專利名稱：一種果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人品種較多，廣泛用于焊接、裝配、搬運(yùn)、自動(dòng)上下料等工業(yè)制造業(yè)場(chǎng)合，機(jī)器人的機(jī)械臂多采用關(guān)節(jié)機(jī)械臂，其大臂安裝在機(jī)座上，大、小臂為2軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，即有2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，2個(gè)關(guān)節(jié)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手末端執(zhí)行器的位姿要 求。用于農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人的機(jī)械臂，目前國(guó)外如日本的工、農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂，其構(gòu)造種類各不相同，但以關(guān)節(jié)臂具多，而國(guó)內(nèi)用于采摘果實(shí)的機(jī)器人機(jī)械臂，如“一種山核桃采摘機(jī)器人機(jī)械臂(CN102396326A)”也是以關(guān)節(jié)臂為主。但是，由于農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境與要求不盡相同，一種果蔬采摘一般要對(duì)應(yīng)一種機(jī)械臂，如上所述的山核桃采摘機(jī)器人機(jī)械臂，適宜于采摘果實(shí)處于20米之高的樹枝上，而這種機(jī)械臂的主臂就會(huì)較長(zhǎng)，機(jī)械臂沒有伸縮功能，所以并不適合采摘處于中等樹高及以下的果實(shí)，如楊梅、枇杷等果實(shí)，而且不適宜裝載在機(jī)器人的移動(dòng)底盤上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)和直行關(guān)節(jié)的機(jī)械臂，該機(jī)械臂可安裝在機(jī)器人升降平臺(tái)或移動(dòng)底盤上，與機(jī)器人末端執(zhí)行器連接，實(shí)現(xiàn)楊梅、枇杷等較高樹種果實(shí)的機(jī)械化采摘。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，由轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂和小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)和腕部關(guān)節(jié)組成的5自由度機(jī)械臂，其特征是由雙連桿組成的大臂放置在U型座的兩邊，大、小臂關(guān)節(jié)電機(jī)置于U型座與雙桿之間，大臂關(guān)節(jié)電機(jī)的輸出軸與大臂直連桿用聯(lián)軸器連接，大臂曲連桿與U型座用CF軸承鉸接，構(gòu)成大臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，在曲連桿靠近支座附近處，固定小臂關(guān)節(jié)電機(jī)，小同步帶輪裝在該電機(jī)輸出軸上，在大臂雙桿另一端的內(nèi)側(cè)面上固定軸承座，關(guān)節(jié)軸用軸承座支撐并與雙桿構(gòu)成鉸接，在關(guān)節(jié)軸伸出曲連桿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(dòng)帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，小臂連桿固定在關(guān)節(jié)軸的中間部位，在小臂連桿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(jī)軸連接，以齒輪與齒條傳動(dòng)帶動(dòng)滑軌移動(dòng)來增加小臂伸展長(zhǎng)度，構(gòu)成小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)，滑軌端部依次與支板、舵機(jī)支架連接，舵機(jī)支架與舵機(jī)鉸接，構(gòu)成腕部關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤電機(jī)用聯(lián)軸器連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。大、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)的電機(jī)采用直流減速電機(jī)。小臂滑軌副采用抽屜滑軌，小臂滑軌上的齒條采用同步帶，齒輪采用同步帶輪，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(jī)軸、關(guān)節(jié)軸用緊定螺釘固定連接。大臂關(guān)節(jié)電機(jī)依次固定在U型座和轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤電機(jī)固定在平臺(tái)板上，移動(dòng)電機(jī)依次固定在電機(jī)支板和小臂連桿上。為了提高機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)剛性，大臂雙連桿用若干加強(qiáng)板連接。為了有效減輕機(jī)器人機(jī)械臂的重量，除電機(jī)、同步帶和螺釘連接件以外，其余零件均采用鋁合金材料。本機(jī)械臂的工作原理和結(jié)構(gòu)為機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)盤電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)機(jī)器人機(jī)械臂可以360°旋轉(zhuǎn)采摘果實(shí)，大臂關(guān)節(jié)和小臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，以及小臂的移動(dòng)關(guān)節(jié)自由度，可以使機(jī)械臂在豎直平面內(nèi)作轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，使機(jī)械臂伸展和收縮，以適應(yīng)處于不同高度的果實(shí)采摘，而小臂端部設(shè)有腕部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可與采摘末端執(zhí)行器連接構(gòu)成上下轉(zhuǎn)動(dòng)的腕部自由度，能更好地實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的采摘位姿要求。因?yàn)榇蟊墼O(shè)置較長(zhǎng)，關(guān)節(jié)電機(jī)質(zhì)量大，所以采用大臂雙桿結(jié)構(gòu)，大、小臂關(guān)節(jié)電機(jī)放置在轉(zhuǎn)盤和大臂
連桿下端，雙桿之間放置加強(qiáng)板，使機(jī)械臂整體剛性加強(qiáng)。本發(fā)明的有益效果是，本機(jī)械臂具有4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，I個(gè)移動(dòng)自由度，為5自由度機(jī)械臂，大臂雙桿結(jié)構(gòu)，整體剛性強(qiáng)，該機(jī)械臂能與果實(shí)采摘機(jī)器人的其它部分，如升降平臺(tái)或者移動(dòng)底盤以及末端執(zhí)行器連接，以人機(jī)協(xié)調(diào)采摘方式完成楊梅、枇杷等果實(shí)的機(jī)械化米摘。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明整體構(gòu)造軸測(cè)圖。圖2是果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂整體構(gòu)造俯視3是果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂的大臂和轉(zhuǎn)盤局部主視圖。圖中I.轉(zhuǎn)盤電機(jī)，2.U型座，3. CF軸承，4.大臂曲連桿，5.小同步帶輪，6.電機(jī)墊板，7.小臂關(guān)節(jié)電機(jī),8.同步帶,9.加強(qiáng)板,10.大同步帶輪,11.關(guān)節(jié)軸，12.小臂連桿，13.滑軌副，14.齒條，15.支板，16.舵機(jī)支架，17.舵機(jī)，18.移動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)，19.電機(jī)支板，20.齒輪，21.軸承座，22.大臂直連桿，23.聯(lián)軸銷，24.大臂關(guān)節(jié)電機(jī)，25.轉(zhuǎn)盤，26.平臺(tái)板，27.聯(lián)軸器
具體實(shí)施例方式在圖I和圖2中，大臂關(guān)節(jié)電機(jī)(24)放置在U型座⑵中，電機(jī)與U型座用螺釘連接，電機(jī)(24)輸出軸與大臂直連桿(22)用聯(lián)軸銷(23)連接，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)大臂能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂曲連桿(4)與U型座用CF軸承(3)鉸接，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，大臂曲連桿能同直連桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)大臂連桿之間加若干加強(qiáng)板(9)并用螺釘連接，增強(qiáng)大臂連桿的剛性。在大臂曲連桿(4)靠近下端的內(nèi)側(cè)面上裝配小臂關(guān)節(jié)電機(jī)(7)，小臂關(guān)節(jié)電機(jī)與曲連桿(4)、電機(jī)墊板(6)用螺釘緊固在曲連桿上，電機(jī)(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。在直連桿(22)和曲連桿
(4)另一端的內(nèi)側(cè)面上，分別固定有軸承座(21)，關(guān)節(jié)軸(11)裝配在兩個(gè)軸承座中，關(guān)節(jié)軸與直連桿、曲連桿形成鉸接，關(guān)節(jié)軸伸出曲連桿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(dòng)，使小臂關(guān)節(jié)軸(11)作轉(zhuǎn)動(dòng)。
小臂連桿(12) —端與關(guān)節(jié)軸(11)在中間部位用螺釘連接，在連桿(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，采用螺釘與膠水粘貼固定連接。移動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)(18)用螺釘固定在電機(jī)支板(19)上，電機(jī)支板用螺釘固定在小臂連桿(12)靠近前端位置上，同步帶齒輪(20)裝配在電機(jī)(18)的輸出軸上，用緊定螺釘、墊圈和螺母作周向和軸向固定，并與同步帶齒條(14)配合，電機(jī)作正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過齒輪齒條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小臂的伸長(zhǎng)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(jī)支架(16)，舵機(jī)(17)輸出軸與舵機(jī)支架(16)鉸接，構(gòu)成腕部關(guān)節(jié)，舵機(jī)上的自帶連接孔可與機(jī)器人末端執(zhí)行器連接。在圖3中，U型座⑵與轉(zhuǎn)盤(25)用螺釘連接，轉(zhuǎn)盤電機(jī)⑴安裝在平臺(tái)板(26) 上，平臺(tái)板可以是機(jī)器人升降平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)板，也可以是機(jī)器人移動(dòng)底盤的平臺(tái)板，轉(zhuǎn)盤電機(jī)⑴輸出軸與轉(zhuǎn)盤(25)用聯(lián)軸器(27)連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)盤關(guān)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤電機(jī)⑴轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)可以隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，由轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、大臂和小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)和腕部關(guān)節(jié)組成的5自由度機(jī)械臂，其特征是由雙連桿組成的大臂放置在U型座的兩邊，大、小臂關(guān)節(jié)電機(jī)置于U型座與雙桿之間，大臂關(guān)節(jié)電機(jī)的輸出軸與大臂直連桿用聯(lián)軸器連接，大臂曲連桿與U型座用CF軸承鉸接，構(gòu)成大臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，在曲連桿靠近支座附近處，固定小臂關(guān)節(jié)電機(jī)，小同步帶輪裝在該電機(jī)輸出軸上，在大臂雙桿另一端的內(nèi)側(cè)面上固定軸承座，關(guān)節(jié)軸用軸承座支撐并與雙桿構(gòu)成鉸接，在關(guān)節(jié)軸伸出曲連桿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(dòng)帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，小臂連桿固定在關(guān)節(jié)軸的中間部位，在小臂連桿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(jī)軸連接，以齒輪與齒條傳動(dòng)帶動(dòng)滑軌移動(dòng)來增加小臂伸展長(zhǎng)度，構(gòu)成小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)，滑軌端部依次與支板、舵機(jī)支架連接，舵機(jī)支架與舵機(jī)鉸接，構(gòu)成腕部關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)盤電機(jī)用聯(lián)軸器連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是大、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)的電機(jī)采用直流減速電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是小臂滑軌副采用抽屜滑軌，小臂滑軌上的齒條采用同步帶，齒輪采用同步帶輪，同步帶齒條與滑軌用螺釘與膠水粘貼固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是同步帶輪與電機(jī)軸、關(guān)節(jié)軸用緊定螺釘固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是大臂關(guān)節(jié)電機(jī)依次固定在U型座和轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤電機(jī)固定在平臺(tái)板上，移動(dòng)電機(jī)依次固定在電機(jī)支板和小臂連桿上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是大臂雙連桿用若干加強(qiáng)板連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂，其特征是除電機(jī)、同步帶和螺釘連接件以外，其余零件均采用鋁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械臂。雙連桿組成大臂，其關(guān)節(jié)電機(jī)置于U型座上，電機(jī)輸出軸與大臂直連桿用聯(lián)軸器連接，大臂曲連桿與U型座用CF軸承鉸接，構(gòu)成大臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，小臂關(guān)節(jié)電機(jī)固定在曲連桿上，小同步帶輪裝在該電機(jī)輸出軸上，雙連桿的另一端與關(guān)節(jié)軸鉸接，在關(guān)節(jié)軸的一端裝配大同步帶輪，由同步帶減速傳動(dòng)帶動(dòng)固定在關(guān)節(jié)軸上的小臂轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成小臂轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，在小臂連桿上固定滑軌、齒條和電機(jī)，齒輪與齒條傳動(dòng)構(gòu)成小臂移動(dòng)關(guān)節(jié)，滑軌端部鉸接舵機(jī)構(gòu)成腕部關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)盤與電機(jī)連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。本機(jī)械臂具有5個(gè)自由度，整體剛性強(qiáng)，與果實(shí)采摘機(jī)器人的升降平臺(tái)和末端執(zhí)行器連接，能以人機(jī)協(xié)調(diào)方式完成楊梅、枇杷等果實(shí)的機(jī)械化采摘。
文檔編號(hào)B25J18/04GK102806565SQ20121031029
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者馬曉麗, 閆智勇, 陳曉英 申請(qǐng)人:衢州學(xué)院