一种用于菜品分装的末端快换组合型关节机械手

1.本实用新型涉及一种机械手，更具体地说是一种用于菜品分装的末端快换组合型关节机械手。


背景技术：

2.目前餐饮行业分餐设备只能适用于对小颗粒块状菜品的分装，对于条状、大颗粒块状等菜品无法实现分装，只能依靠人工分工分装。但是人工分装效率低、成本高，且无法满足菜品快速分装的需求。机器人自动分装是菜品分装技术发展趋势，但是目前还没有可适用多种形状和种类菜品的分装设备。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在解决上述技术问题，为此提出一种用于菜品分装的末端快换组合型关节机械手，可应用于餐饮行业分餐领域，弥补目前针对条状、大颗粒块状等菜品只能依赖人工分装的不足，提高菜品分装的自动化水平。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种用于菜品分装的末端快换组合型关节机械手，包括：
6.传送输送线，用于自前向后传送饭盒；
7.预分菜品料斗，顺着传送输送线的输送方向间隔设置有多个，斗内空腔、顶端敞口，用于盛装待分装的菜品，设置在振料台上，由振料台带动可振动；
8.分装装置，设置在传送输送线外，对应于每个预分菜品料斗，分别配置一个分装装置，所述分装装置为机械臂，位于预分菜品料斗的前侧，末端通过快换装置能够可拆卸地安装舀取手爪、三指夹爪、交叉夹爪中的任一个夹爪，安装有夹爪的机械臂用于预分菜品料斗内的菜品向传送输送线上经过的饭盒的转运；
9.舀取手爪，用于对小块菜品的抓取；
10.三指夹爪，用于对大块菜品的抓取；
11.交叉夹爪，用于对条状、叶状菜品的抓取。
12.本实用新型的结构特点也在于：
13.所述舀取手爪包括带柄舀勺和中间联接件，所述中间联接件一端通过舀勺安装底板于板体中部安装带柄舀勺，与带柄舀勺的勺柄端相连，另一端通过舀勺安装板与所述快换装置可拆卸地相连接，并通过所述快换装置同轴安装在机械臂末端关节模组的末端连接法兰盘上；
14.所述中间联接件还包括导向杆与缓冲弹簧，多个导向杆绕机械臂末端关节模组的中轴线沿周向等距间隔分布，支撑在所述舀勺安装底板与所述末端连接法兰盘之间，贯穿所述安装底板，一端与舀勺安装底板固连，另一端穿过末端连接法兰盘上的导向通孔，每个导向杆上、在舀勺安装底板与舀勺安装板之间的杆段上均套设有缓冲弹簧。
15.所述交叉夹爪通过手爪安装板与所述快换装置可拆卸地相连接，并通过所述快换
装置同轴安装在机械臂末端关节模组的末端连接法兰盘上，所述交叉夹爪还包括一对弧形夹爪与用于驱动一对弧形夹爪相对张合的一对驱动机构；
16.所述弧形夹爪包括横轴与固定吊装在横轴上、间隔分布的多个弧形夹趾，一对弧形夹爪对称设置，且弧形夹趾的内凹面相对，所述横轴一端通过支撑轴承与手爪安装板上的支撑轴转动相接，另一端与对应的驱动机构的动力输出轴相联接；所述驱动机构包括安装在手爪安装板上的驱动电机与齿轮传动机构，所述驱动电机的电机输出轴与齿轮传动机构中主动齿轮的齿轮轴直联，以所述齿轮传动机构的从动齿轮的齿轮轴作为所述动力输出轴。
17.所述振料台包括底部设有橡胶减震垫的固定底座、导向柱、直线轴承、振料弹簧、电磁铁、衔铁；所述固定底座位于预分菜品料斗的料斗底座的正下方，多个导向柱沿周向等距间隔分布，竖立设置，底端固定在固定底座上，贯穿料斗底座，露出于料斗底座上方的柱段穿设并配合在固装在料斗底座上端的直线轴承中，顶部露出于直线轴承外，所述振料弹簧张紧在料斗底座与固定底座之间，同轴套设在导向柱上，所述衔铁设置在料斗底座的下端，与设置在固定底座上端的电磁铁上下正对，之间留有间隙，所述电磁铁通交流电，所述交流电经半波整流电路整流后输入到电磁铁。
18.所述传送输送线上，多个顺着与输送方向相垂直的方向水平并排均布的饭盒排列成行，多行饭盒顺着输送方向等距间隔排布，各饭盒的结构形式相同，并按照相同的朝向放置在输送线上。
19.机械臂末端安装的三指夹爪采用欠驱动的驱动方式。
20.所述三指夹爪与交叉夹爪上均设有压力传感器。
21.所述三指夹爪、交叉夹爪的夹趾上以及舀取手爪外，均套设有保护套。
22.与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
23.本实用新型为改善餐饮行业需要对不同种类、大小进行菜品分装但目前只能依赖人工手动分装的现状而提出，利用设置在振料台上的预分菜品料斗、每个预分菜品料斗所配置的分装装置以及分装装置与三类手爪的配合，通过分装装置与舀取手爪、三指夹爪、交叉夹爪中的任一夹爪利用快换装置进行快速组合，可用于预分菜品料斗内菜品向传送输送线上饭盒中的转运，利用舀取手爪抓取小块菜品，利用三指夹爪抓取大块菜品，利用交叉夹爪抓取条状、叶状菜品，并有，每次抓取后可通过振料台带动预分菜品料斗振动，使预分菜品料斗内的菜品均匀，便于下次抓取。本实用新型通过采用模块化设计思路，使机械臂末端可与三类夹爪快速组合，适用于不同形状和大小的菜品的分装，满足餐饮行业的菜品分装畜禽，提高了菜品分装的工作效率，降低了人工成本。
附图说明
24.图1是本实用新型的结构示意图；
25.图2是舀取手爪的结构示意图；
26.图3是交叉夹爪的结构示意图；
27.图4是交叉夹爪中驱动机构的剖视结构示意图；
28.图5是振料台与预分菜品料斗的结构示意图；
29.图6是图5的剖视结构示意图。
30.图中：
31.1传送输送线；11饭盒；
32.2预分菜品料斗；21料斗底座；
33.3振料台；31固定底座；32橡胶减震垫；33导向柱；34直线轴承；35振料弹簧；36电磁铁；37衔铁；
34.4机械臂；41快换装置；
35.5舀取手爪；51带柄舀勺；52舀勺安装底板；53舀勺安装板；54导向杆；55缓冲弹簧；56机械臂末端关节模组；57末端连接法兰盘；
36.6三指夹爪；
37.7交叉夹爪；71手爪安装板；72横轴；73弧形夹趾；74支撑轴承；75支撑轴；76驱动电机；77主动齿轮；78从动齿轮；79动力输出轴。
具体实施方式
38.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.请参照图1至图6，本实施例的用于菜品分装的末端快换组合型关节机械手包括：
40.传送输送线1，用于自前向后传送饭盒11；
41.预分菜品料斗2，顺着传送输送线1的输送方向间隔设置有多个，斗内空腔、顶端敞口，用于盛装待分装的菜品，设置在振料台3上，由振料台3带动可振动；
42.分装装置，设置在传送输送线1外，对应于每个预分菜品料斗2，分别配置一个分装装置，分装装置为机械臂4，位于预分菜品料斗2的前侧，末端通过快换装置41能够可拆卸地安装舀取手爪5、三指夹爪6、交叉夹爪7中的任一个夹爪，安装有夹爪的机械臂4用于预分菜品料斗2内的菜品向传送输送线1上经过的饭盒11的转运；
43.舀取手爪5，用于对小块颗粒状菜品的抓取；
44.三指夹爪6，用于对大块菜品的抓取，例如单个大块如鸡腿等菜品；
45.交叉夹爪7，用于对条状、叶状菜品的抓取。
46.进一步设置，该机械手相应的结构设置也包括：
47.快换装置41为快换盘。
48.舀取手爪5包括带柄舀勺51和中间联接件，中间联接件一端通过舀勺安装底板52于板体中部安装带柄舀勺51，与带柄舀勺51的勺柄端相连，另一端通过舀勺安装板53与快换装置41可拆卸地相连接，并通过快换装置41同轴安装在机械臂末端关节模组56的末端连接法兰盘57上；
49.中间联接件还包括导向杆54与缓冲弹簧55，多个导向杆54绕机械臂末端关节模组56的中轴线沿周向等距间隔分布，支撑在舀勺安装底板52与末端连接法兰盘57之间，贯穿安装底板，一端与舀勺安装底板52固连，另一端穿过末端连接法兰盘57上的导向通孔，每个导向杆54上、在舀勺安装底板52与舀勺安装板53之间的杆段上均套设有缓冲弹簧55，缓冲
弹簧55的两端分别沉入并固定在舀勺安装底板52与舀勺安装板53相对侧板端的沉孔中。
50.利用缓冲弹簧55与导向杆54的配合，使得舀取手爪5在舀取菜品时，随着带柄舀勺51逐渐伸入菜品，缓冲弹簧55被压缩，导向杆54沿着末端连接法兰盘57上的导向通孔逐渐位移，当缓冲弹簧55被压缩到位，带柄舀勺51舀取菜品完成，从而利用缓冲弹簧55的压缩量，来实现每次定量舀取菜品。舀取完成后，可通过机械臂4末端的旋转，使带柄舀勺51中的菜品不会掉落，保证向饭盒11的顺利投放。
51.交叉夹爪7通过手爪安装板71与快换装置41可拆卸地相连接，并通过快换装置41同轴安装在机械臂末端关节模组56的末端连接法兰盘57上，交叉夹爪7还包括一对弧形夹爪与用于驱动一对弧形夹爪相对张合的一对驱动机构；
52.弧形夹爪包括横轴72与固定吊装在横轴72上、间隔分布的多个弧形夹趾73，一对弧形夹爪对称设置，且弧形夹趾73的内凹面相对，横轴72一端通过支撑轴75承74与手爪安装板71上的支撑轴75转动相接，另一端与对应的驱动机构的动力输出轴79相联接；驱动机构包括安装在手爪安装板71上的驱动电机76与齿轮传动机构，驱动电机76的电机输出轴与齿轮传动机构中主动齿轮77的齿轮轴直联，以齿轮传动机构的从动齿轮78的齿轮轴作为动力输出轴。
53.一对弧形夹爪由两个驱动机构分别驱动，使得一对弧形夹爪可以根据需抓取的菜品种类和大小，相对转动不同角度，以更好地完成抓取。
54.振料台3包括底部设有橡胶减震垫32的固定底座31、导向柱33、直线轴承34、振料弹簧35、电磁铁36、衔铁37；固定底座31位于预分菜品料斗2的料斗底座21的正下方，多个导向柱33沿周向等距间隔分布，竖立设置，底端固定在固定底座31上，贯穿料斗底座21，露出于料斗底座21上方的柱段穿设并配合在固装在料斗底座21上端的直线轴承34中，顶部露出于直线轴承34外，振料弹簧35张紧在料斗底座21与固定底座31之间，同轴套设在导向柱33上，衔铁37设置在料斗底座21的下端，与设置在固定底座31上端的电磁铁36上下正对，之间留有间隙，电磁铁36通交流电，交流电经半波整流电路整流后输入到电磁铁36。
55.振料台3工作时，交流电经过半波整流电路整流后输入到电磁铁36，在交变电流的作用下，铁芯与衔铁37之间产生高频率的吸断动作，由于设置了振料弹簧35，使得电磁铁36与衔铁37之间产生的高频率吸、断动作使振料弹簧35对预分菜品料斗2产生高频的惯性作用力，该惯性作用力使预分菜品料斗2在竖直方向振动。
56.传送输送线1上，多个顺着与输送方向相垂直的方向水平并排均布的饭盒11排列成行，多行饭盒11顺着输送方向等距间隔排布，各饭盒11的结构形式相同，并按照相同的朝向放置在输送线上。
57.机械臂4末端安装的三指夹爪6采用欠驱动的驱动方式，依据菜品形状自适应弯曲，不需要认为控制弯曲角度。
58.三指夹爪6与交叉夹爪7上均设有压力传感器，在抓取菜品时依据菜品形状和种类，自适应施加抓取力，防止破坏菜品外表。
59.三指夹爪6、交叉夹爪7的夹趾上以及舀取手爪5外，均套设有保护套，防止被菜品汤汁污染。
60.在本实施例的基础上进一步拓展，本领域技术人员还可以为每个分装装置配置3d相机，用于对菜品的识别及机械臂4在预分菜品料斗2与传送输送线1上饭盒11之间菜品转
运的路径规划。
61.以下为本实施例机械手的一个具体应用示例：
62.沿着传送输送线1，自前至后依次间隔设置三个预分菜品料斗2，在每个预分菜品料斗2的前侧旁放置一个机械臂4，自前至后，为三个机械臂4分别安装舀取手爪5、三指夹爪6、交叉夹爪7，用以实现对小块菜品、大块菜品、条状及叶状菜品的依次分装。
63.预先将各类待分装的菜品运送至各预分菜品料斗2内，此步骤可以采用agv小车进行运送。
64.饭盒11随传送输送线1自前向后运输，当经过第一个机械臂4处时，可将传送输送线1暂停，由第一个机械臂4利用末端的舀取手爪5从预分菜品料斗2中舀取小块菜品，投放至饭盒11中。
65.之后传送输送线1继续运行，饭盒11运输至经过第二个机械臂4处时，可将传送输送线1再次暂停，由第二个机械臂4利用末端的三指夹爪6从预分菜品料斗2中抓取大块菜品，投放至饭盒11中。
66.传送输送线1再次运行，饭盒11运输至经过第三个机械臂4处时，可将传送输送线1再次暂停，由第三个机械臂4利用末端的交叉夹爪7从预分菜品料斗2中抓取条状或叶状菜品，投放至饭盒11中。
67.三个机械臂4每次从各自对应的预分菜品料斗2中抓取菜品后，各预分菜品料斗2可通过振料台3带动振动，使斗内菜品随之被振动，填补前次抓取后菜品中的空缺，使料斗内菜品均匀，使夹爪每次抓取菜品的位置都能够填有菜品，可实现夹爪在菜品水平面上的定点抓取。
68.至此，可完成对菜品的自动分装。当需要分装的菜品为同种类型时，可以将各机械臂4末端通过快换装置41更换为同种手爪，以满足当前菜品分装需求。通过采用模块化设计思路，定义标准的机械、电气与通讯接口，机械臂4末端可与各类手爪快速组合，适用各种形状和种类菜品的分装，提高了菜品分装的工作效率，大大减少了人力成本。
69.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。