蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計-摘果機械手

喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內(nèi)，有疑問咨詢QQ:414951605 或 1304139763 蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真要求：1.執(zhí)行器有三到四個手指，每個手指有三節(jié)2.夾持蘋果寬度5-15cm，高度5-15cm3.如圖所示4.零件圖、裝配圖、三維圖、抓去動畫5.完成論文6.一定要有驅動機構，不是欠驅動7.一定要是原創(chuàng)8.參考目錄（可以再詳細）目 錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 課題研究意義11.2 農(nóng)業(yè)采摘機器人發(fā)展概況11.2.1農(nóng)業(yè)采摘機器人的特點11.2.2國內(nèi)外采摘機器人研究進展21.3 采摘機器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀31.3.1獲取方式31.3.2分離方式61.4 欠驅動技術研究發(fā)展71.5 主要內(nèi)容和研究方法91.5.1 主要研究內(nèi)容91.5.2 技術路線9第二章 欠驅動采摘末端執(zhí)行器的設計112.1 欠驅動采摘末端執(zhí)行器的總體結構設計112.1.1手指結構設計122.1.2機架的設計142.1.3驅動方案的選擇142.2手腕關節(jié)的設計152.3本章小結17第三章 末端執(zhí)行器靜力學分析193.1 欠驅動手指的工作原理193.2 包絡抓取時的靜態(tài)力學模型193.3 運動學分析223.4手部的夾持誤差計算233.5本章小結25第四章 末端執(zhí)行器虛擬設計與仿真研究274.1 軟件概述274.2機械手的虛擬設計與裝配274.2.1模型的建立274.2.2虛擬裝配294.3 模塊化設計294.3.1模塊化設計概念294.3.2手指的模塊化設計304.4本章小結31結論32致謝33參考文獻3489.參考圖：一、XXXXX畢 業(yè) 設 計 (論 文) 蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真系 名： 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 年 月蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真摘 要蘋果采摘機器執(zhí)行器是采摘機器的重要部件，它的設計通常被認為是機器人的核心技術。本次設計首先，調(diào)查了采摘機及其末端執(zhí)行器的研究及發(fā)展現(xiàn)況；接著，通過現(xiàn)有蘋果采摘機末端執(zhí)行器及人工采摘蘋果時原理進行分析，在此分析基礎上提出了總體結構方案；其次，對各主要機構及其零件進行設計與選擇；然后，通過靜力學分析進行了校核；最后，采用Pro/E三維設計軟件進行了虛擬設計及仿真分析。通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD、Pro/E軟件，對今后的工作與生活具有極大意義。關鍵詞：蘋果采摘，執(zhí)行器，手指，設計AbstractApple picking machine is an important part of the picking machine. 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)外采摘機器發(fā)展現(xiàn)況11.3 采摘機器末端執(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設計要求52.2蘋果采摘特點分析52.3總體方案設計5第三章 主要機構的設計與選擇73.1驅動機構的設計73.1.1驅動方案的選擇73.1.2電動機的選擇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手指結構設計133.2.1手指數(shù)量133.2.2手指關節(jié)數(shù)量133.2.3手指的材料133.3機架的設計14第四章 力學分析與校核154.1手指的工作原理154.2抓取時的靜態(tài)力學模型154.3運動學分析174.4夾持誤差計算18第五章 三維設計與仿真分析215.1 軟件概述215.2三維設計與裝配225.2.1零件三維設計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28參考文獻29致 謝3031蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真第一章 緒論1.1課題研究背景及意義蘋果是我國生產(chǎn)的主要果品之一，2010年蘋果產(chǎn)量占果品總產(chǎn)量的32.73%，居三大果品(蘋果、柑橘、梨) 之首。同時我國蘋果種植面積2848萬畝，產(chǎn)量2600萬噸，分別占世界蘋果面積、產(chǎn)量的35%上，規(guī)模居世界第一。機器人采摘在蘋果采摘過程中的大量應用能夠極大地提高采摘效率、節(jié)約成本，不過，雖然水果采摘過程中容易出現(xiàn)機械損傷，機械損傷也是門入侵的病原微生物，是爛水果的主要原因。由于受負載瘀傷的操作方面，打破，從而導致變質(zhì)腐爛的水果多達30%40%，每年的損失高達數(shù)百億人民幣。機械手是與果實直接接觸的部分，因此設計一種輕巧易用且對果實損傷小的機械手顯得尤為重要。 “采摘機器的末端執(zhí)行器是一個安裝在移動設備或者采摘機器手臂上，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確的離散位置等功能的機構。”這是末端執(zhí)行器的一個定義。采摘機器的抓取作業(yè)方式是工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要應用。采摘機器是一種通用性較強的自動化作業(yè)設備，末端執(zhí)行器則是直接執(zhí)行作業(yè)任務的裝置，大多數(shù)末端執(zhí)行器的結構和尺寸都是根據(jù)其不同的作業(yè)任務要求來設計的，從而形成了多種多樣的結構形式。通常，根據(jù)其用途和結構的不同可以分為機械式夾持器、吸附式末端執(zhí)行器和專用的工具三類。多數(shù)情況下末端執(zhí)行器是為特定的用途而專門設計的，但也可以設計成一種適用性較大的多用途末端執(zhí)行器?？傊┒藞?zhí)行器機構的種類較多，但是其中有些在技術上尚不成熟。因此，如何在現(xiàn)有的末端執(zhí)行器機構的性能并從國情出發(fā)，研制出能滿足各種作業(yè)要求，實用可靠，結構簡單，造價低廉的采摘機器末端執(zhí)行器是我們的主要任務。1.2 國內(nèi)外采摘機器發(fā)展現(xiàn)況水果和蔬菜的采摘機器人的研究始于20世紀60年代，在20世紀的美國，用于收割方法主要是機械和氣動搖晃搖晃風格。缺點是水果的脆弱性，效率不高，是不是特別有選擇性的收獲，存在很大的局限性采摘柔軟，新鮮水果和蔬菜方面。但此后，隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，特別是在工業(yè)機器人，日益成熟的計算機圖像處理技術和人工智能技術，采摘機器人的研究和技術開發(fā)得到了快速發(fā)展。目前，日本，荷蘭，法國，英國，意大利，美國，以色列，西班牙等國相繼推出的水果和蔬菜采摘機器人方面的研究相關的研究主要橘子，蘋果，西紅柿，櫻桃西紅柿，蘆筍，黃瓜，甜瓜，葡萄，甘藍，菊花，草莓，蘑菇等，但這些收益還沒有真正商業(yè)化經(jīng)營的機器人。研究農(nóng)業(yè)機器人領域起步相對較晚，但近幾年的快速發(fā)展，也已經(jīng)有很多的研究。張劍峰，董劍，張志勇，如自適應魯棒跟蹤控制算法采摘機器人設計;機器人視覺傳感器設計立體的中國農(nóng)業(yè)大學，劉兆祥，劉剛，誰撿到了蘋果方面江蘇大學蔡健榮三維信息，例如恢復的障礙，為柑橘采摘機器人障礙識別技術的研究;南京農(nóng)業(yè)大學工學院和奪權的水果和蔬菜研究技術姬長英王學林外環(huán)控制。在國內(nèi)，蘋果采摘由人工來完成，采摘效率低、采摘人員勞動強度大、工作環(huán)境差。目前對蘋果采摘機的報道比較少，最近國內(nèi)也有一些采摘機具的專利，如堅果采摘機，這些專利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動強度，改變采摘人員的工作環(huán)境；但大多結構簡單，所以未從根本上解決采摘難度，效率低等問題。本研究以設計出實用化的蘋果采摘機為目標，通過對蘋果采摘的工作環(huán)境和特性進行深入分析，利用pro/e軟件對蘋果采摘機進行三維設計和虛擬裝配，設計出蘋果采摘機末端執(zhí)行器。基本解決了采摘勞動力大、效率低等問題，具有一定的發(fā)展前景。1.3 采摘機器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀末端執(zhí)行器是果蔬采摘機器人的另一重要部件，它的設計通常被認為是機器人的核心技術之一。一般果蔬的外表比較脆弱，它的形狀及生長狀況通常復雜。1.3.1獲取方式獲取和分離果實是采摘機器人末端執(zhí)行器必須實現(xiàn)的兩大關鍵動作，即首先通過抓取、吸入、勾取等一定方式獲取果實，再通過扭斷、剪切等不同方法完成果實與果梗的分離。從目前發(fā)表的文獻來看，獲取果實的方式主要歸為非夾持類和夾持類兩種。分離果實與果梗的方式有傳統(tǒng)的扭斷、折斷、拉斷以及通過剪刀或切刀進行切斷，還有新式的熱切割方法等。（1）直接切斷式這類末端執(zhí)行器一般都是直接剪斷果梗。例如，日本開發(fā)的甜椒采摘機器人末端執(zhí)行器、番茄采摘末端執(zhí)行器、美國柑橘采摘末端執(zhí)行器均為此類結構，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)行器的結構更能較為簡單，適用于植株冠層內(nèi)枝葉較稀疏，且果實具有一定抗沖擊能力的果蔬。（2）吸入式這類非夾持類末端執(zhí)行器主要是通過真空系統(tǒng)將果實吸入末端執(zhí)行器內(nèi)，再通過切斷、扭斷等方式分離果實和果梗。如圖1-3所示比利時開發(fā)的蘋果采摘機器人末端執(zhí)行器，設計成漏斗的形狀，漏斗內(nèi)安置攝像機，當有果實進入手爪范圍的時候，真空吸引器打開將果實吸入，再通過旋轉扭斷果梗將果實采摘下來。圖1-3 蘋果采摘末端執(zhí)行器吸入式的末端執(zhí)行器硬件設計簡單，工作原理類似，對于果實嬌嫩、果梗柔弱細長的草莓等果實，采取吸入加勾取比夾持的獲取方式更可行，但這類末端執(zhí)行器對果實個體尺寸差異適應能力較差動作速度較慢，穩(wěn)定性不高。（3）夾持類這類末端執(zhí)行器其夾持器通常由帶有真空吸引器和數(shù)目不等的手指構成。按手爪的個數(shù)可分為兩指和多指型。中國農(nóng)業(yè)大學張凱良等人設計了草莓采摘機器人，其機械原理如圖1-4所示，該末端執(zhí)行器的夾持機構主要有機械爪及其附屬部件構成。1.手指 2.內(nèi)螺紋管 3.絲杠 4.電機圖1-4 機械爪機構示意圖1.3.2分離方式現(xiàn)有的采摘機器人末端執(zhí)行器研究成果來看，多采用扭斷、折斷或剪切的分離方式，一些末端執(zhí)行器對新的切割原理進行了嘗試。（1）扭斷、折斷、拉斷扭斷是利用手腕的旋轉和周轉關節(jié)在執(zhí)行器抓牢果實后擰斷果柄，需要多次往復扭轉才能斷開果梗，末端執(zhí)行器需要較大的工作空間，這樣就難于避障。這種方式對于果柄易斷的果蔬較為實用，如番茄的采摘，但對于果柄柔韌性較高的果蔬則采摘成功率較低。（2）剪切相當部分的采摘機器人末端執(zhí)行器安裝了剪刀或切刀裝置，用來切斷果梗實現(xiàn)果實、果梗分離。（3）熱切割荷蘭瓦寧根在黃瓜采摘機器人末端執(zhí)行大學開發(fā)的根，莖改變了傳統(tǒng)的分離方法，利用兩個相反電極產(chǎn)生的熱量，當兩個電極之間與莖接觸的高頻電流，莖高水分含量，使莖會迅速產(chǎn)生高溫“腰斬”了。這種方法避免了相互病原體感染和水分流失的問題，但這種方法需要兩個電極與莖必須是可靠的，同一長度的限制莖和植物接觸番茄常規(guī)栽培方式和品種樹冠空間，這樣所有用剪刀剪的方法很難達到滿意的效果。第二章 總體方案確定2.1設計要求本課題所設計的機械手應該具有制造成本低、控制簡單、機械結構簡單、通用性好等特點同時機械手的整機設計，要遵循以下的設計原則：（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蘋果采摘特點分析目前，實現(xiàn)采摘的主要途徑有以下幾種：（1）采用吸盤牢牢地吸住了水果，然后用剪刀等工具切割莖稈這種方法需要一個很好的位置來檢測和準確的調(diào)整端部執(zhí)行器的姿態(tài)，從而增大控制系統(tǒng)和機制的復雜性的困難。（2）使用剪刀剪開莖，稈這個方法需要一個好的位置，以檢測并精確地調(diào)節(jié)到致動器的姿勢的末端，從而增加了系統(tǒng)的復雜性和控制機構的難度。（3）用激光切割，該方法還要求具有良好的檢測稈制成的高要求的視覺系統(tǒng)中的位置。（4）人工采摘蘋果，輕輕握住果實，食指按住稈，然后向上提起，使果柄與果枝部位從離層斷開，輕輕取出果實。蘋果莖脆弱，容易分離，因此通過垂直旋轉在手腕上，以模擬人的運動打破手柄實現(xiàn)分離和果柄采摘蘋果或旋轉運動的模擬人工的方式設計。這種方法簡單，視覺系統(tǒng)要求不高。2.3總體方案設計根據(jù)采摘蘋果的具體要求，提出了一種蘋果采摘末端執(zhí)行器，其結構如圖2.1所示。該執(zhí)行器由手指、手掌、機架等組成。手抓有3個手指，3個手指圓周對稱布置，即每側一個手指。每個手指有6個關節(jié)。在電機控制下，通過絲桿拉動手指下部的拉桿實現(xiàn)3個手指的聯(lián)動，以及對不同形狀物體的夾持。圖2.1所示是采用Pro/E軟件設計的蘋果采摘機末端執(zhí)行器的三維實體模型。圖2-1 機械手機構圖工作原理為：機械臂將機械手送達到果實附近，機械手上的位置傳感器檢測機械手與蘋果的相對位置，當果實進入機械手中心位置時，位置傳感器觸發(fā)單片機控制信號，步進電機開始正向轉動使機械手開始加緊果實，壓力傳感器檢測手指加緊果實時的壓力并判斷是否達到壓閾值，閾值有實驗所得出。若達到此閾值則機械手停止運動，機械臂模擬人工采摘運動，完成果實與果柄的分離。機械臂將果實送到指定位置后，步進電機反轉，手指松開，恢復到初始位置，完成果實的采摘。第三章 主要機構的設計與選擇3.1驅動機構的設計3.1.1驅動方案的選擇目前的手爪的驅動源主要是采用氣壓驅動、電驅動、液壓驅動這三種10。（1）氣動壓力是一個壓縮空氣驅動系統(tǒng)來驅動致動器的運動，空氣壓縮機通常被用作動力源。氣動驅動器過載安全，結構簡單，污染少，成本低，通過調(diào)節(jié)空氣流量，可以實現(xiàn)無級變速，但大尺寸設備的運行速度不穩(wěn)定，定位精度不高，抓小舉行力。（2）液壓驅動系統(tǒng)來驅動流體壓力致動器的輸出力來驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定，固有的高效率，響應速度快，速度很簡單，可以在很寬的范圍內(nèi)無級調(diào)速，便于適應不同的工作要求，順利實現(xiàn)傳輸，可以吸收沖擊力可以實現(xiàn)更加頻繁和換向平穩(wěn)，但容易漏油，污染，高成本，高定位精度比空氣，但比電機低，流體溫度和粘度變化影響傳輸性能。（3）電動驅動模式包括步進電機，直流伺服電機，交流伺服電機和步進電機和力矩電機等驅動器類型。步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蜷_環(huán)控制元件的線性位移，具有控制簡單，響應速度快，可靠，無累積誤差等。伺服電機轉子慣量，良好的動態(tài)特性，機器人由一個伺服電機驅動系統(tǒng)的構成與運行精度高，調(diào)速范圍廣，速度快，運行平穩(wěn)，可靠性高，易于控制等特點。基于步進電機的這些優(yōu)點本設計中采用步進電機驅動。3.1.2電動機的選擇步進電動機又稱為脈沖電動機，是一種把電脈沖信號轉換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個特點：轉速（或線速度）與脈沖頻率成正比；在負載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負載、環(huán)境條件的波動而變化；速度可調(diào)，能夠快速起動、制動和反轉；定位精度高、同步運行特性好。擺盤機臂部升降機構要求電動機電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而BF系列步進電動機為反應式步進電動機，具備以上的所有條件，我們選用了型號90BF004的反應式步進電動機作為主運動的動力源，該機功率為60W。選用時主要有以下幾個步驟：（1）根據(jù)脈沖當量和最大靜轉矩初選電機型號(a)步距角初選步進電機型號，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)距頻特性步進電機最大靜轉矩Mjmax是指電機的定位轉矩。步進電機的名義啟動轉矩Mmq與最大靜轉矩Mjmax的關系是：Mmq=步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算：式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機型號時應滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉矩，即：MkqMmq=Mjmax計算Mkq的各項力矩如下：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電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。前面提出的，僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉矩是否滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。步進電機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，不用我們自己設計制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結構，再根據(jù)載荷、轉速等條件選定合適的尺寸型號并向有關廠家訂購。滾珠絲桿設計和校核，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個載荷對應的轉速(r/min);第i個載荷對應的工作時間 (h) ;絲桿副最大移動速度(mm/min);絲桿預期壽命。（1）型號選擇（a）根據(jù)使用和結構要求 選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預緊方式；（b）計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； 計算當量轉速 計算當量載荷 初步確定導程 ，取4mm計算絲桿預期工作轉速計算絲桿所需的額定載荷（c）選擇絲桿型號根據(jù)初定的和計算的，選取導程為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 導程 滾珠直徑 （2）校核計算（a）臨界轉速校核校核合格。（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）滾珠絲桿的預緊預緊力一般取當量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應的預緊轉矩（d）穩(wěn)定性驗算絲杠一端軸向固定，采用深溝球軸承和雙向球軸承，可分別承受徑向和軸向的負荷。另一端游動，需要徑向約束，采用深溝球軸承，外圈不限位，以保證絲杠在受熱變形后可在游動端自由伸縮，如下圖。 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)，所以在設計時應驗算其安全系數(shù)S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數(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，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉速臨街轉速。要求絲杠的最大轉速。 臨街轉速按下式計算： 式中：為臨界轉速系數(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）軸承選擇因為軸承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。軸左側：從機械設計課程設計中表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，軸承的預期壽命取為：Lh29200h由上面的計算結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，是一種實現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉矩的標準件，應用非常地廣泛。3聯(lián)軸器所在軸徑為12mm，從機械設計中表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）鍵的強度校核鍵、軸材料都是鋼，由機械設計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為鍵的工作長度，合適3.2手指結構設計手指握持力與一個大的，高負載能力，良好的通用性，能夠抓住任意形狀，更寬的應用范圍的目的，同時減少驅動源的數(shù)量，從而使系統(tǒng)結構變得簡單，容易控制。3.2.1手指數(shù)量果實形狀規(guī)則和不規(guī)則的。規(guī)則小果，采摘機器人使用了兩個有直接吸搶果的指尖最線性驅動器。相對的兩個手指，三個手指也有一些研究采摘機器人，3指的是機器人搶水果的穩(wěn)定性更好。3.2.2手指關節(jié)數(shù)量關節(jié)執(zhí)行器抓取密切相關的端部效應數(shù)量越多關節(jié)的數(shù)量越多，端自由，更靈活的抓動作，更好的爬的程度。從而增加接頭的數(shù)量同時增加的驅動裝置的數(shù)量，驅動器將增加增大控制的數(shù)量的難度，同時導致系統(tǒng)結構復雜，可靠性差，從而產(chǎn)生負面影響。本文所設計的采摘機器人采摘的使用四連桿機構作為傳動機構，所欠的手指驅動的多手指關節(jié)，并配有一個力傳感器和橡膠材料，測量夾緊力和摩擦力增大。按中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準，除三級蘋果外，果實橫切面最大直徑要大于或等于70mm9。這里設計機械手所抓取的蘋果直徑在50mm150mm之間，故取蘋果半徑為25mmR75mm。3.2.3手指的材料手指選擇適當?shù)牟牧?，使用在機器人很大的影響作用。遵從手的結構尺寸，手指，同時保持足夠的光強度和質(zhì)量，系統(tǒng)將雙手尼龍材料的選擇。尼龍具有很高的機械強度，耐熱，磨擦系數(shù)低，耐磨損，自潤滑性，吸震性，耐油，耐弱酸等特點。圖3-2 手指結構3.3機架的設計機架主要是用來安裝驅動機構和手掌，小巧的機身，體積小，重量輕的設計要求。這樣的設計是一個圓柱形主體框架，所述固定底板，中間板，下部主傳動馬達構成的支撐柱的安裝位置。將主手指擋塊的上部。機架結構如圖3.4所示。機器人可分為棕櫚基和棕櫚基類。手掌可以增加關于這個問題的制約，有棕櫚機器人具有廣泛的適用性，操作方便的特點。無機械手可以抓住的對象，但對象通常祝福規(guī)則的形狀，它的形狀和要求高的對象的大小特征的，無機械手的手掌被廣泛應用于特殊的保持機構。圖3-4 機架結構第四章 力學分析與校核4.1手指的工作原理(a)是手指的初始結構,手指無接觸外力，整個手指以單一剛體繞支點運動；(b)表示指節(jié)1接觸物體；(c) 表示指節(jié)2相對指節(jié)1的轉動，指節(jié)2向物體方向彎曲，這時驅動力需克服彈簧作用力；(d)兩指節(jié)接觸物體，手指完成形適合階級,驅動件的驅動力傳遞到兩指節(jié)上。圖4.1 采摘手指工作原理4.2抓取時的靜態(tài)力學模型由于驅動機構是獨立的自由度的數(shù)目比的傳動機構的數(shù)目。采摘機器人可以做到無論是搶的信封，你可以使用pick關節(jié)面的結束意味著精確的方式抓取。依靠被動順從的方式，采摘能力的手指抓取物體具有形狀自適應。提取的手指1的第一關節(jié)的包絡成與所述第一對象和該對象的反作用力，由于反作用力的接觸，第一關節(jié)的運動將受到限制，并且在手指的第二關節(jié)被約束在由于沒有下傳動機構接近物體的持續(xù)作用驅動的，最后的兩個指節(jié)和表面接觸。實現(xiàn)操作的春天，機械限位和平行四邊形機構的共同作用下精確抓取。由拇指的端部和食指夾持器聯(lián)合一對在所施加的力相反的方向的物體，以限制對象來實現(xiàn)爬行的運動的作用。包絡抓取的靜力學模型如圖4.2所示。圖4.2 手指靜力學模型圖4.2中為輸入轉矩，、分別為關節(jié)1、2所受的力，、為接觸點、到、的距離。為關節(jié)2相對于關節(jié)1轉過的角度，水平軸的夾角。為摩擦約束力矩。三角構件邊的夾角，h桿與桿c的反向延長線交點到的距離。、為關節(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為手指機構的輸入轉矩向量，由驅動力矩以及摩擦力矩組成；為手指機構各關節(jié)與力矩相關的連桿的虛擬角速度向量，由驅動連桿的角速度以及末關節(jié)加速度構成；F為作用在手指上的抓取接觸力組成的向量，由接觸力、構成；V為外力作用點在外力作用方向上的虛擬速度向量，由各接觸點的y方向的速度分量構成，即： (4.2)由機構學理論，可知各關節(jié)的接觸點速度可以通過雅可比矩陣用各關節(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)當手指以直指方式抓取物體時,僅有短關節(jié)觸及物體,這時,只要令F1=0、T1=0 ，則手指受力為： (4.12)4.3運動學分析采摘機械手的每個手指都是由兩套四連桿機構構成的。圖4.3所示為一個四連桿機構。圖4.3四連桿機構原理各桿構成的矢量封閉方程為6，寫成坐標軸上分量形式有： (4.13)化簡上式，消去b得： (4.14)對式3.14兩邊求導并化簡，可得4桿機構L1與L3角速度之間的關系： (4.15)4.4夾持誤差計算旋轉夾緊手指時的不同直徑的工件會產(chǎn)生變化的軸向位置，使得鉗位誤差。采摘手指的抓地力和雙支點原理轉換回一個類似的原則手指夾住，如此就可以按照雙支點回轉型手指祝福誤差計算。圖4.4 雙支點回轉型手指簡圖圖中：l手指長度;V型槽的夾角；偏轉角；2 s兩回轉支點間距離;根據(jù)幾何關系，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的關系曲線根據(jù)雙曲線特點,對應附近的曲線變化率較小,故在處附近對應的夾持誤差最小。當時，手指夾持誤差計算如下: (4.18) (4.19)最佳偏角的計算取V型槽的夾角=，根據(jù)式（4-9）求得最佳偏轉角為 故夾持誤差的計算因為和關于對稱，所以=，故經(jīng)過計算手指的夾持誤差為0.88mm。第五章 三維設計與仿真分析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)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。Pro/E第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關性問題。Pro/E的基于特征方式，能夠將設計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。（1）參數(shù)化設計相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構成特征，而每一種構成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。（2）基于特征建模Pro/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。（3）單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。Pro/Engineer功能如下：（1）特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；（2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；（3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關系來進行設計；（4）支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。（5）貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。5.2三維設計與裝配5.2.1零件三維設計在Pro/E零件設計模塊對各零件進行三維建模，主要零件的建模結果如下：（1）第一關節(jié)圖5-1 第一關節(jié)（2）第二關節(jié)圖5-2 第二關節(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、手腕進行裝配，再把手指與手腕進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)的設計與制造過程中，首先是概念設計和方案論證，然后進行產(chǎn)品設計,為了驗證設計的合理性，通常要制造樣機進行性能試驗，有時這些試驗是破壞性的。當通過試驗發(fā)現(xiàn)設計缺陷時，又要重新修改設計，并用樣機重新驗證。只有通過周而復始的“設計試驗設計”過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設計開發(fā)思路其設計周期無法縮短，更談不上市場競爭力。在計算機仿真技術高速發(fā)展的今天，Pro/ENGINEER（以下簡稱Pro/E）為之提供了一套行之有效的運動仿真解決方案，即Pro/E的運動仿真技術是利用Pro/E建立模擬系統(tǒng)的三維實體模型和力學模型，在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種情況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能的先進技術，其目的是為物理機樣的設計和制造提供依據(jù)。運動仿真技術是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設計與制造過程弊端的高新技術。工程設計人員可以直接利用Pro/E系統(tǒng)所提供的各零部件的物理信息及幾何信息，在運動仿真內(nèi)定義零部件間的連接關系并進行虛擬裝配，從而獲得機械設計系統(tǒng)的虛擬樣機，在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，并對其在各種工況下的運動和受力情況進行仿真分析，仿真試驗不同的設計方案，對整個系統(tǒng)進行不斷改進，直至獲得最優(yōu)設計方案，再做物理樣機。這樣做的意義在于減少了甚至免除了制作物理樣機的經(jīng)費，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了市場競爭力。5.3.2仿真過程（1）機構仿真(a)打開裝配圖，點擊“機構”命令圖5-10點擊“機構”(b)建立伺服電動圖5-11建立電動機 (c)點擊“機構分析”，彈出界面圖5-12機構分析(d)點擊運行（2）仿真動畫獲取(a)點擊“回放”-右鍵選擇“播放”圖5-13啟動動畫(b)點擊 “動畫”中“捕獲”命令圖5-35動畫(c)設置“捕獲”命令參數(shù)設置“捕獲”中動畫放置目錄、圖像大小等參數(shù)后，點擊“確定”等待計算機運行捕獲即可得到仿真動畫。圖5-14捕獲總 結畢業(yè)設計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的學習機會，通過這次對變電站巡檢全向移動小車理論知識和實際設計的相結合，鍛煉了我的綜合運用所學專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設計讓我積累了許多實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本此畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關注新科技新設備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務。參考文獻1 成大先. 機械設計手冊（第5版）M. 北京：化學工業(yè)出版社，2008.2 鄧星鐘主編.機電傳動控制M.第三版，華中科技大學出版社 20123 嚴霖元主編.機械制造基礎M.中國農(nóng)業(yè)大學 20134 鄭文緯，吳克堅主編.機械原理M.高等教育出版社 2013 5 范思沖.畫法幾何及機械制圖. 北京：機械工業(yè)出版社，1995：312.6 于永泗、齊民主編，機械工程材料M，大連：大連理工大學出版社，20077 余桂英、郭紀林主編，AutoCAD2008中文版實用教程M，大連：大連理工大學出版社，20078 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版標準教程M，北京：清華大學出版社，20079 王承義.機械手及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1981：105-12510 徐麗明,張鐵中.果蔬果實收獲機器人的研究現(xiàn)狀及關鍵問題和對策J.農(nóng)業(yè)工程學報,2004,20(5);38.11 孫建設.我國蘋果栽培模式的沿革與思考J.專家視點,2008,2:22-24.12 姜麗萍,陳樹人.果實采摘機器人的研究綜述J.農(nóng)業(yè)裝備技術,2006,2,32(1):8-10.13 崔玉潔,張祖立,白曉虎.采摘機器人的研究進展與現(xiàn)狀分析J.農(nóng)機化研究,2007,(2):4-5.14 Ling P, Ehsani R, Ting K C, et al.Sensing and end-effector for a robotic tomato harvesterC/ASAE Paper 043088,2004.15 S.Jacobsen, J. Wood, K. Bigger. The Utah/MIT hand: Works in progress J.International Journal of Robotics Research.1986,4(3):221-250.致 謝在本文即將結束之際，請允許我對在這四年的大學生活學習中給予我支持和鼓勵的各位老師和同學致以深深的感謝。首先，我要感謝我的指導老師，感謝他在我的研究和學習過程中給予我的指導和幫助。老師深厚的理論素養(yǎng)，淵博的學識和誨人不倦的精神使我受益非淺，更重要的是，老師嚴謹?shù)闹螌W風范和對學術問題的概括與抽象能力在潛移默化中影響著我，教育著我。在大學生活中，老師對我的言傳身教以及給予我許多無私的關心和幫助，所有這些不僅是我得以順利地完成本文，而且更是使我終身受益。我還要感謝系里的各位老師，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設計提出諸多良好的建議以及努力方向，使我得以較快地完成設計。其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個先進的學習、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學考試的各個課程。最后，請讓我將這篇學士學位論文獻給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個對社會有用的人，他們的關懷、支持和鼓勵是我所有信念的力量源泉。XXXXX畢 業(yè) 設 計 (論 文) 蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真系 名： 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 年 月蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真摘 要蘋果采摘機器執(zhí)行器是采摘機器的重要部件，它的設計通常被認為是機器人的核心技術。本次設計首先，調(diào)查了采摘機及其末端執(zhí)行器的研究及發(fā)展現(xiàn)況；接著，通過現(xiàn)有蘋果采摘機末端執(zhí)行器及人工采摘蘋果時原理進行分析，在此分析基礎上提出了總體結構方案；其次，對各主要機構及其零件進行設計與選擇；然后，通過靜力學分析進行了校核；最后，采用Pro/E三維設計軟件進行了虛擬設計及仿真分析。通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD、Pro/E軟件，對今后的工作與生活具有極大意義。關鍵詞：蘋果采摘，執(zhí)行器，手指，設計AbstractApple picking machine is an important part of the picking machine. 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)外采摘機器發(fā)展現(xiàn)況11.3 采摘機器末端執(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設計要求52.2蘋果采摘特點分析52.3總體方案設計5第三章 主要機構的設計與選擇73.1驅動機構的設計73.1.1驅動方案的選擇73.1.2電動機的選擇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手指結構設計133.2.1手指數(shù)量133.2.2手指關節(jié)數(shù)量133.2.3手指的材料133.3機架的設計14第四章 力學分析與校核154.1手指的工作原理154.2抓取時的靜態(tài)力學模型154.3運動學分析174.4夾持誤差計算18第五章 三維設計與仿真分析215.1 軟件概述215.2三維設計與裝配225.2.1零件三維設計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28參考文獻29致 謝3030蘋果采摘機器執(zhí)行器的機構設計及仿真第一章 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械損傷，機械性損傷是一種入侵的病原微生物，是錯誤的主要原因為操作負荷的瘀傷，打破，從而使變質(zhì)腐爛的水果，每年達30 40%的損失高達10億人民幣。直接接觸臂部分果實，所以開發(fā)一個容易損壞的水果和小型機械手是特別重要的?！安烧獧C器的末端執(zhí)行器是一個安裝在移動設備或者采摘機器手臂上，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確的離散位置等功能的機構?！边@是末端執(zhí)行器的一個定義。采摘機器的抓取作業(yè)方式在工業(yè)生產(chǎn)中是一個重要的運用，機器是一個全面的強大的自動化設備，裝置的執(zhí)行器是直接導致了大多數(shù)的任務，完成任務后的結構和尺寸的設計，多種結構。通常，根據(jù)使用和機械手爪的結構的變化，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計的，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)行器機構的性能并從國情出但有些技術還不成熟，因此，如何在現(xiàn)有的條件和執(zhí)行機構的性能可以滿足不同的功能要求，研制結構簡單、成本低、可靠性高，采摘機端是我們最重要的任務。1.2 國內(nèi)外采摘機器發(fā)展現(xiàn)況水果和蔬菜在采摘機器人的研究始于20世紀60年代，在美國，主要用于氣動機械清洗方法和非定常的風格。缺點是，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，隨著電子技術的發(fā)展和計算機技術的發(fā)展，特別是在工業(yè)機器人，更成熟的技術和計算機圖像處理技術和人工智能技術的發(fā)展，采摘機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器人的研究相關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)操作的機器人。農(nóng)業(yè)機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，自適應控制算法的設計，如采摘機器人的機器人魯棒跟蹤設計的立體視覺傳感器；中國農(nóng)業(yè)大學，劉兆祥，劉崗，誰發(fā)現(xiàn)了蘋果方面蔡健榮江蘇大學的三維信息，如恢復的障礙，柑橘采摘機器人障礙識別技術的研究；南京農(nóng)業(yè)大學和政府接管的水果和蔬菜的控制技術的研究王學林與外環(huán)的長影。在中國，蘋果沒有手工收集采集器完成，效率低，勞動強度大，環(huán)境惡劣的工作。目前，采摘機對蘋果最近也報道較少，國內(nèi)一些收集機的專利，如堅果提取掛鉤，這些專利可以在一定程度上降低勞動強度采集器的工作人員的工作條件，改變選擇；但是，基本上，結構簡單，所以沒有選擇從根本上解決困難，效率低。本研究以設計為蘋果采摘機的實際目標，工作環(huán)境特點的基礎上，深入分析了蘋果不使用軟件來和蘋果，Pro / E收集機三維設計、虛擬裝配設計蘋果機端，收集的表演者?；窘鉀Q了選擇大，勞動效率低，具有一定的發(fā)展前景。1.3 采摘機器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀水果和蔬菜的采摘機器人的末端執(zhí)行器，是另一個重要組成部分，它的設計通常被認為是機器人的核心技術之一。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雜的。1.3.1獲取方式果實采集和分離是獲取機器人末端的兩個關鍵的行動必須達到的，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，如完成果實和果梗的分離。從已發(fā)表的文獻，主要歸為兩類獲得的果實不夾夾緊和類。果實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，番茄采摘機器人的端到端的表演者收割結束美國的柑橘，表演者是這樣的結構，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)行器的結構更簡單，植物冠層、葉片和果實，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，然后切斷，折疊，如分離果實和果梗。如圖1-3所示比利時發(fā)展蘋果不的機器人末端的漏斗，漏斗內(nèi)安置室的設計形式，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，硬件設計簡單，類似的果實梗柔弱的細長的，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能力較差的果實大小的動作慢，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)大學張凱良等人設計的原理，草莓產(chǎn)量，他們的機器，如圖1所示。1 - 4，此端的表演者在爪的夾緊機構的主要機及其附屬部件。1.手指 2.內(nèi)螺紋管 3.絲杠 4.電機圖1-4 機械爪機構示意圖1.3.2分離方式現(xiàn)有的研究收集機器人端，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)行器進行新的嘗試。（1）扭斷、折斷、拉斷折疊是腕關節(jié)的旋轉致動器的使用和周轉需要折疊后在果實進行多次往復扭轉的菌柄，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器人端切刀切斷裝置或安裝剪刀，花序梗，實現(xiàn)水果，花序梗的分離。（3）熱切割荷蘭黃瓜采摘機器人的末端執(zhí)行瓦寧根大學發(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到滿意的結果。第二章 總體方案確定2.1設計要求本課題所設計的機械手應該具有制造成本低、控制簡單、機械結構簡單、通用性好等特點同時機械手的整機設計，要遵循以下的設計原則：（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蘋果采摘特點分析目前，實現(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)的機理的復雜性和困難。（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)的控制機制的復雜性和困難。（3）對激光切割機，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，果實整齊的刪除。蘋果莖脆弱，容易分離，因此，通過垂直轉動手腕，手柄的運動仿真和實現(xiàn)分離的人克服菌柄摘蘋果或旋轉運動的模擬人工方式的設計。該方法不需要很高的簡單的，視覺系統(tǒng)2.3總體方案設計根據(jù)蘋果的選擇提出了具體的要求，蘋果沒有結束的表演者，其結構如圖1所示。2.1。從手指和手掌的驅動，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。每個手指6關節(jié)。在牽引電機的控制下，通過螺桿的手指，手指實現(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軟件設計的蘋果采摘機端執(zhí)行器的三維模型。圖2-1 機械手機構圖工作原理：將機械手的機械手送達到果實附近的傳感器檢測機械手，機械手的位置的相對位置時與蘋果果實的中心位置，在機械手的控制信號，觸發(fā)單片機的步進電機的位置傳感器，開始向前旋轉，使機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時性和確定是否有壓力的勘探隊，達到閾值，閾值由實驗得出。如果達到這個閾值，則停止運動的機械手，機械手運動的模擬人工采摘果實和果柄的分離，完成。將指定位置的機械手后的水果，步進電機反轉，手指放松，恢復原來的位置，完成果實采摘。第三章 主要機構的設計與選擇3.1驅動機構的設計3.1.1驅動方案的選擇目前機械手驅動源主要采用氣動驅動，電氣，液壓驅動這三種：（1）是氣動壓縮空氣的壓力驅動致動器的運動的驅動系統(tǒng)，空氣壓縮機，通常用來作為能量的來源。氣動過載駕駛員的安全，結構簡單，成本低，污染少，可通過調(diào)節(jié)空氣流量，調(diào)節(jié)速度，但大尺寸設備的不穩(wěn)定性的運動速度，定位精度高，不舉行，抓住小小的力量。（2）液壓傳動系統(tǒng)的輸出力驅動流體壓力驅動傳動系統(tǒng)固有的穩(wěn)定，有效，反應速度快，很簡單，可以在很寬的范圍內(nèi)無級調(diào)速的要求，容易適應不同的工作，成功地實現(xiàn)了傳輸可以吸收沖擊力，可以實現(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，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，包括步進電機交流伺服電機，伺服電機和步進電機和發(fā)動機的扭矩和驅動器類型。步進電機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，可靠，無累積誤差等。伺服電機的轉動慣量的轉子，具有良好的動態(tài)特性，機器人由一個伺服電機驅動系統(tǒng)的構成與運行精度高，調(diào)速范圍廣，速度快，運行平穩(wěn)，可靠性高，易于控制等特點。基于步進電機的這些優(yōu)點本設計中采用步進電機驅動。3.1.2電動機的選擇步進電機，也被稱為脈沖電動機，是一種信號轉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：（1）或線速度和脈沖頻率成正比的速度；（2）在負載能力范圍內(nèi)，不是因為電壓波動和負載，環(huán)境條件的變化；（3）速度可調(diào)，能快速啟動、制動和反轉；（4）定位精度高，同步啟動特性好。機臂升降機構的電機調(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)。步進電機和步進電機為BF系列反應，所有這些條件，我們選擇了90BF004主運動模型反應的步進電機作為動力源，該機功率為60W。在選擇主要有以下步驟：（1）根據(jù)脈沖當量和最大靜轉矩初選電機型號(a)步距角初選步進電機型號，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)距頻特性步進電機最大靜轉矩Mjmax是指電機的定位轉矩。步進電機的名義啟動轉矩Mmq與最大靜轉矩Mjmax的關系是：Mmq=步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負載下的啟動。步進電機所需空載啟動力矩按下式計算：式中：Mkq為空載啟動力矩；Mka為空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上的加速力矩；Mkf為空載時折算到電機軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預緊折算到電機軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機型號時應滿足步進電動機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟動轉矩，即：MkqMmq=Mjmax計算Mkq的各項力矩如下：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電機有三種工況：啟動，快速進給運行，工進運行。前面提出的，僅僅是指初選電機后檢查電機最大靜轉矩是否滿足要求，但是不能保證電機啟動時不丟步。因此，還要對啟動矩頻特性進行校核。步進電機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，不用我們自己設計制造，只要根據(jù)使用工況選擇某種類型的結構，再根據(jù)載荷、轉速等條件選定合適的尺寸型號并向有關廠家訂購。滾珠絲桿設計和校核，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個載荷對應的轉速(r/min);第i個載荷對應的工作時間 (h) ;絲桿副最大移動速度(mm/min);絲桿預期壽命。（1）型號選擇（a）根據(jù)使用和結構要求 選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預緊方式；（b）計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； 計算當量轉速 計算當量載荷 初步確定導程 ，取4mm計算絲桿預期工作轉速計算絲桿所需的額定載荷（c）選擇絲桿型號根據(jù)初定的和計算的，選取導程為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 導程 滾珠直徑 （2）校核計算（a）臨界轉速校核校核合格。（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）滾珠絲桿的預緊預緊力一般取當量載荷的三分之一或額定動載荷的十分之一。即：其相應的預緊轉矩（d）穩(wěn)定性驗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)，所以在設計時應驗算其安全系數(shù)S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數(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，因此需驗算其不發(fā)生共振的最高轉速臨街轉速。要求絲杠的最大轉速。 臨街轉速按下式計算： 式中：為臨界轉速系數(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）軸承選擇因為軸承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。軸左側：從機械設計課程設計中表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，軸承的預期壽命取為：Lh29200h由上面的計算結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，是一種實現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉矩的標準件，應用非常地廣泛。3聯(lián)軸器所在軸徑為12mm，從機械設計中表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）鍵的強度校核鍵、軸材料都是鋼，由機械設計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為鍵的工作長度，合適3.2手指結構設計手指夾持力和大容量，高負荷，普遍性，可以利用任何形式的目的，適用范圍更廣的驅動源的數(shù)量，同時也減少了，從而使系統(tǒng)的結構變得簡單，易于控制。3.2.1手指數(shù)量果實的定期和不定期的形式。小水果采摘機器人的規(guī)則，使用兩個手指直接搶水果吸收最線性驅動器。三個手指相對的兩個指紋，一些研究也不意味著一個穩(wěn)定的機器人，機器人3搶水果最好。3.2.2手指關節(jié)數(shù)量關節(jié)執(zhí)行器的端部效應密切相關的爬行，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)量的設備驅動程序，驅動程序將控制難度增大，并導致系統(tǒng)結構復雜，可靠性差，因此，產(chǎn)生消極的影響。本文選擇在采摘機器人四連桿機構作為傳動機構的使用在許多欠的手指，手指關節(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)，除了標準的三級”，蘋果，果實橫切面的最大直徑大于或等于生產(chǎn) 9 。在這里，在設計機器人爬行在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?shù)牟牧系氖褂茫瑢C器人的重要的影響作用。結構尺寸符合手，手指，同時保持足夠的強度和質(zhì)量，系統(tǒng)將手中的尼龍材料的選擇。尼龍具有很高的機械強度、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 手指結構3.3機架的設計機架主要用于安裝驅動機構和手掌，緊湊的機身，體積小，重量輕的要求。這樣的設計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，由柱支撐的安裝位置?；緣K將手指在上半部分。框架結構，如圖3.4所示。機器人可以分為棕櫚基和棕櫚的基類。關于Palm可以增加這個問題的限制，有棕櫚機器人具有廣泛的適用性，使用方便。無機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，廣泛應用于機械手的手掌，沒有特殊的保護機制。圖3-4 機架結構第四章 力學分析與校核4.1手指的工作原理(a)的初始結構是非接觸式的手指，手指的外力，整個的手指運動的剛體繞支點，統(tǒng)一；（b）說，關節(jié)1接觸對象；（c）說，在2 1 2相對關節(jié)關節(jié)的旋轉方向，關節(jié)彎曲的對象時，必須克服彈簧力的驅動力的兩個節(jié)；（d）完成的手指接觸的對象的形狀，階級，驅動的驅動力傳遞兩個節(jié)。圖4.1 采摘手指工作原理4.2抓取時的靜態(tài)力學模型由于驅動機構是一個獨立的自由度的數(shù)目，比數(shù)的傳導機制。采摘機器人可以做任何搶劫的信封，你可以使用選擇關節(jié)面端意味著精確路徑爬行。依靠被動的選擇對象捕捉的，具有自適應能力的手指的形狀。在第一次包絡提取的手指關節(jié)1與第一對象和該對象的反對，因為接觸的第一關節(jié)，運動強度，將限制在手指關節(jié)，和第二，因為沒有被限制的對象幾乎連續(xù)傳輸機制下的司機的行為，最后兩個關節(jié)和表面接觸。機械操作的實現(xiàn)、彈簧、限位和平行四邊形機構的作用下，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，來實現(xiàn)爬行的運動的作用。包絡抓取靜力學模型，如圖所示4.2。圖4.2 手指靜力學模型圖4.2中為輸入轉矩，、分別為關節(jié)1、2所受的力，、為接觸點、到、的距離。為關節(jié)2相對于關節(jié)1轉過的角度，水平軸的夾角。為摩擦約束力矩。三角構件邊的夾角，h桿與桿c的反向延長線交點到的距離。、為關節(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為手指機構的輸入轉矩向量，由驅動力矩以及摩擦力矩組成；為手指機構各關節(jié)與力矩相關的連桿的虛擬角速度向量，由驅動連桿的角速度以及末關節(jié)加速度構成；F為作用在手指上的抓取接觸力組成的向量，由接觸力、構成；V為外力作用點在外力作用方向上的虛擬速度向量，由各接觸點的y方向的速度分量構成，即： (4.2)由機構學理論，可知各關節(jié)的接觸點速度可以通過雅可比矩陣用各關節(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)當手指以直指方式抓取物體時,僅有短關節(jié)觸及物體,這時,只要令F1=0、T1=0 ，則手指受力為： (4.12)4.3運動學分析采摘機械手的每個手指都是由兩套四連桿機構構成的。圖4.3所示為一個四連桿機構。圖4.3四連桿機構原理各桿構成的矢量封閉方程為6，寫成坐標軸上分量形式有： (4.13)化簡上式，消去b得： (4.14)對式3.14兩邊求導并化簡，可得4桿機構L1與L3角速度之間的關系： (4.15)4.4夾持誤差計算旋轉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的回指轉換原理類似的原則，因此，可以根據(jù)雙支點回轉型手指祝福誤差的計算。圖4.4 雙支點回轉型手指簡圖圖中：l手指長度;V型槽的夾角；偏轉角；2 s兩回轉支點間距離;根據(jù)幾何關系，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的關系曲線根據(jù)雙曲線特點,對應附近的曲線變化率較小,故在處附近對應的夾持誤差最小。當時，手指夾持誤差計算如下: (4.18) (4.19)最佳偏角的計算取V型槽的夾角=，根據(jù)式（4-9）求得最佳偏轉角為 故夾持誤差的計算因為和關于對稱，所以=，故經(jīng)過計算手指的夾持誤差為0.88mm。第五章 三維設計與仿真分析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)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(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和相互關系?；赑ro / E模式的整個生產(chǎn)過程的特點，設計了可以在一起，實現(xiàn)并行工程設計。Pro / E的應用模塊，可分別的身影，部分生產(chǎn)、裝配、鈑金加工、設計、設計等。保證用戶可以選擇，根據(jù)他們的需要使用。（1）參數(shù)化設計相對于產(chǎn)品的話，我們可以把它看作是幾何模型，無論多么復雜的幾何模型，構成要素可以分解為有限數(shù)量的，每一種的特點，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)模型的特點的基礎上，設計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)庫項目，都是從一個數(shù)據(jù)庫，以每一個產(chǎn)品的用戶在獨立的模擬和工作，不管它的部門。換句話說，在整個設計過程中，發(fā)生了變化的地方，也可以是反應之前和之后對整個設計過程的相關環(huán)節(jié)。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整組合的設計，使產(chǎn)品，在一起。這一優(yōu)勢，使成品更優(yōu)化設計，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)化設計（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)之間的關系來進行設計；（4）支持大型、復雜組合件的設計（系列組件， Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。（5）有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。5.2三維設計與裝配5.2.1零件三維設計在Pro/E零件設計模塊對各零件進行三維建模，主要零件的建模結果如下：（1）第一關節(jié)圖5-1 第一關節(jié)（2）第二關節(jié)圖5-2 第二關節(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、手腕進行裝配，再把手指與手腕進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)的設計和生產(chǎn)流程，首先是概念設計和方案論證，然后在產(chǎn)品設計，制造，以驗證設計的合理性，通常必須進行性能測試的原型，有時這些測試是破壞性的。當通過測試發(fā)現(xiàn)的設計缺陷，當再次修改設計，原型，和重新驗證。只有通過連續(xù)的循環(huán)”的設計-測試-設計”的過程的效率可達到產(chǎn)品的要求。這個過程是漫長的，尤其是對復雜的結構系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設計思路不會縮短開發(fā)周期，更不用說在市場上的競爭力。在計算機仿真技術高速發(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即運動仿真，運動仿真技術是利用Pro/ E建立仿真系統(tǒng)的力學模型，并在計算機上建立的三維模型，整個產(chǎn)品模型，并對該產(chǎn)品的投產(chǎn)后，在不同的情況進行仿真，分析和預測產(chǎn)品的整體性能，而還改進產(chǎn)品設計，提高產(chǎn)品的性能，先進的技術，其目的是為博士的物理機的設計和制造提供了依據(jù)。運動仿真技術是從整個活動的運動分析問題和解決問題的角度出發(fā)，解決了傳統(tǒng)工藝相關的設計和生產(chǎn)的高新技術的缺點。工程技術人員可以直接使用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動信息，通信和虛擬裝配的內(nèi)部零件之間的關系，從而獲得機械系統(tǒng)設計中的虛擬樣機，仿真系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中的不同的地方，真的，運動的，和在不同條件下的模擬運動和力仿真，分析不同方案，對整個系統(tǒng)的研究，到持續(xù)改進，優(yōu)化物理樣機的設計方案，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）機構仿真(a)打開裝配圖，點擊“機構”命令圖5-10點擊“機構”(b)建立伺服電動圖5-11建立電動機 (c)點擊“機構分析”，彈出界面圖5-12機構分析(d)點擊運行（2）仿真動畫獲取(a)點擊“回放”-右鍵選擇“播放”圖5-13啟動動畫(b)點擊 “動畫”中“捕獲”命令圖5-35動畫(c)設置“捕獲”命令參數(shù)設置“捕獲”中動畫放置目錄、圖像大小等參數(shù)后，點擊“確定”等待計算機運行捕獲即可得到仿真動畫。圖5-14捕獲總 結大學畢業(yè)設計階段的一次學習是非常罕見的理論與實踐相結合的學習機會，通過這個巡邏的全向移動小車在變電站設計中的理論知識和實踐結合我的綜合利用，實現(xiàn)專業(yè)知識，解決實際問題的能力，同時也提高了我的文獻搜索指南的設計，設計，標準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，選擇權的細節(jié)，和我所有的能力，以獲得工作經(jīng)驗，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，為提高畢業(yè)設計，是有限的，但全面的，正是在這一次的畢業(yè)設計，使我積累了大量的實踐經(jīng)驗，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習的性能更高的應變能力，較強的溝通力和理解。按照時間表完成本該畢業(yè)設計給了我很大的信心，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)它的許多缺點和不足，留下一點遺憾，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的注意，我會在未來更多的新技術，新設備，新技術的出現(xiàn)，力爭盡快掌握這些先進的新設備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務。參考文獻1 成大先. 機械設計手冊（第5版）M. 北京：化學工業(yè)出版社，2008.2 鄧星鐘主編.機電傳動控制M.第三版，華中科技大學出版社 20123 嚴霖元主編.機械制造基礎M.中國農(nóng)業(yè)大學 20134 鄭文緯，吳克堅主編.機械原理M.高等教育出版社 2013 5 范思沖.畫法幾何及機械制圖. 北京：機械工業(yè)出版社，1995：312.6 于永泗、齊民主編，機械工程材料M，大連：大連理工大學出版社，20077 余桂英、郭紀林主編，AutoCAD2008中文版實用教程M，大連：大連理工大學出版社，20078 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版標準教程M，北京：清華大學出版社，20079 王承義.機械手及其應用M.北京：機械工業(yè)出版社，1981：105-12510 徐麗明,張鐵中.果蔬果實收獲機器人的研究現(xiàn)狀及關鍵問題和對策J.農(nóng)業(yè)工程學報,2004,20(5);38.11 孫建設.我國蘋果栽培模式的沿革與思考J.專家視點,2008,2:22-24.12 姜麗萍,陳樹人.果實采摘機器人的研究綜述J.農(nóng)業(yè)裝備技術,2006,2,32(1):8-10.13 崔玉潔,張祖立,白曉虎.采摘機器人的研究進展與現(xiàn)狀分析J.農(nóng)機化研究,2007,(2):4-5.14 Ling P, Ehsani R, Ting K C, et al.Sensing and end-effector for a robotic tomato harvesterC/ASAE Paper 043088,2004.15 S.Jacobsen, J. 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，讓我在這四年的學習，我的大學生活提供的支持和鼓勵的親愛的老師和同學表示深深的感謝。首先，我要感謝我的指導老師，他在學習過程中，我和我的研究提供指導和幫助。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，老師嚴謹?shù)淖黠L和科學問題的能力和抽象的合成影響我，因為我的教育。在我的大學生活，教師的言行和給我許多無私的關懷和幫助，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)設計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計。其次，我還要特別感謝我的母校，給我的學習和工作在現(xiàn)代的條件，使我順利完成自主學習不同的課程。最后，讓我將這是學士學位論文對我的父母，感謝他們的養(yǎng)育的恩典，使我成為對社會有用的，他們的關心、支持和鼓勵我所有的信仰是力量的源泉。