【終稿全套】蘋果采摘機(jī)器執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-摘果機(jī)械手【9張CAD圖紙+文檔】

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Its design is often considered as the core technology of the robot.This design first, the research and development status of the picking machine and its end effector;Then, through the analysis of the principle of the end effector of the apple picking machine and picking apples, the overall structure scheme is put forward;Secondly, the design and selection of the main body and its parts are carried out;Finally, the virtual design and simulation analysis of Pro/E 3D design software are carried out.Through this design, we have consolidated the professional knowledge of the University, such as: mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and exchange theory, mechanical drawing, etc.;Master the design method of common mechanical products and be able to skillfully use AutoCAD, Pro/E software, for the future work and life of great significance.Key words: Apple picking, Actuator, Finger, Design目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1課題研究背景及意義11.2 國內(nèi)外采摘機(jī)器發(fā)展現(xiàn)況11.3 采摘機(jī)器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀21.3.1獲取方式21.3.2分離方式3第二章 總體方案確定52.1設(shè)計(jì)要求52.2蘋果采摘特點(diǎn)分析52.3總體方案設(shè)計(jì)5第三章 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇73.1驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)73.1.1驅(qū)動方案的選擇73.1.2電動機(jī)的選擇73.1.3絲桿副的選型與校核93.1.4軸承的選擇與校核123.1.5鍵的選擇與校核123.2手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)133.2.1手指數(shù)量133.2.2手指關(guān)節(jié)數(shù)量133.2.3手指的材料133.3機(jī)架的設(shè)計(jì)14第四章 力學(xué)分析與校核154.1手指的工作原理154.2抓取時的靜態(tài)力學(xué)模型154.3運(yùn)動學(xué)分析174.4夾持誤差計(jì)算18第五章 三維設(shè)計(jì)與仿真分析215.1 軟件概述215.2三維設(shè)計(jì)與裝配225.2.1零件三維設(shè)計(jì)225.2.2虛擬裝配235.3仿真分析245.3.1仿真的簡單介紹245.4.2仿真過程25總 結(jié)28參考文獻(xiàn)29致 謝3030蘋果采摘機(jī)器執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真第一章 緒論1.1課題研究背景及意義在中國蘋果是一個主要的水果，2010年蘋果總產(chǎn)量占32.73三大水果，水果（蘋果，桔子，梨頭。此外，蘋果在中國的領(lǐng)土面積2848畝，產(chǎn)量26萬噸，占世界的35%，蘋果面積、產(chǎn)量、規(guī)模最大的世界蘋果采摘機(jī)器人采摘過程。在很大程度上可以大大提高效率，節(jié)約成本，但可摘摘果過程中的機(jī)械損傷，機(jī)械性損傷是一種入侵的病原微生物，是錯誤的主要原因?yàn)椴僮髫?fù)荷的瘀傷，打破，從而使變質(zhì)腐爛的水果，每年達(dá)30 40%的損失高達(dá)10億人民幣。直接接觸臂部分果實(shí)，所以開發(fā)一個容易損壞的水果和小型機(jī)械手是特別重要的?！安烧獧C(jī)器的末端執(zhí)行器是一個安裝在移動設(shè)備或者采摘機(jī)器手臂上，使其能夠拿起一個對象，并且具有處理、傳輸、夾持、放置和釋放對象到一個準(zhǔn)確的離散位置等功能的機(jī)構(gòu)?！边@是末端執(zhí)行器的一個定義。采摘機(jī)器的抓取作業(yè)方式在工業(yè)生產(chǎn)中是一個重要的運(yùn)用，機(jī)器是一個全面的強(qiáng)大的自動化設(shè)備，裝置的執(zhí)行器是直接導(dǎo)致了大多數(shù)的任務(wù)，完成任務(wù)后的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)，多種結(jié)構(gòu)。通常，根據(jù)使用和機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)的變化，吸附出口和專用工具三類。在大多數(shù)情況下，執(zhí)行器是為特定用途而專門設(shè)計(jì)的，也可以是一個大型的多功能性的執(zhí)行者?，F(xiàn)有的末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)的性能并從國情出但有些技術(shù)還不成熟，因此，如何在現(xiàn)有的條件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能可以滿足不同的功能要求，研制結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高，采摘機(jī)端是我們最重要的任務(wù)。1.2 國內(nèi)外采摘機(jī)器發(fā)展現(xiàn)況水果和蔬菜在采摘機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)60年代，在美國，主要用于氣動機(jī)械清洗方法和非定常的風(fēng)格。缺點(diǎn)是，水果的脆弱性，效率不高，不存在很大的局限性，特別是選擇性的收獲，揀軟的，新鮮的水果和蔬菜。但此后，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是在工業(yè)機(jī)器人，更成熟的技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，采摘機(jī)器人的研究得到了迅速的發(fā)展。目前，日本，荷蘭，法國、英國、意大利、美國、以色列、西班牙和其他國家的成功推出了水果和蔬菜采摘機(jī)器人的研究相關(guān)方面的研究主要的橘子，蘋果，西紅柿，黃瓜，番茄，蘆筍，花椰菜，葡萄、甜瓜、草莓、菊花、蘑菇，但這些好處還真的不的商業(yè)操作的機(jī)器人。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究起步相對較晚，但在過去幾年的快速發(fā)展，也已經(jīng)有了大量的研究。張劍峰董劍，張志勇，自適應(yīng)控制算法的設(shè)計(jì)，如采摘機(jī)器人的機(jī)器人魯棒跟蹤設(shè)計(jì)的立體視覺傳感器；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，劉兆祥，劉崗，誰發(fā)現(xiàn)了蘋果方面蔡健榮江蘇大學(xué)的三維信息，如恢復(fù)的障礙，柑橘采摘機(jī)器人障礙識別技術(shù)的研究；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和政府接管的水果和蔬菜的控制技術(shù)的研究王學(xué)林與外環(huán)的長影。在中國，蘋果沒有手工收集采集器完成，效率低，勞動強(qiáng)度大，環(huán)境惡劣的工作。目前，采摘機(jī)對蘋果最近也報(bào)道較少，國內(nèi)一些收集機(jī)的專利，如堅(jiān)果提取掛鉤，這些專利可以在一定程度上降低勞動強(qiáng)度采集器的工作人員的工作條件，改變選擇；但是，基本上，結(jié)構(gòu)簡單，所以沒有選擇從根本上解決困難，效率低。本研究以設(shè)計(jì)為蘋果采摘機(jī)的實(shí)際目標(biāo)，工作環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，深入分析了蘋果不使用軟件來和蘋果，Pro / E收集機(jī)三維設(shè)計(jì)、虛擬裝配設(shè)計(jì)蘋果機(jī)端，收集的表演者。基本解決了選擇大，勞動效率低，具有一定的發(fā)展前景。1.3 采摘機(jī)器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀水果和蔬菜的采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，是另一個重要組成部分，它的設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是機(jī)器人的核心技術(shù)之一。總的來說，水果和蔬菜，看起來很脆弱，它的形狀和生長的情況通常是復(fù)雜的。1.3.1獲取方式果實(shí)采集和分離是獲取機(jī)器人末端的兩個關(guān)鍵的行動必須達(dá)到的，首先，通過捕獲、吸入、安裝等。的方法，取得了一定的成果，然后折疊，剪切不同的方法，如完成果實(shí)和果梗的分離。從已發(fā)表的文獻(xiàn)，主要?dú)w為兩類獲得的果實(shí)不夾夾緊和類。果實(shí)和果梗的分離方法有傳統(tǒng)的皺縮，破碎和通過剪刀或切刀，有了一個新的熱切割方法等。（1）直接切斷式這類末端執(zhí)行器通常是直接剪斷。例如，日本的發(fā)展，甜椒，番茄采摘機(jī)器人的端到端的表演者收割結(jié)束美國的柑橘，表演者是這樣的結(jié)構(gòu)，如圖1-1、1-2所示。圖1-1 甜椒采摘末端執(zhí)行器 圖1-2 番茄采摘末端執(zhí)行器這類末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)更簡單，植物冠層、葉片和果實(shí)，具有一定的抗沖擊的水果和蔬菜。（2）吸入式這類非夾持類末端執(zhí)行器主要通過吸入真空系統(tǒng)的內(nèi)端將表演者的果實(shí)，然后切斷，折疊，如分離果實(shí)和果梗。如圖1-3所示比利時發(fā)展蘋果不的機(jī)器人末端的漏斗，漏斗內(nèi)安置室的設(shè)計(jì)形式，在夾持范圍時，吃水果時，將再次打開吸入真空吸果梗，將基于旋轉(zhuǎn)折疊水果采摘下來。圖1-3 蘋果采摘末端執(zhí)行器吸入式末端執(zhí)行器的工作原理，硬件設(shè)計(jì)簡單，類似的果實(shí)梗柔弱的細(xì)長的，溫柔的，草莓和其他水果相比，接受吸入途徑獲得更多的安裝，夾上的端部執(zhí)行器是可行的，但這樣的個體差異的適應(yīng)能力較差的果實(shí)大小的動作慢，穩(wěn)定性不高。（3）夾緊類這類末端執(zhí)行器，他的持有人通常由真空吸和數(shù)目不等的手指。根據(jù)夾持器可分為兩個手指的數(shù)量和大量的指型。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張凱良等人設(shè)計(jì)的原理，草莓產(chǎn)量，他們的機(jī)器，如圖1所示。1 - 4，此端的表演者在爪的夾緊機(jī)構(gòu)的主要機(jī)及其附屬部件。1.手指 2.內(nèi)螺紋管 3.絲杠 4.電機(jī)圖1-4 機(jī)械爪機(jī)構(gòu)示意圖1.3.2分離方式現(xiàn)有的研究收集機(jī)器人端，使用折疊，斷裂或剪切，分離模式，減少一些原則上的端部執(zhí)行器進(jìn)行新的嘗試。（1）扭斷、折斷、拉斷折疊是腕關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)致動器的使用和周轉(zhuǎn)需要折疊后在果實(shí)進(jìn)行多次往復(fù)扭轉(zhuǎn)的菌柄，可以禁用表演者的花梗，端的工作需要更多的空間，很難避免的障礙。因此，水果和蔬菜，水果柄易故障更實(shí)用，如番茄的選擇，但對水果和蔬菜的菌柄的靈活性，選擇了較低的成功率。（2）剪切很大一部分的收獲機(jī)器人端切刀切斷裝置或安裝剪刀，花序梗，實(shí)現(xiàn)水果，花序梗的分離。（3）熱切割荷蘭黃瓜采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行瓦寧根大學(xué)發(fā)展中的根、莖的變化使用兩個相反的電極分離的傳統(tǒng)方法，熱的時候，兩個電極之間的接觸和高頻電流的莖，莖高水分含量的快速建立，以阻止將高溫“腰斬”。這種方法避免了相互的病原體感染和流失的問題，但該方法需要兩個電極和莖的長度相同的必須是可靠的，傳統(tǒng)方法的限制的接觸和植物的莖和冠空間栽培番茄品種用剪刀，所以所有的方法很難達(dá)到滿意的結(jié)果。第二章 總體方案確定2.1設(shè)計(jì)要求本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手應(yīng)該具有制造成本低、控制簡單、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、通用性好等特點(diǎn)同時機(jī)械手的整機(jī)設(shè)計(jì)，要遵循以下的設(shè)計(jì)原則：（1）執(zhí)行器有三到四個手指，每個手指有三節(jié)（2）夾持蘋果直徑5-15cm，高度5-15cm2.2蘋果采摘特點(diǎn)分析目前，實(shí)現(xiàn)采摘的主要徑選擇了以下類型：（1）通過吸盤緊緊抓住水果，然后用工具，如剪刀剪莖這個方法需要一個很好的位置的檢測和準(zhǔn)確的調(diào)整端執(zhí)行者的姿態(tài)，從而增加了控制系統(tǒng)的機(jī)理的復(fù)雜性和困難。（2）用剪刀腳，腳這個方法需要很好的位置，以識別和精確地調(diào)節(jié)傳動的末端位置，提高了系統(tǒng)的控制機(jī)制的復(fù)雜性和困難。（3）對激光切割機(jī)，該方法還具有良好的檢測要求高的秸稈在視覺系統(tǒng)中的位置。（4）手動選擇蘋果的食指，輕輕地把水果，秸稈，然后向上，使果柄和果枝斷開從脫落，果實(shí)整齊的刪除。蘋果莖脆弱，容易分離，因此，通過垂直轉(zhuǎn)動手腕，手柄的運(yùn)動仿真和實(shí)現(xiàn)分離的人克服菌柄摘蘋果或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的模擬人工方式的設(shè)計(jì)。該方法不需要很高的簡單的，視覺系統(tǒng)2.3總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)蘋果的選擇提出了具體的要求，蘋果沒有結(jié)束的表演者，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1。從手指和手掌的驅(qū)動，框架等。有三個手指的手，圓周對稱的三個手指，一個手指的每一側(cè)。每個手指6關(guān)節(jié)。在牽引電機(jī)的控制下，通過螺桿的手指，手指實(shí)現(xiàn)3桿底部的聯(lián)系，并對不同形狀物體的夾緊。圖2.1是Pro/E軟件設(shè)計(jì)的蘋果采摘機(jī)端執(zhí)行器的三維模型。圖2-1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖工作原理：將機(jī)械手的機(jī)械手送達(dá)到果實(shí)附近的傳感器檢測機(jī)械手，機(jī)械手的位置的相對位置時與蘋果果實(shí)的中心位置，在機(jī)械手的控制信號，觸發(fā)單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的位置傳感器，開始向前旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械手開始加緊的水果，水果的手指的壓力傳感器檢測的壓力加大的實(shí)時性和確定是否有壓力的勘探隊(duì)，達(dá)到閾值，閾值由實(shí)驗(yàn)得出。如果達(dá)到這個閾值，則停止運(yùn)動的機(jī)械手，機(jī)械手運(yùn)動的模擬人工采摘果實(shí)和果柄的分離，完成。將指定位置的機(jī)械手后的水果，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，手指放松，恢復(fù)原來的位置，完成果實(shí)采摘。第三章 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇3.1驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1.1驅(qū)動方案的選擇目前機(jī)械手驅(qū)動源主要采用氣動驅(qū)動，電氣，液壓驅(qū)動這三種：（1）是氣動壓縮空氣的壓力驅(qū)動致動器的運(yùn)動的驅(qū)動系統(tǒng)，空氣壓縮機(jī)，通常用來作為能量的來源。氣動過載駕駛員的安全，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，污染少，可通過調(diào)節(jié)空氣流量，調(diào)節(jié)速度，但大尺寸設(shè)備的不穩(wěn)定性的運(yùn)動速度，定位精度高，不舉行，抓住小小的力量。（2）液壓傳動系統(tǒng)的輸出力驅(qū)動流體壓力驅(qū)動傳動系統(tǒng)固有的穩(wěn)定，有效，反應(yīng)速度快，很簡單，可以在很寬的范圍內(nèi)無級調(diào)速的要求，容易適應(yīng)不同的工作，成功地實(shí)現(xiàn)了傳輸可以吸收沖擊力，可以實(shí)現(xiàn)更頻繁和換向平穩(wěn)，但容易漏油，污染，成本高，定位精度高，比電機(jī)，但比空氣低溫液體的粘度的變化和影響，傳輸特性。（3）電氣傳動模型，包括步進(jìn)電機(jī)交流伺服電機(jī)，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)和發(fā)動機(jī)的扭矩和驅(qū)動器類型。步進(jìn)電機(jī)的角位移或是電脈沖信號控制的開環(huán)控制元件的線性位移，簡單，快速的反應(yīng)，可靠，無累積誤差等。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量的轉(zhuǎn)子，具有良好的動態(tài)特性，機(jī)器人由一個伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成與運(yùn)行精度高，調(diào)速范圍廣，速度快，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性高，易于控制等特點(diǎn)?；诓竭M(jìn)電機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。3.1.2電動機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)，也被稱為脈沖電動機(jī)，是一種信號轉(zhuǎn)換為電脈沖和脈沖數(shù)成正比的角位移或線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點(diǎn)：（1）或線速度和脈沖頻率成正比的速度；（2）在負(fù)載能力范圍內(nèi)，不是因?yàn)殡妷翰▌雍拓?fù)載，環(huán)境條件的變化；（3）速度可調(diào)，能快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；（4）定位精度高，同步啟動特性好。機(jī)臂升降機(jī)構(gòu)的電機(jī)調(diào)速精度要求高潛力的快速、方便、受環(huán)境影響小，額定功率小，并可用于開環(huán)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)為BF系列反應(yīng)，所有這些條件，我們選擇了90BF004主運(yùn)動模型反應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)作為動力源，該機(jī)功率為60W。在選擇主要有以下步驟：（1）根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(a)步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號，并從手冊中查到步距角,由于綜合考慮，我初選了，可滿足以上公式。(b)距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動轉(zhuǎn)矩Mmq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系是：Mmq=步進(jìn)電機(jī)空載啟動是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動力矩按下式計(jì)算：式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運(yùn)動部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號時應(yīng)滿足步進(jìn)電動機(jī)所需空載啟動力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動轉(zhuǎn)矩，即：MkqMmq=Mjmax計(jì)算Mkq的各項(xiàng)力矩如下：加速力矩空載摩擦力矩附加摩擦力矩（2）啟動矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：啟動，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進(jìn)行校核。步進(jìn)電機(jī)啟動有突跳啟動和升速啟動。突跳啟動時加速力矩很大，啟動時丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動過程中只要升速時間足夠長，啟動過程緩慢，空載啟動力矩中的加速力矩不會很大。一般不會發(fā)生丟步現(xiàn)象。3.1.3絲桿螺母副的選型與校核滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計(jì)制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。滾珠絲桿設(shè)計(jì)和校核，其步驟如下：首先對于一些參數(shù)說明如下：軸向變載荷，其中i表示第i個工作載荷，i=1、2、3n ；第i個載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);第i個載荷對應(yīng)的工作時間 (h) ;絲桿副最大移動速度(mm/min);絲桿預(yù)期壽命。（1）型號選擇（a）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求 選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；（b）計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù) 根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)=1.0系數(shù)=1.5； 計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 計(jì)算當(dāng)量載荷 初步確定導(dǎo)程 ，取4mm計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速計(jì)算絲桿所需的額定載荷（c）選擇絲桿型號根據(jù)初定的和計(jì)算的，選取導(dǎo)程為4mm，額定載荷大于的絲桿。查滾珠絲杠型號表知，本次選定的滾珠絲杠螺母副型號為：GD1604-3由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 （2）校核計(jì)算（a）臨界轉(zhuǎn)速校核校核合格。（b）由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。（c）滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩（d）穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠采用軸向螺釘固定的一端和雙向滾珠軸承，滾珠軸承，分別可承受徑向和軸向負(fù)荷。另一端游動，需要采用滾珠軸承徑向的限制，不限，環(huán)以確保去散步，在結(jié)束后的熱變形的自由伸縮，如下圖所示。 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S 絲杠不會失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長度系數(shù)，取。 安全系數(shù) 查表2-10，S=2.53.3，SS，絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 高速絲杠工作時有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。 臨街轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算： 式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取， 即：，所以絲杠工作時不會發(fā)生共振。 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求3.1.4軸承的選擇與校核（1）軸承選擇因?yàn)檩S承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。軸左側(cè)：從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中表15-3中查得軸承的型號為：6201。外形尺寸為：d1=12mm，D1=32mm，B1=9mm。（2）軸承校核1）按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：Lh29200h由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N，軸向力為Fa1=159.90N，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。2）徑向當(dāng)量動載荷 動載荷為，查得，則有，滿足要求。3.1.5鍵的選擇與校核（1）鍵的選擇鍵的類型有平鍵、半圓鍵、切向鍵等，是一種實(shí)現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉(zhuǎn)矩的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用非常地廣泛。3聯(lián)軸器所在軸徑為12mm，從機(jī)械設(shè)計(jì)中表14-1中查得鍵寬為：b=4mm，鍵高為：h=4mm，從鍵的長度系列可選擇L=14mm。（2）鍵的強(qiáng)度校核鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為鍵的工作長度，合適3.2手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手指夾持力和大容量，高負(fù)荷，普遍性，可以利用任何形式的目的，適用范圍更廣的驅(qū)動源的數(shù)量，同時也減少了，從而使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單，易于控制。3.2.1手指數(shù)量果實(shí)的定期和不定期的形式。小水果采摘機(jī)器人的規(guī)則，使用兩個手指直接搶水果吸收最線性驅(qū)動器。三個手指相對的兩個指紋，一些研究也不意味著一個穩(wěn)定的機(jī)器人，機(jī)器人3搶水果最好。3.2.2手指關(guān)節(jié)數(shù)量關(guān)節(jié)執(zhí)行器的端部效應(yīng)密切相關(guān)的爬行，更多更多的自由端的接頭的數(shù)量，數(shù)量，更靈活的捕捉行動，更好的提升的程度。因此，接頭數(shù)量增加的同時增加的數(shù)量的設(shè)備驅(qū)動程序，驅(qū)動程序?qū)⒖刂齐y度增大，并導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，因此，產(chǎn)生消極的影響。本文選擇在采摘機(jī)器人四連桿機(jī)構(gòu)作為傳動機(jī)構(gòu)的使用在許多欠的手指，手指關(guān)節(jié)，和一個力傳感器的測量和橡膠，增加了夾緊力和摩擦。根據(jù)中華人民共和國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，除了標(biāo)準(zhǔn)的三級”，蘋果，果實(shí)橫切面的最大直徑大于或等于生產(chǎn) 9 。在這里，在設(shè)計(jì)機(jī)器人爬行在50150毫米直徑的半徑之間的蘋果，蘋果，所以獲得25毫米R75毫米。3.2.3手指的材料手指選擇適當(dāng)?shù)牟牧系氖褂茫瑢C(jī)器人的重要的影響作用。結(jié)構(gòu)尺寸符合手，手指，同時保持足夠的強(qiáng)度和質(zhì)量，系統(tǒng)將手中的尼龍材料的選擇。尼龍具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、低摩擦系數(shù)、耐磨性、自潤滑、吸收振動，耐油，耐弱酸性等。圖3-2 手指結(jié)構(gòu)3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架主要用于安裝驅(qū)動機(jī)構(gòu)和手掌，緊湊的機(jī)身，體積小，重量輕的要求。這樣的設(shè)計(jì)是圓柱形的基本框架，其中底板固定在中間板的下部，主傳動電機(jī)，由柱支撐的安裝位置?；緣K將手指在上半部分?？蚣芙Y(jié)構(gòu)，如圖3.4所示。機(jī)器人可以分為棕櫚基和棕櫚的基類。關(guān)于Palm可以增加這個問題的限制，有棕櫚機(jī)器人具有廣泛的適用性，使用方便。無機(jī)械手可以利用的對象，但對象，通常的規(guī)則，祝福的形式，它的形狀和大小的物體的要求高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械手的手掌，沒有特殊的保護(hù)機(jī)制。圖3-4 機(jī)架結(jié)構(gòu)第四章 力學(xué)分析與校核4.1手指的工作原理(a)的初始結(jié)構(gòu)是非接觸式的手指，手指的外力，整個的手指運(yùn)動的剛體繞支點(diǎn)，統(tǒng)一；（b）說，關(guān)節(jié)1接觸對象；（c）說，在2 1 2相對關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向，關(guān)節(jié)彎曲的對象時，必須克服彈簧力的驅(qū)動力的兩個節(jié)；（d）完成的手指接觸的對象的形狀，階級，驅(qū)動的驅(qū)動力傳遞兩個節(jié)。圖4.1 采摘手指工作原理4.2抓取時的靜態(tài)力學(xué)模型由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)是一個獨(dú)立的自由度的數(shù)目，比數(shù)的傳導(dǎo)機(jī)制。采摘機(jī)器人可以做任何搶劫的信封，你可以使用選擇關(guān)節(jié)面端意味著精確路徑爬行。依靠被動的選擇對象捕捉的，具有自適應(yīng)能力的手指的形狀。在第一次包絡(luò)提取的手指關(guān)節(jié)1與第一對象和該對象的反對，因?yàn)榻佑|的第一關(guān)節(jié)，運(yùn)動強(qiáng)度，將限制在手指關(guān)節(jié)，和第二，因?yàn)闆]有被限制的對象幾乎連續(xù)傳輸機(jī)制下的司機(jī)的行為，最后兩個關(guān)節(jié)和表面接觸。機(jī)械操作的實(shí)現(xiàn)、彈簧、限位和平行四邊形機(jī)構(gòu)的作用下，精確的爬行。食指和中端聯(lián)合在一個架在相反的方向上的力，以限制的對象，對象，來實(shí)現(xiàn)爬行的運(yùn)動的作用。包絡(luò)抓取靜力學(xué)模型，如圖所示4.2。圖4.2 手指靜力學(xué)模型圖4.2中為輸入轉(zhuǎn)矩，、分別為關(guān)節(jié)1、2所受的力，、為接觸點(diǎn)、到、的距離。為關(guān)節(jié)2相對于關(guān)節(jié)1轉(zhuǎn)過的角度，水平軸的夾角。為摩擦約束力矩。三角構(gòu)件邊的夾角，h桿與桿c的反向延長線交點(diǎn)到的距離。、為關(guān)節(jié)1、2的長度。為桿與水平軸的夾角。為摩擦約束力矩。根據(jù)虛功原理可得3,4,5 (4.1)T為手指機(jī)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)矩向量，由驅(qū)動力矩以及摩擦力矩組成；為手指機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)與力矩相關(guān)的連桿的虛擬角速度向量，由驅(qū)動連桿的角速度以及末關(guān)節(jié)加速度構(gòu)成；F為作用在手指上的抓取接觸力組成的向量，由接觸力、構(gòu)成；V為外力作用點(diǎn)在外力作用方向上的虛擬速度向量，由各接觸點(diǎn)的y方向的速度分量構(gòu)成，即： (4.2)由機(jī)構(gòu)學(xué)理論，可知各關(guān)節(jié)的接觸點(diǎn)速度可以通過雅可比矩陣用各關(guān)節(jié)的角速度來表示，即： (4.3)又 (4.4)為傳遞矩陣 將式(3.2)、(3.3)、(3.4)帶入(3.1)約去得： (4.5) (4.6)將上式與式(3.3)對比可知 (4.7) (4.8) (4.9) (4.10) (4.11)當(dāng)手指以直指方式抓取物體時,僅有短關(guān)節(jié)觸及物體,這時,只要令F1=0、T1=0 ，則手指受力為： (4.12)4.3運(yùn)動學(xué)分析采摘機(jī)械手的每個手指都是由兩套四連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的。圖4.3所示為一個四連桿機(jī)構(gòu)。圖4.3四連桿機(jī)構(gòu)原理各桿構(gòu)成的矢量封閉方程為6，寫成坐標(biāo)軸上分量形式有： (4.13)化簡上式，消去b得： (4.14)對式3.14兩邊求導(dǎo)并化簡，可得4桿機(jī)構(gòu)L1與L3角速度之間的關(guān)系： (4.15)4.4夾持誤差計(jì)算旋轉(zhuǎn)夾緊手指的直徑變化時，會產(chǎn)生不同的軸向位置誤差的工件，夾具。收集的手指的抓地力和雙支點(diǎn)的回指轉(zhuǎn)換原理類似的原則，因此，可以根據(jù)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指祝福誤差的計(jì)算。圖4.4 雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指簡圖圖中：l手指長度;V型槽的夾角；偏轉(zhuǎn)角；2 s兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)間距離;根據(jù)幾何關(guān)系，可得 (4.16) (4.17)該方程亦為雙曲線方程，另；圖4.5 x與半徑R的關(guān)系曲線根據(jù)雙曲線特點(diǎn),對應(yīng)附近的曲線變化率較小,故在處附近對應(yīng)的夾持誤差最小。當(dāng)時，手指夾持誤差計(jì)算如下: (4.18) (4.19)最佳偏角的計(jì)算取V型槽的夾角=，根據(jù)式（4-9）求得最佳偏轉(zhuǎn)角為 故夾持誤差的計(jì)算因?yàn)楹完P(guān)于對稱，所以=，故經(jīng)過計(jì)算手指的夾持誤差為0.88mm。第五章 三維設(shè)計(jì)與仿真分析5.1軟件概述Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro / E參數(shù)化的概念，首次提出了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，用于解決問題的特點(diǎn)和相互關(guān)系?；赑ro / E模式的整個生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可以在一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。Pro / E的應(yīng)用模塊，可分別的身影，部分生產(chǎn)、裝配、鈑金加工、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)等。保證用戶可以選擇，根據(jù)他們的需要使用。（1）參數(shù)化設(shè)計(jì)相對于產(chǎn)品的話，我們可以把它看作是幾何模型，無論多么復(fù)雜的幾何模型，構(gòu)成要素可以分解為有限數(shù)量的，每一種的特點(diǎn)，完全可以利用有限的參數(shù)的參數(shù)的限制，這是基本的概念。（2）基于特征建模Pro / E -固體系統(tǒng)模型的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員具有智能特征模型的建立基于特征的功能，例如腔，殼、倒角和圓角，你可以自由地畫一個草圖，容易改變的模型。（3）單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫在基層，不像一些傳統(tǒng)的CAD / CAM系統(tǒng)是基于多個數(shù)據(jù)庫。所謂的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目，都是從一個數(shù)據(jù)庫，以每一個產(chǎn)品的用戶在獨(dú)立的模擬和工作，不管它的部門。換句話說，在整個設(shè)計(jì)過程中，發(fā)生了變化的地方，也可以是反應(yīng)之前和之后對整個設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整組合的設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品，在一起。這一優(yōu)勢，使成品更優(yōu)化設(shè)計(jì)，更高質(zhì)量的產(chǎn)品在市場上，更好，更便宜。Pro/Engineer功能如下：（1）特征操作（例如：拉伸、槽、倒角、腔、殼等）；（2）參數(shù)化設(shè)計(jì)（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；（3）通過零件特征值之間，載荷、邊界條件、特征參數(shù)之間的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)；（4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（系列組件， Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。（5）有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動）。5.2三維設(shè)計(jì)與裝配5.2.1零件三維設(shè)計(jì)在Pro/E零件設(shè)計(jì)模塊對各零件進(jìn)行三維建模，主要零件的建模結(jié)果如下：（1）第一關(guān)節(jié)圖5-1 第一關(guān)節(jié)（2）第二關(guān)節(jié)圖5-2 第二關(guān)節(jié)（3）指尖圖5-3 指尖（4）手指底座圖5-4 手指底座（5）絲杠螺母副圖5-5（a）螺母滑塊 圖5-5（b）絲杠（6）支架圖5-6 支架5.2.2虛擬裝配虛擬裝配時采用模塊化裝配模式，即先對手指、手腕進(jìn)行裝配，再把手指與手腕進(jìn)行裝配得到最終的總成。（1）手指裝配圖5-7 手指虛擬裝配（2）手腕裝配圖5-8 手碗虛擬裝配（3）總成裝配圖5-9 總成虛擬裝配5.3仿真分析5.3.1 Pro/E仿真介紹在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程，首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后在產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，通常必須進(jìn)行性能測試的原型，有時這些測試是破壞性的。當(dāng)通過測試發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷，當(dāng)再次修改設(shè)計(jì)，原型，和重新驗(yàn)證。只有通過連續(xù)的循環(huán)”的設(shè)計(jì)-測試-設(shè)計(jì)”的過程的效率可達(dá)到產(chǎn)品的要求。這個過程是漫長的，尤其是對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路不會縮短開發(fā)周期，更不用說在市場上的競爭力。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)高速發(fā)展的今天，Pro/ENGINEER（以下簡稱Pro/ E）提供了一系列有效的解決辦法的Pro / E即運(yùn)動仿真，運(yùn)動仿真技術(shù)是利用Pro/ E建立仿真系統(tǒng)的力學(xué)模型，并在計(jì)算機(jī)上建立的三維模型，整個產(chǎn)品模型，并對該產(chǎn)品的投產(chǎn)后，在不同的情況進(jìn)行仿真，分析和預(yù)測產(chǎn)品的整體性能，而還改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的性能，先進(jìn)的技術(shù)，其目的是為博士的物理機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供了依據(jù)。運(yùn)動仿真技術(shù)是從整個活動的運(yùn)動分析問題和解決問題的角度出發(fā)，解決了傳統(tǒng)工藝相關(guān)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的高新技術(shù)的缺點(diǎn)。工程技術(shù)人員可以直接使用Pro / E系統(tǒng)所提供的信息和不同的組件的物理幾何形狀的測定在模擬運(yùn)動信息，通信和虛擬裝配的內(nèi)部零件之間的關(guān)系，從而獲得機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的虛擬樣機(jī)，仿真系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中的不同的地方，真的，運(yùn)動的，和在不同條件下的模擬運(yùn)動和力仿真，分析不同方案，對整個系統(tǒng)的研究，到持續(xù)改進(jìn)，優(yōu)化物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)方案，然后再做。的重要性在于，甚至從生產(chǎn)工具的物理樣機(jī)的減少，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高市場競。5.3.2仿真過程（1）機(jī)構(gòu)仿真(a)打開裝配圖，點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”命令圖5-10點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”(b)建立伺服電動圖5-11建立電動機(jī) (c)點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”，彈出界面圖5-12機(jī)構(gòu)分析(d)點(diǎn)擊運(yùn)行（2）仿真動畫獲取(a)點(diǎn)擊“回放”-右鍵選擇“播放”圖5-13啟動動畫(b)點(diǎn)擊 “動畫”中“捕獲”命令圖5-35動畫(c)設(shè)置“捕獲”命令參數(shù)設(shè)置“捕獲”中動畫放置目錄、圖像大小等參數(shù)后，點(diǎn)擊“確定”等待計(jì)算機(jī)運(yùn)行捕獲即可得到仿真動畫。圖5-14捕獲總 結(jié)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的一次學(xué)習(xí)是非常罕見的理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過這個巡邏的全向移動小車在變電站設(shè)計(jì)中的理論知識和實(shí)踐結(jié)合我的綜合利用，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識，解決實(shí)際問題的能力，同時也提高了我的文獻(xiàn)搜索指南的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化和其他基于你的能力專業(yè)知識和一般的對手，控制地方，選擇權(quán)的細(xì)節(jié)，和我所有的能力，以獲得工作經(jīng)驗(yàn)，獲得豐富的和意志品質(zhì)的抗壓能力，力量和耐力，也被不同程度的提高。這是我們都希望看到的，正是我們的目標(biāo)，為提高畢業(yè)設(shè)計(jì)，是有限的，但全面的，正是在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最好是讓我的大腦知識武裝起來的，讓我也不可避免的在未來的工作中學(xué)習(xí)的性能更高的應(yīng)變能力，較強(qiáng)的溝通力和理解。按照時間表完成本該畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我知道，專業(yè)知識，專業(yè)發(fā)展以及對未來的信心，但也發(fā)現(xiàn)它的許多缺點(diǎn)和不足，留下一點(diǎn)遺憾，但不幸的是，沒有足夠的和不給我的打擊只會更好地激勵我前進(jìn)的注意，我會在未來更多的新技術(shù)，新設(shè)備，新技術(shù)的出現(xiàn)，力爭盡快掌握這些先進(jìn)的新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。參考文獻(xiàn)1 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第5版）M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.2 鄧星鐘主編.機(jī)電傳動控制M.第三版，華中科技大學(xué)出版社 20123 嚴(yán)霖元主編.機(jī)械制造基礎(chǔ)M.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 20134 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Wood, K. Bigger. The Utah/MIT hand: Works in progress J.International Journal of Robotics Research.1986,4(3):221-250.致 謝本文在接近尾聲的時候，讓我在這四年的學(xué)習(xí)，我的大學(xué)生活提供的支持和鼓勵的親愛的老師和同學(xué)表示深深的感謝。首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師，他在學(xué)習(xí)過程中，我和我的研究提供指導(dǎo)和幫助。老師深厚的理論素養(yǎng)、淵博的知識和誨人不倦的精神，讓我贏了，而且，更重要的是，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和科學(xué)問題的能力和抽象的合成影響我，因?yàn)槲业慕逃?。在我的大學(xué)生活，教師的言行和給我許多無私的關(guān)懷和幫助，所有這些我不僅能成功地完成本文，更是使我一輩子。我還想感謝尊敬的系里的老師，他們是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了許多好的建議和努力的方向，所以我能夠較快地完成設(shè)計(jì)。其次，我還要特別感謝我的母校，給我的學(xué)習(xí)和工作在現(xiàn)代的條件，使我順利完成自主學(xué)習(xí)不同的課程。最后，讓我將這是學(xué)士學(xué)位論文對我的父母，感謝他們的養(yǎng)育的恩典，使我成為對社會有用的，他們的關(guān)心、支持和鼓勵我所有的信仰是力量的源泉。