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专利号: 2022116629287
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,包括末端执行器和动力装置,其特征在于:还包括暂存装置、安装板、凸轮、固定轴和空心轴;所述动力装置包括连接板、直流电机一、齿轮一和齿轮二;所述直流电机一的壳体固定在连接板上,直流电机一的输出轴上固定有齿轮二;齿轮一固定在空心轴上,且与齿轮二啮合,构成齿轮副;所述空心轴通过轴承支承在固定轴上,并与安装板固定;固定轴穿过空心轴和安装板开设的中心孔,一端与连接板固定,另一端与暂存装置中的暂存盒固定;凸轮空套在空心轴上,并通过连接杆与连接板固定;安装板的两端设有关于安装板的转动中心对称的两个末端执行器;

所述末端执行器包括滚子、圆柱形连杆、连接件、支承块、滑块、连杆、滑轨、弹簧、刀具安装架、底板、刀片和硅胶半球;所述滚子铰接在圆柱形连杆的一端,并与凸轮构成凸轮副;

圆柱形连杆的另一端与支承块固定;滑块固定在支承块上,并与固定在安装板上的滑轨构成滑动副;滑轨上固定有底板,且弹簧的两端与滑块和底板分别固定;所述支承块对称铰接有两根连杆,且两根连杆与两根刀具安装架的中部分别铰接;两根刀具安装架的一端与对称固定在安装板上的两个连接件分别铰接,另一端与两个刀片的刀柄分别固定;两个刀片的刀头内侧均固定有硅胶半球;所述硅胶半球内远离刀片刀刃的一端设有一体成型的半锥形硅胶挡板;末端执行器处于最高位置时,滚子位于凸轮的推程段终点位置,两个刀片位于暂存装置的暂存盒上方,末端执行器处于最低位置时,滚子位于凸轮的回程段终点位置;其中,弹簧始终处于压缩状态;当两个刀片做剪切动作时,两个硅胶半球合并成一个完整的硅胶空心球;

所述暂存装置包括暂存盒、销轴和端盖板;所述暂存盒两端开设有开口;固定在端盖板上的销轴与暂存盒的下端构成转动副,且销轴与固定在暂存盒上的直流电机二的输出轴固定;初始状态下端盖板盖住暂存盒下端的开口。

2.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述圆柱形连杆通过螺栓和螺母与支承块固定。

3.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述连杆通过销钉一与支承块铰接。

4.根据权利要求3所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述连杆通过销钉二与刀具安装架铰接。

5.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述滑轨上固定有限位块。

6.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述销轴上套置有扭簧,扭簧的两端与暂存盒和端盖板分别固定。

7.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述固定轴通过法兰与暂存盒固定。

8.根据权利要求1所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手,其特征在于:所述直流电机一的转速设计过程如下:刀片刀刃上的E点角速度ωE为

其中,vE为刀片刀刃上E点的线速度,rDE为刀具安装架与连接件的铰接中心D和E点的连线DE的长度;

由于刀具安装架与连杆的铰接中心C点的角速度与E点的角速度ωE相等,得C点的线速度vC为vC=ωElCD    (2)

其中:lCD为C点与D点的连线CD的长度

建立D点到连杆与支承块的铰接中心B点的向量 D点到C点的向量 和C点到B点的向量 之间关系的矢量方程如下:

以D点为原点,建立直角坐标系xDy,其中,y轴平行于滑块移动方向,x轴垂直于y轴且平行于安装板的旋转平面,得到如下坐标方程:其中,lBC为C点与B点的连线BC的长度,θ1为刀具安装架与x轴的夹角,θ2为连杆与x轴的夹角;

对式(4)求导,得C点的x向速度 和y向速度

其中,

设计滚子在凸轮的回程段时有:b≤θ1≤100°,30°≤θ2≤70°,即θ1从100°变为b时,θ2从

30°变为70°;结合式(3)和式(4),得xB=lCDcosθ1+lBCcosθ2,取lCD=32mm,lBC=20mm,将θ1=

100°和θ2=30°代入xB=lCDcosθ1+lBCcosθ2,得xB=11.76mm,从而得lCDcosθ1+lBCcosθ2=

11.76,再将

θ2=70°代入,得θ1=81°,则b=81°;

根据式(5),得C点的合速度vC均值为

其中,T为滚子与凸轮回程段的作用时间;

由于 ω为安装板相对凸轮的角速度,φ为凸轮的回程运动角,取 而

安装板相对凸轮的转速n为

则有

求得

取vE=80mm/s,rDE=85mm,根据式(1)得ωE均值为0.94rad/s,再根据式(2)得vC均值为

30.11mm/s,最后根据式(7)得转速n为35r/min,即直流电机一的最低转速设计为35r/min。

9.根据权利要求1至8中任一项所述一种带暂存盒的旋转式名优茶采摘机械手的采茶方法,其特征在于:具体如下:将连接板与外部移动装置固定;外部移动装置带动连接板使安装板移动至目标茶叶上方的过程中,控制器控制直流电机一工作,直流电机一通过齿轮副和空心轴带动安装板转动,进而带动各末端执行器作圆周运动;当安装板移动至目标茶叶上方时,其中一个末端执行器随安装板转动至下端,另一个末端执行器随安装板转动至上端;下端的末端执行器中,滚子随安装板的转动运动至凸轮的回程段,同时在弹簧的回复力作用下,滑块带动支承块、圆柱形连杆和滚子沿着滑轨向上运动,进而通过两根连杆带动两个刀具安装架相向运动,使两个刀片相向运动做剪切动作,两个刀片合并时将茶叶剪切下来,此时茶叶处于两个硅胶半球组成的硅胶空心球内,完成对茶叶的采摘;当下端的末端执行器携带茶叶随安装板转动至上端时,该末端执行器中的滚子随安装板的转动运动至凸轮的推程段,滚子通过圆柱形连杆带动支承块和滑块沿着滑轨向上运动,进而通过两根连杆带动两个刀具安装架相背运动,使两个刀片相背运动,两个硅胶半球打开,茶叶受自身重力的作用,沿着半锥形硅胶挡板滑落至暂存盒中,完成对茶叶的暂存;当暂存盒中存入足够的茶叶时,外部移动装置带动连接板使暂存盒移动至收集筐上方,接着控制器控制直流电机二转动,进而通过销轴带动端盖板转动,暂存盒下端的开口打开,茶叶在自身重力的作用下落入收集筐中,然后控制器控制直流电机二转动,端盖板转动至初始位置,盖住暂存盒下端的开口,此时完成对茶叶的收集;

其中,携带茶叶的末端执行器随着安装板的转动带动相应的滚子在凸轮的近休止段运动时,该末端执行器上的两个刀片以及两个硅胶半球始终处于合并状态;结束暂存茶叶的末端执行器随着安装板的转动带动相应的滚子在凸轮的远休止段运动时,这个末端执行器中的两个刀片以及两个硅胶半球始终处于分离状态。