本實用新型涉及半自動助力機械臂領(lǐng)域，具體是一種助力式機械臂。

背景技術(shù)：

水果采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)鏈中最耗時、費力的一個環(huán)節(jié)，約占整個周期工作量的三分之一以上。國內(nèi)水果采摘基本上都是由人工進行的，其費用成本高，并且時間較為集中，勞動強度特別大。而且我國現(xiàn)在正面臨人口老齡化的問題，農(nóng)業(yè)勞動力正在向第二、第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，勞動力資源不足已成為了現(xiàn)實。目前，我國從事水果采摘的工人大多為中老年人，然而由于采摘作業(yè)的特點，即：作業(yè)季節(jié)性強、勞動強度大，決定了工人不能長時間勝任這一工作。因此，從這一方面來說減少采摘作業(yè)勞動強度對確保果實適時采收有很大影響。

另外一方面，由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘種類的差異性，導(dǎo)致采摘自動化的程度不高。目前，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)草莓自動化采摘設(shè)備、番茄自動化采摘設(shè)備等，該類設(shè)備的原理是用機器視覺代替人眼實現(xiàn)自動采摘。然而目前機器視覺技術(shù)發(fā)展并不太成熟，沒有統(tǒng)一的有效的算法，在面對復(fù)雜工況的情況下，會出現(xiàn)識別錯誤，和識別時間長的問題。而且在機器手自動采摘的過程中，還容易與果實相碰撞，從而導(dǎo)致果實破裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種助力式機械臂及其工作方法, 能夠判斷工人的運動趨勢，主動做出判斷，從而輔助工人進行一系列采摘動作。

本實用新型提供的助力式機械臂包括驅(qū)動執(zhí)行模塊和控制模塊和顯示模塊，其中，驅(qū)動執(zhí)行模塊包括動力源和執(zhí)行機構(gòu)，所述執(zhí)行機構(gòu)包括臂部執(zhí)行部件、連桿臂、執(zhí)行開關(guān)和肩部轉(zhuǎn)動部件，連桿臂與肩部轉(zhuǎn)動部件通過轉(zhuǎn)動副連接，臂部執(zhí)行部件與連桿臂通過滑動副連接，臂部執(zhí)行部件上分布有至少三個執(zhí)行開關(guān)；控制模塊包括控制系統(tǒng)和分布在執(zhí)行機構(gòu)上的定位感應(yīng)系統(tǒng)。

進一步改進，所述的動力源為電機，以鉚接方式安裝在肩部轉(zhuǎn)動部件外側(cè)。

進一步改進，所述的所述臂部執(zhí)行部件結(jié)構(gòu)為凹形結(jié)構(gòu)。

進一步改進，所述連桿臂與肩部轉(zhuǎn)動部件之間的轉(zhuǎn)動副為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其內(nèi)部是活動軸，外部是固定件。

進一步改進，所述的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)設(shè)有雙重限位保護裝置，分別為由轉(zhuǎn)角控制的硬限位裝置和由限位開關(guān)控制的軟限位裝置。

進一步改進，所述的滑動副包括六角螺栓、滾花螺栓、滑槽，滾花螺栓沿滑槽滑動。

進一步改進，所述的控制系統(tǒng)內(nèi)嵌入有BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

進一步改進，所述的臂部執(zhí)行部件上布置有三個執(zhí)行開關(guān)，包括布置在臂部執(zhí)行部件前側(cè)的前執(zhí)行開關(guān)，上側(cè)的上執(zhí)行開關(guān)和下側(cè)的下執(zhí)行開關(guān)。

本實用新型還提供了一種助力式機械臂的工作方法，包括以下步驟：

1）穿戴機械臂，根據(jù)使用者的臂長，通過滑動副調(diào)節(jié)臂部執(zhí)行部件的長度；

2）開機自檢；

3）觸碰到上執(zhí)行開關(guān)，觸發(fā)抬升命令，控制系統(tǒng)計算出工作角速度和單位工作時間，并向電機輸入驅(qū)動信號，使臂部執(zhí)行部件以工作角速度勻速抬升；

4）臂部執(zhí)行部件上升到需要位置時再次觸碰上執(zhí)行開關(guān)進行制動，若臂部執(zhí)行部件上升到極限位置時沒有收到制動命令，則強制臂部執(zhí)行部件制動，此時，使用者開始進行作業(yè)；

5）一次作業(yè)完成后，使用者觸碰下執(zhí)行開關(guān)觸發(fā)下降命令，臂部執(zhí)行部件按照控制系統(tǒng)所計算出的工作參數(shù)進行下擺轉(zhuǎn)動；

6）臂部執(zhí)行部件下降到需要位置時再次觸碰下執(zhí)行開關(guān)進行制動，若臂部執(zhí)行部件下降到極限位置時沒有收到制動命令，則強制臂部執(zhí)行部件制動；

7）重復(fù)步驟3）至6），循環(huán)作業(yè)；

8）作業(yè)結(jié)束后，關(guān)閉系統(tǒng)脫下機械臂。

本實用新型有益效果在于：

1、用以牽引工人進行采摘動作，從而減緩工人疲勞感，延長工作時間，增加工作效率。

2、控制系統(tǒng)能夠判斷工人的運動趨勢，主動做出判斷，從而輔助工人進行一系列采摘動作。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型工作流程示意圖。

具體實施方式

本實用新型結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括肩部轉(zhuǎn)動部件1、電機2、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3、六角螺栓4、滾花螺栓5、滑槽6、前執(zhí)行開關(guān)7、上執(zhí)行開關(guān)8、臂部執(zhí)行部件9、連桿臂10、下執(zhí)行開關(guān)11。

本實用新型一種具體實施方式如下：電機2布置在肩部轉(zhuǎn)動部件1上，驅(qū)動連桿臂10進行轉(zhuǎn)動。肩部轉(zhuǎn)動部件1與連桿臂10通過轉(zhuǎn)動副連接，所述轉(zhuǎn)動副為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3，其內(nèi)部是活動軸，外部是固定件，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)3設(shè)有雙重限位保護裝置，分別為由轉(zhuǎn)角控制的硬限位裝置和由限位開關(guān)控制的軟限位裝置。連桿臂10與臂部執(zhí)行部件9通過滑動副連接，所述滑動副主要由六角螺栓4、滾花螺栓5和滑槽6組成。其中，滾花螺栓5起連長度調(diào)節(jié)作用，通過調(diào)節(jié)滾花螺栓5在滑槽6中的位置，就能調(diào)節(jié)連桿臂10的長度。另外，兩顆六角螺栓4在滑動副中起固定連接作用。此外，呈“凹形”結(jié)構(gòu)的臂部執(zhí)行部件9上布置有三個執(zhí)行開關(guān)，分別位布置在臂部執(zhí)行部件12前側(cè)的前執(zhí)行開關(guān)7，上側(cè)的上執(zhí)行開關(guān)8和下側(cè)的下執(zhí)行開關(guān)11。

本實用新型工作流程如圖2所示，包括以下步驟：

1）穿戴機械臂，根據(jù)使用者的臂長，通過滑動副調(diào)節(jié)臂部執(zhí)行部件的長度；

2）開機自檢；

3）觸碰到上執(zhí)行開關(guān)，觸發(fā)抬升命令，控制系統(tǒng)計算出工作角速度和單位工作時間，并向電機輸入驅(qū)動信號，使臂部執(zhí)行部件以工作角速度勻速抬升；

4）臂部執(zhí)行部件上升到需要位置時再次觸碰上執(zhí)行開關(guān)進行制動，若臂部執(zhí)行部件上升到極限位置時沒有收到制動命令，則強制臂部執(zhí)行部件制動，此時，使用者開始進行作業(yè)；

5）一次作業(yè)完成后，使用者觸碰下執(zhí)行開關(guān)觸發(fā)下降命令，臂部執(zhí)行部件按照控制系統(tǒng)所計算出的工作參數(shù)進行下擺轉(zhuǎn)動；

6）臂部執(zhí)行部件下降到需要位置時再次觸碰下執(zhí)行開關(guān)進行制動，若臂部執(zhí)行部件下降到極限位置時沒有收到制動命令，則強制臂部執(zhí)行部件制動；

7）重復(fù)步驟3）至6），循環(huán)作業(yè)；

8）作業(yè)結(jié)束后，關(guān)閉系統(tǒng)脫下機械臂。

本實用新型所述助力機械臂初始位置是由內(nèi)嵌在控制系統(tǒng)中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法得出的，該算法原理是將機械臂在每次工作狀態(tài)中的擺動幅度、工作速度等作為樣本分類存儲在數(shù)據(jù)庫中。對每類樣本進行相互比對，去除差異較大的樣本，得出工作過程中活動頻率最高的工作參數(shù)，比如機械臂下擺位置、機械臂抬升速度、機械抬升極限位置。

本實用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。