剥皮机械手的制作方法

本发明涉及自动化机械设备，更具体地说，涉及一种剥皮机械手。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，街头的各种自动榨汁售卖机器也应运而生。目前自动榨汁售卖机多采用压榨机构挤压榨汁的结构形式，这种工作方式效率高、简单直接，但是由于用挤压的原理，不可避免的将果皮和果肉一起挤破碎，以榨橙汁为例，榨出的橙汁内会有不少橙皮汁，而橙子的果皮苦涩，严重影响口感。而且，未经剥皮而直接对水果进行榨汁处理，卫生条件堪忧。这两方面的缺陷都将直接影响到自动榨汁售卖机的效益。

因而，需要有一种能够在无人值守的自动榨汁售卖机内进行水果自动剥皮处理的装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动剥皮机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种剥皮机械手，包括驱动电机、下夹爪组件、上夹爪组件和剥皮刀组件，其中：

所述下夹爪组件包括下转轴和上转轴，下转轴的上端和上转轴的下端其中一者形成有截头圆锥形凹槽，另一者形成有与该截头圆锥形凹槽相适配的截头圆锥形凸起插入该截头圆锥形凹槽内，且所述截头圆锥形凹槽的底部与截头圆锥形凸起的底部之间设置一竖向弹簧，上转轴的上端固定设有下夹爪；所述上夹爪组件包括上夹爪支撑臂和正对所述下夹爪可转动地设于上夹爪支撑臂下部的上夹爪；所述剥皮刀组件包括剥皮刀支撑臂和设于剥皮刀支撑臂上的剥皮刀具；

所述驱动电机通过第一传动组件带动剥皮刀组件竖向上下移动，通过第二传动组件带动下转轴单向转动；

所述剥皮刀组件通过第三传动组件在竖向向下移动时带动所述上夹爪组件一起竖向向下移动一定距离，在竖向向上移动至上夹爪组件位置时带动所述上夹爪组件一起竖向向上移动；

所述驱动电机正转时，带动下夹爪组件的下转轴转动，同时带动剥皮刀组件竖向向下移动，从而带动上夹爪组件一起竖向向下移动直至与置于下夹爪上的水果相抵并使得上转轴压缩竖向弹簧与下转轴结合而随下转轴一起转动，进而带动下夹爪和上夹爪及夹持于二者之间的水果一起旋转；

所述驱动电机反转时，带动剥皮刀组件竖向向上移动至上夹爪组件位置时带动上夹爪组件一起竖向向上移动，松开对水果的夹持，下夹爪组件的上转轴在竖向弹簧弹力作用下与下转轴分离。

根据本发明的一个实施例中，所述第一传动组件包括第一主动轮、第一从动轮、第一同步带和竖向延伸的丝杆，第一主动轮由驱动电机带动旋转，第一从动轮固定安装于丝杆的下端，第一同步带传动连接第一主动轮和第一从动轮；所述剥皮刀支撑臂与套装于丝杆上的丝杆螺母固定连接。

根据本发明的一个实施例中，所述第二传动组件包括第二主动轮、第二从动轮和第二同步带，第二主动轮与第一从动轮共轴安装，第二从动轮通过单向轴承安装于下转轴的下端，第二同步带传动连接第二主动轮和第二从动轮。

根据本发明的一个实施例中，所述第三传动组件包括一竖向设置且活动端朝下的气动弹簧，上夹爪组件的上夹爪支撑臂通过连接件与气动弹簧的活动端固定连接；所述第三传动组件还包括固定设置于剥皮刀支撑臂上且与上夹爪支撑臂的底部相抵以阻止上夹爪支撑臂随气动弹簧的活动端向下移动的挡块。

根据本发明的一个实施例中，所述剥皮机械手还包括安装支架，所述安装支架底板、顶板和固定连接底板和顶板的支架，所述驱动电机和下夹爪组件设置于底板上，所述第一主动轮、第一从动轮、第二主动轮和第二从动轮设于底板的下部，所述丝杆安装于顶板和底板之间。

根据本发明的一个实施例中，所述顶板和底板之间还设置有引导剥皮刀组件竖向上下移动的第一导向机构和引导上夹爪组件竖向上下移动的第二导向机构。

根据本发明的一个实施例中，所述第一导向机构包括通过第一直线轴承穿设于剥皮刀支撑臂的第一导向柱；所述第二导向机构包括通过第二直线轴承穿设于上夹爪支撑臂的第二导向柱以及与固定于上夹爪支撑臂上的滑块滑动配合的竖向导轨。

根据本发明的一个实施例中，所述气动弹簧的上端固定安装于顶板上，所述气动弹簧的活动端固定连接一竖向向上延伸的连接板，所述连接板的上端与上夹爪支撑臂固定连接。

根据本发明的一个实施例中，所述下夹爪组件的下转轴通过第一滚动轴承穿设于所述底板并在底板的下部固定一轴承挡圈；所述下夹爪组件还具有罩于底板上下转轴和上转轴外部的外壳，所述上转轴的上端通过第二滚动轴承穿设外壳的顶部而伸出。

根据本发明的一个实施例中，所述剥皮机械手还包括用于限制剥皮刀组件上下移动的行程的剥皮刀上限位开关和剥皮刀下限位开关。

本发明的剥皮机械手采用仿人手结构的上下夹爪组件设计，一个电机实现夹紧水果-剥皮-放开水果三个动作的驱动，使得控制方式更加简化，整个系统更加可靠，适于无人值守的机器。该剥皮机械手可用于多种水果，包括橙子、石榴、苹果、猕猴桃、柠檬等较规则圆形的水果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一个实施例的剥皮机械手的结构示意图；

图2是图1所示的剥皮机械手夹持水果的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的下夹爪组件的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的下夹爪组件与上夹爪组件配合的结构示意图；

图5是图1所示的剥皮机械手的动作过程的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，根据本发明一个实施例的剥皮机械手主要由驱动电机10、下夹爪组件30、上夹爪组件70、剥皮刀组件50、第一传动组件40、第二传动组件20、第三传动组件60和安装支架80构成。安装支架80包括底板81、顶板83和固定连接二者的支架82。驱动电机10和下夹爪组件30都设置在底板81上，上夹爪组件70和剥皮刀组件50设置于下夹爪组件30的上方，并可相对于下夹爪组件30竖向上下移动。驱动电机10通过第一传动组件40带动剥皮刀组件50竖向上下移动，并通过第二传动组件20带动下夹爪组件30的下转轴31单向转动。剥皮刀组件50进一步通过第三传动组件60在竖向向下移动时带动上夹爪组件70一起竖向向下移动一定距离，在竖向向上移动至上夹爪组件70位置时带动上夹爪组件70一起竖向向上移动。由此，该剥皮机械手通过一个驱动电机10便可实现对下夹爪组件30、上夹爪组件70和剥皮刀组件50三者的驱动。

具体如图1和图2所示，第一传动组件40包括第一主动轮41、第一从动轮42、第一同步带(图中未示出)和竖向延伸的丝杆43。其中，第一主动轮41和第一从动轮42均设置在底板81的下部，第一主动轮41固定安装在驱动电机10伸出底板81下部的转轴上，由驱动电机10带动旋转，第一同步带传动连接第一主动轮41和第一从动轮42，使得第一从动轮42随驱动电机10一起旋转。丝杆43可转动地支撑安装在底板81和顶板83之间，第一从动轮42固定安装于丝杆43伸出底板81的下端，从而带动丝杆43随驱动电机10一起转动。剥皮刀组件50包括剥皮刀支撑臂52和设于剥皮刀支撑臂52上的剥皮刀具51(参见图4所示)。剥皮刀支撑臂52与套装于丝杆43上的丝杆螺母固定连接，从而可以随着丝杆43的转动而沿丝杆43的轴向(即竖向)上下移动。顶板83和底板81之间还设有第一导向柱86，通过例如直线轴承穿设于剥皮刀支撑臂52，从而为剥皮刀支撑臂52的上下移动提供导向作用。

再如图1和图2所示，上夹爪组件70包括上夹爪支撑臂72和正对下夹爪组件30的下夹爪393(参见图3所示)设置的上夹爪71，上夹爪71可转动地安装于上夹爪支撑臂72下部。带动上夹爪组件70的第三传动组件60包括气动弹簧61和挡块62。其中，气动弹簧61竖向设置且活动端612朝下。气动弹簧61的上端611固定安装于顶板83上，气动弹簧61的活动端612固定连接一竖向向上延伸的连接板74，该连接板74的上端进而与上夹爪支撑臂72末端的滑块73固定连接。挡块62固定设置在剥皮刀支撑臂52上，如图1所示的初始状态下，挡块62还位于上夹爪支撑臂72下方，与上夹爪支撑臂72的底部相抵。此初始状态下，气动弹簧61被压缩，其活动端612因挡块62阻止上夹爪支撑臂72向下移动而不能向下移动。当剥皮刀支撑臂52向下移动带动挡块62向下移动时，气动弹簧61的活动端612便随着挡块62的向下移动而逐渐伸出，带动上夹爪支撑臂72一起向下移动，直至夹紧水果90一起旋转。当剥皮刀支撑臂52向上移动到挡块62与上夹爪支撑臂72相抵时，便可通过挡块62克服气动弹簧61的弹力，气动弹簧61的活动端612逐渐收回，带动上夹爪支撑臂72一起向上移动复位。进一步如图1和图2所示，顶板83和底板81之间还设有第二导向柱85，通过例如直线轴承穿设于上夹爪支撑臂72，从而为上夹爪支撑臂72的上下移动提供导向作用。支架82上还设有竖向延伸的导轨84，与上夹爪支撑臂72上的滑块73滑动配合，进一步为上夹爪支撑臂72的上下移动提供导向作用。

再如图1和图2所示，第二传动组件20包括第二主动轮21、第二从动轮22和第二同步带23，均设置在底板81的下部。其中，第二主动轮21与第一从动轮42共轴安装以随驱动电机10一起转动，第二同步带23传动连接第二主动轮21和第二从动轮22，使得第二从动轮22可随驱动电机10一起转动。第二从动轮22通过单向轴承32安装于下夹爪组件30的下转轴31的下端(参见图3所示)。单向轴承32使得驱动电机10正向转动(即带动剥皮刀组件50向下移动的转动方向)时，下转轴31会随驱动电机10一起正向转动，而驱动电机10反向转动(即带动剥皮刀组件50向上移动的转动方向)时，下转轴31不会随驱动电机10一起反向转动。优选地，如图2所示，底板81下部还设置有可调节位置的张紧轮24，用于对第二同步带23的张紧力进行调节。

根据本发明一个实施例的下夹爪组件30如图3所示。该下夹爪组件30采用了离合器的设计原理，包括下转轴31和上转轴39，下转轴31的上端形成有截头圆锥形凹槽311，上转轴39的下端则对应形成有与该截头圆锥形凹槽311相适配的截头圆锥形凸起391，截头圆锥形凸起391插入截头圆锥形凹槽311内，并且在截头圆锥形凹槽311的底部与截头圆锥形凸起391的底部之间设置一竖向弹簧36。再如图3所示，下转轴31通过第一滚动轴承34穿设于底板81上并通过在底板81的下部固定一轴承挡圈35来实现轴向上的定位。外壳37罩在底板81上下转轴31和上转轴39的外部，起到保护作用。上转轴39的上端则通过第二滚动轴承38穿设外壳37的顶部而伸出。进一步如图3所示，下转轴31的下端通过单向轴承32安装前述的第二从动轮22，使得下转轴31只会随驱动电机10正向转动而转动。上转轴39的上端设有夹爪平台392，并优选在夹爪平台392的上端面沿周向均匀间隔设置多个夹爪393，该多个夹爪393用于共同支撑水果90。

根据本发明上述的剥皮机械手的工作过程如图5所示。首先，初始状态下，如图5(a)所示，剥皮刀组件50和上夹爪组件70均位于下夹爪组件20上方的初始位置，水果90被进给到下夹爪组件30上，此时驱动电机10开始工作正向转动，带动剥皮刀组件50进而上夹爪组件70逐渐向下移动，由于无足够压力作用于下夹爪组件30的上转轴39，上转轴39与下转轴31彼此分离，即便下转轴31随驱动电机10正向转动也不会带动上转轴39一起转动，支撑于上转轴39上端的水果90保持静止。然后，如图5(b)所示，当剥皮刀组件50带动上夹爪组件70移动至与水果90相抵时，进一步参见图4所示，上夹爪组件70的上夹爪71对水果90施加的向下的作用力使得上转轴39压缩竖向弹簧36向下移动，截头圆锥形凸起391与截头圆锥形凹槽311完全结合，此时在二者之间摩擦力的作用下，下转轴31便可带动上转轴39一起正向转动，进而带动上夹爪71及被夹持的水果90一起旋转。上夹爪71上优选设置有锥形凸起711刺入水果90内，进一步避免水果90旋转时被甩出。此时，剥皮刀组件50的剥皮刀具51正好对准水果91的上端。然后，驱动电机10继续正向转动，带动下夹爪组件30和上夹爪组件70夹持水果90一起正向转动，同时带动剥皮刀组件50继续向下移动，通过剥皮刀组51对旋转中的水果90进行剥皮，直至剥皮刀组件50向下移动至行程的终点，完成对水果90的剥皮，此时如图5(c)所示。剥皮刀组件50通过逐渐下移对旋转中的水果90进行剥皮的具体实现，不是本发明的关注点，可采用现有的或可能的各种合适的技术手段来实现。该剥皮机械手还优选在支架82上安装有剥皮刀上限位开关53和剥皮刀下限位开关54(参见图1所示)，用于限制剥皮刀组件50上下移动的行程。当剥皮刀组件50向下移动至行程的终点时，触发剥皮刀下限位开关54，产生信号控制驱动电机10反向转动。由于单向轴承的作用，下夹爪组件30停止旋转，而剥皮刀组件50则在丝杆的带动下反向向上移动。当剥皮刀组件50移动到上夹爪组件70位置时，挡块62与上夹爪支撑臂72相抵进而带动上夹爪组件70一起继续向上移动。由于上夹爪组件70松开了对水果90的夹持，下夹爪组件30的上转轴39在竖向弹簧36弹力作用下与下转轴31分离，恢复到初始状态。当剥皮刀组件50带着上夹爪组件70向上移动至行程的终点时，触发剥皮刀上限位开关53，产生信号控制驱动电机10停止工作，一次剥皮动作完成。此时，气动弹簧61亦随着上夹爪组件70的上移而回到被压缩的初始状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。