专利名称：一种拧断式采摘手爪机构及其采摘方法
技术领域：
本发明涉及一种采摘机构及其采摘方法，特别是关于一种拧断式采摘手爪机构及 其采摘方法。
背景技术：
水果采摘是水果生产的主要作业，目前，国内外水果的采摘方式多由人工采摘，劳 动强度大，消耗时间多。随着劳动力的日益紧张，实现水果采摘的机械化成为必然趋势。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，手爪的设计机构 也多种多样。水果采摘中，多数用切刀将果梗切断，切刀的运动需要额外的动力驱动，使手 爪结构复杂，并增加了机构成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，成本低，方便水果采摘的拧断 式采摘手爪机构及其采摘方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种拧断式采摘手爪机构，其特征在 于它包括具有上支撑板和下支撑板的支架，设置在所述上支撑板上的丝杠传动装置，设 置在所述下支撑板上的旋转装置，连接在所述旋转装置上的手爪装置；所述丝杠传动装置 通过一丝杠电机连接一丝杠，所述丝杆螺纹连接一穿过两导向杆的滑块；所述旋转装置包 括设置在所述下支撑板顶面的一箱体，所述箱体顶面设置有一旋转电机，所述旋转电机的 输出端连接一旋转输入轴，所述旋转输入轴的另一端穿入所述箱体与所述箱体底面转动连 接，一主动轮固定连接在所述箱体内的所述旋转输入轴上，所述主动轮与一设置在所述箱 体内的旋转输出轴上的从动轮啮合，所述旋转输出轴的一端与所述箱体顶面转动连接，另 一端穿过所述箱体与所述下支撑板转动连接的同时穿过并固定连接一基板；所述手爪装置 包括设置在所述基板底面的两固定板，所述两固定板的另一端分别铰接一 L形手指驱动板 的折弯处，两所述手指驱动板的下部分别固定有一 V形手指；两所述手指驱动板上端分别 设置有一滑槽，两所述滑槽内共同通过一连接销连接一推杆，所述推杆的另一端穿过所述 旋转输出轴固定连接在所述丝杠传动装置中的所述滑块上。所述下支撑板上、以所述推杆为圆心设置有一弧形滑槽，所述弧形滑槽内穿设有 一连接销，所述连接销底部固定连接所述基板。所述支架还包括两根竖向支撑杆和固定连接在其顶部的一 L型支撑板，所述上、 下支撑板分别固定连接在所述两根竖向支撑杆和L型支撑板的中部和底部。所述丝杠电机通过设置在所述上支撑板顶面的四根电机撑杆固定在所述上支撑 板上。所述旋转电机通过设置在所述箱体顶面的四根旋转电机支撑杆固定在所述箱体上。上述一种拧断式采摘手爪机构的采摘方法，其包括以下步骤1)开启丝杠电机，带动丝杠旋转，滑块向下运动，带动推杆向下运动，两个手指驱动板在推杆和连接销的作用 下转动，使两个手指张开，待其张开至最大位置时，丝杠电机停止转动；2)机械手将整个手 爪机构送到目标果实，使两个手指位于果实外侧，丝杠电机反转，带动滑块和推杆向上运 动，从而带动两个手指闭合，当两个手指稳定抓住果实时，丝杠电机停止转动，两个手指保 持夹持动作；3)开启旋转电机并转动一定角度，带动旋转输入轴上的主动轮转动，主动轮 与从动轮啮合传动，带动旋转输出轴旋转相同的角度，从而带动整个手爪装置旋转同样的 角度，使果实在垂直面上发生偏转，将其从果梗处拧断，此时，旋转电机停止转动，完成果实 的摘取工作。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于通过丝杠电机、丝 杠、滑块和推杆等组成的传动机构驱动V形手指的张开和闭合，因此，可实现对果实的稳定 抓取和放下动作。2、本发明由于设置有一旋转电机，待手指抓紧果实后，通过旋转电机带动 齿轮传动机构可将手爪机构旋转一定角度，因此，可以将果梗拧断，脱离植株，实现对果实 的采摘。3、本发明由于将两个手指驱动板转动连接在一固定板上，两个手指驱动板的一端 固定连接V形手指，另一端分别设置有滑槽，滑槽通过连接销连接一与滑块固定的推杆，因 此，当滑块有较小的移动距离时，通过推杆可使两V形手指的间距有较大的变化，以适应不 同直径果实的稳定抓取。4、本发明由于将用于驱动手指开闭的推杆，从齿轮传动机构中的 旋转输出轴中心穿过，保证了手指中心与滑块中心的一致，因此，可实现果实的准确稳定抓 取。5、本发明由于在下支撑板上以推杆为圆心设置有一弧形滑槽，滑槽内穿设一底部固定 在基板上的连接销，因此，可保证手爪机构旋转的平稳性。本发明结构设计巧妙，操作方便， 可节省人力，提高劳动效率，因此，可广泛用于果实的采摘过程中。
图1是本发明结构示意2是本发明左视示意3是本发明丝杠轴承与上支撑板连接的局部示意4是本发明旋转装置结构示意5是图1所示连接销俯视示意6是图1所示下支撑板俯视示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1 3所示，本发明包括设置在支架1上的丝杠传动装置2、旋转装置3和手 爪装置4。本发明的支架1由两根竖向支撑杆11和固定连接在其顶部的一 L型支撑板12组 成，支架1的上中部通过螺母固定设置有一上支撑板13，支架1的底部通过螺母固定设置有 一下支撑板14。本发明的丝杠传动装置2包括通过螺母固定在上支撑板13顶面的四根电机撑杆 21，各电机撑杆21上端通过螺母共同固定设置有一丝杠电机22，丝杠电机22的输出端垂直 向下通过一联轴器23连接一丝杠24，丝杠24的输出端依次与设置在上支撑板13底面和下支撑板14顶面的丝杠轴承25配合。在丝杠24两侧、上支撑板13和下支撑板14之间设置 有两根导向杆26，上支撑板13和下支撑板14之间的丝杠24上螺纹连接有一滑块27，滑块 27可随丝杠24的转动上下移动，两根导向杆26分别穿过滑块27，用于支撑滑块27和丝杠 24，防止丝杠24产生扭矩。上述实施例中，上支撑板13底面和下支撑板14顶面的丝杠轴承分别嵌套在一轴 承座里，每一轴承座和其外部设置的轴承端盖各通过两对螺栓螺母紧固件对应与上支撑板 13和下支撑板14连接。导向杆26的两端分别穿过轴承座端盖与轴承座并通过螺母与对应 的上支撑板13底面和下支撑板14顶面连接。如图1、图4所示，本发明的旋转装置3包括一通过螺栓螺母紧固件固定在下支撑 板14顶面上的箱体31，箱体31是一中间空心的长方体。箱体31的顶面设置有四根旋转电 机支撑杆32，各旋转电机支撑杆32的顶端共同设置有一旋转电机33。旋转电机33的电机 输出轴垂直向下插入到一旋转输入轴34的镗孔内，在旋转输入轴34的顶端设置有一螺纹 孔，可用顶丝将电机输出轴顶紧，防止电机输出轴在旋转输入轴34的镗孔内空转。旋转输 入轴34的另一端穿过箱体31顶面，与设置在箱体31顶面和底面的轴承配合。箱体31内 的旋转输入轴34上固定连接有一主动轮35。主动轮35与设置在箱体31内的从动轮36啮 合传动，从动轮36固定连接在一旋转输出轴37上，旋转输出轴37与设置在箱体31内顶面 和底面的轴承配合。旋转输出轴37的下端依次穿过下支撑板14和设置在下支撑板14下 方的基板38，并通过一挡环与基板38底端顶紧固定。如图1所示，本发明的手爪装置4包括分别通过螺栓螺母紧固件固定设置在基板 38底面上的两固定板41，两固定板41下端分别通过一螺栓42转动连接一手指驱动板43。 两个手指驱动板43相对弯折，弯折处通过螺栓42转动设置在固定板41上。两个手指驱动 板43的上端分别固定有一 V形手指44 ；两个手指驱动板43的下端分别设置有一滑槽45， 两滑槽45内共同穿设有一连接销46，连接销46的两端分别通过螺母固定，以防止连接销 46脱离滑槽45。连接销46的中部设置有一螺纹孔47 (如图5所示)，螺纹孔47中通过螺 纹固定连接一推杆48，推杆48的另一端向上穿过旋转输出轴37并通过两个螺母紧固在滑 块27上。旋转时，为增加手爪装置4的稳定性，在下支撑板14的一端、以推杆48为圆心开 设一个弧形滑槽49 (如图6所示)，弧形滑槽49内穿设一连接销50，连接销50的底部固定 连接在基板38上，连接销50可以在弧形滑槽49内滑动。本发明的采摘方法为1)果实采摘过程中，在目标确定后，丝杠电机22转动，带动丝杠24旋转，滑块27 向下运动，带动推杆48向下运动，两个手指驱动板43在连接销46的作用下，分别绕螺栓42 转动，使两个手指44张开，待其张开至最大位置时，丝杠电机22停止转动。2)机械手(另一机构，属于已有技术，在此不再详细说明)将整个手爪机构送到目 标果实，使两个手指44位于果实外侧。然后丝杠电机22反转，带动滑块27和推杆48向上 运动，从而带动两个手指44闭合。当两个手指44稳定抓住果实时，丝杠电机22停止转动， 两个手指44保持夹持动作。3)旋转电机33开始转动，并转动一定角度。旋转电机33的转动通过主动轮35和 从动轮36的传送运动，带动旋转输出轴37旋转相同的角度，旋转输出轴37旋转，从而带动 整个手爪装置4旋转同样的角度，使果实在垂直面上发生偏转，将其从果梗处拧断，此时，旋转电机33停止转动，完成果实的摘取工作。 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的 保护范围之外。
权利要求
一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于它包括具有上支撑板和下支撑板的支架，设置在所述上支撑板上的丝杠传动装置，设置在所述下支撑板上的旋转装置，连接在所述旋转装置上的手爪装置；所述丝杠传动装置通过一丝杠电机连接一丝杠，所述丝杆螺纹连接一穿过两导向杆的滑块；所述旋转装置包括设置在所述下支撑板顶面的一箱体，所述箱体顶面设置有一旋转电机，所述旋转电机的输出端连接一旋转输入轴，所述旋转输入轴的另一端穿入所述箱体与所述箱体底面转动连接，一主动轮固定连接在所述箱体内的所述旋转输入轴上，所述主动轮与一设置在所述箱体内的旋转输出轴上的从动轮啮合，所述旋转输出轴的一端与所述箱体顶面转动连接，另一端穿过所述箱体与所述下支撑板转动连接的同时穿过并固定连接一基板；所述手爪装置包括设置在所述基板底面的两固定板，所述两固定板的另一端分别铰接一L形手指驱动板的折弯处，两所述手指驱动板的下部分别固定有一V形手指；两所述手指驱动板上端分别设置有一滑槽，两所述滑槽内共同通过一连接销连接一推杆，所述推杆的另一端穿过所述旋转输出轴固定连接在所述丝杠传动装置中的所述滑块上。
2.如权利要求1所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述下支撑板上、以所 述推杆为圆心设置有一弧形滑槽，所述弧形滑槽内穿设有一连接销，所述连接销底部固定 连接所述基板。
3.如权利要求1所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述支架还包括两根 竖向支撑杆和固定连接在其顶部的一L型支撑板，所述上、下支撑板分别固定连接在所述 两根竖向支撑杆和L型支撑板的中部和底部。
4.如权利要求2所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述支架还包括两根 竖向支撑杆和固定连接在其顶部的一L型支撑板，所述上、下支撑板分别固定连接在所述 两根竖向支撑杆和L型支撑板的中部和底部。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述丝 杠电机通过设置在所述上支撑板顶面的四根电机撑杆固定在所述上支撑板上。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述旋 转电机通过设置在所述箱体顶面的四根旋转电机支撑杆固定在所述箱体上。
7.如权利要求5所述的一种拧断式采摘手爪机构，其特征在于所述旋转电机通过设 置在所述箱体顶面的四根旋转电机支撑杆固定在所述箱体上。
8.如权利要求1 7任一项所述的一种拧断式采摘手爪机构的采摘方法，其包括以下 步骤1)开启丝杠电机，带动丝杠旋转，滑块向下运动，带动推杆向下运动，两个手指驱动板 在推杆和连接销的作用下转动，使两个手指张开，待其张开至最大位置时，丝杠电机停止转 动；2)机械手将整个手爪机构送到目标果实，使两个手指位于果实外侧，丝杠电机反转，带 动滑块和推杆向上运动，从而带动两个手指闭合，当两个手指稳定抓住果实时，丝杠电机停 止转动，两个手指保持夹持动作；3)开启旋转电机并转动一定角度，带动旋转输入轴上的主动轮转动，主动轮与从动轮啮合传动，带动旋转输出轴旋转相同的角度，从而带动整个手爪装置旋转同样的角度，使果 实在垂直面上发生偏转，将其从果梗处拧断，此时，旋转电机停止转动，完成果实的摘取工 作。
全文摘要
本发明涉及一种拧断式采摘手爪机构及其采摘方法，其特征在于它包括具有上支撑板和下支撑板的支架，设置在上支撑板上的丝杠传动装置，设置在下支撑板上的旋转装置，连接在旋转装置上的手爪装置；丝杠传动装置通过一丝杠电机连接一丝杠，丝杆螺纹连接一穿过两导向杆的滑块；旋转装置通过一旋转电机连接一旋转输入轴，旋转输入轴固定连接一主动轮，主动轮与一旋转输出轴上的从动轮啮合，旋转输出轴与下支撑板转动连接且穿过并固定连接一基板；手爪装置包括设置在基板上的两固定板，两固定板的另一端分别铰接一L形手指驱动板，两手指驱动板的下部分别固定有一V形手指，上部分别设置有一滑槽，两滑槽内共同通过一连接销连接一推杆，推杆的另一端穿过旋转输出轴固定连接在滑块上。
文档编号A01D46/24GK101878699SQ20101021172
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者徐丽明, 王海峰 申请人:中国农业大学