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1、 水果采摘機(jī)械手裝置設(shè)計(jì)與仿真 摘要 近年來，隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)果蔬的需求越來越大。在我國(guó)的果蔬生產(chǎn)中，柑橘生產(chǎn)所的占比重日益增大。而在整個(gè)柑橘生產(chǎn)活動(dòng)中，柑橘的采摘所占的工作量十分巨大。除此之外，水果采摘質(zhì)量的好壞還將直接影響到水果的保鮮儲(chǔ)藏，運(yùn)輸配送等后續(xù)工作，并最終將嚴(yán)重影響到經(jīng)濟(jì)效益。如果繼續(xù)延續(xù)原始的手工采摘，不僅工作環(huán)境十分的艱苦，效率低下，而且水果采摘質(zhì)量也得不到保障，更甚至?xí)r有采摘工作者在采摘過程中因?yàn)榄h(huán)境的復(fù)雜不小心從樹上摔下而受傷的事故發(fā)生。為了適應(yīng)當(dāng)代果蔬經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)計(jì)一種多自由度，滿足工作空間的小型柑橘采摘機(jī)械手對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要

2、意義。 根據(jù)柑橘生產(chǎn)活動(dòng)中完成果實(shí)采摘整個(gè)過程的的具體條件，首先運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)；然后創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)采摘機(jī)械手所有零部件的具體合理尺寸；再按照設(shè)計(jì)的零件圖通過Pro/E三維造型出機(jī)械手的所有零部件；接著根據(jù)機(jī)械手的工作方式選擇合理的連接方式并通過創(chuàng)建合理約束完成機(jī)械手的裝配；最后通過選用Pro/E中的機(jī)構(gòu)模式，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)軸的自定義，伺服電機(jī)的添加，定義初始條件等完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真。 關(guān)鍵詞：柑橘采摘機(jī)械手，內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)，Pro/E三維造型，運(yùn)動(dòng)仿真 推薦精選 Abstract In recent years, with the continuous develop

3、ment of economy, the proportion of citrus production in fruit and vegetable production is growing in our country. In the entire citrus production activities, the workload of citrus picking is very big. What’s more, the quality of fruit picking will directly affect the fruit storage, transportation

4、and other follow-up work ,which eventually has serious influence on the economic benefit. If we continue to use the original manual picking, not only working environment is very difficult, working inefficient, but also the quality of fruit picking is not guaranteed .what’s worse, the fruit picking w

5、orkers maybe fell from the trees and injured accidentally because the environment is very complex in the process of picking . In order to adapt to the development of contemporary economic fruit and vegetable, it ?is of great significance to agricultural automation realized and improving the economic

6、 benefit that designing a kind of small citrus picking manipulator with the features of multi-degree of freedom and satisfied the working space. According to the specific conditions of the whole process of fruit picking in citrus production activities, at first ,using the acquired? knowledge to c

7、reatively design all parts of embedded citrus picking manipulator joints with reasonable size. Then according to the design of the part drawing shapes all parts of the manipulator through the Pro/E 3d modeling software. Next choosing the reasonable connection according to the workings of a manipulat

8、or and creating a reasonable constraint to complete the assembly of the manipulator. Finally ,through choosing mechanism model in Pro/E, after the axis of rotation of the custom, the adding of the servo motor and defined the initial conditions to complete the motion simulation of the manipulator. K

9、eywords: citrus picking manipulator, embedded joints, Pro/E 3d modeling , motion simulation 推薦精選 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 機(jī)械手的介紹 1 1.3 水果采摘機(jī)械手研究概況 1 1.3.1 國(guó)外機(jī)械手的研究概況 1 1.3.2 國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究概況 3 1.4 目的和意義 3 第二章 柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1 柑橘采摘機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成 5 2.2 柑橘采摘機(jī)械手的材料選定 5 2.3 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 6 2.3.

10、1 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 6 2.3.2 基于果園環(huán)境的機(jī)械手CAD模擬 6 2.4 機(jī)械手關(guān)節(jié)處伺服電機(jī)內(nèi)嵌式創(chuàng)新 8 2.5電機(jī)的選定 8 2.5.1 電機(jī)種類的選擇選擇發(fā) 8 2.5.2 電機(jī)規(guī)格的選擇 9 2.6機(jī)械臂尺寸的設(shè)計(jì) 12 2.6.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 2.6.2 機(jī)械手各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì) 12 第三章 三自由度機(jī)械手的三維造型 14 3.1機(jī)械手大臂的三維造型。 14 3.2機(jī)械手小臂的造型 16 3.3機(jī)械手底座的造型 16 3.4舵機(jī)的三維造型 17 第四章 三自由度機(jī)械手的裝配 18 4.1 基于Pro/E的裝配簡(jiǎn)概

11、18 4.2 三自由度柑橘采摘機(jī)械手的裝配 18 第五章 三自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 21 5.1 基于Pro/E的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真簡(jiǎn)概 21 5.2 三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 21 5.2.1 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 21 5.2.2 運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的設(shè)置 21 5.2.3 伺服電機(jī)的添加 22 5.2.4 初始條件的定義 22 推薦精選 5.2.5 定義分析 23 5.3運(yùn)動(dòng)仿真視頻制作 24 第六章 總結(jié) 26 6.1 主要工作回顧 26 6.2 本課題今后需進(jìn)一步研究的地方 26 參考文獻(xiàn) 27 致謝 28 推薦精選 第一章 緒論 1.1 前

12、言 近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，果蔬供應(yīng)需求日益增大。作為一個(gè)多類型果蔬生產(chǎn)的大國(guó)，果蔬的生產(chǎn)對(duì)全國(guó)的農(nóng)業(yè)乃至國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不過或缺的重要作用。為了適應(yīng)時(shí)代的需求，在國(guó)家的鼓勵(lì)號(hào)召下，全國(guó)大部分的果蔬生產(chǎn)已經(jīng)成功進(jìn)行了轉(zhuǎn)型，由原來的小型散戶種植變成了更加科學(xué)化，規(guī)?；?，可控化的果蔬種植園，而全國(guó)果蔬的生產(chǎn)總量也得到了量和質(zhì)的突破?？墒窍鄬?duì)經(jīng)營(yíng)方式的成功轉(zhuǎn)型，在果蔬生產(chǎn)活動(dòng)中，幾乎占整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)工作量40%的水果采摘卻在很大程度的扼制著全國(guó)果蔬經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。大量人力資源的投入不僅生產(chǎn)率沒得到保障，就連生產(chǎn)質(zhì)量也是不盡人意，而且艱苦的工作條件常使采摘人員工作中圖中發(fā)生意外，導(dǎo)致人員受傷。為了提

13、高果蔬采摘的效率，解放勞動(dòng)力，保證水果采摘的質(zhì)量，設(shè)計(jì)一款輕巧，靈便，滿足工作條件的水果采摘機(jī)械手變得迫切且意義重大。 1.2 機(jī)械手的介紹 機(jī)械手是人們?yōu)榱送瓿赡承┨囟ǖ纳a(chǎn)活動(dòng)，通過觀察人類手臂的移動(dòng)和手掌的抓舉仿生設(shè)計(jì)出來的可控的機(jī)械系統(tǒng)，其一般包括由實(shí)現(xiàn)靈活移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)（手臂）和實(shí)現(xiàn)最終生產(chǎn)活動(dòng)的執(zhí)行末端（手掌）組成。機(jī)械手的靈活程度在很大程度上取決于機(jī)械手的自由度數(shù)和控制系統(tǒng)。自由度越多的機(jī)械手一般運(yùn)動(dòng)起來更加的靈活，人類的整個(gè)手部就是一個(gè)具有二十多個(gè)自由度的精巧結(jié)構(gòu)。不過自由度越多，機(jī)械手控制起來就會(huì)變得越復(fù)雜，而人類之所以能夠靈活的使用自己的手，是因?yàn)橛猩蟽|神經(jīng)系統(tǒng)的精密

14、控制。所以在設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)，合理的選擇機(jī)械手的自由度和完善控制系將決定它最終的成敗。 1.3 水果采摘機(jī)械手研究概況 水果采摘機(jī)械手的研究是當(dāng)今農(nóng)業(yè)機(jī)械研究的一個(gè)熱點(diǎn)。為了提高生產(chǎn)，解放勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化程度的進(jìn)一步提高，世界各國(guó)在這方面都投了大量的人力物力資源等，也取得了一定的成就。 1.3.1 國(guó)外機(jī)械手的研究概況 在德國(guó)，美國(guó)，法國(guó)，韓國(guó)，日本等發(fā)達(dá)的國(guó)家，隨著產(chǎn)業(yè)多樣化，國(guó)際化，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作性質(zhì)等原因，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)勞動(dòng)力不足遠(yuǎn)比其它行業(yè)來的嚴(yán)重。為了解決勞動(dòng)力分散不均勻，保障生產(chǎn)，提高人們的生活質(zhì)量，各個(gè)國(guó)家都不斷研發(fā)出了一些農(nóng)業(yè)機(jī)械手。 推薦精選 例

15、如美國(guó)在1883年成功研制了世界上第一臺(tái)西紅柿采摘機(jī)械手；1987年研制出了對(duì)于樹冠外的果實(shí)分辨率很高于的柑橘采摘的機(jī)械手。韓國(guó)在1998年也開發(fā)研制了一種利用傳感器的識(shí)別專門用來采摘成熟果實(shí)的蘋果采摘機(jī)械手，圖1-1。而且該裝置還可以比較輕松的在果園里自由移動(dòng)，工作空間范圍較廣。 而作為新興的發(fā)達(dá)國(guó)家的代表，日本在農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究方面更是全面且多方位。例如為了噴灑農(nóng)藥專門設(shè)計(jì)出來的噴農(nóng)藥機(jī)器人，傳感器的加入使它能自動(dòng)的噴灑農(nóng)藥。還有為了嫁接特意設(shè)計(jì)的機(jī)器人，極速的嫁接成倍的提高了生產(chǎn)效率。施肥機(jī)器人利用橡皮做成的四個(gè)超窄輪子可以做到在在狹窄的作物間行走。人機(jī)協(xié)作型機(jī)器人則是通過人與機(jī)械手的共

16、同協(xié)調(diào)作用來完成水果采摘的。在采摘過程中，通過用人來完成定位與機(jī)器的導(dǎo)航的任務(wù)，而其它的工作（例如：關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）則是由機(jī)器人精準(zhǔn)控制來協(xié)調(diào)完成。 圖1-1 蘋果采摘機(jī)械手 除此之外，日本還研究了西紅柿，葡萄，草莓，黃瓜等一系列的水果采摘機(jī)器人，如圖1-2。 西紅柿采摘機(jī)器人 草莓采摘機(jī)器人 推薦精選 黃瓜采摘機(jī)器人 葡萄采摘機(jī)器人 圖 1-2 1.3.2 國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究概況 作為一個(gè)果蔬生產(chǎn)大國(guó)

17、，中國(guó)雖然在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化方面晚起步于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，但是先天的不足不能扼住奮發(fā)的國(guó)人。1997年，東北林業(yè)大學(xué)教授陸懷民以液壓為驅(qū)動(dòng)，配合以單片機(jī)控制系統(tǒng)，成功的研制出了松木球果實(shí)采摘機(jī)器人。果實(shí)采摘作業(yè)時(shí)，由底部的行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)五自由度的機(jī)械手靠近果樹，然后由控制系統(tǒng)控制液壓缸實(shí)現(xiàn)大小臂的俯仰從而實(shí)現(xiàn)果實(shí)的精確采摘。2001年，針對(duì)番茄采摘采摘過程中定位不精準(zhǔn)的問題，張瑞合等人巧妙地運(yùn)用雙目立體視覺的辦法成功的解決了這一大難題。2005年，梁喜鳳 苗香雯 等人針對(duì)番茄機(jī)械手的機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性問題成功的進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)的仿真。而近年來，隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的重視和資源投入加大，作為農(nóng)用機(jī)械的一大熱點(diǎn)

18、，機(jī)械手更是有了質(zhì)的優(yōu)化和跨越，不過面對(duì)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，機(jī)械手的研究依舊任重而道遠(yuǎn)。 1.4 目的和意義 在當(dāng)今日新月異的社會(huì)浪潮中，社會(huì)生產(chǎn)種類日益多樣化。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，各種機(jī)械手已經(jīng)逐漸替代人工勞動(dòng)力出現(xiàn)在不同的工作崗位上。其目的和意義: 一、將人類從枯燥單調(diào)的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中解放出來。隨著社會(huì)的發(fā)張，為了更好的管理，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，果園種植生產(chǎn)活動(dòng)的許多勞動(dòng)力越來趨于專業(yè)化和模塊化，長(zhǎng)時(shí)間的單一重復(fù)的工作不僅很容易使人疲勞，而且長(zhǎng)就的往往會(huì)給人帶來一定的身體傷害，用機(jī)械手代替勞動(dòng)力，可以將人類從枯燥單調(diào)的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中解放出來。 二、代替人類勞動(dòng)力從事危險(xiǎn)

19、的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)。水果采摘作為一項(xiàng)戶外生產(chǎn)活動(dòng)，往往會(huì)存在著一些不可預(yù)知的危險(xiǎn)，實(shí)施人工采摘容易發(fā)生意外事故。而且經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷的刺激著人類對(duì)未知環(huán)境以及事物的探索，可是未知的環(huán)境往往隱藏著許多不為人知的危險(xiǎn)，貿(mào)然投入人力，很容易發(fā)生意外，導(dǎo)致人員受傷。而機(jī)器人機(jī)械手的投入使用可以提前將那些隱藏的危險(xiǎn)提前觸發(fā)或者發(fā)現(xiàn)，更甚者可以提前排除那些隱藏的危險(xiǎn)，為工作人員的進(jìn)一步工作提供良好的環(huán)境。 推薦精選 三、極大的提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)效率的保證是一項(xiàng)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)健康進(jìn)行的重要指標(biāo)。為了保證效率，許多果園往往會(huì)投入大量的人力資源以及出臺(tái)一系列的政策去刺激生產(chǎn)?？墒谴罅縿趧?dòng)力的投入往往并不意味著生

20、產(chǎn)率的提高，而由于人的作息問題，生產(chǎn)政策的出臺(tái)往往也只能短期時(shí)間內(nèi)起到刺激生產(chǎn)的作用，根本不能從根本上解決問題。而機(jī)械手的投入使用卻可以從根本上完美的解決這個(gè)問題，長(zhǎng)時(shí)間精準(zhǔn)的運(yùn)轉(zhuǎn)不僅極大的提高了效率，而且采摘質(zhì)量也得到了保證。 推薦精選 第二章 柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 柑橘采摘機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成 為了實(shí)現(xiàn)柑橘果實(shí)采摘活動(dòng)，并在滿足工作條件的情況下有盡可能大的工作空間，機(jī)械手必須滿足俯仰，旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，所以機(jī)械手必須是多自由度的。圖2-1為其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2-1 柑橘采摘機(jī)械手簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)示意圖 在圖2-1中，1是控制計(jì)算機(jī)；2是底座；3是腰

21、部；4是大臂；5是小臂。在采摘過程中，機(jī)械手在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，通過腰部的旋轉(zhuǎn)，大小臂的俯仰將機(jī)械手的末端定位到所需要采摘的柑橘位置，然后通過末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)果實(shí)的采摘。 2.2 柑橘采摘機(jī)械手的材料選定 在柑橘采摘的整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中，由于機(jī)械臂并不需要受很大的力，為了更好的適應(yīng)復(fù)雜的果園環(huán)境整體機(jī)構(gòu)盡量靈巧輕便，另外考慮到制造的成本問題，綜上幾點(diǎn)，選擇密度相對(duì)較低，但強(qiáng)度較高的鋁合金為制造機(jī)械手的材料。以下是幾種型號(hào)鋁合金的性能參數(shù)表2-1： 表2-1 鋁合金性能參數(shù)表 牌號(hào) 屈服強(qiáng)度 拉伸強(qiáng)度 密度（20℃） 2024 325 470

22、 2.82 5052 195 175 2.72 5083 211 180 2.72 6061 276 310 2.73 7050 455 510 2.82 為了滿足機(jī)械臂對(duì)強(qiáng)度的要求以及盡可能的是機(jī)械手輕巧，優(yōu)先選牌號(hào)為6061的鋁合金作為機(jī)械手的材料。 推薦精選 2.3 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 2.3.1 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 柑橘作為南方特有的一種常綠小喬木，樹高通常在近兩米左右。在果園種植時(shí)，一般采取4×6m的種植間距，且經(jīng)過科學(xué)修剪，果實(shí)一般都結(jié)在距地面一米到兩米的范圍之內(nèi)，如圖 2-2。在使用機(jī)械手實(shí)施采摘生產(chǎn)活動(dòng)者，為了能

23、成功采摘到樹上的果實(shí)，機(jī)械手必須滿足一定的尺寸要求。參考國(guó)內(nèi)外果實(shí)采摘機(jī)械人的成功案列，先大致確定機(jī)械手大臂長(zhǎng)度L1=600mm,小臂長(zhǎng)度L2=500mm 圖 2-2 果園柑橘種植 2.3.2 基于果園環(huán)境的機(jī)械手CAD模擬 模擬原則：假設(shè)機(jī)械手是安裝在履帶式的行走機(jī)構(gòu)上，在采摘過程中，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)帶著機(jī)械手靠近果樹邊沿時(shí)，要使機(jī)械手能成功采摘到果樹上的所有成熟果實(shí)，在腰部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定時(shí)，必須使其工作空間能夠覆蓋其半剖面，如圖2-3。 推薦精選 圖 2-3 果實(shí)分布圖 根據(jù)柑橘樹的徑冠具

24、體參數(shù)，確定圖 2-3中，A點(diǎn)坐標(biāo)(1100，1000)，B點(diǎn)坐標(biāo)(100，0)，C點(diǎn)坐標(biāo)(1100，0)。（單位：mm） 模擬過程： （1）在CAD工作空間內(nèi)，先假設(shè)機(jī)械手的初始位置，大臂與橫坐標(biāo)軸的初始夾角為零，小臂與縱坐標(biāo)的初始夾角為60°。 （2）初步假設(shè)關(guān)節(jié)處電機(jī)的轉(zhuǎn)角范圍均為180°，并以各關(guān)節(jié)處為原點(diǎn)，先以大臂長(zhǎng)為半徑畫半圓即大臂的運(yùn)動(dòng)范圍。 （3）在大臂運(yùn)動(dòng)范圍，讓大臂繞原點(diǎn)（關(guān)節(jié)1）逐次均勻轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，然后在各個(gè)角度讓小臂繞關(guān)節(jié)2畫半圓(小臂運(yùn)動(dòng)范圍)，最后得出機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)范圍。 （4）將步驟三得出的機(jī)械手工作空間向上移動(dòng)一定高度(h=1000mm)，得出機(jī)械

25、手最終的總工作空間，圖 2-4。 圖 2-4 機(jī)械手CAD模擬 結(jié)果分析：經(jīng)CAD模擬，機(jī)械手的最終工作空間，果實(shí)的分別空間。由上圖2-4可知，可完全覆蓋，所以桿長(zhǎng) 推薦精選 L1=600mm,L2=500mm滿足要求。 2.4 機(jī)械手關(guān)節(jié)處伺服電機(jī)內(nèi)嵌式創(chuàng)新 進(jìn)幾年以來，隨著果蔬采摘機(jī)械手領(lǐng)域的飛速發(fā)展，目前市面上以及實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研究設(shè)計(jì)了不少種類的用于果蔬采摘的機(jī)械手，不過由于果蔬采摘機(jī)械手為小型機(jī)械手而普通伺服電機(jī)普遍轉(zhuǎn)矩小而外形尺寸參數(shù)偏大，外加考慮經(jīng)濟(jì)的原因，所以很多機(jī)械手關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)任就為傳統(tǒng)的伺服電機(jī)加減速增力裝置（減速器）外懸式的設(shè)計(jì)，如圖2-5?？墒莻鹘y(tǒng)的外

26、懸式關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)不僅使機(jī)械手看起來變得不協(xié)調(diào)，更笨重，而且在復(fù)雜的果蔬采摘環(huán)境中也容易成為障礙，不利于成功完成水果采摘，有違機(jī)械手需靈活輕巧的基本原則。 而如果能設(shè)計(jì)一種將伺服電機(jī)內(nèi)嵌于關(guān)節(jié)內(nèi)部的機(jī)械手，不僅可以大幅減小機(jī)械手的體積使機(jī)械手整體看起來更加小巧精簡(jiǎn)，而且可以避免外懸的伺服電機(jī)在機(jī)械手采摘過程中與果樹枝丫發(fā)生不必要的碰撞，即保護(hù)了伺服電機(jī)，又保證了機(jī)械手水果采摘的順利進(jìn)行。 綜上考慮，本次設(shè)計(jì)著重點(diǎn)再設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱且伺服電機(jī)內(nèi)嵌式的關(guān)節(jié)在機(jī)械手。 蘋果采摘機(jī)械手 西紅柿采摘機(jī)械手 圖 2-5 外懸式機(jī)械手 2.5電機(jī)的選定

27、 2.5.1 電機(jī)種類的選擇選擇發(fā) 在當(dāng)今的機(jī)械手領(lǐng)域，根據(jù)機(jī)械手在運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)方式的不同可大概的分為液動(dòng)，氣動(dòng)，電動(dòng)式等幾大類。而且每種類型的機(jī)械手等都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。液壓式的機(jī)械手通常都操作起來動(dòng)作平穩(wěn)且具有強(qiáng)大的抓舉力，一般用于執(zhí)行無法替代的繁重生產(chǎn)活動(dòng)。不過液壓類型的機(jī)械手由于液壓缸的加入普遍都比較笨重且對(duì)液壓缸等零件的制造精度要求較高。 推薦精選 氣動(dòng)式的機(jī)械手一般機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)較低，不過抓舉力一般較小且難以進(jìn)行控制。而相對(duì)于前兩大類專用型的機(jī)械手，具有較大驅(qū)動(dòng)力矩以、響應(yīng)速度快以及靈活可控性的，綜合性能較強(qiáng)的電動(dòng)式機(jī)械手才是社會(huì)生產(chǎn)中使用最多最廣泛的一種，它在械手領(lǐng)域占

28、據(jù)了重要的地位。 而在就目前所有的電動(dòng)式機(jī)械手中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)又分步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩大類。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)通過將電流中的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為角位移來工作的開環(huán)控制電機(jī)件，精度由電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)決定且電機(jī)不具有過載能力；伺服電機(jī)也叫執(zhí)行電機(jī)，是一個(gè)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度或者角位移輸出的閉環(huán)電器件，精度取決于編碼器的線數(shù)而且具有較強(qiáng)的過載能力。在開啟時(shí)，步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度慢并在運(yùn)行過程由于開環(huán)控制會(huì)發(fā)生過沖或丟步現(xiàn)象，而閉環(huán)的伺服電機(jī)不僅開機(jī)響應(yīng)迅速，而且不會(huì)有這種現(xiàn)象發(fā)生，更利于精準(zhǔn)控制。 在水果采摘中，為了能成功采摘形狀不規(guī)則果樹上的果實(shí)，需要機(jī)械手能精準(zhǔn)的定位并實(shí)施采摘，所以選擇驅(qū)動(dòng)方式為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

29、 2.5.2 電機(jī)規(guī)格的選擇 在使用機(jī)械手進(jìn)行柑橘果實(shí)采摘時(shí)，為了能準(zhǔn)確、高質(zhì)量的采摘到果樹上的果實(shí)，機(jī)械手必須先通過大小臂以及旋轉(zhuǎn)底座協(xié)調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)一定角度將進(jìn)行最后柑橘采摘的執(zhí)行末端移動(dòng)到果實(shí)位置，而要實(shí)現(xiàn)這一過程，則要求各關(guān)節(jié)處的電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須要大于各部件作用在各關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)矩總和。 大小臂連接處伺服電機(jī)2的選擇：在機(jī)械手進(jìn)行柑橘采摘過程中，為了使小臂能實(shí)現(xiàn)自由俯仰，電機(jī)2必須克服小臂本身以及執(zhí)行末端對(duì)該關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行做功。 根據(jù)小臂桿長(zhǎng)L2=500mm，尺寸d=60mm，壁厚=5mm，材料密度ρ=2.73g/cm3 ，假設(shè)機(jī)械手執(zhí)行末端重量為 m=0.5kg 小臂體積為：

30、 則桿的質(zhì)量為： 則對(duì)大臂與小臂連接部分中心的扭矩為： 經(jīng)計(jì)算，為了滿足連接點(diǎn)所需的轉(zhuǎn)矩以及實(shí)現(xiàn)機(jī)械手內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)構(gòu)思，需要選擇一款轉(zhuǎn)矩大于或等于5.45且外形較規(guī)則，尺寸較小的伺服電機(jī)。不過傳統(tǒng)的伺服電機(jī)普遍轉(zhuǎn)矩都較小，一般都需要配合一定的減速增力裝置才能達(dá)到力矩要求，而且考慮到傳統(tǒng)伺服電機(jī)的外形尺寸都比較大且不規(guī)則，又比較笨重等，所以傳統(tǒng)的伺服電機(jī)顯然不是用于內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)水果采摘驅(qū)動(dòng)的最佳選擇。而相對(duì)傳統(tǒng)的伺服電機(jī)，完美的將伺服電機(jī)和減速器結(jié)合到一起的舵機(jī)不僅轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大，而且體積，質(zhì)量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)，是內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)機(jī)械手的最佳選擇。再加上考慮到機(jī)械手機(jī)構(gòu)

31、的對(duì)稱性設(shè)計(jì)，最終選擇舵機(jī)2的具體參數(shù)具體如下： 推薦精選 舵機(jī)名稱：法蘭型機(jī)器人舵機(jī) 型號(hào)：UD-100F/100FD/100Fr 功率：30（w） 電壓：12V/24 輸出轉(zhuǎn)矩：10N·m 旋轉(zhuǎn)角度：180° 輸出速度（空載）：0.20秒/60° 重量：575g 尺寸：外徑64*85mm 具體尺寸圖如2-6： 圖2-6 舵機(jī)2 大臂底座連接處電機(jī)1的選擇：相對(duì)于電機(jī)2只需要克服小臂及執(zhí)行末端在關(guān)節(jié)2處的力矩外，位電機(jī)1不僅需要克服大臂在關(guān)節(jié)1處的力矩，而且還要克服連接大臂的小臂以及執(zhí)行末端對(duì)關(guān)

32、節(jié)1的力矩。 根據(jù)大臂桿長(zhǎng)L1=600mm，小臂桿長(zhǎng)L2=500mm，小臂質(zhì)量m2=1.17kg，執(zhí)行末質(zhì)量m=0.5kg，電機(jī)2質(zhì)量m電2=575g 大臂體積為： 則桿的質(zhì)量為： 則大臂對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 小臂對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 執(zhí)行末端對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 電機(jī)2對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的總轉(zhuǎn)矩： 推薦精選 舵機(jī)1的具體參數(shù)： 舵機(jī)名稱：法蘭型機(jī)器人舵機(jī) 型號(hào)：UD-250F/UD-FD/UD-250FR 功率：65（w） 電壓：12V/24V 輸出轉(zhuǎn)矩：25N·m 旋轉(zhuǎn)角度：180° 輸出速

33、度（空載）：0.24秒/60° 重量：1350g 尺寸：外徑88×188mm 具體尺寸圖如2-7： 圖 2-7 舵機(jī)1 旋轉(zhuǎn)底部電機(jī)3的選擇:由于電機(jī)3的主要作用是為了擴(kuò)大機(jī)械手的工作空間，安裝在機(jī)械手底部帶動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，使工作空間其由二維的區(qū)域面擴(kuò)大為三維的立體空間。所以在運(yùn)行過程中，除了克服底部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)零件之間的摩擦和外部環(huán)境對(duì)機(jī)械手的一些不定性阻力外，電機(jī)3并不需要受太大的力，所以電機(jī)對(duì)于力矩并沒有太大的要求。而且由于電機(jī)3不像關(guān)節(jié)處電機(jī)需要考慮機(jī)構(gòu)的對(duì)稱性，所以不需要虛軸。綜上選擇電機(jī)3的具體參數(shù)如下: 舵機(jī)名稱：法蘭型機(jī)器人舵機(jī)

34、 型號(hào)：UD-250F/UD-FD/UD-250FR 功率:65（w） 電壓：12V/24V 輸出轉(zhuǎn)矩：25N·m 旋轉(zhuǎn)角度：360° 輸出速度（空載）：0.24秒/60° 重量：1350g 尺寸：外徑88×188mm 具體尺寸如圖2-8： 推薦精選 圖 2-8 舵機(jī)3 2.6機(jī)械臂尺寸的設(shè)計(jì) 2.6.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在根據(jù)所選的電機(jī)的具體外形尺寸，以盡量使機(jī)械手輕巧，緊湊為原則，合理設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)處電機(jī)的放置與安裝，然后根據(jù)電機(jī)放置的方式與安裝后的效果，設(shè)計(jì)大臂小臂分別與電機(jī)2，電機(jī)1的連接部位。其初步設(shè)計(jì)

35、簡(jiǎn)圖如圖2-6下: 圖 2-9 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 2.6.2 機(jī)械手各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，設(shè)計(jì)優(yōu)化機(jī)械手的大臂，小臂，底座等各個(gè)零件的尺寸參數(shù)，然后繪出零件圖2-7。 推薦精選 小臂 大臂 圖 2-10 零件圖 推薦精選 第三章 三自由度機(jī)械手的三維造型 3.1機(jī)械手大臂的三維造型。 （1）打開 Pro/E軟件，新建零件

36、名稱prt0001-dabi并使用省缺模板，如圖3-1。然后選擇模板類型為mmns_part_solid，如圖3-2。 圖 3-1 新建對(duì)話框 圖3-2 公制對(duì)話框 （2）大臂上關(guān)節(jié)2處的拉伸造型。點(diǎn)擊進(jìn)行拉伸操作。先選定FRONT為拉伸平面，然后根據(jù)零件的具體尺寸在FRONT平面上進(jìn)行草繪，圖3-2。等確定草繪的內(nèi)容跟零件的具體尺寸準(zhǔn)確無誤后，按 鍵結(jié)束草繪，并按鍵選擇進(jìn)行對(duì)FRONT平面對(duì)稱的拉伸造型，最后確定拉伸長(zhǎng)度為84mm，按鍵結(jié)束拉伸，圖3-4。 圖 3-2 草繪截圖

37、 圖3-3 拉伸 （3）大臂關(guān)節(jié)2處多余材料的去除。選定相對(duì)應(yīng)的面為基面分別進(jìn)行草繪，然后按鍵進(jìn)行去除材料，按鍵結(jié)束拉伸，具體過程如圖3-4。 a b 推薦精選 C d 圖 3-4 大臂關(guān)節(jié)2 （4）螺栓孔的創(chuàng)建。選擇拉伸平面為基面進(jìn)行直徑為5mm孔的草繪并按選擇去除多余的線完成拉伸面的封閉，圖3-5。然后按去除材料，最后按鍵結(jié)束拉伸，如圖3-6。

38、 圖 3-5 草繪環(huán)境 圖 3-6 螺栓孔 （5）大臂主體部分的造型。運(yùn)用拉伸和去除材料完成長(zhǎng)為500mm，直徑為60mm,厚度為5mm大臂主體的三維造型，如圖3-7。 圖 3-7 大臂主體部分 （6）大臂處關(guān)節(jié)1處的造型。通過選擇或者創(chuàng)建不同的基準(zhǔn)面，運(yùn)用拉伸和去除材料繼續(xù)完完善大臂的三維造型。其模型樹和最終結(jié)果如圖3-8。 模型樹 大臂 圖3-8 推薦精選 3.2機(jī)械手小臂的造型 （1）同大臂三維造型相似，根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，

39、通過選擇或創(chuàng)建不同的基面拉伸出小臂的主體部分。 （2）通過拉伸去除材料除去主體的多余部分來完成小臂部分的造型。具體如圖3-9。 圖 3-9 小臂 3.3機(jī)械手底座的造型 由于機(jī)械手底座部分設(shè)計(jì)的是一個(gè)以舵機(jī)為驅(qū)動(dòng)繞電機(jī)軸360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所以其底座部分分為底座旋轉(zhuǎn)上部和底座固接下部。 底座旋轉(zhuǎn)上部造型: （1）按先去設(shè)計(jì)的具體尺寸用拉伸命令對(duì)底座旋轉(zhuǎn)上部主體進(jìn)行拉伸造型。 （2）通過選用以及創(chuàng)建DTM1，DTM2， DTM3等基面進(jìn)行多余材料的去除處理。如圖3-10

40、 圖 3-10底座旋轉(zhuǎn)上部造型 底座固接下部造型: 底座固接下部的造型過程與上部的造型相差不大，其主要過程也分為主體的拉伸和多余材料的拉伸去除處理。其具體造型結(jié)果如圖3-11 。 推薦精選 圖3-11 底座固接下部 3.4舵機(jī)的三維造型 由于舵機(jī)1，舵機(jī)2，舵機(jī)3均為設(shè)計(jì)過程中通過計(jì)算以及對(duì)比選定的標(biāo)準(zhǔn)器件，不用自己做具體的設(shè)計(jì)，所以只需根據(jù)所選舵機(jī)的具體規(guī)格參數(shù)，運(yùn)用Pro/E對(duì)其進(jìn)行三維造型即可。其過程大致一樣，具體為： （1）運(yùn)用拉伸工具對(duì)舵機(jī)進(jìn)行主體特征的三維建模。 （2

41、）運(yùn)用倒角工具對(duì)舵機(jī)有要求的邊角進(jìn)行倒角。如圖3-12。 舵機(jī)1 舵機(jī)2 舵機(jī)3 圖3-12 舵機(jī) 推薦精選 第四章 三自由度機(jī)械手的裝配 4.1 基于Pro/E的裝配簡(jiǎn)概 在Pro/E的工作環(huán)境中，機(jī)械系統(tǒng)的裝配過程一般相同，大致過程如圖4-1所示。 圖4-1 裝配過程圖 在各個(gè)零件與零件或零件與組件的裝配過程中，為了式最后的機(jī)械系統(tǒng)能達(dá)到我們預(yù)計(jì)的運(yùn)動(dòng)要求，需要

42、先選擇合理的連接方式例如：銷釘，固接等，然后通過創(chuàng)建與之相對(duì)應(yīng)的約束完成兩者之間的連接。 4.2 三自由度柑橘采摘機(jī)械手的裝配 根據(jù)設(shè)計(jì)過程，分析零件的裝配過程為底座→電機(jī)3→旋轉(zhuǎn)腰部→電機(jī)1→大臂→電機(jī)2→小臂 具體裝配步驟如下： （1）運(yùn)行Pro/E，新建組件 asm0001并去掉“使用省缺模板”的勾選，圖4-2。然后選擇模板類型mmns_asm_design（公制），最后點(diǎn)擊確定進(jìn)入裝配模式，圖4-3。 圖4-2 新建對(duì)話框 圖4-3 公制對(duì)話框 （2）點(diǎn)擊工具欄按鈕，按照裝配次序在工作目錄中選擇第一個(gè)所需要添加的元件即旋

43、轉(zhuǎn)底部，然后點(diǎn)擊打開進(jìn)入裝配環(huán)境。對(duì)于第一個(gè)裝配的零件，為了 推薦精選 使其達(dá)到完全約束狀態(tài)，需要在軟件左上角約束類型工具欄里面選擇缺省，圖4-4。 圖4-4 省缺定義 當(dāng)指示零件約束狀態(tài)的狀態(tài)欄顯示零件已經(jīng)完成完全約束時(shí)，點(diǎn)擊確定按鈕完成第一個(gè)零件即旋轉(zhuǎn)底部的裝配，圖4-5。 圖 4-5 狀態(tài)顯示欄 （3）按照機(jī)械臂的裝配次序，依次繼續(xù)選擇打開添加之后所需裝配的元件，然后根據(jù)機(jī)械手進(jìn)行采摘活動(dòng)時(shí)各元件間的運(yùn)動(dòng)方式，合理的選擇各零件的裝配方式。若元件之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則通過在放置中直接創(chuàng)建合理

44、約束，例如配對(duì)，軸對(duì)齊，相切等完成兩者間的裝配，如圖4-6。 圖 4-6 定義約束對(duì)話框 若元件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)運(yùn)動(dòng)的方式在左上角用戶自定義欄選擇合理的連接方式，圖4-7。然后創(chuàng)建合理約束完成裝配，如圖4-8。例如在機(jī)械手關(guān)節(jié)處由于要實(shí)現(xiàn)大小臂的俯仰，則選擇銷釘連接。 圖 4-7 自定義欄 圖4-8 約束對(duì)話框 （4）待所有的零件裝配完成，機(jī)械手的最終結(jié)構(gòu)如圖 4-9所示。 推薦精選 圖 4-9 機(jī)械手 推薦精選 第五章 三自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.1 基于Pro/

45、E的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真簡(jiǎn)概 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真是在完成所有零件的裝配，形成完整的機(jī)械系統(tǒng)后，在不施加外力，不考慮元件間摩擦的理想條件下，通過添加動(dòng)力，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)副，定義運(yùn)動(dòng)參數(shù)等使機(jī)構(gòu)能按預(yù)想的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)行起來。而在用過Pro/E對(duì)采摘機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真時(shí)，其主要工作是通過定義各旋轉(zhuǎn)軸處的參數(shù)，添加伺服電機(jī)以及設(shè)置各電機(jī)的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的規(guī)范運(yùn)行。 5.2 三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.2.1 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 運(yùn)行Pro/E，單擊位于軟件運(yùn)行窗口最上方菜單欄里面的“運(yùn)用程序”，選擇二級(jí)菜單欄里面的“機(jī)構(gòu)”，圖5-1。完成進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊，如圖所示5-2。 圖 5-1 應(yīng)用程序

46、 圖 5-2 機(jī)構(gòu)樹 5.2.2 運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的設(shè)置 成功進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊后，為了限制兩不同主體間的相對(duì)位置，定義旋轉(zhuǎn)軸零位置，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在規(guī)定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，需要開始對(duì)機(jī)械手的各旋轉(zhuǎn)軸按運(yùn)動(dòng)要求做具體的參數(shù)設(shè)置。其具體過程為，先在機(jī)構(gòu)樹中選定需要設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸，右鍵選定菜單欄中的“編輯定義”，圖5-3。然后進(jìn)入所選運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框，圖5-4。 推薦精選 圖 5-3 機(jī)構(gòu)樹 圖5-4 旋轉(zhuǎn)軸對(duì)話框 5.2.3 伺服電機(jī)的添加 在機(jī)構(gòu)模式下，點(diǎn)擊工具欄伺服電機(jī)按鈕，選擇所需添加驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸處進(jìn)行伺服電機(jī)的添加

47、，然后在伺服電機(jī)定義框中對(duì)所添加的電機(jī)進(jìn)行自定義。其具體操作過程為：在類型欄中點(diǎn)選“運(yùn)動(dòng)軸”，圖5-5；在輪廓欄規(guī)范項(xiàng)中選擇“速度”，模項(xiàng)中選擇“常數(shù)”，A項(xiàng)中設(shè)置常數(shù)“10”，圖5-6。 圖5-5 伺服電機(jī)對(duì)話框 圖5-6 輪廓定義對(duì)話框 5.2.4 初始條件的定義 在旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，編輯各個(gè)電機(jī)的“當(dāng)前位置”為我們定義的初始位置，按確定。然后點(diǎn)擊位于窗口上方工具欄拖動(dòng)元件的按鈕彈出拖動(dòng)對(duì)話框，圖5-7。單擊對(duì)話框里面的“快照”生成“Snapshot1”。并關(guān)閉快照對(duì)話框。繼續(xù)按打開初始條件定義框，定義名稱為“InitCond1

48、”并在快照項(xiàng)選擇“Snapshot1”，按“確定”結(jié)束初始條件的定義，圖5-8。 推薦精選 圖 5-7 快照 圖 5-8 初始條件定義對(duì)話框 5.2.5 定義分析 在機(jī)構(gòu)模式下，單擊工具欄按鈕進(jìn)入機(jī)械手的機(jī)構(gòu)分析。其具體操作步驟為：在自動(dòng)彈出的定義分析對(duì)話框中，如圖5-9，定義此次分析名稱為“AnalysisDefinition1”；在類型項(xiàng)中選擇分析類型為“位置”；在優(yōu)先項(xiàng)中自定義終止時(shí)間為36s,最小間隔為“0.1”，初始配置為快照“Snapshot1”；在電動(dòng)機(jī)項(xiàng)中設(shè)置各電機(jī)的開始和終止時(shí)間如圖5-10。

49、 圖 5-9 分析定義對(duì)話框 推薦精選 圖 5-10 電機(jī)設(shè)置對(duì)話框 5.3運(yùn)動(dòng)仿真視頻制作 運(yùn)動(dòng)分析“AnalysisDefinition1”生成后，單擊工具欄回放按鈕進(jìn)入回放功能對(duì)話框，如圖5-11，點(diǎn)對(duì)話框左上角的回放按鈕進(jìn)入動(dòng)畫控制界面，如圖5-12，單擊開始按鈕開始播放仿真動(dòng)畫。 圖 5-11 回放對(duì)話框 圖 5-12 動(dòng)畫對(duì)話框 然后點(diǎn)擊“捕獲”進(jìn)入視頻捕獲對(duì)話框，如圖5-13，根據(jù)對(duì)話框的設(shè)置項(xiàng)目，自定義文件的名稱及保存目錄，選擇文件類型為MPEG，及為了視頻

50、效果更佳勾選渲染。設(shè)置完后點(diǎn)確定進(jìn)行視頻的制作，等渲染完全結(jié)束后根據(jù)設(shè)置的目錄及文件名查看視頻效果。 推薦精選 圖5-13 視頻制作對(duì)話框 推薦精選 第六章 總結(jié) 6.1 主要工作回顧 本次畢設(shè)以設(shè)計(jì)果園種植柑橘所需的采摘機(jī)械手為目的，經(jīng)過了解一般機(jī)械手系統(tǒng)的組成，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)的合理選擇，以及對(duì)市面上一些常見機(jī)械手外形結(jié)構(gòu)的比對(duì)。然后根據(jù)現(xiàn)實(shí)中柑橘樹的冠，莖等樹體特征，先對(duì)機(jī)械手大小臂的長(zhǎng)度尺寸進(jìn)行了確定。再以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式設(shè)計(jì)為創(chuàng)新點(diǎn)，根據(jù)所選驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的外形尺寸，著重對(duì)機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)，底部旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)處做了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)

51、計(jì)。并以設(shè)計(jì)的零件圖為基礎(chǔ)，通過使用Pro/E對(duì)機(jī)械手的零件造型，機(jī)械手的整體虛擬裝配以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)本次所設(shè)計(jì)的內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行了初步的檢驗(yàn)。 6.2 本課題今后需進(jìn)一步研究的地方 在本次對(duì)柑橘采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，雖然內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)的柑橘采摘機(jī)械手在經(jīng)過運(yùn)動(dòng)仿真后經(jīng)受住了初步的檢驗(yàn)，但作為一個(gè)以成功，效率采摘柑橘為最終目的，需要面對(duì)復(fù)雜的果園環(huán)境進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)用機(jī)構(gòu)，柑橘采摘手仍有很長(zhǎng)的路要走，有許許多多需要我們進(jìn)一步研究完善的地方。例如： （1）機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇往往在很大程度上決定了一個(gè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案的最終可行性，而且驅(qū)動(dòng)電機(jī)的精度也是影響機(jī)械

52、手準(zhǔn)度的重要因素，所以要想設(shè)計(jì)出能像人類手臂那樣靈活精密的機(jī)械手，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械手專用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的研究是很有必要的。 （2）機(jī)械手完成對(duì)果實(shí)的成功采摘這一過是程機(jī)械手結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的完美結(jié)合，共同作用的結(jié)果。所以僅僅只注重機(jī)械手結(jié)構(gòu)的研究往往是不能使機(jī)械手得到質(zhì)的飛躍，只有不斷的完善機(jī)械手的控制系統(tǒng)，才能使機(jī)械手真正做到心隨意動(dòng)。 （3）機(jī)械手的制造材料在一定程度上對(duì)機(jī)械手的靈巧度有一定的影響，所以研發(fā)一些新興的，高強(qiáng)度，輕型材料的機(jī)械手專用材料對(duì)機(jī)械手的發(fā)展也很有必要。 推薦精選 參考文獻(xiàn) [1] 梁喜鳳, 王永維,崔紹榮,苗香雯. 果實(shí)采摘機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作性能分析[J]. 農(nóng)機(jī)

53、化研究，2004, Vol.(2):0133-03 [2] 劉春芳,田素博,邱立春,秦軍偉. 國(guó)內(nèi)外采摘機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007, Vol.(3): [3] 王紅軍, 鄒湘軍,黃國(guó)鋼,陳佳鑫.香蕉采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及樣機(jī)試驗(yàn)[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì).2013，Vol.30(6):0013-05 [4] 張健, 尹佳軍,劉小英.芒果采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)[J]. 林業(yè)機(jī)械與設(shè)備, 2012. Vol.(5): [5] 金旭星. 果實(shí)采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究.2009, Vol.64(7):0139-03 [6] 孫進(jìn)平. Pro/ENGINEER 基礎(chǔ)

54、建模與運(yùn)動(dòng)仿真教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,2007 [7] 黃浩乾. 采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)及其控制研究[D]: [碩士學(xué)位論文].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程,2010 [8] 楊文亮. 蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D]: [碩士學(xué)位論文].江蘇：江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論,2009 [9] 顧寶興. 智能移動(dòng)式水果采摘機(jī)器人系統(tǒng)的研究[D]: [博士學(xué)位論文].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化,2012 [10] L.Van Kollenburg-Crisan, J. Bontsema,周增產(chǎn). 黃瓜收獲機(jī)器人的研究開發(fā)[N]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001-17-06

55、[11] 孫進(jìn)平. Pro/ENGINEER 基礎(chǔ)建模與運(yùn)動(dòng)仿真教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,2007 [12] 呂繼東,陳玉,姬偉,張穎,沈惠良.蘋果采摘機(jī)器人對(duì)震蕩果實(shí)的快速定位采摘方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,Vol.28(13):0048-06 [13] 顧寶興,田光照,王玲,姬長(zhǎng)英,王海清.智能移動(dòng)水果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2012,Vol.43(6):0153-08 [14] Deng Xiao, Yang Yanping, Wang Ping. Study on the motion control of mold polishing rob

56、ot system. China Mechanical Engineering, 2007; 18(20): 2422－2424. [15] Goense D ,Hofstee J W. Simulation of a CAN-based tractor implement field bus according to DIN 9684. Journal of Agricultural Engineering Research, 1999; 73(4):383—394. 推薦精選 致謝 衷心的感謝母校在畢業(yè)之際給了我這么一個(gè)檢驗(yàn)自我，鍛煉自我的機(jī)

57、會(huì)，一個(gè)把大學(xué)四年間所學(xué)的眾多學(xué)科理論與實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行最后融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)。同時(shí)也深深感謝孟導(dǎo)師在這為期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的畢設(shè)期間對(duì)我的指導(dǎo)，此次畢設(shè)的順利完成在很大程度上得益于孟飛導(dǎo)師的悉心教導(dǎo)，在整個(gè)畢設(shè)進(jìn)行過程中，他始終本著精益求精的態(tài)度，斟字酌句的對(duì)我的畢設(shè)進(jìn)行了評(píng)閱，在此謹(jǐn)向孟飛導(dǎo)師致以誠(chéng)摯的謝意。 同時(shí)也在此衷心的感謝大學(xué)四年生涯中一直陪伴在我身邊的老師們和同學(xué)們，在與他們不斷地進(jìn)行學(xué)識(shí)的探討及個(gè)人思想的交流過程中，我的學(xué)識(shí)閱歷有了很大的增長(zhǎng)，思想上也有了新的認(rèn)識(shí)高度，同時(shí)得益于他們?cè)谏钌系哪瑤椭?，我的大學(xué)生活才能更加的輕松愜意，總之我大學(xué)四年的不斷進(jìn)步與成長(zhǎng)離不開他們的幫助，在此向他們

58、表示由衷的感謝。 最后要感謝在我人生中從未缺席的父母，他們見證了我從牙牙學(xué)語(yǔ)到現(xiàn)在成熟的蛻變，不僅在生活上給予了我無微不至的照顧，更是我人生的指路人，他們默默的支持和幫助我，陪伴我經(jīng)歷人生的低谷與巔峰，他們已經(jīng)成為融入我生命中不可或缺的一部分，此次畢設(shè)的完成他們也提供了巨大的幫助與支持，在此向他們表示衷心的感謝。 隨著此次畢設(shè)的結(jié)束，多姿的四年大學(xué)生涯也圓滿的畫上了句號(hào)。一段人生旅途的結(jié)束同時(shí)也意味著另一段的開端，將要迎接更大的挑戰(zhàn)，我會(huì)滿載著對(duì)母校的懷念與期許，更加積極的開始新一段人生征程。 推薦精選 （注：可編輯下載，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正，謝謝!） 推薦精選