视示意图 图2是图1的侧视图 图3是手爪机构中轴承组件的剖视图 图4是手爪机构中销的示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。 菠萝采摘机械手爪是菠萝采摘机器人的关键部件之一，从功能上划分，它主要包 括抓取和拧断两部分，果实放下是抓取的反过程，因此只要有抓取结构就能实现放下动作。 如图1、图2所示，首先在机器人手臂(另一机构)上连接出一电机固定板l，在电 机固定板1上安装一旋转电机2，旋转电机2的输出端固定连接一支撑框架3。支撑框架3 的具体结构可以由如下部件组成旋转电机2的输出端固定在一传输板4上，传输板4通过
螺栓紧固件固定连接在"n "型固定板5的水平边上，从固定板5竖直边的中间部位和下部 分别水平连接出一上支撑板6和下支撑板7。在固定板5的水平边、上支撑板6和下支撑 板7的另一个共同端，由两根支撑杆8支撑连接，支撑杆8与固定板5竖直边平行设置，支 撑杆8穿过上支撑板6后，上、下端分别固定在固定板5的水平边上和下支撑板7上，由此 构成一个完整的支撑框架3。 在支撑框架3上，具体地说是在上支撑板6上，固定一丝杠电机支架9，丝杠电机支 架9由四根电机支撑杆和一平板组成，丝杠电机IO安装在丝杠电机支架上。丝杠电机10 的输出端通过联轴器连接一丝杠11，丝杠11通过两个分别安装在上支撑板6和下支撑板7 上的上、下轴承组件12、 13而支撑在上支撑板6和下支撑板7之间，在上支撑板6和下支撑 板7之间同时固定一根或两根导向杆14，导向杆14与丝杠11平行。丝杠11和导向杆14共同穿过一螺纹滑块15，螺纹滑块15与丝杠11为螺纹配合，与导向杆14为光孔配合。螺 纹滑块15可以在丝杠11的旋转作用下，沿导向杆14上下滑动。 如图3所示，轴承组件12、 13结构相同，均包括一轴承座22，两个轴承座22分别固 定在上支撑板6和下支撑板7上，在每一轴承座的中心处都安装有一轴承23，丝杠11就穿 设在两个轴承23中。导向杆14与丝杠11平行，且通过螺母24固定在轴承座22上。 在螺纹滑块15的一个端部，垂向连接一推杆16，推杆16的下端穿过下支撑板7 后，插入到一横销17中。如图4所示，在横销17的中间部位径向开设一盲孔25，推杆16插 设在盲孔25中。在横销17的两端同时连接两个手爪驱动板18，具体地为，手爪驱动板18 的上端开设有长孔形滑槽，横销17两端插设在滑槽中，横销的露出端用螺母锁紧。两个手 爪驱动板18均呈拐臂型，且两者的拐臂相向设置。每一手指驱动板18的拐肘都通过螺栓 19活动连接在一手爪连接板20上，手爪连接板20固定在下支撑板7上。在两个手指驱动 板18的下端，分别固定安装一个弧形手指21，安装后两个手指21的弧形相对。推杆16在 螺纹滑块15的带动下，上、下推拉，推杆16带动横销17在手指驱动板18的滑槽中滑动，进 而促使手指驱动板18以螺栓19为支点摆动，手指21因此张开或闭合。 通过上述结构的描述可知，本实用新型就是在丝杠电机10的带动下，通过丝杠11 和导向杆14、螺纹滑块15、推杆16的传动，实现手指21抓取果实。在旋转电机2的带动下， 通过支撑框架3的旋转实现手指21拧断果实。具体的工作过程为 在菠萝目标确定后，丝杠电机10转动，带动丝杠11旋转，螺纹滑块15向下运动， 推动推杆16向下运动，两个手指驱动板18在横销17的作用下，绕螺栓19转动，使两个手 指21张开，两个手指21张开一定幅度后，丝杠电机10停止转动。机械手臂(另一机构)将 整个手爪机构送到目标菠萝，使两个手指21在菠萝外侧，然后丝杠电机10反转，带动螺纹 滑块15和推杆16向上运动，从而带动两个手指21闭合，当两个手指21稳定抓住菠萝时， 丝杠电机10停止转动，两个手指21保持夹持动作。此时旋转电机2转动，带动支撑框架3 旋转一定角度，使菠萝在垂直面上发生偏转，将菠萝果实的根部拧断，然后旋转电机2停止 转动，完成菠萝的摘取工作。 菠萝放下的过程与上述运动过程相反，旋转电机2旋转将手爪旋转到果篮处，丝 杠电机10再反转，使两个手指21张开，果实脱离到果篮中。
权利要求一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于它包括一安装在机器人手臂上的电机固定板，在所述电机固定板上安装一垂直放置的旋转电机，所述旋转电机的输出端固定连接一支撑框架，所述支撑框架上安装一垂直放置的丝杠电机，所述丝杠电机的输出端连接一丝杠，所述丝杠支撑在所述支撑框架上，在所述支撑框架上同时固定有与所述丝杠平行的导向杆，在所述丝杠和导向杆上共同穿设一螺纹滑块，所述螺纹滑块的一端垂向连接一推杆，推杆的下端穿出所述支撑框架后通过一横销连接两手指驱动板，两所述手指驱动板的中间部位分别通过螺栓活动地连接在所述支撑框架上，所述手指驱动板下端固定有手指。
2. 如权利要求1所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述支撑框架上设置有 上、下两支撑板，所述丝杠和导向杆支撑连接在所述上、下两支撑板之间，所述丝杠电机通 过一 电机支架安装在所述上支撑板的上方。
3. 如权利要求2所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述上、下两支撑板上均 安装有轴承组件，所述轴承组件包括有轴承座和轴承，所述丝杠穿设在所述轴承中，所述导 向杆安装在所述轴承座上。
4. 如权利要求1或2或3所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述螺纹滑块 与所述丝杠为螺纹配合，所述螺纹滑块与所述导向杆为光孔配合。
5. 如权利要求1所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述横销中间部位径向 开设有一盲孔，所述推杆插设在所述盲孔中，所述横销的两端连接两所述手指驱动板。
6. 如权利要求1或5所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述手指驱动板上 端开设有滑槽，所述横销的两端插设在所述手指驱动板的滑槽中。
7. 如权利要求1或5所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述支撑框架的下 端固定安装有两手爪连接板，两所述手指驱动板的中部分别通过螺栓活动连接在所述手爪 连接板上。
8. 如权利要求6所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述支撑框架的下端固 定安装有两手爪连接板，两所述手指驱动板的中部分别通过螺栓活动连接在所述手爪连接 板上。
9. 如权利要求1或5或8所述的一种菠萝采摘机械手爪，其特征在于所述手指驱动 板为拐臂型，且两所述手指驱动板的拐臂呈相向设置。
专利摘要本实用新型涉及一种菠萝采摘机械手爪，它包括一安装在机械手臂上的垂直旋转电机，旋转电机的输出端固定连接一支撑框架，支撑框架上安装一垂直放置的丝杠电机，丝杠电机的输出端连接一丝杠，丝杠转动地支撑在支撑框架上，在支撑框架上同时固定有与丝杠平行的导向杆，在丝杠和导向杆上共同穿设一螺纹滑块，螺纹滑块的一端垂向连接一推杆，推杆的下端穿出支撑框架后通过一横销连接两手指驱动板，两手指驱动板的中部分别通过螺栓活动连接在支撑框架上，手指驱动板下端固定有手爪。本实用新型只采用两个电机，一个是旋转电机带动整个机构旋转，实现手爪拧断果实，另一个是丝杠电机，实现手爪抓取果实。方便灵巧，集抓取和采摘一体。
文档编号A01D46/00GK201504423SQ20092024639
公开日2010年6月16日 申请日期2009年10月14日 优先权日2009年10月14日
发明者张进疆, 徐丽明, 汪懋华, 王海峰 申请人:中国农业大学