基于连杆机构的采摘机械手的制作方法

本实用新型涉及农业收获机械，特别是一种基于连杆机构的采摘机械手。

背景技术：

果实采摘是劳动密集型作业，果树种植园中果实采摘作业过程主要依靠人工进行弯腰采摘或者借助梯子登高进行采摘，这样消耗大量体力并且耗费大量时间，工作强度极大，还具有一定危险性。目前市场中存在的采摘机械手对果实伤害较大，成品率降低，造成不必要的财产损失，而且这类机械手整体结构庞大，生产成本高，对于要完成往复重复的采摘工作适应范围小，所以为解决这些问题设计了基于连杆机构的新型机械手，其中半圆形末端执行器降低了在采摘时对果实的伤害，优化连杆机构减轻了整机重量，整机实现了降低采摘劳动强度，提高采摘效率。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决的技术问题是提供一种基于连杆机构的采摘机械手，机构轻便，有效保护果实。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于连杆机构的采摘机械手，包括旋转基座，手部机构，旋转基座的上部安装四连杆结构的上臂机构，上臂机构的底部安装摆动驱动机构，上臂机构的顶部安装机械手旋转机构，机械手旋转机构的外端安装手部机构；手部机构包括水平的契合板，契合板的上部对称安装第一机械手驱动机构和第二机械手驱动机构，第一、第二机械手驱动机构的外端安装第一、第二手爪；第一手爪包括第一爪部和第一连接部，第一爪部置于第一连接部的外端，第二机械手手爪包括第二爪部和第二连接部，第一爪部和第二爪部为上凸的球面结构，第一爪部和第二爪部的相邻面分别设有相互配合的刀槽和刀片。

采用上述技术方案的本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

灵活性好，稳定性高，作业范围大，采摘效率高，机构轻便有效保护果实。

进一步的，本实用新型的优化方案是：

旋转基座包括圆形的底盘、电机固定盘、下环状盘、上环状盘、轴承、上圆盘、下圆盘、第一连接柱和第二连接柱；电机固定盘置于底盘的上方，电机固定盘通过多个第一连接柱与底盘固接，竖向设置的第一驱动电机与电机固定盘固接，电机固定盘的上方依次设有下环状盘和上环状盘，下环状盘通过第二连接柱与电机固定盘固接，上环状盘与下环状盘安装轴承，轴承的外圈置于上环状盘与下环状盘之间，上环状盘通过螺栓与下环状盘固接；轴承的内圈的上下两端分别安装上圆盘和下圆盘，上圆盘和下圆盘通过螺栓连接；下圆盘的底部与第一电机驱动轮的上平面通过螺栓连接，第一电机驱动轮与第一驱动电机的输出输出轴通过键连接。

上臂机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一电机固定架、第三连接柱、第四连接柱、第一连接架、第二连接架、第三连接架、第四连接架、第二电机固定架、摆动驱动机构和机械手旋转机构，摆动驱动机构是第二驱动电机，第二驱动电机的两侧通过l形的第一电机固定架与上圆盘固接，第一连杆的下端与第二驱动电机的驱动轮的侧面固接，第二连杆与第一连杆同侧设置，第三连杆和第四连杆置于第二电机的另一侧，第二连杆、第三连杆和第四连杆的下端分别与第二电机两侧的第一电机固定架铰接；第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆的上端分别与l形的第一连接架、第二连接架、第三连接架和第四连接架的竖直部铰接，第一连接架、第二连接架、第三连接架和第四连接架的水平部的上部安装第二电机支架；第二电机支架上安装机械手旋转机构，机械手旋转机构包括第三电机，第三电机的输出轴安装第三电机驱动轮。手部机构的契合板后端的上下表面分别安装l形上固定架和下固定架，上固定架和下固定架的后端分别与第三电机驱动轮的外侧面固接。

第一机械手驱动机构包括第一齿轮传动器、第一小型连杆和第四驱动电机，第一齿轮传动器安装在契合板上表面的右侧，第一齿轮传动器包括第一齿轮部和第一驱动杆部，第一驱动杆部的内端固接在齿轮部的外圆周，齿轮部的下表面安装第四电机驱动轮，第四驱动电机驱动轮与第四驱动电机的输出轴通过键连接，第四驱动电机安装在契合板的下部，第四驱动电机的输出轴穿过契合板；第一驱动杆部的外端与第一手爪的第一连接部的内端铰接，第一小型连杆的外端与第一手爪的第一连接部的中部铰接，第一小型连杆的内端与契合板铰接。

第二机械手驱动机构的第二齿轮部与第一机械手驱动机构第一齿轮部啮合。

附图说明

图1是本实用新型实施例的机械手整体结构正视图；

图2是本实用新型实施例的机械手整体结构侧视图；

图3是本实用新型实施例的手部机构俯视图；

图4是本实用新型实施例的手部机构侧视图；

图5是本实用新型实施例的上臂机构示意图一。

图6是本实施例上臂机构示意图二。

图7是本实用新型实施例的旋转基座结构示意图；

图8是本实用新型实施例的手部机构整体结构示意图；

图9是本实用新型的实施例旋转基座装载电机侧视图示意图；

图10是整体结构仰视角示意图。

图11是图8的仰视角示意图。

图中：手部机构1；第四电机驱动轮101；第三电机驱动轮102；上固定架103；下固定架104；末端执行器契合板105；第四驱动电机106；第一齿轮传动器107；第二齿轮传动器108；第一小型连杆109；第二小型连杆110；第一机械手手爪111；第二机械手手爪112；第一空心圆柱件113；第二空心圆柱件114；第三螺钉115；第四螺钉116；第一螺栓117；第二螺栓118；第三螺栓119；第四螺栓120；第五螺栓121；第六螺栓122；第七螺栓123；第四螺母124；上臂机构2；第一电机固定架201；第二电机固定架202；第二驱动电机203；第三驱动电机204；连杆205；第二电机驱动轮206；第一连杆207；第二连杆208；第三连杆209；第四连杆210；第三铜柱211；第四铜柱212；第一连接架213；第二连接架214；第三连接架215；第四连接架216；第一连接螺栓217；第二连接螺栓218；第三连接螺栓219；第四连接螺栓220；第二螺钉221；第三螺母222；铰接轴承223；旋转基座3；底盘301；电机固定盘302；上环状盘303；下环状盘304；轴承305；上圆盘306；下圆盘307；第一驱动电机308；第一电机驱动轮309；第一连接柱310；第二连接柱311；第一固定螺栓312；第二固定螺栓313；第三固定螺栓314；第四固定螺栓315；第一螺母316；第二螺母317；第一螺钉318。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详述本实用新型。

参见图1、图2，本实施例是一种基于连杆机构的采摘机械手，由手部机构1、上臂机构2和旋转基座3构成。旋转基座3（图6所示）由圆形的底盘301、电机固定盘302、上环状盘303、下环状盘304、轴承305、上圆盘306、下圆盘307、第一驱动电机308、电机驱动轮309、第一连接柱310、第二连接柱311、第一固定螺栓312、第二固定螺栓313、第三固定螺栓314、第四固定螺栓315、第一螺母316、第二螺母317和第一螺钉318构成。旋转基座3整体呈圆柱状结构，电机固定盘2平行置于底盘1的上方，底盘1水平设置，电机固定盘2通过4个第一连接柱310与底盘1连接，第一连接柱310的下端安装第四固定螺栓315，第一连接柱310位于底盘1的边缘，第一连接柱310用于支撑电机固定盘2，第一连接柱310的材料是铜。第一驱动电机308的竖向穿过电机固定盘2并通过第三固定螺栓314与电机固定盘2固定连接，第一驱动电机308的轴线垂直于底盘1。

电机固定盘2的上方由下至上依次安装下环状盘304和上环状盘303，下环状盘304通过第二连接柱311与电机固定盘2固定连接，第二连接柱311的材料是铜，第二连接柱311用于支撑下环状盘304，上环状盘303与下环状盘304安装轴承305，轴承305的外圈置于上环状盘303与下环状盘304之间，上环状303盘通过第一固定螺栓312与下环状盘304固定连接。轴承305的内圈的上、下两端分别安装上圆盘306和下圆盘307，圆盘306和下圆盘307通过二固定螺栓313和第一螺母316连接。下圆盘307的下表面安装电机驱动轮309，电机驱动轮309与下圆盘307通过第一螺钉318固定连接，电机驱动轮309安装在第一驱动电机308的输出轴上，机驱动轮309与第一驱动电机308的输出轴通过键连接。

上臂机构2（图5所示）由第一电机固定架201、第二电机固定架202、连杆205、电机驱动轮206、第一连杆207、第二连杆208、第三连杆209、第四连杆210、第三连接柱211、第四连接柱212、第一连接架213、第二连接架214、第三连接架215、第四连接架216、第一连接螺栓217、第二连接螺栓218、第三连接螺栓219、第四连接螺栓220、第二螺钉221、第三螺母222、铰接轴承223、摆动驱动机构和机械手旋转机构构成，上臂机构2是四连杆机构。摆动驱动机构是第二驱动电机203，第二驱动电机203的壳体为长方体。第二驱动电机203的两侧通过l形的第一电机固定架201与上圆盘306固定连接。第二驱动电机203的输出轴安装第二电机驱动轮206，第二驱动电机203的驱动轮一侧安装一件第一电机固定架201，另一侧安装两件第一电机固定架201。

第一连杆207的下端与第二驱动电机203的第二电机驱动轮206的侧面通过第四连接螺栓220连接，第二连杆208与第一连杆207同侧设置，第三连杆209和第四连杆210置于第二驱动电机203的另一侧。第二连杆208、第三连杆209和第四连杆210的下端分别与第二驱动电机203两侧的第一电机固定架201通过第二连接螺栓218铰接，第二连接螺栓218的两端安装铰接轴承223。第一连杆207的中部与第三连杆209的中部之间安装第三连接柱211，第二连杆208和第四连杆210之间安装第四连接柱212，第三连接柱211和第四连接柱212增强上臂机构的稳定性，第三连接柱211和第四连接柱212的材料是铜。

第一连杆207的上端安装铰接轴承223，第三连接螺栓219安装在铰接轴承223内并与l形的第一连接架213的竖直部连接，用第三螺母222固定。第二连杆208的上端安装铰接轴承223，第三连接螺栓219安装在铰接轴承223内并与l形的第二连接架214的竖直部连接，用第三螺母222固定。第三连杆209的上端与第三连接架215通过第三连接螺栓219的单安装孔进行连接，并用第三螺母222固定。第四连杆210的上端与第四连接架216通过第三连接螺栓219的单安装孔进行连接，并用第三螺母222固定。第一连杆207、第二连杆208、第三连杆209、第四连杆210都通过第二驱动电机203进行驱动。

第一连接架213、第二连接架214、第三连接架215和第四连接架216的水平部的上部安装第二电机固定架202，第二电机固定支架202的上表面安装机械手旋转机构，机械手旋转机构是第三驱动电机204，第三驱动电机204的输出轴安装第三电机驱动轮101，第三电机驱动轮101与第三驱动电机204的输出轴通过键连接。

手部机构1（图3、图4所示）由第三电机驱动轮101、第四电机驱动轮102、上固定架103、下固定架104、末端执行器契合板105、第四驱动电机106、第一齿轮传动器107、第二齿轮传动器108、第一小型连杆109、第二小型连杆110、第一机械手手爪111、第二机械手手爪112、第一空心圆柱件113、第二空心圆柱件114、第三螺钉115、第四螺钉116、第一螺栓117、第二螺栓118、第三螺栓119、第四螺栓120、第五螺栓121、第六螺栓122、第七螺栓123、第四螺母124构成。末端执行器契合板105水平设置，第三电机驱动轮102通过第三螺钉115与l形的上固定架103、下固定架104相连，上固定架103与下固定架104之间夹持着末端执行器契合板105，并通过第一螺栓117将三者相连，第四螺母124将其固定。

手部机构1的契合板105的上部对称安装第一机械手驱动机构和第二机械手驱动机构，第一机械手驱动机构由第一齿轮传动器107、第一小型连杆109、第四驱动电机106和第四电机驱动轮102构成，第一齿轮传动器107安装在末端执行器契合板105上表面的右侧，第一齿轮传动器107包括第一齿轮部和第一驱动杆部，第一驱动杆部的内端焊接在第一齿轮部的外圆周，第一齿轮部的下表面安装第四电机驱动轮102，第四电机驱动轮102通过第四螺钉116和第四螺栓120与第一齿轮传动器107的第一齿轮部相连接。第四电机驱动轮102安装在第四驱动电机106的输出轴上，第四电机驱动轮102与第四驱动电机106的输出轴通过键连接，第四驱动电机106安装在末端执行器契合板105的下部，第四驱动电机106的输出轴穿过末端执行器契合板105，第四驱动电机106的两侧各用两件第一空心圆柱件113与末端执行器契合板105进行连接，在末端执行器契合板105上侧使用第二螺栓118，下侧使用第三螺栓119，将三者进行固定。

第一齿轮传动器107的第一驱动杆部的外端与第一机械手手爪111的内端铰接，第一机械手手爪111由第一爪部和第一连接部构成，第一爪部置于第一连接部的外端，第一爪部是上凸的球面结构，第一连接部为钝角结构，第一爪部位于末端执行器契合板105的外侧。第一驱动杆部的外端与第一机械手手爪111的第一连接部的内端通过第七螺栓123和第四螺母124进行铰接连接，第一机械手手爪111的第一连接部置于第一驱动杆部的上侧。在末端执行器契合板105的前端，将第二空心圆柱件114放置于其上侧，将第一小型连杆109的内端放置于第二空心圆柱件114的上侧，并通过第六螺栓122以及第四螺母124进行铰接连接，第一小型连杆109的外端与第一机械手手爪111的第一连接部的中间部位通过第七螺栓123和第四螺母124进行铰接连接，第一连接部置于第一小型连杆109的外端上侧。

第二机械手驱动机构与第一机械手驱动机构的结构相同，第二机械手驱动机构由第二齿轮传动器108、第二小型连杆110和第二机械手手爪112构成，第二齿轮传动器108由第二齿轮部和第二传动杆部构成，第二机械手手爪112由第二爪部和第二连接部构成。在末端执行器契合板105左侧部分，将第五螺栓121倒放，穿插于末端执行器契合板105和第二空心圆柱件114之中，然后将第二齿轮传动器108的第二齿轮部放置于第二空心圆柱件114之上并用第四螺母124将其固定，使第一齿轮传动器107、第二齿轮传动器108达到标准安装，第二齿轮部和第一齿轮部啮合传动。在末端执行器契合板105的前端，将第二空心圆柱件114放置于其上侧，将第二小型连杆110的内端放置于第二空心圆柱件114的上侧，并通过第六螺栓122以及第四螺母124进行铰接连接，第二机械手手爪112的第二连接部的中部放置于第二小型连杆110的上侧，并用第七螺栓123和第四螺母124进行铰接连接，第二机械手手爪112的内端置于第二齿轮传动器108的第二驱动杆部的上侧，并用第七螺栓123和第四螺母124进行铰接连接。

第一机械手手爪111的第一爪部和第二机械手手爪112的第二爪部分别为上凸的球面结构，第一爪部的内侧面加工有圆弧形刀槽，第二爪部的内侧面安装圆弧形的刀片，第一爪部的刀槽和第二爪部的刀片配合，摘果时刀片嵌入刀槽内。

旋转基座3中的第一驱动电机308，上臂机构2中的第二驱动电机203、第三驱动电机204，手部机构1中的第四驱动电机106都为正反转电机。

本实施例，上臂机构2在第一驱动电机308的驱动下，能够带动上臂整体做左右往复的回转运动，由第一连杆207第二连杆208第三连杆209第四连杆210等零件构成的平行机构在第二驱动电机203的驱动下，能实现摆转运动，手部机构1在第三驱动电机204的驱动下，能实现上下回转运动，第一机械手手爪111、第二机械手手爪112在第四驱动电机106的驱动下，能实现手爪的张开与闭合。

以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。