一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置

本技术涉及类球形果实采摘，具体是一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置。

背景技术：

1、在果实采摘作业中，人工采摘效率低，劳动强度大。随着机器人技术和计算机技术的发展，采摘机器人逐渐在采摘作业中展现巨大潜力。其中的抓取装置与采摘果实直接接触，其结构和原理的好坏直接决定这采摘的成功率和效率。目前的旋拧抓取装置多以结构复杂和多驱动采摘为主，抓住果实、旋拧果实这一连串采摘动作需要通过多个驱动源实现，整体结构复杂，质量重，或者开口大小、抓握果实的力度无法调节，适用范围窄，或者调节方式繁琐，可靠性不够，费时费力。因此追求重量最轻、用时最少而又不会循坏果实是机器人抓取装置的终极目标。

技术实现思路

1、本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，本轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置通过单个驱动源(电机)可以实现抓、拧两个采摘动作，且可调节抓握力，可以调节最大开口大小，适用于不同大小不同抗挤压力的果实的采摘，整体结构简单，质量轻，采摘效率高。

2、为实现上述技术目的，本技术采取的技术方案为：

3、一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，包括夹持机构、螺旋槽机构、夹持力调节机构和驱动机构；

4、所述夹持机构包括多个夹持手指、手指座和柔性材料；所述螺旋槽机构包括螺旋座、环套和摩擦环；所述夹持力调节机构包括机架、调节螺栓、摩擦块、弹性架和固定螺母；所述驱动机构包括电机、轴套一和长轴套；

5、所述电机的输出轴与轴套一连接，轴套一与长轴套连接；所述机架的前端设有环架，环架底部中心位置开有通孔，所述长轴套轴肩与环架外底面滑动连接，并依次穿过环架、摩擦环、螺旋座、环套，所述环架、摩擦环、螺旋座、环套与长轴套能相对转动，所述长轴套的端部与手指座连接，所述长轴套用于带动手指座转动，所述手指座与环套、螺旋座能相对转动，所述手指座上设置有多条呈圆周均匀分布的手指槽，所述手指槽内沿径向设有多组销孔，每个手指槽内均转动连接有夹持手指，每个夹持手指的末端均设有球头，所述螺旋座开设有多条与球头数量相同的弧形槽，球头与弧形槽滑动连接；所述螺旋座与摩擦环连接，所述摩擦块位于弹性架和摩擦环之间，所述电机的壳体连接在机架上，所述环架内侧壁和底面分别与环套外侧面和螺旋座底面滑动连接，所述环架底部开设有凹槽，弹性架、摩擦块和摩擦环位于凹槽内，凹槽内壁开有贯通的调节螺栓孔，调节螺栓的螺栓杆依次穿过环架外底面的方形沉孔、调节螺栓孔，穿入凹槽并抵住弹性架的一端，所述调节螺栓螺纹连接有位于方形沉孔内的固定螺母。

6、进一步地，所述长轴套的前端穿过环架底部中心通孔插入至手指座的内孔中，且长轴套的前端与手指座周向连接，并可以驱动手指座转动。

7、进一步地，所述长轴套的内孔包括依次连通的轴套一安装孔、沉孔和螺栓孔，所述电机的输出轴与轴套一连接，所述轴套一与长轴套的轴套一安装孔连接；长螺栓的螺栓头位于沉孔内，长螺栓的螺栓杆依次穿过长轴套的螺栓孔和手指座的内孔后与螺母连接，螺母位于手指座的中心沉孔内，防止手指座、环套、螺旋座、摩擦环与长轴套沿轴向散开，且允许手指座和长轴套相对于螺旋座转动。

8、进一步地，所述夹持手指有三个，手指座上设置有三条呈圆周均匀分布的手指槽，每个手指槽内有多组销孔，夹持手指通过销转动连接在其中一组销孔上。每一组销孔中心所在的节圆大小不同，通过选择将夹持手指转动连接在不同组的销孔上来调节旋拧抓取装置的最大开口，以适应不同的待采果实大小，弧形槽总体长度须满足夹持手指连接在不同组的销孔上时的顺畅滑动。

9、进一步地，所述螺旋座的中心设有用于穿过长轴套的内孔和周向连接摩擦环的腰形孔，腰形孔是沉孔，螺旋座上的弧形槽有三条，每条弧形槽的一端均靠近螺旋座的内孔，另一端靠近螺旋座的外圆周面，弧形槽受到夹持手指的球头施加的旋拧力矩大于预先设定的摩擦环给予螺旋座的阻力矩时，螺旋座和手指座一同相对机架转动，反之，则螺旋座与摩擦环相对机架静止。

10、进一步地，所述电机的壳体通过螺栓穿过电机安装孔固定连接在机架上，机架后端面上开有可以连接机器人手腕上的安装孔。

11、进一步地，所述摩擦块为弧形摩擦块，固定螺母为方形螺母，调节螺栓与固定螺母相对转动的同时在调节螺栓孔内轴向移动，推动弹性架带动摩擦块前后摆动，与弹性架自身弹性恢复力配合增加或者减少施加在摩擦环上的阻力矩，以调节旋拧抓取装置施加在果实上的夹持力。

12、进一步地，所述摩擦块、调节螺栓和固定螺母均有2个，摩擦块固定在弹性架两臂的内侧面上。

13、进一步地，所述夹持手指的夹持面和手指座的上表面贴有柔性材料。

14、进一步地，通过改变销与球头之间的夹持手指部分长度，调节夹持手指夹持力的大小。

15、本技术的有益效果为：

16、本技术的电机依次通过轴套一、长轴套驱动手指座相对于螺旋座转动，进而驱动夹持手指开合，当三个手爪闭合抓紧目标果实后，电机继续运转，由于夹持手指抓紧目标果实后，无法再进行闭合，夹持手指的球头无法继续沿着螺旋座的弧形槽内侧面滑动，当电机的堵转力矩大于摩擦环受到的阻力矩时，夹持手指和螺旋座就会随着电机的转动而相对机架转动，实现旋拧果实动作，从而将果实从果枝上拧断，实现采摘果实。通过调节螺栓调节摩擦块施加在摩擦环上的阻力矩可以调节夹持手指施加在目标果实上的抓握力，另一方面，还可以通过将夹持手指旋转固定在手指槽内不同组的销孔上而调节夹持手指的最大张开开口，从而实现了开口和夹持两个重要的参数的可调。本技术提供的旋拧抓取装置还可以通过单个驱动(即单个电机)实现抓拧连续采摘，整体结构小巧，质量轻，采摘效率高。总之，本技术实现了开口和抓握力可调的单电机驱动的抓取、旋拧两个动作一气呵成的旋拧抓取装置，相对现有技术抓握力的调节更简单可靠，相对其他采摘手爪实现了减重、增效，一次抓拧采摘动作节约用时三分之一以上，同时因节省了一个电机而变轻的重量允许机械臂以更大的速度运动，省时省力，简单可靠，适用果实大小、果实抗压力范围广，本技术真正的让单个机器人以超过人的效率从事果实采摘作业成为了可能。

技术特征：

1.一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，包括夹持机构、螺旋槽机构、夹持力调节机构和驱动机构；

2.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述长轴套(4)的前端穿过环架(6-1)底部中心通孔插入至手指座(2)的内孔中且长轴套(4)的前端与手指座(2)周向连接。

3.根据权利要求2所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述长轴套(4)的内孔包括依次连通的轴套一安装孔、沉孔和螺栓孔，所述电机(7)的输出轴(7-1)与轴套一(5)连接，所述轴套一(5)与长轴套(4)的轴套一安装孔连接；长螺栓(12)的螺栓头位于沉孔内，长螺栓(12)的螺栓杆依次穿过长轴套(4)的螺栓孔和手指座(2)的内孔后与螺母(13)连接，螺母(13)位于手指座(2)的中心沉孔(2-3)内。

4.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述夹持手指(1)有三个，手指座(2)上设置有三条呈圆周均匀分布的手指槽(2-1)，每个手指槽(2-1)内有多组销孔(2-2)，夹持手指(1)通过销(14)转动连接在其中一组销孔(2-2)上。

5.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述螺旋座(3)的中心设有用于穿过长轴套(4)的内孔和周向连接摩擦环(16)的腰形孔，腰形孔是沉孔，螺旋座(3)上的弧形槽(3-1)有三条，每条弧形槽(3-1)的一端均靠近螺旋座(3)的内孔，另一端靠近螺旋座(3)的外圆周面。

6.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述电机(7)的壳体通过螺栓穿过电机安装孔(6-6)固定连接在机架(6)上。

7.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述摩擦块(11)为弧形摩擦块，固定螺母(9)为方形螺母，调节螺栓(8)与固定螺母(9)相对转动的同时在调节螺栓孔(6-3)内轴向移动。

8.根据权利要求7所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述摩擦块(11)、调节螺栓(8)和固定螺母(9)均有2个。

9.根据权利要求1所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，所述夹持手指(1)的夹持面和手指座(2)的上表面贴有柔性材料(17)。

10.根据权利要求4所述的轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，其特征在于，通过改变销与球头之间的夹持手指部分长度，调节夹持手指夹持力的大小。

技术总结本技术公开了一种轻便型开口和夹持力可调的旋拧抓取装置，包括夹持机构、螺旋槽机构、夹持力调节机构和驱动机构；夹持机构包括多个夹持手指和手指座；螺旋槽机构包括螺旋座、环套；夹持力调节机构包括机架、调节螺栓、摩擦块、弹性架和固定螺母；驱动机构包括电机、轴套一和长轴套；电机的输出轴与轴套一连接，轴套一与长轴套连接；长轴套外部套有摩擦环、螺旋座、环套，长轴套的端部与手指座连接，手指座与环套、螺旋座能相对转动，手指座转动连接有夹持手指，每个夹持手指末端均设有球头，所述螺旋座开有多条与球头数量相同的弧形槽，球头与弧形槽滑动连接。手指座有多组销孔。本技术可实现开口和夹持力调节，结构简单，质量轻，采摘效率高。技术研发人员：王金鹏,陈苏楠,周宏平,甄乾广受保护的技术使用者：南京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5