毕业设计（论文）-菠萝采摘机器人结构设计说明书

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1、菠萝采摘机器人结构设计摘 要菠萝采摘机器执行器是采摘机器的重要部件，它的设计通常被认为是机器人的核心技术。本次设计首先，调查了采摘机及其末端执行器的研究及发展现况；接着，通过现有菠萝采摘机末端执行器及人工采摘菠萝时原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；其次，对各主要机构及其零件进行设计与选择；然后，通过静力学分析进行了校核。 通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD软件，对今后的工作与生活具有极大意义。关键词：菠萝采摘，执行器，手指，设计全套图纸加扣 33463894

2、11或3012250582AbstractPineapple picking machine actuator is an important part of the picking machine，its design is usually considered as the core technology of the robot.This design first investigates the research and development status of the picking machine and its end-effector; then，through the an

3、alysis of the existing pineapple picking machine end-effector and the principle of artificial picking pineapple，the overall structure scheme is put forward based on the analysis; secondly， the main mechanisms and their parts are designed and selected; and then，through static analysis，the checking is

4、 carried out.Through this design，we have consolidated our professional knowledge，such as mechanical principle，mechanical design，material mechanics，tolerance and interchangeability theory，mechanical drawing，etc. We have mastered the design method of ordinary mechanical products and can skillfully use

5、 AutoCAD software，which is of great significance to our future work and life.Key words: Pineapple picking，Actuator，Finger，Design目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论41.1课题研究背景及意义41.2 国内外采摘机器发展现况41.3 采摘机器末端执行器研究现状5第二章 总体方案确定72.1设计要求72.2总体方案设计72.2.1车体方案设计72.2.2手臂方案设计72.2.3手爪方案设计7第三章 车体部分设计93.1驱动机构的设计93.1运动分析93.1.1跨越

6、坑洼93.1.2 跨越沟槽103.3.3 斜坡运动分析113.2主电机的选择123.3机械手臂部分设计143.3.1电机的选择143.3.2大、小臂设计16第四章 手爪部件的设计与选择184.1驱动机构的设计184.1.1驱动方案的选择184.1.2电动机的选择184.1.3丝杆螺母副的选型与校核204.1.4轴承的选择与校核234.1.5键的选择与校核234.2手指结构设计244.2.1手指数量244.2.2手指关节数量244.2.3手指的材料244.3机架的设计24第五章 力学分析与校核265.1手指的工作原理265.2抓取时的静态力学模型265.3运动学分析285.4夹持误差计算29总

7、结32参考文献33致 谢33第一章 绪论1.1课题研究背景及意义菠萝是中国的主要水果。2010年，菠萝总产量占三大水果水果（菠萝、橘子、梨）的32.73%。此外，我国菠萝种植面积2848亩，产量26万吨，占世界菠萝种植面积的35%，产量是世界上最大规模的菠萝采摘机器人采摘工艺。在很大程度上可以大大提高采果效率，节约成本，但采果过程中的机械损伤是一种侵入性病原微生物。造成误差的主要原因是运行负荷的碰伤和破损，使变质腐烂的水果每年损失高达10亿元人民币30.40%。水果的直接接触臂部分，因此研制一种易损坏的水果小机械手尤为重要。“拣货机的末端执行器是安装在移动装置或拣货机臂上的装置，用于拣货，并具

8、有处理、传送、夹紧、放置和释放物体到精确的离散位置的功能。”这是对末端执行器的定义。摘穗机抓取操作方式是工业生产中的一个重要应用。机器是一种综合性强的自动化设备。设备的执行机构直接导致大多数任务。完成任务后，进行结构尺寸设计，以及各种结构。通常，根据机械夹持器的使用和结构变化，有三种类型的吸附出口和专用工具。在大多数情况下，执行器是为特定目的而设计的，或者它可以是一个大型的、多功能的执行器。现有末端执行器机构的性能来源于国情，但有些技术还不成熟。因此，如何在现有条件下满足不同的功能要求和执行机构的性能，以及如何开发一种结构简单、成本低、可靠性高、选料机尾是我们最重要的任务。1.2 国内外采摘机

9、器发展现况果蔬采摘机器人的研究始于20世纪60年代，在美国，主要应用于气动机械清洗方法和非定常方式。其缺点是水果易碎、低效，而且没有很大的局限性，特别是选择性收获、采摘柔软、新鲜的水果和蔬菜。但从那时起，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人、更为成熟的技术和计算机图像处理技术以及人工智能技术的发展，采摘机器人的研究得到了迅速发展。目前，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙等国家已成功推出果蔬采摘机器人研究相关方面的主要橙子、菠萝、西红柿、黄瓜、西红柿、芦笋、花椰菜、葡萄、瓜类、草莓、菊花、蘑菇等，但这些机器人的研究还不够全面。E利益并不是真正的商业运作。机器人。农业

10、机器人的研究起步较晚，但近几年来，随着研究的快速发展，已经有了大量的研究。张建峰，董健，张志勇，自适应控制算法设计，如用于采摘机器人鲁棒跟踪设计的立体视觉传感器；中国农业大学，刘兆祥，刘刚，发现了蔡建荣江苏大学菠萝三维信息，如恢复障碍，研究与开发。n柑橘采摘机器人障碍识别技术；南京农业大学和政府接管。果蔬外环控制技术的研究。在我国，菠萝不是人工采集的，效率低，劳动密集，环境恶劣。目前，菠萝收割机也报道较少，国内一些收割机专利，如螺母拔钩，这些专利可以在一定程度上减少收割机工作人员的劳动强度，改变选择；但是，基本上结构简单，因此没有选择从根本上解决。困难重重，效率低下。从菠萝收割机设计的实际目标

11、出发，结合工作环境的特点，深入分析了未使用软件设计菠萝收割机的表演者、Pro/E收割机的三维设计、虚拟装配设计菠萝收割机的端部与采集。它基本上解决了选择余地大、劳动效率低的问题，具有一定的发展前景。1.3 采摘机器末端执行器研究现状果蔬采摘机器人末端执行器是果蔬采摘机器人的重要组成部分，其设计是果蔬采摘机器人的核心技术之一。一般来说，水果和蔬菜看起来很脆弱，它们的形状和生长通常很复杂。水果采集和分离是实现机器人末端的两个关键动作。首先，通过捕捉、吸入、安装等。该方法取得了一定的效果，并对果实和花梗的分离等不同方法进行了折叠和剪切。从已发表的文献来看，它主要分为两类水果，不夹持和相似。传统的水果

12、和花梗分离方法是用剪刀或刀进行收缩、粉碎和切割，并开发出一种新的热切割方法。（1）直接切断式这样的末端执行器通常是直接切割的。例如，日本的发展，辣椒和番茄采摘机器人的端到端的执行者收获了美国的柑橘。表演者的结构如图1-1和1-2所示。图1-1 甜椒采摘末端执行器 图1-2 番茄采摘末端执行器这类末端执行器的结构更简单，植物冠层、叶片和果实，具有一定的抗冲击的水果和蔬菜。（2）吸入式这种无夹持端部执行器主要通过真空系统的内端吸入表演者的果实，然后将其切开并折叠，如分离果实和花梗。比利时在无菠萝机器人的末端开发了一个漏斗，如图1-3所示。漏斗放置间漏斗的设计将再次打开真空吸杆，在夹持范围内吃水果时

13、，以旋转折叠的方式采摘水果。图1-3 菠萝采摘末端执行器吸入端执行器的工作原理硬件设计简单。类似的水果是柔软的，纤细的，温和的。与其他水果相比，吸入草莓可以安装更多。夹具上的末端执行器是可行的。但这种个体差异对果实大小的适应性差，运动缓慢，稳定性差。（3）夹紧类这类末端执行器，他的持有人通常由真空吸和数目不等的手指。根据夹持器可分为两个手指的数量和大量的指型。中国农业大学张凯良等人设计的原理，草莓产量，他们的机器，如图1-4所示。，此端的表演者在爪的夹紧机构的主要机及其附属部件。1.手指 2.内螺纹管 3.丝杠 4.电机图1-4 机械爪机构示意图第二章 总体方案确定2.1设计要求本课题所设计的

14、菠萝采摘机应该具有制造成本低、控制简单、机械结构简单、通用性好等特点，同时整机设计，要遵循以下的设计原则：（1）执行器有三到四个手指，每个手指有三节（2）夹持菠萝直径15-25cm2.2总体方案设计2.2.1车体方案设计本设计的移动机械手本体结构采用履带支腿复合结构。总体设计方案如图2-1所示。作为一种移动机构，机器人的运动轨迹与前臂和后臂的旋转相协调，提高了机器人运动的灵活性。机器人的后轮由伺服电机驱动。通过控制系统的协调配合，实现了后轮的柔性转动，对机器人爬坡越障起到了更大的作用。机器人的左右轨迹由永磁直流电机驱动。前后桥的速度和力矩可由协调控制系统控制。可实现360度原地转向，前进时可实

15、现自由转向，可随时调整爬升力矩。车体主轨道前端为惯性轴，与主动轴配合，保证机器人的平稳运动。图2-1 移动机械手车体结构组成2.2.2手臂方案设计本设计的要求是：机械臂能上下转动，机械爪能夹紧，采用关节结构。因此，选择的设计方案如下：机械臂上下移动由两个驱动关节旋转的电机驱动，机械臂的整个旋转由底部旋转电机实现；机械臂爪有两个自由度，分别是爪的旋转。爪形夹持；爪形旋转由电机驱动。2.2.3手爪方案设计根据菠萝的选择，提出了具体的要求。菠萝的结构如图2-2所示。从手指和手掌的驱动、框架等。手用三个手指，三个手指的圆周对称，每侧一个手指。每根手指有6个关节。在牵引电机的控制下，通过螺钉的手指，将三

16、根杆的底部连接起来，并夹紧不同形状的物体。图2-3是菠萝收割机末端执行器的二维模型。图2-2 机械手机构图工作原理：将机械手送至水果附近的传感器检测机械手、机械手的相对位置和菠萝水果的中心位置、机械手的控制信号、单片机触发的步进电机的位置传感器，并开始向前旋转，使机械手开始收紧水果，水果手指的压力传感器增加。实时性能大，确定是否有压力勘探队，为达到阈值，通过实验获得阈值。如果达到此阈值，则完成停止移动操纵器的运动，模拟摘果和果柄的分离。操作手指定位置后的水果由步进电机反转，手指放松，恢复原始位置，水果收获完成。第三章 车体部分设计3.1驱动机构的设计3.1运动分析3.1.1跨越坑洼 当机器人爬

17、过坑时，履带底部与地面的夹角将逐渐增大。当重心穿过坑的支撑点时，机器人完成爬过坑的动作。从运动过程可以看出，图3-1中的重心位置处于临界状态。只有当机器人的重心越过坑边时，机器人才能成功地克服障碍物。由此可以分析机器人的最大越障高度。图3-1上坑洼临界状态示意图由图3-1所示几何关系可得： ( 5-1）变换式（5-1）可得： （5-2） （5-3） 利用式（5-3）求出，代入式（6-2）可算出机器人跨越障碍的高度。机器人加装后臂，可以大幅提高机器人跨越坑洼的高度，如图3-2所示，在后臂伺服电机的驱动下，后臂履带抬起，成直立，在机器人跨越的高度又要高出H。所以本次设计履带设计中机器人跨越障碍的最

18、大高度为图3-2上坑洼临界状态示意图3.1.2 跨越沟槽对于小于机器人前后履带轮中心距的凹槽，由于机器人重心在机体内，当机器人重心穿过下一个凹槽的支撑点时，机器人穿过凹槽。也可能是重心没有通过，在沟槽中倾斜。当槽大于中心距时，移动机械手可以视为爬过凸形障碍物。当移动机器人穿过凹槽时，当重心穿过凹槽边缘时，机器人将向前倾斜，在重力作用下其运动不稳定。根据机器人质心的变化规律，可以看出机器人的重心在半径为r的圆内，由于摆臂展开后，轨道与地面的接触长度变长，为了计算穿越沟槽的最大宽度，摆臂轨道应为b。部署。机器人的前臂和后臂长度相等。图3-3跨越沟槽示意图机器人在平地图3-3（a）跨越沟槽的宽度：

19、（6-4）3.3.3 斜坡运动分析机器人在斜坡上运动时，其受力情况如图3-4所示，机器人匀速行驶或静止时，其驱动力： 图3-4机器人上坡受力示意图最大静摩擦力系数为，最大静摩擦力为： 当时，机器人能平稳行驶。当时，机器人受重力的影响将沿斜面下滑。已知移动机械手对地面的最大静摩擦系数，则机器人爬越的最大坡度为: 爬坡时克服摩擦力所需的最大加速度为： 通过以上分析，我们可以根据机器人轨道与运动面之间的摩擦系数来确定某些陡坡是否能够安全爬坡。根据电机的坡度和特点，可以确定电机的最大加速度和爬坡速度。由以上计算可得：机器人的爬坡角度最大为；垂直越障高度最大为600mm：最大跨沟宽度为400mm。对于履

20、带和地面的动摩擦因数，实际上只是表示起动时车轮所处的滑动状态对应的滑动摩擦力，一旦车轮开始转动，面临的滚动摩擦力则总是比滑动摩擦力小得多。则可取大一点。3.2主电机的选择（1）机器人在平直的路上行驶移动机械手在跨越平面的沟槽或在平面移动，假设其速度最大，且匀速前进，则取 移动机械手共有两个输出轴，每个输出轴前端都有一个电机，对机器人其中一个输出轴分析:图3-5 平直路线分析又 则在最大的行驶速度下，驱动电机经过减速箱减速后需要提供的极限转速为（2）机器人在30坡上匀速行驶机器人在最大行驶坡度上匀速行驶，设定行驶速度为，在行驶过程中轮子作纯滚动，不考虑空气阻力的影响，机器人爬坡受力情况如图图3-

21、6 30坡度分析又，则 则在最大坡度下需提供极限转矩为 （3）机器人的多姿态越阶对于这类姿态分析，直流电机仅在机器人穿越坑时驱动主履带。在实际过坑过程中，机器人的速度不高，因此机器人所需的输出功率不高。从以上分析可以看出，机器人在平地直线运动时，驱动电机的输出速度较高，爬坡时驱动电机的输出扭矩较大。因此，电机的选择应基于平缓直线运动所需的最大速度和爬升运动所需的扭矩。根据机器人爬坡情况的分析，机器在平面状况下， 因而选取P=80W作为机器人的最大输出功率。根据计算的移动机械手的最大输出功率为80W，输出转矩为22.1N.M，输出转速为56.2r/min。由于直流电动机起动性能好，过载性能强，能

22、承受频繁的冲击、制动和反转，允许的冲击电流可达额定电流的35倍。另外，在使用过程中可使用便携式或移动式电池，也可使用干电池作为电源，重量轻，操作方便。根据直流电机的这些性能，可以满足机器人主履带和移动电池的频繁冲击、制动和反转的要求。因此，选用90ZY54型直流永磁电机，其参数如下：额定功率92额定转矩0.6额定转速1500电流7电压12允许正反转速差150因为 则因为， 则又则选取3.3机械手臂部分设计3.3.1电机的选择机械手臂上有四个电机，分别是臂旋转电机、臂关节电机和手腕旋转电机。在此，以臂式旋转电机为例进行了选型计算。其他电机的选择类似。目前比较常用的步进电机有无功步进电机、永磁步进

23、电机等。永磁步进电机一般为两相，转矩小，体积小，步进角一般为7.5度或15度。无功步进电机一般为三相，可以实现较大的转矩输出。步进角一般为0.75度或1.5度，但有一定的噪声和振动。无功步进电机是由软磁材料制成，用于转子磁路。定子具有多相励磁绕组，转矩由磁导变化产生。考虑到技术难度、精度和资金，考虑到机床负载小、负载变化小，是一种经济、简单的自动控制设备，因此采用无功步进电机作为砂轮座磨削进给的驱动源。(1)旋转力的计算旋臂式机械手夹持工件时，很明显承受着一定的旋臂力矩。由文献1查得旋转力的计算公式为：一旋转阻抗力(N)，根据相关经验数据，取其值为1989.9。由文献1查得：取，则 (N)，则

24、 (N)(2)脉冲当量和步距角脉冲当量小可提高加工精度，但使系统复杂。一般加工精度的自动控制机床，脉冲当量可选为0.01mm/step，初步确定步距角=0.5/step。(4)步进电机转轴上启动力矩的计算由文献9查得启动力矩的计算公式为：式中：一电机启动力矩旋转进给抗力(N)，= =19899(N)一垂直分力，=7959(N)导轨摩擦系数，选用淬火钢滚动导轨，取=001 G-机器重量(N)，按图纸粗估G=480N总机械效率，取=085则(5)确定步进电机最大静转矩和最高工作频率为满足最小步距要求，电机选用三相六拍工作方式，由文献9查得：=0.866 则步进电机最大静转矩为：=1800.866=

25、207.8(Ncm)最高工作频率为：(7)步进电机的选择查表选用110BF003型步进电机，其参数如下：步距角，选用三相六拍工作时取，最大静转距800Ncm，最高空载启动频率1500Step/s，运行频率7000 Step/s，相数3，电压80V，相电流6A，满足需要。3.3.2大、小臂设计（1）负载分析负载R是指工作机构在满负荷情况下，即： 式中：-工作机构的荷重及自重对手臂产生的作用力；-工作机构在满载启动时的静摩擦力；-工作机构满载启动时的惯性力。(1)的确定 工件的质量m=5.9 (kg) 夹持器的质量 15kg(已知)伸缩臂的质量 50kg(估计)其他部件的质量 15kg(估计)工作

26、机构荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N) 取Ri=860N(2) 的确定 Rm= (N) (3) 的确定 Rg=(N) 式中：为启动时间，其加速时间约为0.10.5s=0.1s ， =0.2s总负载 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N) 取实际负载为 =1200根据负载分析计算得到大小臂结构尺寸如下图示：第四章 手爪部件的设计与选择4.1驱动机构的设计4.1.1驱动方案的选择目前，机械手的主要驱动源是气动驱动、电气驱动和液压驱动。（1）它是一种气动压缩空气压力驱动的执行机构运动驱动系统，空气压缩机，通常用作能源。气动过载驱动器的安全性、结构简单

27、、成本低、污染小，可调节空气流量、速度，但大型设备速度不稳定，定位精度高，不抱持，抓力小。（2）液压传动系统的输出力驱动液压传动系统具有固有的稳定性、有效性和快速响应性。这很简单。它可以在较宽的范围内无级调节速度，轻松适应不同的工作。变速器能成功地吸收冲击力。它可以实现更频繁的传动和稳定的换向，但容易漏油、污染，成本高，定位精度高。高，针对电机，但针对空气低温液体粘度的变化和影响，传输特性。（3）电气驱动模型，包括步进电机交流伺服电机、伺服电机和步进电机以及发动机扭矩和驱动器类型。步进电机角位移或开环控制元件的线性位移由电脉冲信号控制，具有简单、响应快、可靠、无累积误差等特点。伺服电机惯性转子

28、具有良好的动态特性。该机器人采用伺服电机驱动，精度高、速度范围宽、速度快、运行稳定、可靠性高、控制方便。基于步进电机的这些优点，本设计采用步进电机驱动。4.1.2电动机的选择机臂升降机构的电机调速精度要求高潜力的快速、方便、受环境影响小，额定功率小，并可用于开环系统。步进电机和步进电机为BF系列反应，所有这些条件，我们选择了90BF004主运动模型反应的步进电机作为动力源，该机功率为60W。在选择主要有以下步骤：（1）根据脉冲当量和最大静转矩初选电机型号(a)步距角初选步进电机型号，并从手册中查到步距角，由于综合考虑，我初选了，可满足以上公式。(b)距频特性步进电机最大静转矩Mjmax是指电机

29、的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq与最大静转矩Mjmax的关系是：Mmq=步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩按下式计算：式中：Mkq为空载启动力矩；Mka为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩；Mkf为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩；为由于丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩。而且初选电机型号时应满足步进电动机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即：MkqMmq=Mjmax计算Mkq的各项力矩如下：加速力矩空载摩擦力矩附加摩擦力矩（2）启动矩频特性校核步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。前面提出的

30、，仅仅是指初选电机后检查电机最大静转矩是否满足要求，但是不能保证电机启动时不丢步。因此，还要对启动矩频特性进行校核。步进电机启动有突跳启动和升速启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时丢步是不可避免的。因此很少用。而升速启动过程中只要升速时间足够长，启动过程缓慢，空载启动力矩中的加速力矩不会很大。一般不会发生丢步现象。4.1.3丝杆螺母副的选型与校核滚珠丝杆设计和校核，其步骤如下：首先对于一些参数说明如下：轴向变载荷，其中i表示第i个工作载荷，i=1、2、3n ；第i个载荷对应的转速(r/min);第i个载荷对应的工作时间 (h) ;丝杆副最大移动速度(mm/min);丝杆预期寿命。（1）型号选择

31、（a）根据使用和结构要求 选择滚道截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式；（b）计算滚珠丝杆副的主要参数 根据使用工作条件，查得载荷系数=1.0系数=1.5； 计算当量转速 计算当量载荷 初步确定导程 ，取4mm计算丝杆预期工作转速计算丝杆所需的额定载荷（c）选择丝杆型号根据初定的和计算的，选取导程为4mm，额定载荷大于的丝杆。查滚珠丝杠型号表知，本次选定的滚珠丝杠螺母副型号为：GD1604-3由表2-9得丝杠副数据：公称直径 导程 滚珠直径 （2）校核计算（a）临界转速校核校核合格。（b）由于此丝杆是竖直放置，且其受力较小，温度变化较小。所以其稳定性、温度变形等在此也没必要校核。（c）滚珠丝

32、杆的预紧预紧力一般取当量载荷的三分之一或额定动载荷的十分之一。即：其相应的预紧转矩（d）稳定性验算丝杠采用轴向螺钉固定的一端和双向滚珠轴承，滚珠轴承，分别可承受径向和轴向负荷。另一端游动，需要采用滚珠轴承径向的限制，不限，环以确保去散步，在结束后的热变形的自由伸缩，如下图所示。 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数S 丝杠不会失稳的最大载荷称为临界载荷 式中，E为丝杠材料的弹性模量，对于钢E=206Gpa；l为丝杠工作长度（m）；为丝杠危险截面的轴惯性矩（）；为长度系数，取。 安全系数 查表2-10，S=2.53.

33、3，SS，丝杠是安全的，不会失稳。 高速丝杠工作时有可能发生共振，因此需验算其不发生共振的最高转速临街转速。要求丝杠的最大转速。 临街转速按下式计算： 式中：为临界转速系数，见表2-10，本题取， 即：，所以丝杠工作时不会发生共振。 此外滚珠丝杠副还受值的限制，通常要求4.1.4轴承的选择与校核（1）轴承选择因为轴承受一定的轴向力的作用，所以选用角接触轴承。轴左侧：从机械设计课程设计中表15-3中查得轴承的型号为：6201。外形尺寸为：d1=12mm，D1=32mm，B1=9mm。（2）轴承校核1）按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球

34、轴承，轴承的预期寿命取为：Lh29200h由上面的计算结果有轴承受的径向力为Fr1=340.43N，轴向力为Fa1=159.90N，基本额定静载荷为C0r=63.8KN。2）径向当量动载荷 动载荷为，查得，则有，满足要求。4.1.5键的选择与校核（1）键的选择键的类型有平键、半圆键、切向键等，是一种实现轴与轮毂间周向固定、用以传递转矩的标准件，应用非常地广泛。3联轴器所在轴径为12mm，从机械设计中表14-1中查得键宽为：b=4mm，键高为：h=4mm，从键的长度系列可选择L=14mm。（2）键的强度校核键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为键的工作长度，合适4.2手指结构设计手

35、指夹持力和大容量，高负荷，普遍性，可以利用任何形式的目的，适用范围更广的驱动源的数量，同时也减少了，从而使系统的结构变得简单，易于控制。4.2.1手指数量果实的定期和不定期的形式。小水果采摘机器人的规则，使用两个手指直接抢水果吸收最线性驱动器。三个手指相对的两个指纹，一些研究也不意味着一个稳定的机器人，机器人3爪水果最好。4.2.2手指关节数量关节执行器的端部效应与爬行密切相关，自由端关节越来越多，捕捉动作更灵活，提升程度更好。因此，随着连接器数量的增加和设备驱动程序数量的增加，驱动程序将更加难以控制，并导致系统结构复杂、可靠性差，因此会产生负面影响。本文以采摘机器人的四杆机构为传动机构，通过

36、多指、指关节上的力传感器进行测量和橡皮，增加夹紧力和摩擦力。根据中华人民共和国农业产业，除了标准的三级”，菠萝，果实横切面的最大直径大于或等于生产。在这里，在设计机器人爬行在50150毫米直径的半径之间的菠萝，菠萝，所以获得25毫米R75毫米。4.2.3手指的材料手指选择适合机器人使用的材料起着重要作用。结构尺寸与手和手指相符，在保持足够的强度和质量的同时，系统将选择手上的尼龙材料。尼龙具有机械强度高、耐热、摩擦系数低、耐磨、自润滑、吸振、耐油、耐酸性差等特点。4.3机架的设计机架主要用于安装驱动机构和手掌，机身紧凑，体积小，重量轻的要求。本设计为基本的圆柱形框架，底板固定在中间板的下部、主驱

37、动电机和立柱支撑的安装位置。基本块将手指固定在上半部分。机器人可以分为基于手掌和基于手掌的类别。手掌可以增加这个问题的局限性。掌上机器人适用范围广，使用方便。机械手不能使用任何物体，但物体、通常规则、祝福的形式、物体的形状和大小要求高的特性，这在机械手的手掌中被广泛使用，没有特殊的保护机制。第五章 力学分析与校核5.1手指的工作原理(a)的初始结构是非接触式的手指，手指的外力，整个的手指运动的刚体绕支点，统一；（b）说，关节1接触对象；（c）说，在2 1 2相对关节关节的旋转方向，关节弯曲的对象时，必须克服弹簧力的驱动力的两个节；（d）完成的手指接触的对象的形状，阶级，驱动的驱动力传递两个节。

38、图5.1 采摘手指工作原理5.2抓取时的静态力学模型因为驱动机构是一个独立的传动机构，其自由度的数量和比例。挑选机器人可以抢劫信封，你也可以选择关节面来表示精确的路径爬行。通过被动选择具有自适应能力的物体来捕捉手指形状。在第一个包络提取中，指关节1相对于第一个物体和物体，因为第一个关节的接触、运动强度将限制在指关节，第二个是因为驾驶员的行为在几乎连续的无限制物体传输机制下，最后两个关节和表面包含计算机断层扫描。在机械操作、弹簧、限位和平行四边形机构的作用下准确爬行。食指和中端将反方向的力联合起来，限制物体和物体，实现爬行功能。包络抓取静力学模型，如图所示5.2。图5.2 手指静力学模型图5.2

39、中为输入转矩，、分别为关节1、2所受的力，、为接触点、到、的距离。为关节2相对于关节1转过的角度，水平轴的夹角。为摩擦约束力矩。三角构件边的夹角，h杆与杆c的反向延长线交点到的距离。、为关节1、2的长度。为杆与水平轴的夹角。为摩擦约束力矩。根据虚功原理可得3，4，5 T为手指机构的输入转矩向量，由驱动力矩以及摩擦力矩组成；为手指机构各关节与力矩相关的连杆的虚拟角速度向量，由驱动连杆的角速度以及末关节加速度构成；F为作用在手指上的抓取接触力组成的向量，由接触力、构成；V为外力作用点在外力作用方向上的虚拟速度向量，由各接触点的y方向的速度分量构成，即： 由机构学理论，可知各关节的接触点速度可以通过

40、雅可比矩阵用各关节的角速度来表示，即： 又 为传递矩阵 将式(3.2)、(3.3)、(3.4)带入(3.1)约去得： 将上式与式(3.3)对比可知 当手指以直指方式抓取物体时，仅有短关节触及物体，这时，只要令F1=0、T1=0 ，则手指受力为： 5.3运动学分析采摘机械手的每个手指都是由两套四连杆机构构成的。图5.3所示为一个四连杆机构。图5.3四连杆机构原理各杆构成的矢量封闭方程为6，写成坐标轴上分量形式有： 化简上式，消去b得： 对式3.14两边求导并化简，可得4杆机构L1与L3角速度之间的关系： 5.4夹持误差计算旋转夹紧手指的直径变化时，会产生不同的轴向位置误差的工件，夹具。收集的手指

41、的抓地力和双支点的回指转换原理类似的原则，因此，可以根据双支点回转型手指祝福误差的计算。图5.4 双支点回转型手指简图图中：l手指长度;V型槽的夹角；偏转角；2 s两回转支点间距离;根据几何关系，可得 该方程亦为双曲线方程，另；图5.5 x与半径R的关系曲线根据双曲线特点，对应附近的曲线变化率较小，故在处附近对应的夹持误差最小。当时，手指夹持误差计算如下: 最佳偏角的计算取V型槽的夹角=，根据式（4-9）求得最佳偏转角为 故夹持误差的计算因为和关于对称，所以=，故经过计算手指的夹持误差为0.88mm。总 结本次设计是对一个菠萝采摘器进行设计，使其结构能够满足绝大多数实际使用要求。然后利用三维软

42、件对其结构进行三维实体模型的建模处理，让他的结构可以进行直观表达出来。通过对本设计的结构进行分析设计，使其自由度能够符合实际应用，并对该设计的动力传递进行针对性设计。并对该产品的具体使用范围做了说明，对其重要部件传动结构进行设计，同时完成必要的校核，保证该设计使用的安全性和可靠性。本次设计完成对菠萝采摘器的设计，让我更加深入的了解了菠萝采摘器，通过整个设计过程，让我将所学的各种知识进行一个融合，进行综合使用的锻炼。同时设计需要绘制图纸，锻炼了我图纸设计和三维实体建模的水平。通过学习已让我看到国内外这方面设计的差距，让我有动力去提升自身素质，为祖国的机械制造业添砖加瓦。此次设计虽初步完成菠萝采摘

43、器整体设计方案，但是不足之处依然，像此机构的实际生产简单与否，工作运动合理与否都有待验证，设计精度也欠考虑，后续再有此类设计的人员，可进行完善，让此类设计更加能够符合实际的应用需求，提高质量，实现真正的中国制造、中国创造。参考文献1 成大先. 机械设计手册（第5版）M. 北京：化学工业出版社，2008.2 邓星钟主编.机电传动控制M.第三版，华中科技大学出版社 20123 严霖元主编.机械制造基础M.中国农业大学 20134 郑文纬，吴克坚主编.机械原理M.高等教育出版社 2013 5 范思冲.画法几何及机械制图. 北京：机械工业出版社，1995：312.6 于永泗、齐民主编，机械工程材料M，

44、大连：大连理工大学出版社，20077 余桂英、郭纪林主编，AutoCAD2008中文版实用教程M，大连：大连理工大学出版社，20078 邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版标准教程M，北京：清华大学出版社，20079 王承义.机械手及其应用M.北京：机械工业出版社，1981：105-12510 徐丽明，张铁中.果蔬果实收获机器人的研究现状及关键问题和对策J.农业工程学报，2004，20(5);38.11 孙建设.我国菠萝栽培模式的沿革与思考J.专家视点，2008，2:22-24.12 姜丽萍，陈树人.果实采摘机器人的研究综述J.农业装备技术，2

45、006，2，32(1):8-10.13 崔玉洁，张祖立，白晓虎.采摘机器人的研究进展与现状分析J.农机化研究，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 Researc

46、h.1986，4(3):221-250.致 谢毕业设计完成在即，感慨颇多。感谢学校为我提供优质资源，为我提供各种机会机遇，能够让我在这里提升进步。感谢各位老师的辛勤传授，为我解惑答疑，学到了许多知识。谢谢指导老师提供给我的指导和帮助，您展现出来他那种对待工作高度严谨认真的精神让我折服，也感谢机械制图、机械设计原理、人机工程学、机械设计、标准化工程、互换性与测量技术、三维建模、机械制造技术等学科的任课老师，各位老师提供给我基础课程的辅导，为我本次毕业设计的完成也起到了重要的作用，感谢各位老师的辛勤付出。在完成本次毕业设计的过程中，各位同学也对我支持和提供帮助，再次感谢大家。 本次毕业设计中，也暴露出一些问题，许多方面并没有根据设想完成，究其原因，还是自身能力不足，许多方面的知识储备不够，还有待补充，使得本次设计也留下了遗憾。值得肯定的是，本次设计启发了我固有的思维模式，动手实践能力得到了明显的提高，所学知识也得到了进一步的巩固，为今后学习工作也打下了基础。再次感谢各位大学老师的教导与帮助，您们是我人生路上的贵人，您们的倾囊相授让我终生受用，我会永远铭记恩情，谢谢您们！感谢母校！