一種適於禽蛋抓取的機械手的製作方法
2023-05-16 17:57:01
本實用新型涉及一種適於禽蛋抓取的機械手，特別適用於禽蛋等非平整表面物料的柔性抓取。
背景技術：
禽蛋具有極高的營養價值，在食品行業和人們的日常生活中都具有很大的需求量。散養蛋由於營養價值更高，更是具有極大的市場需求。在散養蛋的養殖方式中，家禽在林間產蛋的位置不固定，且養殖面積大，禽蛋的拾取主要靠人工實現，工人勞動強度高，勞動環境惡劣。在工廠生產中，捕獲禽蛋的方式是負壓吸取。但生產中禽蛋通常是在生產線上的特定位置捕獲，因此負壓吸盤只需沿某一特定路徑捕獲禽蛋，因此對禽蛋的定位精度無特別的要求。
技術實現要素：
本實用新型提供一種適於禽蛋抓取的機械手，將禽蛋用夾爪抓取後同時用負壓吸附，實現禽蛋的柔性抓取並提高抓取可靠性、降低定位精度；以便配合漫遊拾蛋機器人完成拾蛋工作，實現蛋品的自動化收集。
本實用新型所採用的技術方案是：
一種適於禽蛋抓取的機械手，包括導杆，導杆上同軸安裝有氣囊，氣囊上側與氣囊座相連接，氣囊下側與滑塊接觸，壓簧與導杆同軸安裝，壓簧位於滑塊下方；導杆上安裝有拉杆架、抓爪架，壓簧位於拉杆架、抓爪架之間；拉杆架與抓爪架之間活動安裝有拉杆，抓爪架上活動安裝有夾爪，夾爪末端設有蛋託。
所述氣囊座與氣囊以密封的氣體通路相連，氣囊座內部開有孔，以使得氣體得以通過。
所述氣囊座的內徑向尺寸略大於氣囊充滿氣時的直徑，以保證氣囊在徑向有合適的運動空間。
所述氣囊座與導杆螺紋旋轉配合，通過螺紋調節氣囊座在導杆上的位置，可以控制夾爪的最大張開角度。
所述壓簧的上、下端分別設有上彈簧座、下彈簧座並與之接觸。
所述導杆下端同軸安裝有吸盤座，多層吸盤安裝於吸盤座上。多層吸盤位於多個蛋託幾何中心的正上方。
所述拉杆架、拉杆、抓爪架、夾爪組成連杆機構，夾爪的爪根與抓爪架鉸接，夾爪的爪頸與拉杆的末端鉸接，拉杆的首端鉸接於可隨滑塊一起滑動的拉杆架上，拉杆架與滑塊通過螺釘固定連接。
所述拉杆為三個，所述夾爪為三個，三個拉杆、三個夾爪均以導杆為軸心，均勻分布安裝在拉杆架、抓爪架上。
所述蛋託為橡膠材料製成的柔性蛋託，其末端磨鈍處理，防止夾爪末端損傷蛋體。
所述氣囊連接血壓計充氣氣囊、或者微型氣泵。
本實用新型一種適於禽蛋抓取的機械手，技術效果如下：
1：為使得氣囊未充氣時，夾爪處於張開狀態，採用彈簧使得滑塊在無氣囊的附加外壓力時處於上極限位置，處於該位置的滑塊通過連杆機構確保夾爪打開。
2：氣囊座與導杆以螺紋旋轉連接，使得氣囊在軸向有且僅有一個方向的運動被約束。螺紋的設計使得夾爪最大張開角度可在一定範圍內調節。
3：多層吸盤的層數應滿足夾爪閉合、蛋託捕獲禽蛋後，大多數禽蛋可以與吸盤相接觸。對於體積不滿足這一條件的禽蛋，可單獨使用夾爪對這類禽蛋實施抓取。同時，多層吸盤的層數也可根據實際情況進行更換，以滿足不同的工作需求。
4：負壓多層吸盤:配合夾爪的使用。這種配合使得在禽蛋的抓取時，夾爪可以把位於其附近的禽蛋撥到夾爪的中心，進而對禽蛋實施捕獲，這一特點使得禽蛋定位的精度可一定程度地降低。
5：多層吸盤末端與蛋託閉合時幾何中心的位置關係被合理設計，使得蛋體被多層吸盤吸附時，蛋體仍可部分與蛋託接觸，或蛋體踢開蛋託的距離不足以使蛋體跌落時發生損傷
6：夾爪對蛋體的抓取作用可在無多層吸盤的狀態下獨立使用。獨立使用時，由於氣囊的氣體需求量很小，故可通過改進血壓計充氣氣囊或微型氣泵對該氣囊充氣，避免使用笨重複雜的氣動系統使得操作不靈活。
7：夾爪的設計使得機械手可以在無負壓吸盤的作用下，獨立地對禽蛋實施抓取。同時也使得體積較小的、不滿足負壓吸盤高度設計要求的這類無法被吸盤捕獲的禽蛋，可單獨地通過夾爪進行抓取。這一特點擴大了本實用新型的適用範圍。
8：本實用新型提供一種適於禽蛋抓取的機械手，作為漫遊拾蛋機器人的末端執行器，體積較小，可安全地對禽蛋實現柔性抓取，且夾爪的設計可降低對散養蛋的定位精度，提高了抓取的可靠性。本實用新型可配合漫遊拾蛋機器人使用，實現散養蛋的自動抓取。
附圖說明
圖1是本實用新型的夾爪張開的結構圖；
圖2是本實用新型的夾爪閉合的結構圖。
圖3是本實用新型的氣囊與氣囊座的結構圖；
圖4是本實用新型的夾爪末端蛋託的結構圖。
圖5是本實用新型的氣動系統主要部分的示意圖。
圖6是本實用新型的三位三通電磁閥控制氣囊充氣的示意圖。
圖7是本實用新型的三位三通電磁閥控制氣囊放氣的示意圖。
圖8是本實用新型的三位三通電磁閥控制氣囊保持的示意圖。
具體實施方式
如圖1～圖4所示，
導杆1上安裝有拉杆架8、抓爪架9，壓簧10位於拉杆架8、抓爪架9之間。
拉杆架8與抓爪架9之間活動安裝有拉杆5，抓爪架9上活動安裝有夾爪6，夾爪6末端設有蛋託7。
所述氣囊座3與氣囊4以密封的氣體通路相連，氣囊座3內部開有孔，以使得氣體得以通過。
所述氣囊座3的徑向尺寸略大於氣囊4充滿氣時的直徑，以保證氣囊4在徑向有合適的運動空間。
所述氣囊座3與導杆1螺紋旋轉配合，通過螺紋調節氣囊座3在導杆1上的位置，可以控制夾爪6的最大張開角度。
所述壓簧10的上、下端分別設有上彈簧座11、下彈簧座11』並與之接觸。
所述導杆1下端同軸安裝有吸盤座12，多層吸盤13安裝於吸盤座12上。多層吸盤13位於多個蛋託7幾何中心的正上方。
所述拉杆架8、拉杆5、抓爪架9、夾爪6組成連杆機構，夾爪6的爪根與抓爪架9鉸接，夾爪6的爪頸與拉杆5的末端鉸接，拉杆5的首端鉸接於可隨滑塊2一起滑動的拉杆架8上，拉杆架8與滑塊2通過螺釘固定連接。
所述拉杆5為三個，所述夾爪6為三個，三個拉杆、三個夾爪均以導杆1為軸心，均勻分布安裝在拉杆架8、抓爪架9上。
所述蛋託7為橡膠材料製成的柔性蛋託，其末端磨鈍處理，防止夾爪末端損傷蛋體。
所述氣囊4連接血壓計重氣充氣氣囊、或者微型氣泵。
[pl1] 氣囊4未充氣時，壓簧10處於初始位置，滑塊2處於上極限位置，夾爪6處於打開狀態；氣囊4充氣後，其一端的運動被氣囊座3限制，另一端的運動未被限制，從而帶動滑塊2向下運動並壓縮壓簧10；當氣囊4充氣到最大形變後，滑塊2處於下極限位置。滑塊2的運動帶動拉杆5的擺動，通過連杆機構實現夾爪6的開合。之後，氣囊4放氣，壓簧10所受的附加壓力消失，壓簧10自動回復初始位置，夾爪6隨之打開。
即：壓簧10使得氣囊4不充氣時，自動限制滑塊2處於上極限位置；在氣囊4不充氣時，自動限制夾爪6處於打開狀態。
實施步驟：
本實用新型作為漫遊拾蛋機器人的末端執行器，可配合其完成蛋品的自動化收集。當機器人發現蛋品後，機械臂將末端執行器，即本實用新型的機械手，送至蛋品所在的位置附近。在這一過程中，電磁閥不開啟，氣囊4未充氣，夾爪6處於打開狀態，如圖1所示。
當機械手到達指定位置後，電磁閥動作，使得氣囊4的一端受到氣囊座3的約束而無法運動，因此另一端帶動滑塊2和其上固連的拉杆架8運動並壓[pl2] 簧10。拉杆5通過連杆機構帶動夾爪6緩緩閉合，如圖2所示。在夾爪6開始閉合時，夾爪6將位於其附近的禽蛋撥向3個均布夾爪的幾何中心；然後夾爪6繼續閉合，將禽蛋拾起。與此同時，禽蛋在拾起的過程中被呈負壓的多層吸盤13捕獲，從而使得蛋體在蛋託7和吸盤的雙重保護下拾起。之後，本實用新型所述機械手配合漫遊拾蛋機器人上的機械臂，安全地完成禽蛋的一系列運輸動作。
當蛋品到達指定位置後，首先，電磁閥動作，使得氣囊4中的氣體保持。之後，氣動系統停止工作（氣流停止通入），禽蛋失去多層吸盤13的吸附，落入蛋託7中。但由於電磁閥的作用，氣囊4中的氣體仍然存在，同時滑塊2的位置也繼續保持，即機械手繼續保持閉合狀態不變。又由於多層吸盤13末端與蛋託7閉合時的位置關係被合理設計，且蛋託7採用彈性材料，因此可以保證蛋體在失去負壓吸附後不發生跌落。
最後，電磁閥動作使得氣囊4中的氣體排出，壓簧10上的附加壓力釋放，壓簧10回復初始狀態，壓簧10帶動滑塊2向上極限位置運動，同時帶動連杆機構運動，實現夾爪6的打開。與此同時，蛋體被無損地放置於指定的收集裝置中，從而順利地完成整個抓取的過程。
作為本實用新型中夾爪6的開合以及吸盤13吸附的動力來源，本實用新型的氣動系統主要部分的結構如圖5所示。壓縮氣體從進氣口14進入真空發生裝置，並在真空發生口15處產生真空，真空發生口15與吸盤座12相連，使得在內外壓力差的作用下在吸盤13末端產生吸附力。排氣口16與電磁閥的B口相連，從排氣口16排出的氣體用於氣囊4的充氣。電磁閥的A口與氣囊4的進氣口相連，電磁閥C口接外界空氣，使得氣囊實現放氣。氣囊充氣和氣囊放氣時電磁閥的工作狀態分別如圖6、圖7所示。
進一步來描述，氣囊4所在的氣體通路在整個氣動系統中為並聯結構，且三位三通電磁閥控制氣囊4處於充氣，放氣，保持三種狀態。如圖6所示，電磁閥的A口接圖3中氣囊座3上的進氣口3-1，B口與圖5中的排氣口16相接，C口與外界空氣相連。當該電磁閥左線圈通電時，AB口通而AC口閉，氣囊4充氣；當該電磁閥右線圈通電時，AC口通而AB口閉，氣囊4放氣。當左、右電磁鐵均斷電時，AB口和AC口均閉合，氣囊4中的氣體保持。由於該型電磁鐵可實現氣體的保持，且氣囊4所在氣體通路並聯在氣動系統中，故當圖5中的進氣口14停止供氣後，氣囊4中的氣體得以繼續保持，夾爪6繼續保持閉合狀態。這樣就可以實現吸盤先卸料，夾爪6後卸料的時序動作。即當圖5中的進氣口14停止供氣、吸盤卸料後，氣囊4中的氣體得以繼續保持，卡爪6繼續保持閉合狀態。