快客摘果机器人采摘机构设计毕业设计(编辑修改稿)

快客摘果机器人采摘机构设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

器人 日本京都大学开发了一台西瓜收获机器人。 大多数的机器人采用电气驱动，但这种机器人是采用油 压驱动。 机械手有五个自由，除一个关节外都采用油缸控制。 虽然精度较差，但省掉了减速机，降低了成本，这对于农业使用是有利的。 另外它的果实检测是根据西瓜挂果的日期（开花日期）的不同，树立直径为 40mm 的不同颜色的标识球，这样就可以根据标识球的颜色和位置正确判断西瓜的位置和成熟度。 为了便于判断，标识球的颜色有一定的限制 农业机器人的特点 （ 1）农业机器人作业对象的娇嫩性 （ 2）农业机器人的作业环境的非结构性 （ 3）农业机器人作业动作的复杂性 （ 4）农业机器人的使用者 （ 5）农业机器人的价格特性 国外 发展概况 从机器人的另外一个角度看，世界上第个个关于机器人的法律也产生了：据生活科学网站 5月 26日报道，日本经济产业省现在正在商讨制定一部机器人法律，这套规定将成为世界上第一部机器人法律，它至少要求机器人不能伤害人类。 还有如 Honda发布的新一代 ASIMO可以在办公室等现实环境中作业，具有很高的运动能力。 和以往相比， ASIMO可以和人手拉手走路等，强化了与人配合的行动能力，而且增加了利用手推车搬运物品的功能。 此外，新开发出的对这些功能进行统一控制的综合控制系统，使 ASIMO可以自行从事接待、向导、递送等服 务。 机器人是一种能适应各种工作环境的机械与电子等结合的产物，它不仅具有人类所不能完成的动作及各种以人们思维运行的状态，而具还可以根据人们的意愿进行合理的智能化设计，这样一来，也就出现了智能机器人，他们可以学习人类的动作及语言，而且工作者们也给它们加上了传感神经系统。 如现在机器人不仅可视、可听、能说、会学、而且还会有感觉等。 在工业中，机器人用来代替人工作业，如在核工业中，机器人进入反应堆进行人们难以进行的动作操作，通过科学工作者的不断努力，将有更多更智能的机器人面世。 浙江科技学院毕业设计（论文） 4 第二章 设计思路 设计题目 第六届浙江省大学生机械设计 竞赛主题： 设计并制作“凌空采果”机器人（以下简称机器人），提交机械设计资料，参加理论设计答辨，参加实物竞赛，能够完成一组竞赛规定的采摘动作。 设计目标与要求 1． 机器人在收缩状态时，长 +宽 +高≤ 1000mm；展开状态时尺寸不限。 2． 机器人重量不限，但应尽可能轻。 3． 机器人造价不限，但应尽可能低。 4． 机器人操控可采用线控或遥控方式；不建议机器人采用自动控制或智能控制。 5． 机器人行进方式不限。 6． 机器人驱动可采用各种形式的原动机，但不允许使用人力直接驱 动；若使用电动机驱动，其电源应为安全电源。 （注：动力设备自备，比赛现场仅提供 220V 交流电源）。 图 比赛场地 示意 图 浙江科技学院毕业设计（论文） 5 设计方案 按照我们开始的构思，打算采用传统的抓手设计 —— 由电机驱动“抓手”的“手指”抓住果实，然后将果实摘下。 这样的采摘过程完全模仿人的采摘行为，具有很高的可行性。 但是，机器人的控制并不能像人那样随心所欲，因此， 从效率和可靠度上来考虑，这样的才采摘动作可能不那么让人满意。 因此，我们在抓取动作上稍做改进。 将抓手设计为一个空心长方体，像一个笼子，我们称之为笼形抓手。 如图 ，比赛场地中果实的安放位置可以分为两类，树枝的上方和树枝的下方。 考虑到摘取上下两类果实的方便，我们将笼子的上下两面各开一个 Φ 60mm 的圆孔 ，侧面则安装电机 A 驱动滑条来回滑动，控制“手“的开合。 两个 滑条一端 分别 固定在上下表面 上，另一端用螺丝固定在滑块上。 滑块的中心位置有一个螺纹孔，螺纹孔与螺杆配合， 螺杆与电机相连， 由 侧面的 A 电机驱动其转动，从而带动滑条来回移动 来控制抓手的开合。 为了迅速而精确地控制抓手的位置，我们在手臂处设计安装了电机 B 和电机 C， B 电机控制抓手在水平面 360176。 的运动， C 电机控制抓手 在竖直方向的运动，由于电机的转速比较快，我们的传动系选择蜗轮蜗杆传动，这样的传动平稳，而且传动比大，能将输出转速大大降低。 我们在笼形抓手的一面开一个 45mm X 45mm 的口子，连接一个塑料弹簧圈。 弹簧圈下端连着临时存储机构。 我们的“果实”采摘下来以后直接通过这一通道运送到下端，方便且迅速。 下面我们简单描述一下我们摘取果实的整一套动作。 第一步， 由上升机构迅速将抓手上升到树枝的附近 （位置不需要非常精确）；第二步， 通过手臂上的电机 B 和电机 C 精确调整抓手位置 ，通过粗条和微调这两个过程我们已经将“果实”很可靠地 “握”在手中；第三步，启动电机 A 驱动滑条，将手缩紧滑条相当于一个模拟刀片，将“果实”切下，这样的动作不会对果实造成大的损伤，有利于果实的后期保养和销售；第四步， “果实”通过输送通道送至临时存储机构，方便进行下一个摘取动作。 浙江科技学院毕业设计（论文） 6 第 三 章 机械手设计 抓手尺寸设计计算 由于比赛规则的限制，我们的机器人必须设计地紧凑实用。 因此，尺寸设计是非常重要的一步。 比赛时果实的规格为 40mm ，我们抓手的上下孔洞必须略大于这个尺寸，为了减少操作的难度，我们把孔洞的尺寸定为 60mm。 基于上述考虑，我们把机械手的尺寸暂时定为 8 0 8 0 6 0m m m m m m，后来的实践证明，我们的尺寸是符合紧凑实用这一标准的。 手臂的长度不宜过长，不然 当机器人伸出手时会引起重心不稳，产生摇晃。 因此我们暂时将手臂设计为 250mm。 具体结构尺寸如图 31 图 31 机器人手臂示意图 传动系的设计计算及校核 传动系的设计计算 为了便于控制，我们需要比较大的传动 比。 为此，我们决定选择采用蜗轮蜗杆传动。 除了拥有较大的传动比以外，蜗轮蜗杆传动还有一个好处，有自锁的功能。 这在实际作业中也是非常必要的。 蜗杆传动设计： 由于我们的传动对承载能力没有很高要求，仅仅要求尺寸结构紧凑，查 简明 机械设计手册 （朱龙根主编） 表 1123，蜗轮材料选择 10 3 2ZCuAl Fe Mn(铝青铜 )，蜗杆材料选择 45 钢。 选择模数 m=1mm，头数 1z =1，传动比 20i ，蜗轮变位 因数 2 0x ，  31039。 4739。 39。 ，选择ZA 型齿。 因此， 浙江科技学院毕业设计（论文） 7 齿形角 176。 20x。 蜗轮齿数 21z 20 1 20iz    蜗杆轴向齿距 3 .1 4 1 3 .1 4xpm   mm 蜗杆分度圆直径 1 18d mm 蜗杆齿顶圆直径 1 1 1 12 2 2 0aaad d h d h m m m     蜗杆齿根圆直径 1 1 1 12 2 ( ) 1 5 . 6f f ad d h d m h c m m        蜗杆齿顶高 11 1aah h m mm 顶隙 c m（一般取 c =） 蜗杆齿根高1 1 111( ) ( ) ( 1 8 1 5 . 6 ) 1 . 222f a fh h c m d d m m m m       蜗杆齿高 1 1 1 (1 1 . 2 ) 2 . 2afh h h m m m m     蜗 杆 齿 宽 1 2 2 ta n 7 .3r r t xF F F N  ，查表 1129 ，12( 11 0. 06 ) ( 11 0. 06 10 ) 1 11 .6b z m m m m m      ，因此，取 1 20b mm 蜗轮分度圆直径 22 1 20 20d m z m m m m    中心距 1211( 2 ) ( 1 8 2 0 ) 1 922a d d x m m m m m      蜗轮齿顶高 2 2 2 2( ) / 2 ( ) 1a a ah d d m h x m m     蜗轮喉圆直径 2 2 22 2 2aad d h m m   蜗轮齿根圆高2 2 2 21 ( ) ( ) 1 . 22f f ah d d m h x c m m      蜗轮齿根圆直径 2 2 22 1 7 .6ffd d h m m   蜗轮齿高 2 2 2 2 .2afh h h m m   蜗轮顶圆直径 22 2 24ead d m m m  ，那么我们的顶圆直径就取 2 24ed mm 蜗轮齿宽 210. 75 0. 75 20 15abd   ，那么我们取蜗轮齿宽 2 10b mm 浙江科技学院毕业设计（论文） 8 蜗轮弧顶圆半径 12 82aadR h m m m   蜗轮弧根圆半径 12 1 0 .22af dR c m m m   蜗杆轴向齿厚1 1 1 .5 72xxs p m m 蜗杆法向齿厚 11 c os c osnxss    蜗轮分度圆齿厚 22( 2 t a n )xs x m   蜗杆齿厚法向弦齿高 1 1nh m mm 蜗杆节圆直径 39。 1 1 22 1 8d d x m m m   蜗轮节圆直径 39。 2220d d mm 传动系的 强度校核 圆柱蜗杆传动承载能力校核计算包括三部分：接触强度校核计算，弯 曲强度校核计算，蜗杆轴挠度计算。 其中接触强度校核采用式 22129400H E A V H PTz K K Kdd  （ 31） 弯曲强度校核计算采用式 212666 AVF F S F PT K K K YYd d m   （ 32） 蜗杆轴挠度的校核计算采用式 2211 348trpFFy L yEI （ 33） 其中 1d —— 蜗杆分度圆直径（ mm）； 2 d —— 蜗轮分度圆直径 (mm)； E—— 蜗杆材料弹性模量，可取 E= 10 Mpa ； 1rF 、 1tF 蜗杆径向力和分度圆切向力（Ｎ）；Ｉ —— 蜗杆中部界面的惯性矩， 441 / 64( )fI d m m ； AK —— 使用因数； VK —— 动载因数，蜗轮 圆周速度 2 3/v m s 时取 VK ＝ ~ ， 2 3/v m s 时取 VK =~； K —— 载荷分布因数，载荷。