一种多自由度抓取装置及应用该装置的机器人

摘要

本发明提供一种多自由度抓取装置，包括升降机构、旋转机构和机械臂；所述的旋转机构固定在升降机构上，旋转机构与机械臂滑动连接。本发明通过升降机构、旋转机构和机械臂的连接配合实现采摘、搬运等过程精确调节，特别适用于名优茶叶等采摘，保证抓取方向准确，进而保证产品品质，可适应不同高度，不同位置，并且占地面积小。

说明书

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种多自由度抓取装置及应用该装置的机器人。

背景技术

随着工程领域的技术革命与改造，多自由度机械臂作为近代自动控制领域出现的一项自动化装置，已成为现代自动化生产系统中的一个重要组成部分。其具有能不断重复工作，能在有害环境下操作以保护人身安全的特点，可代替人的繁重劳动，所以备受重视且被广泛应用于机械制造、电子设备生产、医学治疗等部门。

传统的机械臂绝多数在工厂应用，具有机械臂粗壮有力的优势，但略显笨重，大多被关在笼子里从事简单的重复性工作。还有些小型机械臂产品虽然也可以完成一些简单工作，但存在精度差、速度慢、力量小的缺陷，实际应用效果不理想。

多自由度抓取装置具有精度高、速度快、便于运输的特点，与应用于工厂中的机械臂相比，轻便了很多。

发明内容

本发明的目的是提供一种多自由度抓取装置，具有结构合理、可靠性高和精确调节的优点，保证机械臂抓取时方向准确。

本发明的技术方案通过如下方式实现：

一种多自由度抓取装置，包括升降机构、旋转机构和机械臂；所述的旋转机构固定在升降机构上，旋转机构与机械臂滑动连接，所述的机械臂末端连接有抓取结构。

作为本发明更优的技术方案：还包括滑轨，滑轨固定旋转机构上，机械臂固定在滑轨的滑动件上。

作为本发明更优的技术方案：所述的抓取结构为夹爪。

作为本发明更优的技术方案：所述的升降机构为剪叉式升降平台，所述的剪叉式升降平台的下平台连接在行走装置上，其上平台与旋转机构连接。

作为本发明更优的技术方案：所述的旋转机构为电动转台，所述的电动转台通过法兰于滑轨上的滑轨固定座连接，电动转台的底座与上平台固定连接。

作为本发明更优的技术方案：所述的升降机构的升降台电机、旋转机构的电动转台电机和滑轨的滑轨电机、机械臂的机械臂电机、图像识别装置均与抓取装置控制器连接。

本发明还提供一种基于所述的多自由度抓取装置的机器人，包括行走模块和多自由度抓取装置，所述的多自由度抓取装置的升降机构固定在行走模块上。

作为本发明更优的技术方案：所述的行走模块为AGV小车。

作为本发明更优的技术方案：所述的行走模块上安装有激光雷达。

作为本发明更优的技术方案：所述的行走模块上安装有蓄电池、主控计算机和抓取装置控制器。

作为本发明更优的技术方案，所述的机器人还包括图像识别装置为深度相机。

有益效果如下：

本发明的多自由度抓取装置具有精度高、速度快、便于运输的特点，通过升降机构、旋转机构和机械臂的连接配合实现采摘、搬运等过程精确调节，特别适用于名优茶叶等采摘，保证抓取方向准确，进而保证产品品质，可适应不同高度，不同位置，并且占地面积小。

附图说明

图1是本发明的多自由度抓取装置的结构示意图；

图2是本发明的多自由度抓取装置的升降机构的结构示意图；

图3是本发明的多自由度抓取装置的旋转机构的结构示意图；

图4是本发明的多自由度抓取装置的滑轨的结构示意图；

图5是本发明的多自由度抓取装置的机械臂的结构示意图；

图6是本发明的基于多自由度抓取装置的采茶机器人结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种多自由度抓取装置，包括升降机构2、旋转机构3和机械臂5；所述的旋转机构3固定在升降机构2上，旋转机构3与机械臂5滑动连接，所述的机械臂5末端连接有抓取结构6。

如图5所示，所述的机械臂5为六自由度机械臂，在使用六自由度机械臂的情况下，本申请为九自由度抓取装置。

在一些实施例中：如图1和4所示，还包括滑轨4，滑轨4固定旋转机构3上，机械臂5固定在滑轨4的滑动件18上。

在一些实施例中：所述的抓取结构6为夹爪。

在一些实施例中：如图2所示，所述的升降机构2为剪叉式升降平台，所述的剪叉式升降平台的下平台连接在行走装置1上，其上平台与旋转机构3连接。升降机构3作用是采摘、搬运过程中将作业平台升至需要的的高度，并在采摘、搬运等工作结束时将上部机械臂5和升降机构2等收回至起始位置。

在一些实施例中：如图3所示，所述的旋转机构3为电动转台，所述的电动转台通过法兰15于滑轨4上的滑轨固定座17连接，电动转台的底座14与上平台22固定连接。

如图6所示，本发明还提供一种基于所述的多自由度抓取装置的机器人，包括行走模块1和多自由度抓取装置，所述的多自由度抓取装置的升降机构3固定在行走模块1上。

以采茶机器人为例：当采茶机器人的作业平台上升至茶蓬高度后，旋转机构3进行旋转并带动滑轨4移至茶蓬正上方；如图4所示，直线导轨20上安装的滑动件18，固定连接六自由度机械臂5的底座21，机械臂本体23末端通过固定块24与抓取机构6连接，例如，抓取机构6为夹爪；当进行茶芽采摘时，机械臂5沿滑轨方向在茶蓬上方完成茶芽采摘工作；采用机械臂5末端固定夹爪的设计，可使设备在采摘茶芽时能够模仿人采摘茶芽时的提拔动作，而非掐断茶芽，破坏茶芽品相。

在一些实施例中：如图6所示，所述的行走模块1为AGV小车。智能采茶机器人行走主要由激光导航AGV小车实现。AGV小车前后各配有一个激光雷达10，结合SLAM重建的算法，使小车能够在茶垄间进行无人导航行走。所述的行走模块1上安装有激光雷达。

在一些实施例中：所述的行走模块1上安装有蓄电池8、主控计算机9和抓取装置控制器7。AGV小车上方中间位置搭载升降机构，升降机构左侧固定着智能采茶设备的控制箱。主控计算机9通过向控制器7发送串口命令，来实现对采茶机器人采摘执行装置的控制。

在一些实施例中：所述的升降机构2的升降台电机12、旋转机构3的电动转台电机16和滑轨4的滑轨电机19、机械臂5的机械臂电机22、图像识别装置11均与抓取装置控制器7连接。

在一些实施例中：所述的机器人还包括图像识别装置11为深度相机。该深度相机固定于机械臂5的末端侧面，当采茶机器人准备工作就绪后，打开相机进行茶芽图像采集，结合图像处理中的目标检测识别算法，来检测识别出图像中的茶叶嫩芽，并定位茶芽的坐标位置，再结合跟踪算法来指导夹爪到达茶芽位置，进而完成后续的采摘工作。

在一些实施例中：所述的行走模块1上安装有蓄电池8，智能采茶机器人中的激光导航AGV小车与小车上部的采摘执行装置独立供电。采茶机器人的车体内和车上方各配有一块蓄电池，分别用来给AGV和车上方的采茶设备供电。此外小车控制面板也配有供电口，当小车上部的电池电量耗尽后，可用小车继续给上方的采摘执行装置继续供电，尽可能增大了智能采茶机器人的续航能力。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。