专利名称：一种通用的果树机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农业机械，特别是关于一种适合果树喷药，果实套袋和采摘作 业的通用机械手。
背景技术：
苹果、梨、桃、柑橘等果树，作业过程包括栽植、施肥、喷药、果实套袋、采 摘等，这些作业目前仍采用人工进行，占用了大量的劳动力，喷药作业还可能对人 体造成危害。随着农村劳动力向二、三产业的转移，从事果树生产的劳动力日益减 少，与水果需求的不断扩大构成矛盾，因此急需研究开发果树作业的机械，实现果 树生产的自动化和产业化。
国内外关于果树作业机械手的设计，多是水果采摘机械手，如日本、韩国、美 国等开发了苹果、柑橘等水果采摘机器人，主要机构包括机械手、末端执行器、视 觉传感器及移动机构等，这些机械手是专用的，通用性较差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过更换不同的手爪，可以分别进行 喷药、套袋和采摘作业的通用的果树机械手。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种通用的果树机械手，它包括 一工作车，所述工作车上设置有一通过电机带动的水平旋转机构，所述水平旋转机 构的输出端连接一水平旋转板，在所述水平旋转板上折返设置有两套由油泵驱动的 伸出臂组成的垂直升降机构；所述垂直升降机构的输出端连接一作为水平伸出机构 的手爪伸縮油缸，在所述手爪伸縮油缸的活塞上连接一可更换的机械手爪。
所述水平旋转机构包括一蜗杆蜗轮传动机构和一齿轮传动机构，所述电机通过 蜗杆蜗轮传动机构的蜗杆带动蜗轮，所述蜗轮同轴带动所述齿轮传动结构的小齿 轮，与所述小齿轮啮合的大齿轮端部连接所述水平旋转板。
所述蜗杆通过固定在所述工作车上的支撑架支撑，所述蜗轮轴、齿轮轴底部通 过轴承组合支撑在所述工作车上，所述蜗轮轴、齿轮轴中间部位分别通过中间轴承 组合支撑在所述工作车上的支撑架上；所述所述水平旋转板与大齿轮之间连接有加 强筋。
所述垂直升降机构包括一大臂固定板、 一大小臂固定板、平行的两大臂、平行 的两小臂，所述两大臂一端铰接在所述大臂固定板上，另一端铰接在所述大小臂固定板上，所述两大臂固定板设置在所述水平旋转板一端，所述水平旋转板的另一端 铰接一油缸，所述油缸的活塞端铰接在所述一大臂中部；所述两小臂一端铰接所述 大小臂固定板，另一端连接一末端连接板，在所述一大臂中部铰接一油缸，所述油 缸的活塞端铰接在所述一小臂的中部。
所述平行的两大臂之间由连接板连接，所述平行的两小臂之间由连接板连接。
所述水平伸出机构的手爪伸縮油缸通过两设置在所述末端连接板上的防转固 定板支撑，所述油缸的活塞端部连接可更换的所述机械手爪，在所述活塞上还固定 连接有一防转滑杆，所述滑杆的另一端滑动穿设在所述两防转固定板上。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明根据果树的外形 特征，设计了通用的作业机械手，通过更换不同的手爪，可以完成喷药、套袋和采 摘等作业。2、本发明采用电机驱动蜗轮蜗杆组合和齿轮组合，实现机械手在某一 水平面上的角度调整。3、本发明采用两个液压支撑油缸分别驱动大、小臂升降， 使机械手的末端能够达到所要求的垂直高度，并保证末端的连接板连接始终处于水 平状态。4、本发明在末端连接板上设置手爪伸縮油缸，油缸的伸出端连接手爪， 可以将手爪送到果树的内部深度，并通过设置防转滑杆防止油缸的旋转，确保手爪 连接板始终处于水平位置。本发明可以集不同的作业要求于一身，大大提高了机械 的利用率。
图1是本发明整体结构示意图
图2是水平旋转机构放大示意图
图3是蜗轮蜗杆组的俯视图
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所示，本发明包括一移动支撑机构1、 一水平旋转机构2、 一垂直升降 机构3、 一水平伸出机构4，各部分功能机构相互连接构成一整体。移动支撑机构l 为一工作车ll，工作车11地脚带有滚轮12可以移动。在工作车ll上面承载着水 平旋转机构2和作为垂直升降机构3动力源的液压站31。
如图2、图3所示，水平旋转机构2又包括蜗轮蜗杆组和大小齿轮组。在工作 车11上固定一电机21，电机21通过联轴器连接一蜗杆22，蜗杆22通过固定在工 作车11上的两个蜗杆支撑架23转动支撑。蜗杆22啮合连接一蜗轮24，蜗轮24呈 水平设置，在蜗轮24中心通过键与一竖直的蜗轮轴25固定连接。蜗轮轴25下端 通过轴承组合26支撑在工作车11的台面上；蜗轮轴25上端通过键与一小齿轮27固定连接。小齿轮27啮合连接一大齿轮28，大小齿轮都呈水平放置。大齿轮28中 心通过键与一大齿轮轴29固定连接，大齿轮轴29下端通过轴承组合30支撑在工 作车11的台面上；大齿轮轴29顶部连接一水平旋转板32。
为稳固起见，在蜗轮轴25的中间部位和大齿轮轴29的中间部位还分别设置一 组中间轴承组合33、 34，中间轴承组合33、 34通过固定在工作车11上的另一个支 撑架35支撑；另一个支撑架35和蜗杆支撑架23也可以一体制作。在水平旋转板 32和大齿轮28之间还可以连接3 4个加强筋36。
如图1所示，水平旋转板32上设置有垂直升降机构3。垂直升降机构3包括在 水平旋转板32 —端竖直固定的大臂固定板37，大臂固定板37上通过两转轴38活 动连接两大臂39，两大臂39的另一端同样通过两转轴40活动连接一大小臂连接板 41。两大臂39之间通过大臂连接板42连接，在其中的一个大臂39上连接一大臂 支撑油缸43的活塞端，大臂支撑油缸43的缸体铰接在水平旋转板32的另一端， 大臂支撑油缸43由液压站31供油。在大小臂连接板41上，除连接两大臂39外， 还通过转轴44活动连接两小臂45，两小臂45的结构和大臂类似，两小臂45之间 通过小臂连接板46连接，在其中的一个小臂45上连接一小臂支撑油缸47的活塞 端，小臂支撑油缸47的缸体固定在大臂39上，小臂支撑油缸47也由液压站31供 油。两小臂45的另一端通过两转轴48活动连接一末端连接板49，末端连接板49 上连接水平伸出机构4。
水平伸出机构4包括在末端连接板49上通过两个防转固定板53固定的一手爪 伸縮油缸50，手爪伸縮油缸50也由液压站31供油。手爪伸縮油缸50的活塞前端 通过固定销51连接可更换的机械手爪52，手爪52可拆换。为防止活塞端的旋转， 在防转固定板53上滑动穿设一防转滑杆54的一端，滑杆54的另一端固定连接在 手爪伸縮油缸50的活塞上，如此可以防止活塞转动。
本发明工作时，首先移动工作车ll到一定的位置后固定不动，然后电机21启 动，带动蜗杆22和蜗轮24运动，进而带动小齿轮27、大齿轮28、大齿轮轴29以 及水平旋转板32随之转动，使上端的手爪52对准果树。接着，液压站31作业， 驱动大臂支撑油缸43和小臂支撑油缸47伸出到合适的位置，使大臂39和小臂45 带动手爪升降到要求的高度，并保证手爪伸縮油缸50始终处于水平状态。大、小 臂提升到位后，停止动作，液压站31再接着驱动伸縮油缸50伸出，带动手爪52 到达指定的位置进行作业。这里电机21驱动的旋转运动，与液压站31驱动的升降 运动和水平伸出运动，可以同步进行，协调工作，即旋转的同时上升并伸出，提高 工作效率。作业完毕，液压站31运动使三个油缸43、 47、 50回位，电机21再转动，进行下一位置的作业，重复以上动作，直至以工作车为中心的多株果树的作业 全部完成，再移动工作车更换地方。手爪52是可更换的，当进行喷药作业时，使 用喷药手爪；进行采摘作业时，使用采摘手爪，实现一机多用的目的。
权利要求
1、一种通用的果树机械手，其特征在于它包括一工作车，所述工作车上设置有一通过电机带动的水平旋转机构，所述水平旋转机构的输出端连接一水平旋转板，在所述水平旋转板上折返设置有两套由油泵驱动的伸出臂组成的垂直升降机构；所述垂直升降机构的输出端连接一作为水平伸出机构的手爪伸缩油缸，在所述手爪伸缩油缸的活塞上连接一可更换的机械手爪。
2、 如权利要求l所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述水平旋转 机构包括一蜗杆蜗轮传动机构和一齿轮传动机构，所述电机通过蜗杆蜗轮传动机 构的蜗杆带动蜗轮，所述蜗轮同轴带动所述齿轮传动结构的小齿轮，与所述小齿 轮啮合的大齿轮端部连接所述水平旋转板。
3、 如权利要求l所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述蜗杆通过 固定在所述工作车上的支撑架支撑，所述蜗轮轴、齿轮轴底部通过轴承组合支撑 在所述工作车上，所述蜗轮轴、齿轮轴中间部位分别通过中间轴承组合支撑在所 述工作车上的支撑架上；所述所述水平旋转板与大齿轮之间连接有加强筋。
4、 如权利要求2所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述蜗杆通过 固定在所述工作车上的支撑架支撑，所述蜗轮轴、齿轮轴底部通过轴承组合支撑 在所述工作车上，所述蜗轮轴、齿轮轴中间部位分别通过中间轴承组合支撑在所 述工作车上的支撑架上；所述所述水平旋转板与大齿轮之间连接有加强筋。
5、 如权利要求1或2或3或4所述的一种通用的果树机械手，其特征在于 所述垂直升降机构包括一大臂固定板、 一大小臂固定板、平行的两大臂、平行的 两小臂，所述两大臂一端铰接在所述大臂固定板上，另一端铰接在所述大小臂固 定板上，所述两大臂固定板设置在所述水平旋转板一端，所述水平旋转板的另一 端铰接一油缸，所述油缸的活塞端铰接在所述一大臂中部；所述两小臂一端铰接 所述大小臂固定板，另一端连接一末端连接板，在所述一大臂中部铰接一油缸， 所述油缸的活塞端铰接在所述一小臂的中部。
6、 如权利要求1或2或3或4所述的一种通用的果树机械手，其特征在于 所述平行的两大臂之间由连接板连接，所述平行的两小臂之间由连接板连接。
7、 如权利要求5所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述平行的两 大臂之间由连接板连接，所述平行的两小臂之间由连接板连接。
8、 如权利要求1或2或3或4或7所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述水平伸出机构的手爪伸縮油缸通过两设置在所述末端连接板上的防转固定板支撑，所述油缸的活塞端部连接可更换的所述机械手爪，在所述活塞上还固 定连接有一防转滑杆，所述滑杆的另一端滑动穿设在所述两防转固定板上。
9、 如权利要求5所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述水平伸出 机构的手爪伸縮油缸通过两设置在所述末端连接板上的防转固定板支撑，所述油 缸的活塞端部连接可更换的所述机械手爪，在所述活塞上还固定连接有一防转滑 杆，所述滑杆的另一端滑动穿设在所述两防转固定板上。
10、 如权利要求6所述的一种通用的果树机械手，其特征在于所述水平伸 出机构的手爪伸缩油缸通过两设置在所述末端连接板上的防转固定板支撑，所述 油缸的活塞端部连接可更换的所述机械手爪，在所述活塞上还固定连接有一防转 滑杆，所述滑杆的另一端滑动穿设在所述两防转固定板上。
全文摘要
本发明涉及一种通用的果树机械手，其特征在于它包括一工作车，所述工作车上设置有一通过电机带动的水平旋转机构，所述水平旋转机构的输出端连接一水平旋转板，在所述水平旋转板上折返设置有两套由油泵驱动的伸出臂组成的垂直升降机构；所述垂直升降机构的输出端连接一水平伸出机构，水平伸出机构包括可更换的机械手爪。所述水平旋转机构包括由电机驱动的蜗杆蜗轮机构，蜗轮连接齿轮机构，齿轮机构的小齿轮啮合连接大齿轮，大齿轮端部连接支撑垂直机构的水平旋转板。本发明可以集不同的果树作业要求于一身，随时更换机械手爪，大大提高了机械的利用率。
文档编号B25J5/00GK101412216SQ20081022706
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者刘玉仙, 张永亮, 徐丽明, 林 王, 邵颖慧 申请人:中国农业大学