一种机械手的制作方法

专利2022-05-10  4



1.本发明属于机械手技术领域,尤其涉及一种机械手。


背景技术:

2.随着科技的发展和从事农业的人口越来越少,因此,目前在农业上有越来越多的创新,机械化操作已经逐步取代了人力劳动,并且为劳动人民减少了很多困难。大型的机械已经完全可以替代人类,比如农耕、小麦收割、玉米收割等,但是在采摘领域并没有达到预想的效果,采摘机械是农业机械中的主要组成部分,对于各种农作物的采摘机械虽然已获得可喜的成果,但是对于小面积的土地或者执行对象是很小的花朵果实等,在采摘或者授粉等情况下采用传统机械臂或者机械手进行采摘时,由于产品的自由度不够高,并不能达到预想的效果。并且,还有更大的问题就是:操作精度高一级自由度高的协作机器人和工业级机械臂,但是价格非常昂贵,动作不够迅捷,并不适用于农业采摘,因此,亟需一种成本低,速度快和自由度足够高的一种机械手来助力于农业采摘领域中。


技术实现要素:

3.本发明针对现有技术中的缺点,提供了一种机械手。
4.为了解决上述技术问题,本发明通过下述技术方案得以解决:
5.一种机械手,包括机械臂、关节模组、丝杠模组和夹持单元,所述关节模组包括第一关节模组、第二关节模组和第三关节模组,所述机械臂的两端分别连接第一关节模组和第二关节模组,所述第二关节模组通过连接组件连接第三关节模组,所述第三关节模组旋转连接夹持单元,所述丝杠模组通过连接组件与第二关节模组连接,所述丝杠模组连接外部连接结构;
6.当机械臂进行采摘时,所述丝杠模组根据抓取物的位置控制机械臂在抓取物方向上做伸缩运动,第一关节模组根据抓取物的位置控制机械臂在z轴方向上的转动,第二关节模组控制机械臂在y轴方向上的转动,第三关节模组根据抓取物的位置控制夹持单元的旋转以实现对抓取物的朝向。
7.作为一种可实施方式,所述第一关节模组包括用于驱动机械臂沿z轴转动的第一控制旋转装置,第一控制旋转装置连接机械臂的一端。
8.作为一种可实施方式,所述第二关节模组包括用于实现机械臂沿y轴转动的第二控制旋转装置,第二驱控制旋转装置连接机械臂的另一端。
9.作为一种可实施方式,所述第三关节模组包括用于实现夹持单元沿x轴转动的第三控制旋转装置,第三控制旋转装置分别连接连接组件和夹持单元。
10.作为一种可实施方式,所述丝杠模组包括丝杠组件和控制旋转装置,所述控制旋转装置通过连接组件与第二关节模组连接。
11.作为一种可实施方式,所述夹持单元包括夹持结构、开合结构、第四控制旋转装置和旋转部件,所述第四控制旋转装置控制开合组件的往复运动进而实现夹持结构的开合,
所述旋转部件连接第三控制旋转装置以实现夹持单元的旋转。
12.作为一种可实施方式,所述夹持单元还包括固定座,所述开合组件和旋转部件设置在固定座内部,夹持结构与开合组件相互配合并且夹持结构设置在固定座的外侧。
13.作为一种可实施方式,所述开合组件包括第一螺栓、第二螺栓和旋转轴,所述旋转轴上设有与第一螺栓、第二螺栓相互配合的螺纹,所述第四伺服电机和旋转轴转动连接,所述夹持结构包括第一结构和第二结构,所述第一螺栓和第一结构固定连接,所述第二螺栓和所述第二结构固定连接。
14.作为一种可实施方式,所述夹持结构为夹爪或机械手。
15.作为一种可实施方式,当夹持结构为夹爪时,所述第一结构设有第一作用部,第二结构设有第二作用部,第一作用部和第二作用部位于同一平面上且呈相对位置。
16.本发明由于采用了以上技术方案,具有显著的技术效果:
17.基于本发明的结构,自由度更少了,成本低廉,速度迅捷,可应用于农业采摘领域,可适用于户环境,实现了三维空间的迅捷的定位。通过使用关节模组,以及丝杆模组,可以实现高速度、高精度的定位和采摘做业。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明的整体结构示意图;
20.图2是本发明的一剖面图;
21.图3是本发明的一个状态示意图;
22.图4是夹持单元的一个截面示意图;
23.图5是夹持单元的另一个截面示意图;
24.图6为圆柱坐标系示意图。
25.附图中的标号说明:
26.1、机械臂;2、第一关节模组;3、第二关节模组;4、第三关节模组;5、丝杠模组;6、夹持单元;61、固定座;62、旋转部件;63、第一结构;64、第二结构;65、第一螺栓;66、第二螺栓;67、夹爪;68、旋转轴;7、第三伺服电机;8、第四伺服电机。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
28.实施例1:
29.一种机械手,如图1

3所示,包括机械臂1、关节模组、丝杠模组5和夹持单元6,所述关节模组包括第一关节模组2、第二关节模组3和第三关节模组4,所述机械臂1的两端分别连接第一关节模组2和第二关节模组3,所述第二关节模组3通过连接组件连接第三关节模组4,所述第三关节模组4旋转连接夹持单元6,所述丝杠模组5包括丝杠组件和控制旋转装
置,所述控制旋转装置通过连接组件与第二关节模组3连接;当机械臂1进行采摘时,控制旋转装置根据抓取物的位置驱动丝杠组件以控制机械臂1在抓取物方向上做伸缩运动,第一关节模组2根据抓取物的位置控制机械臂1在z轴方向上的转动,第二关节模组3控制机械臂1在y轴方向上的转动,第三关节模组4根据抓取物的位置控制夹持单元6的旋转以实现对抓取物的朝向。需要解释的是,第一关节模组2、第二关节模组3和第三关节模组4可以同步转动也可以分别转动。但是如果是想要达到更精确的转向,其实同步转动更容易实现,在一个圆柱坐标系中,会直接得到绕每个轴的转动方向。
30.在本发明所有的实施例中,其实丝杠组件连接在固定组件上,所述固定组件为外部连接结构。这个固定组件可以是机器人本体的一部分,也可以是行走结构的一部分或者其他连接座,其作用就是给机械手提供固定基座,为机械手提供一个固定点,另外,在此的控制旋转装置为伺服电机或者与伺服电机等效的电机结构等,比如步进电机等或者是普通电机与控制器的结合等。
31.在一个实施例中,所述第一关节模组2包括第一控制旋转装置,所述第一控制旋转装置可以包括第一谐波减速器和用于驱动机械臂1沿z轴转动的第一伺服电机亦或者只包含第一伺服电机,所述第一谐波减速器连接所述第一伺服电机;所述第二关节模组3包括第二控制旋转装置,所述第二控制旋转装置可以包括第二谐波减速电机和用于实现机械臂1沿y轴转动的第二伺服电机亦或者只包含第二伺服电机,所述第二谐波减速器连接所述第二伺服电机;所述第三关节模组4包括第三控制旋转装置,所述第三控制旋转装置可以包括第三谐波减速电机和用于实现夹持单元6沿x轴转动的第三伺服电机7亦或者只包含第三伺服电机,所述第三谐波减速器连接所述第三伺服电机7,所述第三伺服电机7的转轴连接所述夹持单元6,在一个实施例中,每个关节模组都是采用伺服电机和谐波减速器,通过伺服电机能够精准的调整每个轴的旋转角度,使得在y轴、z轴以及x轴上的旋转更加准确,进而能够精确抓取到抓取物,更准确的来讲,是第一伺服电机的电机轴连接所述第一谐波减速器,是第二伺服电机的电机轴连接所述第二谐波减速器,是第三伺服电机7的电机轴连接所述第三谐波减速器。通过机械臂1在y,z方向上的同步或者异步转动和一个方向上的伸缩运动,实现了机械臂1在一个圆柱坐标系一定范围内的任意一点的定位,可以参见附图6所示,再通过x方向上的转动,当然在这里x方向的转动可以和y轴、z轴上的转动同步进行或者异步进行,实现了前端夹爪67对抓取物的朝向。
32.在一个实施例中,如图4

5所示,所述夹持单元6包括夹持结构、开合结构、第四控制旋转装置和旋转部件62,所述第四控制旋转装置控制开合组件的往复运动进而实现夹持结构的开合,所述旋转部件62连接控制旋转装置以实现夹持单元6的旋转,具体地,第四控制旋转装置可以为第四伺服电机8亦或者为步进电机,第三控制旋转装置可以为第三伺服电机7亦或者为步进电机,更加具体地,所述夹持单元6还包括固定座61,所述开合组件和旋转部件62设置在固定座61内部,夹持结构与开合组件相互配合并且夹持结构设置在固定座61的外侧。为了能够简洁快速实现夹持结构的开合,所述开合组件包括第一螺栓65、第二螺栓66和旋转轴68,所述旋转轴68上设有与第一螺栓65、第二螺栓66相互配合的螺纹,所述第四伺服电机8和旋转轴68转动连接,所述夹持结构包括第一结构63和第二结构64,所述第一螺栓65和第一结构63固定连接,所述第二螺栓66和所述第二结构64固定连接。
33.在本发明所有实施例中,对夹持结构的具体结构不做限制,只要能够实现对抓取
物的抓取即可,但是为了能够抓取更加精准和快速,所述夹持结构为夹爪67、气爪或机械手。当夹持结构为夹爪67时,所述第一结构63设有第一作用部,第二结构64设有第二作用部,第一作用部和第二作用部位于同一平面上且呈相对位置。
34.具体工作过程:
35.丝杠模组5根据抓取物的位置在一个方向上做伸缩运动,使得除机械手除丝杠模组5剩余部分在此方向上进行伸缩,靠近抓取物;
36.第一关节模组2中的第一伺服电机根据抓取物的位置控制机械臂1在z轴方向上的转动,同时第二关节模组3中的第二伺服电机控制机械臂1在y轴方向上的转动并且第三关节模组4中的第三控制旋转装置控制夹持单元6x轴方向上进行旋转,使得夹持结构正好旋转到抓取物位置(当然,以上所有伺服电机的控制顺序可以调整,并不以此作为顺序的限定,只要能够精准的定位到抓取物即可),此时,夹持单元6中的第四控制旋转装置控制开合组件的开合以带动夹持结构的开合,实现了对抓取物的抓取。
37.此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
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