一種果實採摘機器人機械臂的製作方法
2023-04-25 05:21:51
專利名稱：一種果實採摘機器人機械臂的製作方法
技術領域：
本發明涉及農業果蔬採摘機器人技術領域，尤其是一種果實採摘機器人機械臂。
背景技術：
目前國內外的工業機器人品種較多，廣泛用於焊接、裝配、搬運、自動上下料等工業製造業場合，機器人的機械臂多採用關節機械臂，其大臂安裝在機座上，大、小臂為2軸旋轉關節，即有2個伺服電機驅動，2個關節做旋轉運動，實現機械手末端執行器的位姿要 求。用於農業果蔬採摘機器人的機械臂，目前國外如日本的工、農業機器人的機械臂，其構造種類各不相同，但以關節臂具多，而國內用於採摘果實的機器人機械臂，如「一種山核桃採摘機器人機械臂(CN102396326A)」也是以關節臂為主。但是，由於農業果蔬採摘機器人的作業環境與要求不盡相同，一種果蔬採摘一般要對應一種機械臂，如上所述的山核桃採摘機器人機械臂，適宜於採摘果實處於20米之高的樹枝上，而這種機械臂的主臂就會較長，機械臂沒有伸縮功能，所以並不適合採摘處於中等樹高及以下的果實，如楊梅、枇杷等果實，而且不適宜裝載在機器人的移動底盤上。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種具有轉動和直行關節的機械臂，該機械臂可安裝在機器人升降平臺或移動底盤上，與機器人末端執行器連接，實現楊梅、枇杷等較高樹種果實的機械化採摘。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種果實採摘機器人機械臂，由轉盤旋轉關節、大臂和小臂轉動關節、小臂移動關節和腕部關節組成的5自由度機械臂，其特徵是由雙連杆組成的大臂放置在U型座的兩邊，大、小臂關節電機置於U型座與雙杆之間，大臂關節電機的輸出軸與大臂直連杆用聯軸器連接，大臂曲連杆與U型座用CF軸承鉸接，構成大臂轉動關節，在曲連杆靠近支座附近處，固定小臂關節電機，小同步帶輪裝在該電機輸出軸上，在大臂雙杆另一端的內側面上固定軸承座，關節軸用軸承座支撐並與雙杆構成鉸接，在關節軸伸出曲連杆一端端部上裝配大同步帶輪，同步帶裝配在大、小同步帶輪上，由同步帶減速傳動帶動小臂轉動，構成小臂轉動關節，小臂連杆固定在關節軸的中間部位，在小臂連杆上固定滑軌副的滑道，在滑軌副的滑軌上固定齒條，與齒條嚙合的齒輪與電機軸連接，以齒輪與齒條傳動帶動滑軌移動來增加小臂伸展長度，構成小臂移動關節，滑軌端部依次與支板、舵機支架連接，舵機支架與舵機鉸接，構成腕部關節，轉盤與轉盤電機用聯軸器連接構成旋轉關節。大、小臂轉動關節、轉盤旋轉關節和小臂移動關節的電機採用直流減速電機。小臂滑軌副採用抽屜滑軌，小臂滑軌上的齒條採用同步帶，齒輪採用同步帶輪，同步帶齒條與滑軌用螺釘與膠水粘貼固定連接。同步帶輪與電機軸、關節軸用緊定螺釘固定連接。大臂關節電機依次固定在U型座和轉盤上，轉盤電機固定在平臺板上，移動電機依次固定在電機支板和小臂連杆上。為了提高機械臂整體結構剛性，大臂雙連杆用若干加強板連接。為了有效減輕機器人機械臂的重量，除電機、同步帶和螺釘連接件以外，其餘零件均採用鋁合金材料。本機械臂的工作原理和結構為機械臂整體結構通過轉盤電機驅動可以繞鉛垂軸轉動，以適應機器人機械臂可以360°旋轉採摘果實，大臂關節和小臂關節的轉動自由度，以及小臂的移動關節自由度，可以使機械臂在豎直平面內作轉動和移動，使機械臂伸展和收縮，以適應處於不同高度的果實採摘，而小臂端部設有腕部轉動關節，可與採摘末端執行器連接構成上下轉動的腕部自由度，能更好地實現末端執行器的採摘位姿要求。因為大臂設置較長，關節電機質量大，所以採用大臂雙杆結構，大、小臂關節電機放置在轉盤和大臂
連杆下端，雙杆之間放置加強板，使機械臂整體剛性加強。本發明的有益效果是，本機械臂具有4個轉動自由度，I個移動自由度，為5自由度機械臂，大臂雙杆結構，整體剛性強，該機械臂能與果實採摘機器人的其它部分，如升降平臺或者移動底盤以及末端執行器連接，以人機協調採摘方式完成楊梅、枇杷等果實的機械化米摘。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖I是本發明整體構造軸測圖。圖2是果實採摘機器人機械臂整體構造俯視3是果實採摘機器人機械臂的大臂和轉盤局部主視圖。圖中I.轉盤電機，2.U型座，3. CF軸承，4.大臂曲連杆，5.小同步帶輪，6.電機墊板，7.小臂關節電機,8.同步帶,9.加強板,10.大同步帶輪,11.關節軸，12.小臂連杆，13.滑軌副，14.齒條，15.支板，16.舵機支架，17.舵機，18.移動關節電機，19.電機支板，20.齒輪，21.軸承座，22.大臂直連杆，23.聯軸銷，24.大臂關節電機，25.轉盤，26.平臺板，27.聯軸器
具體實施例方式在圖I和圖2中，大臂關節電機(24)放置在U型座⑵中，電機與U型座用螺釘連接，電機(24)輸出軸與大臂直連杆(22)用聯軸銷(23)連接，使電機轉動時大臂能靈活轉動，大臂曲連杆(4)與U型座用CF軸承(3)鉸接，使電機轉動時，大臂曲連杆能同直連杆同步轉動，兩個大臂連杆之間加若干加強板(9)並用螺釘連接，增強大臂連杆的剛性。在大臂曲連杆(4)靠近下端的內側面上裝配小臂關節電機(7)，小臂關節電機與曲連杆(4)、電機墊板(6)用螺釘緊固在曲連杆上，電機(7)輸出軸上裝配小同步帶輪(5)，用緊定螺釘、墊圈和軸套作小同步帶輪(5)的周向和軸向固定。在直連杆(22)和曲連杆
(4)另一端的內側面上，分別固定有軸承座(21)，關節軸(11)裝配在兩個軸承座中，關節軸與直連杆、曲連杆形成鉸接，關節軸伸出曲連杆一端上裝配大同步帶輪(10)，用緊定螺釘、墊圈和螺母作大同步帶輪(10)的周向和軸向固定，同步帶⑶裝配在大、小同步帶輪(10、5)上，通過同步帶減速傳動，使小臂關節軸(11)作轉動。
小臂連杆(12) —端與關節軸(11)在中間部位用螺釘連接，在連杆(12)上用螺釘固定抽屜滑軌副(13)的軌道，同步帶齒條(14)與滑軌副(13)的滑軌，採用螺釘與膠水粘貼固定連接。移動關節電機(18)用螺釘固定在電機支板(19)上，電機支板用螺釘固定在小臂連杆(12)靠近前端位置上，同步帶齒輪(20)裝配在電機(18)的輸出軸上，用緊定螺釘、墊圈和螺母作周向和軸向固定，並與同步帶齒條(14)配合，電機作正、反轉運動，通過齒輪齒條傳動，實現小臂的伸長和收縮。在滑軌副(13)的滑軌上，依次用螺釘固定支板(15)和舵機支架(16)，舵機(17)輸出軸與舵機支架(16)鉸接，構成腕部關節，舵機上的自帶連接孔可與機器人末端執行器連接。在圖3中，U型座⑵與轉盤(25)用螺釘連接，轉盤電機⑴安裝在平臺板(26) 上，平臺板可以是機器人升降平臺的動平臺板，也可以是機器人移動底盤的平臺板，轉盤電機⑴輸出軸與轉盤(25)用聯軸器(27)連接，構成轉盤關節，當轉盤電機⑴轉動時，機械臂整體結構可以隨轉盤轉動。
權利要求
1.一種果實採摘機器人機械臂，由轉盤旋轉關節、大臂和小臂轉動關節、小臂移動關節和腕部關節組成的5自由度機械臂，其特徵是由雙連杆組成的大臂放置在U型座的兩邊，大、小臂關節電機置於U型座與雙杆之間，大臂關節電機的輸出軸與大臂直連杆用聯軸器連接，大臂曲連杆與U型座用CF軸承鉸接，構成大臂轉動關節，在曲連杆靠近支座附近處，固定小臂關節電機，小同步帶輪裝在該電機輸出軸上，在大臂雙杆另一端的內側面上固定軸承座，關節軸用軸承座支撐並與雙杆構成鉸接，在關節軸伸出曲連杆一端端部上裝配大同步帶輪，同步帶裝配在大、小同步帶輪上，由同步帶減速傳動帶動小臂轉動，構成小臂轉動關節，小臂連杆固定在關節軸的中間部位，在小臂連杆上固定滑軌副的滑道，在滑軌副的滑軌上固定齒條，與齒條嚙合的齒輪與電機軸連接，以齒輪與齒條傳動帶動滑軌移動來增加小臂伸展長度，構成小臂移動關節，滑軌端部依次與支板、舵機支架連接，舵機支架與舵機鉸接，構成腕部關節，轉盤與轉盤電機用聯軸器連接構成旋轉關節。
2.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是大、小臂轉動關節、轉盤旋轉關節和小臂移動關節的電機採用直流減速電機。
3.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是小臂滑軌副採用抽屜滑軌，小臂滑軌上的齒條採用同步帶，齒輪採用同步帶輪，同步帶齒條與滑軌用螺釘與膠水粘貼固定連接。
4.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是同步帶輪與電機軸、關節軸用緊定螺釘固定連接。
5.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是大臂關節電機依次固定在U型座和轉盤上，轉盤電機固定在平臺板上，移動電機依次固定在電機支板和小臂連杆上。
6.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是大臂雙連杆用若干加強板連接。
7.根據權利要求I所述的果實採摘機器人機械臂，其特徵是除電機、同步帶和螺釘連接件以外，其餘零件均採用鋁合金材料。
全文摘要
本發明公開一種果實採摘機器人機械臂。雙連杆組成大臂，其關節電機置於U型座上，電機輸出軸與大臂直連杆用聯軸器連接，大臂曲連杆與U型座用CF軸承鉸接，構成大臂轉動關節，小臂關節電機固定在曲連杆上，小同步帶輪裝在該電機輸出軸上，雙連杆的另一端與關節軸鉸接，在關節軸的一端裝配大同步帶輪，由同步帶減速傳動帶動固定在關節軸上的小臂轉動，構成小臂轉動關節，在小臂連杆上固定滑軌、齒條和電機，齒輪與齒條傳動構成小臂移動關節，滑軌端部鉸接舵機構成腕部關節，轉盤與電機連接構成旋轉關節。本機械臂具有5個自由度，整體剛性強，與果實採摘機器人的升降平臺和末端執行器連接，能以人機協調方式完成楊梅、枇杷等果實的機械化採摘。
文檔編號B25J18/04GK102806565SQ20121031029
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者馬曉麗, 閆智勇, 陳曉英 申請人:衢州學院