畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì)

《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì)（49頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計(jì)中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計(jì)輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 06-5 班指導(dǎo)教師： 2006 年 6 月 25 日中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本文通過對(duì)于國內(nèi)外現(xiàn)有的施肥機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r的調(diào)查，建立了作者自己在此方向的構(gòu)想。參考現(xiàn)有的機(jī)械的外觀設(shè)計(jì)，考慮到農(nóng)田的復(fù)雜地形以及野外使用的特殊情況，提出了自己的施肥機(jī)器人方案。此方案采用液體肥料。由于氨水的低成本，高肥效，其具有較一般肥料更高的性價(jià)比，所以此設(shè)計(jì)主要用于施用氨水。本設(shè)計(jì)具有以往普通施肥機(jī)不具有的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，不僅完善了在液體施肥方面的不足，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的高效化

2、、節(jié)約化，而且省人力，更會(huì)使人么體會(huì)到勞動(dòng)的快樂。 “快樂農(nóng)夫”是作者的設(shè)計(jì)宗旨。文中還對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的其他種類的施肥機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，以便讀者可以同時(shí)更廣泛的了解施肥機(jī)器人。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :農(nóng)業(yè)；液體肥料；施肥；輪式；機(jī)器人中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTIn this paper, the author established his own ideas in this direction through the development of the current state of fertilization robot investigations at home

3、and abroad. Reference to the existing mechanical designs, taking into account the complex terrain of farmland and field use of the special circumstances the author made his fertilization program robots. This program uses liquid fertilizer. As the ammonia is low cost and high fertilizer and the ferti

4、lizer has a higher cost than normal, so this design is mainly used for application of ammonia. The design has many advantages than previous ordinary fertilizer. It not only improved the deficiency in the liquid fertilizer, achieve high efficiency of agriculture, conservation of, and save manpower, a

5、nd also will make people appreciate the joy of labor. Happy Farmer is the authors design purpose. The article also introduced other types of fertilizer robot on the domestic and foreign to readers so that they can have a broader understanding of fertilizer robot.Keywords: agriculture; liquid fertili

6、zer; fertilization; wheel; robot中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)I目 錄第第 1 1 章章 前前 言言.1 11.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述 .11.1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義 .11.1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) .21.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r .21.2.1 國外 .21.2.2 國內(nèi) .41.3 現(xiàn)在已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人 .41.3.1 農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)采摘與收獲機(jī)器人 .41.3.2 嫁接機(jī)器人 .51.3.3 移栽機(jī)器人 .51.3.4 施肥機(jī)器人 .51.3.5 農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)機(jī)器人 .61.3.6 擠奶機(jī)器人 .61.3.7 其它作業(yè)機(jī)器人.71.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)

7、 .81.4.1 定位和導(dǎo)航 .81.4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) .91.5 當(dāng)前存在的問題 .101.5.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展局限 .101.5.2 理想農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚待解決的關(guān)鍵問題 .11第第 2 2 章章 輪式液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì)輪式液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì).13132.1 施肥機(jī)器人說明與總體圖 .13中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)II第第 3 3 章章 減速箱的設(shè)計(jì)減速箱的設(shè)計(jì).15153.1 減速箱總體方案設(shè)計(jì) .153.1.1 確定傳動(dòng)方案 .153.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 .153.1.3 機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比及各級(jí)傳動(dòng)比的分配 .173.1.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 .

8、183.2 零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .193.2.1 V 帶的設(shè)計(jì).193.2.2 錐齒輪組一設(shè)計(jì) .223.2.3 錐齒輪組二設(shè)計(jì) .263.2.4 軸的初算 .313.2.5 軸承的選用 .323.3 減速器有關(guān)零件及整體結(jié)構(gòu)圖 .32第第 4 4 章章 方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).34344.1 渦輪蝸桿控制器 .344.2 平行四邊形結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì) .354.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) .36致致 謝謝.3939參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).4040附附 錄錄.4343附錄 A JD173 的主要技術(shù)規(guī)格與參數(shù).43附錄 B 輪式液體肥施肥機(jī)器人模型實(shí)物圖 .44中國石油大學(xué)（華

9、東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1第 1 章 前 言隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的機(jī)械通常存在著這樣或那樣的缺點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，國內(nèi)外都在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究。智能化和自動(dòng)化技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)展，如近幾年出現(xiàn)的耕耘機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、瓜果采摘機(jī)器人、溫室管理機(jī)器人等1，都是現(xiàn)代高科技在農(nóng)業(yè)上綜合運(yùn)用與發(fā)展的結(jié)果。使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,解決勞動(dòng)力的不足改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對(duì)人體的傷害提高作業(yè)質(zhì)量。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式，改善農(nóng)民的生活勞動(dòng)狀態(tài)。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工

10、業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，進(jìn)入21世紀(jì)后，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足的問題將日益凸現(xiàn)2。在日本、美國等發(fā)達(dá)國家,農(nóng)業(yè)人口少隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、多樣化、精確化,勞動(dòng)力不足的矛盾越來越突出,許多作業(yè)項(xiàng)目如蔬菜、水果的挑選與采摘等都是勞動(dòng)密集型工作,再加上農(nóng)時(shí)季節(jié)要求,勞動(dòng)力短缺的問題越來越突出。因此，世界各國對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人非常重視，投入了大量的資金和人力進(jìn)行機(jī)器人的研究開發(fā)。1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述1.1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種集傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2圖像識(shí)別技術(shù)、精密及系統(tǒng)集成技術(shù)等多種前沿科學(xué)技術(shù)于一身的機(jī)器人3。也是融合檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理

11、技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科與綜合。1.1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種以農(nóng)產(chǎn)品為操作對(duì)象、兼有人類部分信息感知和四肢行動(dòng)功能、可重復(fù)編程的柔性自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備4。它能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,解決勞動(dòng)力不足,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，防止農(nóng)藥、化肥等對(duì)人體的傷害。與工業(yè)機(jī)器人相比，農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)5：（1）作業(yè)對(duì)象的嬌嫩性和不確定性（2）作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性（3）作業(yè)動(dòng)作的復(fù)雜性（4）操作對(duì)象和價(jià)格的特殊性1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國外（1）日本日本是研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人最早的國家之一，日本的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也最為成熟。早

12、在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，已研制出多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，如嫁接機(jī)器人、育苗機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、扦插機(jī)器人、施肥機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人和葡萄采摘機(jī)器人等理論與應(yīng)用都居世界前列。（2）美國中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3美國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也非?？?。由于美國自身科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)，領(lǐng)土廣闊，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度很高,其行走式農(nóng)業(yè)機(jī)器人理論技術(shù)發(fā)展得非常成熟6。 （3）西班牙西班牙發(fā)明的采摘柑橘機(jī)器人由一臺(tái)裝有計(jì)算機(jī)的拖拉機(jī)、一套光學(xué)視覺系統(tǒng)和一個(gè)機(jī)械手組成，能夠從桔子的顏色、大小和開關(guān)判斷出是否成熟并決定能不能夠采摘。它每分鐘摘柑桔60個(gè)，是人工采摘的7倍7。另外，采摘柑桔機(jī)器人能

13、夠依靠裝有視頻箱的機(jī)械手對(duì)當(dāng)即采摘下來的柑桔按大小進(jìn)行分類。（4）英國英國西爾索研究所開發(fā)的采蘑菇機(jī)器人裝有錄像機(jī)、紅外線測(cè)距儀和視覺分析軟件，能夠首先確定哪些蘑菇可以采摘以及屬于哪種等級(jí)，然后測(cè)出其高度以便進(jìn)行采摘。它每分鐘能摘蘑菇40個(gè)，比手工快兩倍8。（5）法國法國研制的分揀機(jī)器人能在潮濕骯臟的環(huán)境里工作，把大個(gè)番茄和小粒櫻桃加以區(qū)別，然后分別裝運(yùn)開來。它還可用來分揀不同大小的土豆，并且不會(huì)碰壞它們。（6）丹麥丹麥科學(xué)家研制出一種可用于農(nóng)田除草的機(jī)器人。這不僅可以減少農(nóng)民的辛苦，而且能夠大幅度減少除草劑的使用。這種機(jī)器人有4只輪子，由電池驅(qū)動(dòng)。除草機(jī)器人使用1 臺(tái)照相機(jī)來完成地面掃描，它

14、還攜帶著識(shí)別中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)4軟件，使用15 種不同的參數(shù)來描述雜草的大小和對(duì)稱性等外部特征，最終通過GPS（全球定位系統(tǒng)）來給雜草定位9。1.2.2 國內(nèi)我國目前已開發(fā)出來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有：耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、收割機(jī)器人、采摘機(jī)器人等。我國已研制成功蔬菜嫁接機(jī)器人并成功進(jìn)行了試驗(yàn)性嫁接生產(chǎn)10。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的蔬菜機(jī)器人解決了蔬菜幼苗的柔嫩性、易損性和生長(zhǎng)不一致性等難題，可以對(duì)蔬菜的砧木和穗木進(jìn)行自動(dòng)化嫁接，可廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接。目前，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的科技人員對(duì)機(jī)器人的機(jī)器結(jié)構(gòu)和控制軟件進(jìn)行了改進(jìn)，提高了機(jī)器作業(yè)的可

15、靠性及其操作的方便性11。蔬菜嫁接機(jī)器人的研制成功，為我國發(fā)展溫室栽培的蔬菜瓜果嫁接的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化提供了一種先進(jìn)的作業(yè)設(shè)備。我國還成功地研制出了采摘西紅柿機(jī)器人。它帶有彩色攝像頭，能夠判斷果實(shí)的生熟。東北林業(yè)大學(xué)研制出林木球果采集機(jī)器人。1.3 現(xiàn)在已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人1.3.1 農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)采摘12與收獲機(jī)器人（1）番茄收獲機(jī)器日本N.Condo等人研制的番茄收獲機(jī)器人，機(jī)器人從識(shí)別到采摘完成的速度大約15s/個(gè)，成功率75%左右。（2）林木球果采摘機(jī)器人中國東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人，這種機(jī)器人中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)5采摘效率是500kg/天，是人的3050倍。

16、而且采摘時(shí)對(duì)母樹的破壞較小，采凈率高。（3）茄子采摘機(jī)器人日本國立蔬菜和茶葉研究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人。該機(jī)器人系統(tǒng)采摘成功率為62.5，工作速度為64.1s/個(gè)。1.3.2 嫁接機(jī)器人嫁接栽培是克服瓜菜連茬病害和低溫障礙的有效途徑，抗病、增產(chǎn)效果顯著，被廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜、茄子、西紅柿栽培。嫁接機(jī)器人可大幅提高嫁接速度，明顯降低勞動(dòng)強(qiáng)度,并提高嫁接成活率。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)率先研制成功自動(dòng)插接法、自動(dòng)旋切貼合法嫁接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蔬菜幼苗嫁接的精確定位、快速抓取、良好切削。操作者只需把砧木和穗木放到相應(yīng)供苗臺(tái)上,機(jī)器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合等嫁接過程的自動(dòng)化作業(yè),嫁接速

17、度600棵/h，成功率95%以上,促進(jìn)了果蔬生產(chǎn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化13。1.3.3 移栽機(jī)器人機(jī)器人可提高移栽操作質(zhì)量和工作效率。臺(tái)灣K.C.Ting和Y.Yang等人研制的移栽機(jī)器人，把幼苗從600穴的育苗盤中移植到48穴的苗盤中。機(jī)器人本體部分由4個(gè)自由度執(zhí)行結(jié)構(gòu)和夾持器組成，位于頂部的視覺傳感器確定苗盤尺寸和苗的位置,力覺傳感器保證夾持器夾住而不損傷蔬菜苗。在苗盤相鄰的情況下，單個(gè)苗移栽的時(shí)間在2.63.25s之內(nèi)。1.3.4 施肥機(jī)器人中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)6日本開發(fā)的能在水田中自動(dòng)行走，進(jìn)行深層作業(yè)的水稻施肥機(jī)器人。其行走部分是能在狹窄的稻秧間行走的窄型橡皮車輪，四個(gè)輪子均可橫

18、向轉(zhuǎn)動(dòng)90度。施肥裝置是把糊狀肥料經(jīng)過肥料泵加壓、由噴嘴向土中施肥，噴嘴兩個(gè)一組共有四組，利用噴嘴柄把噴嘴插入土中15cm，進(jìn)行點(diǎn)注深層施肥。機(jī)器人能沿著水稻壟自動(dòng)行走，能自動(dòng)保持作業(yè)部分的深度，自動(dòng)控制施肥量，機(jī)器人工作時(shí)無人操縱。通過前方傳感器自動(dòng)檢測(cè)地頭的土埂，在設(shè)定的土坯處自動(dòng)停止，轉(zhuǎn)動(dòng)90度，再橫向移動(dòng)8條稻壟，再轉(zhuǎn)動(dòng)90度，繼續(xù)向相反方向進(jìn)行作業(yè)。美國明尼蘇達(dá)州一家農(nóng)業(yè)機(jī)械公司的研究人員推出的施肥機(jī)器人別具一格，它會(huì)從不同土壤的實(shí)際情況出發(fā)，適量施肥，它的準(zhǔn)確計(jì)算合理的減少了施肥的總量，降低了農(nóng)業(yè)成本。由于施肥科學(xué)，使地下水質(zhì)得到改善。1.3.5 農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)機(jī)器人機(jī)器人可完成農(nóng)產(chǎn)品

19、的分級(jí),大幅提高分選的均一性,降低產(chǎn)品破損率，提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,改善勞動(dòng)條件。英國研制的分揀機(jī)器人,采用光電圖像識(shí)別和提升分揀機(jī)械組合裝置，把大的西紅柿和小的櫻桃加以區(qū)別, 然后分揀裝運(yùn)。也能把土豆進(jìn)行分類，且不擦傷外皮。美國每年有50%以上的蘋果經(jīng)過該設(shè)備處理。1.3.6 擠奶機(jī)器人1992年荷蘭開發(fā)了擠奶機(jī)器人。根據(jù)計(jì)算機(jī)管理的乳頭位置信息,用超聲波檢測(cè)器自動(dòng)找到牛的乳頭位置,用計(jì)數(shù)型機(jī)械手進(jìn)行奶頭清洗和擠奶等作業(yè)。2004年12月2日,中國第1個(gè)擠奶機(jī)器人被安置在蒙牛澳亞示范牧場(chǎng)。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)7牧場(chǎng)擠奶示范區(qū)展示著機(jī)器人式、轉(zhuǎn)盤式等現(xiàn)代化擠奶平臺(tái),其中轉(zhuǎn)盤式平

20、臺(tái)1次可同時(shí)為60頭奶牛擠奶,是目前我國最大的擠奶機(jī)14。1.3.7其它作業(yè)機(jī)器人(1) 剪羊毛機(jī)器人澳大利亞研制了剪羊毛機(jī)器人。首先將羊固定在可作3個(gè)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的平臺(tái)上,然后將有關(guān)羊的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，據(jù)此算出剪刀在剪羊毛時(shí)的最佳運(yùn)動(dòng)軌跡，然后用液壓傳動(dòng)式剪刀剪下羊毛。機(jī)器人要比熟練的剪毛工剪得快。(2) 葡萄樹修剪機(jī)器人1991年英國研制了葡萄樹修剪機(jī)器人。根據(jù)電腦模型法則，利用攝像機(jī)檢測(cè)樹枝，用帶剪刀機(jī)械手修剪。(3) 變量噴灑機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)揮信息采集和處理方面的優(yōu)勢(shì)，通過準(zhǔn)確測(cè)定溫室內(nèi)植物的需水量，進(jìn)行精確定點(diǎn)的灌溉控制，通過檢測(cè)土壤狀況控制施肥的數(shù)量，降低成本。機(jī)器人用于噴灑農(nóng)藥，可

21、避免人體接觸農(nóng)藥,提高噴灑農(nóng)藥的準(zhǔn)確性，減少農(nóng)藥用量和降低污染。(4) 田間作業(yè)機(jī)器人15用于野外作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人可在平整土地等方面發(fā)揮作用。如機(jī)器人運(yùn)用激光技術(shù)平整土地，在地畦邊上安裝信號(hào)機(jī)，履帶機(jī)器人接受激光后便自動(dòng)調(diào)節(jié)高低平整土地。用激光控制的機(jī)器人，可選擇最佳運(yùn)行路線，減少生產(chǎn)成本。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)8(5) 自行走耕作機(jī)器人16自行走耕作機(jī)器人是在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上加上一些方位傳感器、嵌入式智能系統(tǒng)等，可在耕作場(chǎng)內(nèi)辨別自身位置推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無人駕駛，配上各種農(nóng)具，能進(jìn)行各種田間作業(yè)。隨著GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航，精確定位行駛成為可能。自行走耕作機(jī)器

22、人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人中技術(shù)比較成熟的一種，已達(dá)到實(shí)用性階段。1.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)1.4.1 定位和導(dǎo)航17移動(dòng)機(jī)器人定位是其導(dǎo)航控制中的一個(gè)重要問題。目前，定位方法主要有：1)利用內(nèi)傳感器進(jìn)行定位；2)信標(biāo)定位；3)基于環(huán)境模型的方法；4)基于多傳感器融合信息的定位。（1）電磁導(dǎo)航該方法是讓低頻電流流過埋設(shè)在路徑下的電纜，然后用安裝在機(jī)器人上的線圈檢測(cè)電纜周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并根據(jù)該信息控制方向，以實(shí)現(xiàn)沿規(guī)定路徑的導(dǎo)航控制。（2）超聲波導(dǎo)航使用主動(dòng)超聲作為信標(biāo)，移動(dòng)機(jī)器人車身上裝有超聲接收器，測(cè)得移動(dòng)機(jī)器人和信標(biāo)的距離和方位從而估計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的位姿。另外也可將超聲發(fā)射和接收做為一體。（3）激光導(dǎo)航

23、一種方案是用一個(gè)指向標(biāo)發(fā)出旋轉(zhuǎn)掃描激光光束，再利用機(jī)器人上的中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)9若干個(gè)傳感器來檢測(cè)，從而求出指向標(biāo)的方向和到指向標(biāo)的距離。（4）視覺導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人利用視覺傳感器獲取的信息進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)智能行駛是一種大有潛力的技術(shù)，是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。1.4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)農(nóng)業(yè)移動(dòng)機(jī)器人大體分為兩類:一是在大面積農(nóng)田作業(yè)的室外型，一類是在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類,絕大多數(shù)都需要移動(dòng)作業(yè)。移動(dòng)機(jī)器人按照行走機(jī)構(gòu)可分為車輪式、履帶式、輪-履帶式和人形結(jié)構(gòu)4種18。（1）輪式行走機(jī)構(gòu)車輪式行走機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單,應(yīng)用也最為廣泛。常見的機(jī)構(gòu)有四輪或三輪式機(jī)器

24、人。根據(jù)移動(dòng)特性可以分為非全方位和全方位移動(dòng)機(jī)器人兩種。（2）履帶式行走機(jī)構(gòu)除輪式結(jié)構(gòu)以外,履帶式行走機(jī)構(gòu)近來也多有研究，特別是在軍用方面，由于小型履帶式移動(dòng)機(jī)器人在軍事偵察、作戰(zhàn)、反恐、掃雷排險(xiǎn)、防范核化污染等危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下以及物料搬運(yùn)中具有廣闊的應(yīng)用前景,因而受到世界各國的高度重視19。（3）輪-履帶式行走機(jī)構(gòu)鑒于輪式和履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)器人移動(dòng)方式還有一種輪-履帶式行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)在兼顧了前兩者的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還開發(fā)出了擺臂的新功能,已逐漸成為現(xiàn)代地面移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨向20。機(jī)器人的車體中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)10由車身、車輪、擺臂、履帶、小輪、壓緊輪構(gòu)成，也有的車體

25、采用四履帶形式的。（4）步行機(jī)構(gòu)雙足步行機(jī)器人研究是一個(gè)很誘人的研究課題,而且難度很大。因?yàn)槿诵涡凶邫C(jī)構(gòu)在靜態(tài)時(shí)是平衡的,但在步行時(shí),整個(gè)質(zhì)心會(huì)發(fā)生偏移而產(chǎn)生動(dòng)不平衡。如果不能維持動(dòng)態(tài)不平衡,機(jī)器人會(huì)傾倒。但是，隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)步,人形機(jī)器人將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。1.5 當(dāng)前存在的問題1.5.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展局限農(nóng)業(yè)機(jī)器人雖已有重大發(fā)展，但是由于在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的歷史還比較短，從20世紀(jì)90年代開始，機(jī)器人才開始在一些發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，所以仍有不少瓶頸問題等待突破。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作特點(diǎn)是作業(yè)、移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，其行走不是連接出發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)的最短距離，而是具有狹窄的范圍、較長(zhǎng)的距離且遍及整

26、個(gè)田間表面。農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要知道自身相對(duì)于外部世界的位置和周圍環(huán)境。因此，定位導(dǎo)航是農(nóng)業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)，也一直是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。定位是確定機(jī)器人在其作業(yè)環(huán)境中所處位置的過程。更具體地說是利用先驗(yàn)環(huán)境地圖信息、機(jī)器人位姿的當(dāng)前估計(jì)以及傳感器的觀測(cè)值等輸入信息，經(jīng)過一定的處理和變換，產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)器人目前位姿的估計(jì)。就目前的研究狀況來說，農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以代替人類完成某些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，但研究多處于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)階段，無法達(dá)到實(shí)用普及的程度。其有兩個(gè)原因：一是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11程度沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有相當(dāng)?shù)闹悄芎腿嵝?/p>

27、生產(chǎn)的能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境。從目前的技術(shù)水平來看，在自動(dòng)導(dǎo)航、視覺辨識(shí)定位等方面已經(jīng)具有成熟的解決方案。但總的來講，目前智能系統(tǒng)的發(fā)展還不夠完善，很多任務(wù)無法由農(nóng)業(yè)機(jī)器人單獨(dú)完成。二是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本過高。機(jī)器人智能水平的提高一般都要增加計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟硬件的復(fù)雜度，這就必然使其成本提高。所以，即使是農(nóng)業(yè)機(jī)器人具備了相當(dāng)?shù)闹悄?，能夠完成某種任務(wù)，但是由于其開發(fā)難度極大，制造成本過高，仍然難以實(shí)際應(yīng)用。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本問題成為制約其進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。1.5.2 理想農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚待解決的關(guān)鍵問題（1）適應(yīng)性問題由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有種類的多樣性，作業(yè)條件的多變性，迫切要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有開放

28、性的智能和柔性生產(chǎn)的能力，以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，現(xiàn)在開發(fā)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人很多是用于特定生產(chǎn)環(huán)境的，具有很大的局限性，適應(yīng)性問題還有待進(jìn)一步提高。（2）高可靠性和易操作性農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用者是農(nóng)民，不是具有農(nóng)業(yè)機(jī)械知識(shí)的工程師，因此要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有高可靠性和良好的操作性，這就需要在農(nóng)業(yè)機(jī)器人中廣泛地引入人工智能技術(shù)，提高其生產(chǎn)自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性，減少人工的操作。（3）價(jià)格問題中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)用很多高新技術(shù)，開發(fā)和生產(chǎn)成本較高。因此價(jià)格較高，而且我國農(nóng)業(yè)以個(gè)體經(jīng)營(yíng)為主，農(nóng)民購買力有限，普及困難。需要在降低農(nóng)業(yè)機(jī)器人成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的規(guī)?；＃?）兼容性問題不同廠家生產(chǎn)

29、的機(jī)器人系統(tǒng)互不兼容，與計(jì)算機(jī)的接口方式也不盡相同，難以進(jìn)行升級(jí)和維修。因此需要制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)規(guī)范，提高農(nóng)業(yè)機(jī)器人的兼容性。我國目前還處于農(nóng)業(yè)機(jī)械化的初級(jí)階段，發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人要從我國實(shí)際情況出發(fā)，目前要緊跟國際農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的步伐進(jìn)行一些基礎(chǔ)性研究，設(shè)計(jì)制造一些適應(yīng)我國國情的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，并初步應(yīng)用于一些形成規(guī)模的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物種植中。雖然現(xiàn)階段在我國大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人是不現(xiàn)實(shí)的，但是，隨著科技水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)規(guī)?；牟粩喟l(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人這一現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)工具，將逐漸在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)13第 2 章 輪式液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì)2.

30、1 施肥機(jī)器人說明與總體圖施肥機(jī)器人的前視圖、俯視圖、軸測(cè)圖分別如圖 2-1,2-2,2-3 所示，從圖上我們可以看出，施肥機(jī)器人主要由五大部分組成,分別是動(dòng)力源部分、減速差速器部分、方向控制部分、儲(chǔ)料箱部分、施肥控制部分。動(dòng)力源部分主要是為機(jī)構(gòu)的運(yùn)行提供足夠的動(dòng)力，其包括柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電，這樣一來可以保證機(jī)構(gòu)有源源不斷的電能來源。減速差速器部分包括減速箱、差速器、離合器，這三者可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的啟?？刂婆c動(dòng)力的分配，其中位于大帶輪上的離合器采用電磁離合器，這樣一來更有利于電控。方向控制部分，只要有一對(duì)蝸輪蝸桿和電動(dòng)機(jī)組成。儲(chǔ)料箱的儲(chǔ)量大約是 0.1。施肥控制部分采用手動(dòng)開關(guān)

31、控制，3m這樣可以是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)也不會(huì)增加太多的勞動(dòng)量，而且結(jié)構(gòu)可靠。圖 2-1 施肥機(jī)器人前視圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)14圖 2-2 施肥機(jī)器人俯視圖圖 2-3 施肥機(jī)器人軸測(cè)圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)15第 3 章 減速箱的設(shè)計(jì)3.1 減速箱總體方案設(shè)計(jì)3.1.1 確定傳動(dòng)方案 帶差速器的圓錐齒輪減速器總體布置如圖 3-1 所示。圖 3-1 帶差速器的圓錐齒輪減速器示意圖3.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇一般農(nóng)業(yè)機(jī)械中多以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是已經(jīng)系列化的定型產(chǎn)品，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)中作載荷的大小以及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、啟動(dòng)特性、運(yùn)載情況、工作環(huán)境、安裝要求、空間尺寸

32、、經(jīng)濟(jì)性等要求從產(chǎn)品目錄中選擇柴油機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號(hào)。（1）柴油機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇如無特殊要求，一般選用小馬力柴油機(jī)。小馬力柴油機(jī)一般屬于一般用途的全封閉式自冷式柴油機(jī)，具有高效、節(jié)能、噪音小、振動(dòng)小、運(yùn)行中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)16可靠安全的特點(diǎn)，適宜于無特殊要求的各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選用。柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)防護(hù)要求選擇，同一類型的柴油機(jī)又有幾種安裝形式，可根據(jù)不同的安裝要求選擇。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)容量的確定 柴油機(jī)輸出功率的確定.1 當(dāng)已知工作及的阻力為 F（N）或轉(zhuǎn)矩為 T（N.m） 、圓周速度為v(m/s)或轉(zhuǎn)速為 n(r/min

33、)時(shí)，柴油機(jī)的輸出功率為：=dPawPaaTnFVww95501000式中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率；dP工作機(jī)所需功率，kW；wP傳動(dòng)裝置效率；a工作機(jī)效率。w于前輪，當(dāng)已知前輪的直徑 D（mm）,輪子的轉(zhuǎn)速為 n（r/min)時(shí)，輪子的圓周速度為：100060Dn當(dāng) D=500mm，時(shí)，得 n=2.546r/min。sm/2選擇柴油機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足下列條件：dcdkPP柴油機(jī)的額定功率（指在長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下所能發(fā)出的功cdP中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)17率） ，單位 kW；過載系數(shù)（是工作機(jī)構(gòu)可能的過載情況而定，一般可?。﹌1.5-1 . 1k。 傳動(dòng)裝置總效率的確定222a圓柱齒輪 8 級(jí)

34、 ，7.903圓錐齒輪 8 級(jí) 7.903離合器 ，5.901工作機(jī)（輪子） ，.900wV 帶 ，5.904軸承（滾珠） 。9.902（3）發(fā)動(dòng)機(jī)的選用確定如下：kWFPafd3.3310002w式中 ；.900w，；5.9019.9027.9035.904；0.80433321a。N1200)4002001000400400(5 . 0fF所以 kWkPPdcd0.043.33.21選用柴油機(jī)（江淮動(dòng)力，JD173，4.04kW）3.1.3 機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比及各級(jí)傳動(dòng)比的分配（1）總傳動(dòng)比的計(jì)算中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1864.1960546. 21500wmnni所以，總傳動(dòng)比64

35、.19i（2）傳動(dòng)比的分配23. 22 . 244.619321iii3.1.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算（1）功率由于地況復(fù)雜，以下按最大功率計(jì)算。圖 2-1 中減速器的各軸功率分別為： 高速軸功率 kWPP1.634.045.909.905.904211中間軸功率 kWPP47. 361. 37.909.901322低速軸功率 kWPP23. 37.9099. 0222323（2） 轉(zhuǎn)速高速軸的轉(zhuǎn)速 min/0 .7504300011rinnm中間軸的轉(zhuǎn)速 min/9 .3402 . 20 .75022rinnm低速軸的轉(zhuǎn)速 min/9 .15223. 29 .34033rinnm（3

36、） 各個(gè)軸的扭矩高速軸的扭矩 mNnPT0 .4675061. 395509550111中間軸的扭矩 mNnPT2 .979 .34047. 395509550222中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)19低速軸的扭矩 mNnPT7 .2019 .15223. 395509550333動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?3-1 所示。表 3-1 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目功率 P(kW)轉(zhuǎn)速 n(r/min)軸的扭矩 T()mN 高速軸3.61750.046.0中間軸3.47340.997.2低速軸3.23152.9201.7傳動(dòng)比19.64分配23. 22 . 24321iii3.2 零件的設(shè)計(jì)計(jì)算223.2.

37、1 V 帶的設(shè)計(jì)V 帶傳動(dòng)部分傳動(dòng)比為 i=4工作情況系數(shù) 由表 11.5 2 . 1AK計(jì)算功率 kWPKPAc85. 404. 42 . 1帶的型號(hào) 查圖 11.16 選 SPZ 型 小輪直徑 查表 11.6 取mmD631大輪直徑 1012)1 (nnDD mm48.249750300063)01. 01 (（設(shè)） 取 01. 0mmD2502大輪轉(zhuǎn)速 min/44.748250300063)01. 01 ()1 (2011rDnDn中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)20mmDDDm5 .156225063221 93.5263250212mmDD初選 mma350則 aaDLm22mm6

38、 .12163505 .9335025 .1562查表 11.12 取mmL1250求中心距與包角中心距 228)(414mmDLDLa 225 .938)5 .1561250(4145 .1561250mm367包角 o12o3 .57180aDD ooo1208 .1503 .5736763250180傳動(dòng)比 008. 444.748300010nni帶根數(shù) 表 11.9 50. 10P 表 11.7 92. 0K 表 11.11 48. 00P 表 11.12 94. 0LK中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)21 LcKKPPPZ)(00 選用 3 根。83. 294. 092. 0)48

39、. 050. 1 (85. 4求軸上載荷 20)5 . 2(500qKKZPFc NZ1 .14790. 907. 0)92. 092. 05 . 2(90. 985. 45002軸上載荷 2sin20ZFFQ N1 .85428 .150sin1 .14732帶輪結(jié)構(gòu) HT 200 制造mmD631mmD2502sm/30由計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)的帶輪如圖 3-1，3-2 所示圖 3-1 大帶輪中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)22圖 3-2 小帶輪3.2.2 錐齒輪組一設(shè)計(jì)齒輪組一的設(shè)計(jì)采用直齒錐齒輪，i2.2，如圖 3-3 所示。小齒輪材料 40Cr，調(diào)制處理硬度 241286HB，取平均值 260

40、HB。大齒輪材料 40SiMn，調(diào)制處理硬度 217255HB，取平均值 230HB。圖 3-3 錐齒輪組一（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)和精度等級(jí) 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)23取 ,201Z44202 . 212 iZZ估計(jì)計(jì)算，查表 12.6，選擇 8 級(jí)精度。sm/6 . 2使用系數(shù) 由表 12.8 0 . 1AK動(dòng)載系數(shù) 由圖 12.9 16. 1VK齒間載荷分配系數(shù)，由表 12.10，估計(jì) HKmmNbFKA/100 91. 012 . 22 . 21cos221uu41. 012 . 2111cos222u 0 .2291. 020cos111ZZV3 .10641. 04

41、4cos222ZZV cos)11(2 . 388. 1 21VVavZZ70. 10cos)3 .10610 .221(2 . 388. 1 o 87. 0370. 1434avZ 32. 187. 01122ZKH齒向載荷分配系數(shù)，由表 12.20 及注釋取 =1.65 KK載荷系數(shù) ， K53. 265. 132. 116. 10 . 1KKKKKHVA中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)24轉(zhuǎn)矩 ， 1TmmNnPT4600044.74861. 31055. 91055. 961161彈性系數(shù)， 由表 12.12 EZMPaZE9 .189節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 由圖 12.16 HZ5 . 2H

42、Z接觸最小安全系數(shù)，由表 12.14 minHS05. 1minHS接觸壽命系數(shù)， 由圖 12.18 NZ0 . 11NZ.012NZ認(rèn)為是載荷平穩(wěn)，可長(zhǎng)期使用，不考慮使用壽命因素。材料極限接觸應(yīng)力 由圖 12.17c MPaH7101lim MPaH6802lim許用接觸應(yīng)力 MPaSZHNHH67605. 10 . 1710min11lim1 MPaSZHNHH64805. 10 . 1680min22lim2小輪大端分度圓直徑,取1d3.0R 32211)()5.01(7.4HHERRZZZuKTdmm5 .776487.80.52.81892 . 2).305 . 01 (.30000

43、4653. 27 . 4322）（驗(yàn)算圓周速度及 ， bFKA中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)25 11)5 . 01 (ddRmmm.965.577)3 . 05 . 01 ( smndmm/8.52100060750.96510006011與估計(jì)值接近。NdTFmt1396.965460002211 12111cos12sin2ddbRRmm0 .2891. 012.5773 . 02mmNbFKA/1008 .490 .2813960 . 1與原估計(jì)相符。確定主要傳動(dòng)尺寸大端模數(shù) m ，由表 12.3，取 m=4mmmmZdm88. 320.57711實(shí)際大圓分度圓直徑 d mmmZd8

44、020411 mmmZd17644422錐距 R mmZZmR7 .964420242222221齒寬 b mmRbR0 .297 .963 . 0(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù) 由圖 12.30 FaY83. 21FaY中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)26 42. 22FaY應(yīng)力修正系數(shù) SaY 由圖 12.31 2.611SaY8.712SaY重合度系數(shù) 69. 070. 175. 025. 075. 025. 0avY齒間載荷分配系數(shù) 由表 12.10 FKmmNbFKA/1000 .4745. 169. 011YKF載荷系數(shù) ， K78. 265. 145. 116. 10 . 1

45、KKKKKFVA彎曲最小安全系數(shù)， 由表 12.14 minFS25. 1minHS彎曲壽命系數(shù)， 由圖 12.18 NY.0121NNYY尺寸系數(shù) 由圖 12.25 xY0 . 1xY材料極限彎曲應(yīng)力 MPaF6001lim MPaF5702lim許用彎曲應(yīng)力 MPaSYYFxNFF48025. 10 . 10 . 1600min11lim1 MPaSYYFxNFF45625. 10 . 10 . 1570min22lim2驗(yàn)算 （式 12.40）1)5 . 01 (.74232121111umZYYYKTRRSaFaF8 .14112 . 2420)3 . 05 . 01 (3 . 069

46、. 062. 183. 24600078. 2.7412322FMPa中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)27 112212SaFaSaFaFFYYYY2 .13362. 183. 278. 142. 28 .1412FMPa驗(yàn)算合格。3.2.3 錐齒輪組二設(shè)計(jì)齒輪組二的設(shè)計(jì)采用直齒錐齒輪，2.23，如圖 3-4 所示。小齒輪材料 40Cr，調(diào)制處理硬度 241286HB，取平均值 260HB。大齒輪材料 40SiMn，調(diào)制處理硬度 217255HB，取平均值 230HB。圖 3-4 錐齒輪組二（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)和精度等級(jí)取 ,221Z中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)28.492223

47、. 212 iZZ估計(jì)計(jì)算，查表 12.6，選擇 8 級(jí)精度sm/.41使用系數(shù) 由表 12.8 0 . 1AK動(dòng)載系數(shù) 由圖 12.9 10. 1VK齒間載荷分配系數(shù) ，由表 12.10 估計(jì) HKmmNbFKA/100 91. 0123. 223. 21cos221uu41. 012 . 2111cos222u .12491. 022cos111ZZV4 .11841. 049cos222ZZV cos)11(2 . 388. 1 21VVavZZ72. 10cos).41181.1241(2 . 388. 1 o 87. 0372. 1434avZ 32. 187. 01122ZKH齒向

48、載荷分配系數(shù)，由表 12.20 及注釋 取 =1.65KK載荷系數(shù) ， K0.4265. 132. 110. 10 . 1KKKKKHVA中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)29轉(zhuǎn)矩 ， 1TmmNnPT97409.934047. 31055. 91055. 962261彈性系數(shù)， 由表 12.12 EZMPaZE9 .189節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 由圖 12.16 HZ5 . 2HZ接觸最小安全系數(shù)，由表 12.14 minHS05. 1minHS接觸壽命系數(shù)， 由圖 12.18 NZ.0121NNZZ認(rèn)為是載荷平穩(wěn)，可長(zhǎng)期使用，不考慮使用壽命因素。材料極限接觸應(yīng)力 MPaH7101lim MPaH68

49、02lim許用接觸應(yīng)力 MPaSZHNHH67605. 10 . 1710min11lim1 MPaSZHNHH64805. 10 . 1680min22lim2小輪大端分度圓直徑，取1d3.0R 32211)()5.01(7.4HHERRZZZuKTdmm87.36487.80.52.818923. 2).305 . 01 (.30974090.427 . 4232）（驗(yàn)算圓周速度及bFKAmmddRm.274.387)3 . 05 . 01 ()5 . 01 (11 smndmm/2.31100060.9340.27410006021與估計(jì)值相近。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)30NdT

50、Fmt2626.274974092211mmddbRR.63191. 012.3873 . 0cos12sin2212111mmNbFKA/100.183.63126260 . 1與原估計(jì)相符。確定主要傳動(dòng)尺寸大端模數(shù) m ，由表 12.3，取 m=4mmmmZdm97. 322.38711實(shí)際大圓分度圓直徑 d mmmZd8822411 mmmZd19649422錐距 R mmZZmR4 .1074922242222221齒寬 b mmRbR2 .324 .1073 . 0(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù) 由圖 12.30 FaY75. 21FaY 22. 22FaY應(yīng)力修正系數(shù) SaY

51、由圖 12.31 3.611SaY96. 12SaY重合度系數(shù) 69. 072. 175. 025. 075. 025. 0avY中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)31齒間載荷分配系數(shù) 由表 12.10 FKmmNbFKA/1001 .8345. 169. 011YKF載荷系數(shù) ， K63. 265. 145. 110. 10 . 1KKKKKFVA彎曲最小安全系數(shù)，由表 12.14 minFS25. 1minHS彎曲壽命系數(shù)， 由圖 12.18 NY.0121NNYY尺寸系數(shù) 由圖 12.25 xY0 . 1xY材料極限彎曲應(yīng)力 MPaF6001lim MPaF5702lim許用彎曲應(yīng)力 MP

52、aSYYFxNFF48025. 10 . 10 . 1600min11lim1 MPaSYYFxNFF45625. 10 . 10 . 1570min22lim2驗(yàn)算 1)5 . 01 (.74232121111umZYYYKTRRSaFaF.0227123. 2422)3 . 05 . 01 (3 . 069. 063. 175. 29740963. 2.7412322FMPa112212SaFaSaFaFFYYYY.322063. 175. 296. 122. 2.02272FMPa驗(yàn)算合格。3.2.4 軸的初算中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)32軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在初步估算出一段軸徑的基礎(chǔ)上

53、進(jìn)行。初算軸徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算:（1）mmnPcd9 .1844.74861. 311233111 mmdd8 .19%)51 (9 .18%5111（2）mmnPcd2 .249 .34047. 311233222 mmdd5 .25%)51 (2 .24%5122（3）mmnPcd9 .309 .15223. 311233333 mmdd5 .32%)51 (9 .30%5133式中 P軸所傳遞的功率，kW； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； C由材料和承載情況確定的系數(shù)。3.2.5 軸承的選用根據(jù)軸的初算結(jié)果，選用軸承的型號(hào)如表 2-2 所示。表 2-2 軸承的選用型號(hào)型號(hào)Cr/kwCor/kw

54、D/mmd/mmB/mmNo/r/min620514.07.8852251513000620619.511.36230169500620829.518.180401880003.3 減速器有關(guān)零件及整體結(jié)構(gòu)圖為了更為清楚的表達(dá)視圖情況，把減速器的整體圖在下面進(jìn)行表示。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)33圖 3-5 減速器外觀圖圖 3-6 減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)34第 4 章 方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿控制，通過蝸輪蝸桿控制其中一個(gè)后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)另一個(gè)后輪的隨動(dòng)，這樣在控制一個(gè)后輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一個(gè)后輪也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于采用平行四邊

55、形機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，且基本可以滿足工作需求，節(jié)省了成本，提高了效率。4.1 渦輪蝸桿控制器如圖 4-1 所示，蝸輪蝸桿采用右旋，當(dāng)電機(jī)通電正轉(zhuǎn)（順時(shí)針）時(shí)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪使蝸輪反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針） ，而與蝸輪垂直安裝的一個(gè)后輪則會(huì)在扭矩的作用下向左擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了車體的右拐彎；當(dāng)電機(jī)通電反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針）時(shí)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪使蝸輪正轉(zhuǎn)（順時(shí)針） ，而與蝸輪垂直安裝的一個(gè)后輪則會(huì)在扭矩的作用下向右擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了車體的左拐彎。圖 4-1 渦輪蝸桿控制器結(jié)構(gòu)圖 這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)方向的電機(jī)控制，我們?cè)偻ㄟ^遙控器控制電機(jī)即可中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)35以實(shí)現(xiàn)對(duì)于方向的控制，這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)的脫離，為實(shí)現(xiàn)車體的控制

56、奠定了基礎(chǔ)。4.2 平行四邊形結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)考慮到適應(yīng)性與成本問題，平行四邊形的結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，如圖 4-2 所示。圖 4-2 平行四邊形機(jī)構(gòu)圖在設(shè)計(jì)平行四邊形機(jī)構(gòu)時(shí)，考慮到對(duì)于不同地壟寬度的適應(yīng)性，在聯(lián)動(dòng)桿上設(shè)置了三個(gè)間距，當(dāng)?shù)貕艑挾炔煌瑫r(shí)，可以做出適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，以便使得輪子的邊緣正好坐落于地壟之間的溝槽內(nèi)，這樣有利于機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證工作的效率以及可靠性。方向控制系統(tǒng)總圖如圖 4-3 所示。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)36圖 4-3 方向控制器總圖在實(shí)際工作過程中，可能還會(huì)遇到各種突發(fā)情況，如控制器的靈活性，適應(yīng)性，可靠性問題，這些問題的解決需要一套完整的機(jī)構(gòu)有效的工作

57、，才能順利的完成，所以此機(jī)構(gòu)是在考慮各方面的綜合因素后給出的方案。4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)此部分通過設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)單的輪式液體肥施肥機(jī)器人模型來說明控制與驅(qū)動(dòng)電路部分的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以下數(shù)據(jù)均為模型數(shù)據(jù)。遙控以及接收器是選自遙控小車的控制電路，無線遙控頻率 40Hz，最大有效遙控距離50m，其他部分自己設(shè)計(jì)。遙控控制電路圖如圖 4-4 所示。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)37圖 4-4 電機(jī)遙控控制與驅(qū)動(dòng)電路圖采用電機(jī)型號(hào)分別為，驅(qū)動(dòng)電機(jī) 45r/min,扭矩 15kg.cm?？刂齐姍C(jī)40r/min，扭矩 9kg.cm。繼電器采用最大電壓 24V。轉(zhuǎn)向控制的實(shí)現(xiàn)主要依靠置于后輪的控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)

58、，電機(jī)是上下放置的。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)38第 5 章 結(jié) 論通過本次設(shè)計(jì)工作得出以下結(jié)論：1.通過對(duì)于農(nóng)業(yè)實(shí)際問題的調(diào)查，提出在此方面的自己的看法，然后再以此為基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 2.聯(lián)系學(xué)過的渦輪蝸桿的有關(guān)特性，進(jìn)行方向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選用此機(jī)構(gòu)不但可以實(shí)現(xiàn)自鎖，而且有較大的傳動(dòng)比。 3.平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在實(shí)現(xiàn)小的方向角度上轉(zhuǎn)彎時(shí)，速度快，靈活性好，而且可以滿足要求，成本低，綜合性價(jià)比高。4.前后輪都采用可軸向移動(dòng)式的設(shè)計(jì)，但地壟寬度不一樣時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)輪子之間的距離來實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同地壟寬度的適應(yīng)，適應(yīng)性好。5.減速器設(shè)計(jì)上按照傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)，采用兩級(jí)錐齒輪傳動(dòng)，減速器

59、內(nèi)置了差速器，使整體結(jié)構(gòu)緊湊，效率更高。6.機(jī)構(gòu)采用 JD173 型號(hào)的柴油機(jī)作為動(dòng)力源，同時(shí)柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，給后輪的電動(dòng)機(jī)提供電能，這樣一來，有效地解決了供能問題，可以在田地里長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)39致 謝畢業(yè)論文馬上收尾，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我在機(jī)械設(shè)計(jì)以及電路控制方面有了跨越式的進(jìn)步。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。在此過程中，既得到了同學(xué)們的無私幫助，更得到了齊明俠和沈蓉老師的大力支持，非常感謝兩位老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她們給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫

60、助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，他們放棄了自己的休息時(shí)間，他們的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他們表示我誠摯的謝意。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)。正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄?，我才有了追求進(jìn)步的勇氣和信心。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)40參考文獻(xiàn) 1 戴乃昌.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用初探J農(nóng)機(jī)化研究,2009（2）: 241-243.2 閆樹兵,姬長(zhǎng)英. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)

61、輸車,2007,24（5）:13-15.3 崔勇.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究與應(yīng)用淺探J.南方農(nóng)機(jī),2008(1):33-37.4 張鐵中,魏劍濤.蔬菜嫁接機(jī)器人視覺系統(tǒng)的研究(I)J.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,4（4）:45-47.5 田素博.國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化，2007（2）:3-5.6 胡桂仙,于勇,王俊.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用J.中國農(nóng)機(jī)化,2002(5):45-47.7 湯修映,張鐵中.果蔬收獲機(jī)器人研究綜述J.機(jī)器人, 2005，27(1):90-94.8 方建軍.移動(dòng)式采摘機(jī)器人研究現(xiàn)狀與進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004,20(2):2.9 林寶龍.基于三維

62、視覺的水果采摘機(jī)器人技術(shù)研究D.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2004:68-7210 王建軍，武秋俊.機(jī)器人在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用J.農(nóng)機(jī)化研究,2007(7):中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)41174-17611 沈明霞,姬長(zhǎng)英.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)背景及技術(shù)動(dòng)向J.農(nóng)機(jī)化研究, 2000(2):31-3512 Kondo N, Monta M, Fujiura TFruitharvesting robots in Japan J. Physical, chemical, biochemical and biological techniques and processes,1995,18(1-2):181-

63、18413 張鐵中,魏劍濤.蔬菜嫁接機(jī)器人視覺系統(tǒng)的研究(I)J.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,4(4):45-47.14 Spencer S. Robot milkmaids to become a commercial reality JIndustrial robot,1999,26(2):112-11415 李牧，陸懷民，方紅根，郭秀榮.我國農(nóng)林機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.森林工程, 2003,19(5):39-41.16 程躍.農(nóng)林業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展J.農(nóng)機(jī)科技推廣,2005(7):37.17 張明路，丁承君，段萍.移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)J.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,33(2

64、):110-114.18 閆樹兵,姬長(zhǎng)英.農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2007,34(5):13-14.19 章小兵,宋愛國.地面移動(dòng)機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用,2005(2):19-20.20 李波,陳慧寶,徐解民,等.輪-履帶式車輛的力學(xué)性能研究J.機(jī)床與液壓,2005:42.中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)4221 陸永明,贠平利.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（下冊(cè)）M.東營(yíng)：中國石油大學(xué)出版社，2007.8.22 邱宣懷等.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，1997. 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)43附 錄附錄 A JD173 的主要技術(shù)規(guī)格

65、與參數(shù)型號(hào) JD173型式 單缸 四沖程 臥式 水冷 渦流式氣缸 活塞行程 73 68壓縮比 22112 小時(shí)功率 4.04kW超負(fù)荷功率 4.4kW標(biāo)定轉(zhuǎn)速 min/3000r燃油消耗率 hkWg/299機(jī)油消耗率缸 hkWg/9 . 4噴油壓力(MPa) 49. 023.13供油提前角 上止點(diǎn)前oo120 氣門間隙 35. 025. 025. 015. 0排進(jìn)潤(rùn)滑方式 離心飛濺冷卻方式 蒸發(fā)冷卻起動(dòng)方式 手搖增速啟動(dòng)凈重量 40kg外形尺寸 )(3322455 .437高寬長(zhǎng)特點(diǎn) 設(shè)計(jì)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、外掛新穎，具有體積小、重量輕、功率大、油耗少、噪聲低、性能穩(wěn)定、工作可靠、維修方便等特點(diǎn)中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)44附錄 B 輪式液體肥施肥機(jī)器人模型實(shí)物圖 圖 B-1 輪式液體肥施肥機(jī)器人模型實(shí)物圖