摘 要
菠蘿采摘機(jī)器執(zhí)行器是采摘機(jī)器的重要部件，它的設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是機(jī)器人的核心技術(shù)。
本次設(shè)計(jì)首先，調(diào)查了采摘機(jī)及其末端執(zhí)行器的研究及發(fā)展現(xiàn)況；接著，通過(guò)現(xiàn)有菠蘿采摘機(jī)末端執(zhí)行器及人工采摘菠蘿時(shí)原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；其次，對(duì)各主要機(jī)構(gòu)及其零件進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇；然后，通過(guò)靜力學(xué)分析進(jìn)行了校核。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD軟件，對(duì)今后的工作與生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：菠蘿采摘，執(zhí)行器，手指，設(shè)計(jì)
Abstract
Pineapple 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 analysis 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 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 AutoCAD software，which is of great significance to our future work and life.
Key words: Pineapple picking，Actuator，F(xiàn)inger，Design
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
第一章 緒論 4
1.1課題研究背景及意義 4
1.2 國(guó)內(nèi)外采摘機(jī)器發(fā)展現(xiàn)況 4
1.3 采摘機(jī)器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀 5
第二章 總體方案確定 7
2.1設(shè)計(jì)要求 7
2.2總體方案設(shè)計(jì) 7
2.2.1車體方案設(shè)計(jì) 7
2.2.2手臂方案設(shè)計(jì) 7
2.2.3手爪方案設(shè)計(jì) 7
第三章 車體部分設(shè)計(jì) 9
3.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
3.1運(yùn)動(dòng)分析 9
3.1.1跨越坑洼 9
3.1.2 跨越溝槽 10
3.3.3 斜坡運(yùn)動(dòng)分析 11
3.2主電機(jī)的選擇 12
3.3機(jī)械手臂部分設(shè)計(jì) 14
3.3.1電機(jī)的選擇 14
3.3.2大、小臂設(shè)計(jì) 16
第四章 手爪部件的設(shè)計(jì)與選擇 18
4.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
4.1.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 18
4.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇 18
4.1.3絲桿螺母副的選型與校核 20
4.1.4軸承的選擇與校核 23
4.1.5鍵的選擇與校核 23
4.2手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.2.1手指數(shù)量 24
4.2.2手指關(guān)節(jié)數(shù)量 24
4.2.3手指的材料 24
4.3機(jī)架的設(shè)計(jì) 24
第五章 力學(xué)分析與校核 26
5.1手指的工作原理 26
5.2抓取時(shí)的靜態(tài)力學(xué)模型 26
5.3運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 28
5.4夾持誤差計(jì)算 29
總 結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 33
第一章 緒論
1.1課題研究背景及意義
菠蘿是中國(guó)的主要水果。2010年，菠蘿總產(chǎn)量占三大水果水果（菠蘿、橘子、梨）的32.73%。此外，我國(guó)菠蘿種植面積2848畝，產(chǎn)量26萬(wàn)噸，占世界菠蘿種植面積的35%，產(chǎn)量是世界上最大規(guī)模的菠蘿采摘機(jī)器人采摘工藝。在很大程度上可以大大提高采果效率，節(jié)約成本，但采果過(guò)程中的機(jī)械損傷是一種侵入性病原微生物。造成誤差的主要原因是運(yùn)行負(fù)荷的碰傷和破損，使變質(zhì)腐爛的水果每年損失高達(dá)10億元人民幣30.40%。水果的直接接觸臂部分，因此研制一種易損壞的水果小機(jī)械手尤為重要。
“揀貨機(jī)的末端執(zhí)行器是安裝在移動(dòng)裝置或揀貨機(jī)臂上的裝置，用于揀貨，并具有處理、傳送、夾緊、放置和釋放物體到精確的離散位置的功能?！边@是對(duì)末端執(zhí)行器的定義。
摘穗機(jī)抓取操作方式是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要應(yīng)用。機(jī)器是一種綜合性強(qiáng)的自動(dòng)化設(shè)備。設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接導(dǎo)致大多數(shù)任務(wù)。完成任務(wù)后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，以及各種結(jié)構(gòu)。通常，根據(jù)機(jī)械夾持器的使用和結(jié)構(gòu)變化，有三種類型的吸附出口和專用工具。在大多數(shù)情況下，執(zhí)行器是為特定目的而設(shè)計(jì)的，或者它可以是一個(gè)大型的、多功能的執(zhí)行器。
現(xiàn)有末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)的性能來(lái)源于國(guó)情，但有些技術(shù)還不成熟。因此，如何在現(xiàn)有條件下滿足不同的功能要求和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能，以及如何開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、選料機(jī)尾是我們最重要的任務(wù)。
1.2 國(guó)內(nèi)外采摘機(jī)器發(fā)展現(xiàn)況
果蔬采摘機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)60年代，在美國(guó)，主要應(yīng)用于氣動(dòng)機(jī)械清洗方法和非定常方式。其缺點(diǎn)是水果易碎、低效，而且沒有很大的局限性，特別是選擇性收獲、采摘柔軟、新鮮的水果和蔬菜。但從那時(shí)起，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人、更為成熟的技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，采摘機(jī)器人的研究得到了迅速發(fā)展。目前，日本、荷蘭、法國(guó)、英國(guó)、意大利、美國(guó)、以色列、西班牙等國(guó)家已成功推出果蔬采摘機(jī)器人研究相關(guān)方面的主要橙子、菠蘿、西紅柿、黃瓜、西紅柿、蘆筍、花椰菜、葡萄、瓜類、草莓、菊花、蘑菇等，但這些機(jī)器人的研究還不夠全面。E利益并不是真正的商業(yè)運(yùn)作。機(jī)器人。
農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究起步較晚，但近幾年來(lái)，隨著研究的快速發(fā)展，已經(jīng)有了大量的研究。張建峰，董健，張志勇，自適應(yīng)控制算法設(shè)計(jì)，如用于采摘機(jī)器人魯棒跟蹤設(shè)計(jì)的立體視覺傳感器；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，劉兆祥，劉剛，發(fā)現(xiàn)了蔡建榮江蘇大學(xué)菠蘿三維信息，如恢復(fù)障礙，研究與開發(fā)。n柑橘采摘機(jī)器人障礙識(shí)別技術(shù)；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和政府接管。果蔬外環(huán)控制技術(shù)的研究。
在我國(guó)，菠蘿不是人工采集的，效率低，勞動(dòng)密集，環(huán)境惡劣。目前，菠蘿收割機(jī)也報(bào)道較少，國(guó)內(nèi)一些收割機(jī)專利，如螺母拔鉤，這些專利可以在一定程度上減少收割機(jī)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改變選擇；但是，基本上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此沒有選擇從根本上解決。困難重重，效率低下。從菠蘿收割機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合工作環(huán)境的特點(diǎn)，深入分析了未使用軟件設(shè)計(jì)菠蘿收割機(jī)的表演者、Pro/E收割機(jī)的三維設(shè)計(jì)、虛擬裝配設(shè)計(jì)菠蘿收割機(jī)的端部與采集。它基本上解決了選擇余地大、勞動(dòng)效率低的問(wèn)題，具有一定的發(fā)展前景。
1.3 采摘機(jī)器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀
果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器是果蔬采摘機(jī)器人的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是果蔬采摘機(jī)器人的核心技術(shù)之一。一般來(lái)說(shuō)，水果和蔬菜看起來(lái)很脆弱，它們的形狀和生長(zhǎng)通常很復(fù)雜。
水果采集和分離是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端的兩個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。首先，通過(guò)捕捉、吸入、安裝等。該方法取得了一定的效果，并對(duì)果實(shí)和花梗的分離等不同方法進(jìn)行了折疊和剪切。從已發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，它主要分為兩類水果，不夾持和相似。傳統(tǒng)的水果和花梗分離方法是用剪刀或刀進(jìn)行收縮、粉碎和切割，并開發(fā)出一種新的熱切割方法。
（1）直接切斷式
這樣的末端執(zhí)行器通常是直接切割的。例如，日本的發(fā)展，辣椒和番茄采摘機(jī)器人的端到端的執(zhí)行者收獲了美國(guó)的柑橘。表演者的結(jié)構(gòu)如圖1-1和1-2所示。
圖1-1 甜椒采摘末端執(zhí)行器 圖1-2 番茄采摘末端執(zhí)行器
這類末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，植物冠層、葉片和果實(shí)，具有一定的抗沖擊的水果和蔬菜。
（2）吸入式
這種無(wú)夾持端部執(zhí)行器主要通過(guò)真空系統(tǒng)的內(nèi)端吸入表演者的果實(shí)，然后將其切開并折疊，如分離果實(shí)和花梗。
比利時(shí)在無(wú)菠蘿機(jī)器人的末端開發(fā)了一個(gè)漏斗，如圖1-3所示。漏斗放置間漏斗的設(shè)計(jì)將再次打開真空吸桿，在夾持范圍內(nèi)吃水果時(shí)，以旋轉(zhuǎn)折疊的方式采摘水果。
圖1-3 菠蘿采摘末端執(zhí)行器
吸入端執(zhí)行器的工作原理硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。類似的水果是柔軟的，纖細(xì)的，溫和的。與其他水果相比，吸入草莓可以安裝更多。夾具上的末端執(zhí)行器是可行的。但這種個(gè)體差異對(duì)果實(shí)大小的適應(yīng)性差，運(yùn)動(dòng)緩慢，穩(wěn)定性差。
（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(gè)手指的數(shù)量和大量的指型。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張凱良等人設(shè)計(jì)的原理，草莓產(chǎn)量，他們的機(jī)器，如圖1-4所示。，此端的表演者在爪的夾緊機(jī)構(gòu)的主要機(jī)及其附屬部件。
1.手指 2.內(nèi)螺紋管 3.絲杠 4.電機(jī)
圖1-4 機(jī)械爪機(jī)構(gòu)示意圖
第二章 總體方案確定
2.1設(shè)計(jì)要求
本課題所設(shè)計(jì)的菠蘿采摘機(jī)應(yīng)該具有制造成本低、控制簡(jiǎn)單、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好等特點(diǎn)，同時(shí)整機(jī)設(shè)計(jì)，要遵循以下的設(shè)計(jì)原則：
（1）執(zhí)行器有三到四個(gè)手指，每個(gè)手指有三節(jié)
（2）夾持菠蘿直徑15-25cm
2.2總體方案設(shè)計(jì)
2.2.1車體方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)采用履帶支腿復(fù)合結(jié)構(gòu)?？傮w設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示。作為一種移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡與前臂和后臂的旋轉(zhuǎn)相協(xié)調(diào)，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性。
機(jī)器人的后輪由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了后輪的柔性轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)機(jī)器人爬坡越障起到了更大的作用。
機(jī)器人的左右軌跡由永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。前后橋的速度和力矩可由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制?？蓪?shí)現(xiàn)360度原地轉(zhuǎn)向，前進(jìn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)向，可隨時(shí)調(diào)整爬升力矩。車體主軌道前端為慣性軸，與主動(dòng)軸配合，保證機(jī)器人的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。
圖2-1 移動(dòng)機(jī)械手車體結(jié)構(gòu)組成
2.2.2手臂方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的要求是：機(jī)械臂能上下轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械爪能夾緊，采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。因此，選擇的設(shè)計(jì)方案如下：機(jī)械臂上下移動(dòng)由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械臂的整個(gè)旋轉(zhuǎn)由底部旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)；機(jī)械臂爪有兩個(gè)自由度，分別是爪的旋轉(zhuǎn)。爪形夾持；爪形旋轉(zhuǎn)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.2.3手爪方案設(shè)計(jì)
根據(jù)菠蘿的選擇，提出了具體的要求。菠蘿的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。從手指和手掌的驅(qū)動(dòng)、框架等。手用三個(gè)手指，三個(gè)手指的圓周對(duì)稱，每側(cè)一個(gè)手指。每根手指有6個(gè)關(guān)節(jié)。在牽引電機(jī)的控制下，通過(guò)螺釘?shù)氖种?，將三根桿的底部連接起來(lái)，并夾緊不同形狀的物體。圖2-3是菠蘿收割機(jī)末端執(zhí)行器的二維模型。
圖2-2 機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖
工作原理：將機(jī)械手送至水果附近的傳感器檢測(cè)機(jī)械手、機(jī)械手的相對(duì)位置和菠蘿水果的中心位置、機(jī)械手的控制信號(hào)、單片機(jī)觸發(fā)的步進(jìn)電機(jī)的位置傳感器，并開始向前旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械手開始收緊水果，水果手指的壓力傳感器增加。實(shí)時(shí)性能大，確定是否有壓力勘探隊(duì)，為達(dá)到閾值，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得閾值。如果達(dá)到此閾值，則完成停止移動(dòng)操縱器的運(yùn)動(dòng)，模擬摘果和果柄的分離。操作手指定位置后的水果由步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，手指放松，恢復(fù)原始位置，水果收獲完成。
第三章 車體部分設(shè)計(jì)
3.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1運(yùn)動(dòng)分析
3.1.1跨越坑洼
當(dāng)機(jī)器人爬過(guò)坑時(shí)，履帶底部與地面的夾角將逐漸增大。當(dāng)重心穿過(guò)坑的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人完成爬過(guò)坑的動(dòng)作。從運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以看出，圖3-1中的重心位置處于臨界狀態(tài)。只有當(dāng)機(jī)器人的重心越過(guò)坑邊時(shí)，機(jī)器人才能成功地克服障礙物。由此可以分析機(jī)器人的最大越障高度。
圖3-1上坑洼臨界狀態(tài)示意圖
由圖3-1所示幾何關(guān)系可得：
( 5-1）
變換式（5-1）可得： （5-2）
（5-3）
利用式（5-3）求出，代入式（6-2）可算出機(jī)器人跨越障礙的高度。
機(jī)器人加裝后臂，可以大幅提高機(jī)器人跨越坑洼的高度，如圖3-2所示，在后臂伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，后臂履帶抬起，成直立，在機(jī)器人跨越的高度又要高出H。
所以本次設(shè)計(jì)履帶設(shè)計(jì)中機(jī)器人跨越障礙的最大高度為
圖3-2上坑洼臨界狀態(tài)示意圖
3.1.2 跨越溝槽
對(duì)于小于機(jī)器人前后履帶輪中心距的凹槽，由于機(jī)器人重心在機(jī)體內(nèi)，當(dāng)機(jī)器人重心穿過(guò)下一個(gè)凹槽的支撐點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人穿過(guò)凹槽。也可能是重心沒有通過(guò)，在溝槽中傾斜。當(dāng)槽大于中心距時(shí)，移動(dòng)機(jī)械手可以視為爬過(guò)凸形障礙物。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人穿過(guò)凹槽時(shí)，當(dāng)重心穿過(guò)凹槽邊緣時(shí)，機(jī)器人將向前傾斜，在重力作用下其運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。根據(jù)機(jī)器人質(zhì)心的變化規(guī)律，可以看出機(jī)器人的重心在半徑為r的圓內(nèi)，由于擺臂展開后，軌道與地面的接觸長(zhǎng)度變長(zhǎng)，為了計(jì)算穿越溝槽的最大寬度，擺臂軌道應(yīng)為b。部署。機(jī)器人的前臂和后臂長(zhǎng)度相等。
圖3-3跨越溝槽示意圖
機(jī)器人在平地圖3-3（a）跨越溝槽的寬度：
（6-4）
3.3.3 斜坡運(yùn)動(dòng)分析
機(jī)器人在斜坡上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖3-4所示，機(jī)器人勻速行駛或靜止時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力：
圖3-4機(jī)器人上坡受力示意圖
最大靜摩擦力系數(shù)為，最大靜摩擦力為：
當(dāng)時(shí)，機(jī)器人能平穩(wěn)行駛。
當(dāng)時(shí)，機(jī)器人受重力的影響將沿斜面下滑。
已知移動(dòng)機(jī)械手對(duì)地面的最大靜摩擦系數(shù)，則機(jī)器人爬越的最大坡度為:
爬坡時(shí)克服摩擦力所需的最大加速度為：
通過(guò)以上分析，我們可以根據(jù)機(jī)器人軌道與運(yùn)動(dòng)面之間的摩擦系數(shù)來(lái)確定某些陡坡是否能夠安全爬坡。根據(jù)電機(jī)的坡度和特點(diǎn)，可以確定電機(jī)的最大加速度和爬坡速度。
由以上計(jì)算可得：機(jī)器人的爬坡角度最大為；垂直越障高度最大為600mm：最大跨溝寬度為400mm。
對(duì)于履帶和地面的動(dòng)摩擦因數(shù)，實(shí)際上只是表示起動(dòng)時(shí)車輪所處的滑動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)摩擦力，一旦車輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，面臨的滾動(dòng)摩擦力則總是比滑動(dòng)摩擦力小得多。則可取大一點(diǎn)。
3.2主電機(jī)的選擇
（1）機(jī)器人在平直的路上行駛
移動(dòng)機(jī)械手在跨越平面的溝槽或在平面移動(dòng)，假設(shè)其速度最大，且勻速前進(jìn)，則取
移動(dòng)機(jī)械手共有兩個(gè)輸出軸，每個(gè)輸出軸前端都有一個(gè)電機(jī)，對(duì)機(jī)器人其中一個(gè)輸出軸分析:
圖3-5 平直路線分析
又 則
在最大的行駛速度下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱減速后需要提供的極限轉(zhuǎn)速為
（2）機(jī)器人在30°坡上勻速行駛
機(jī)器人在最大行駛坡度上勻速行駛，設(shè)定行駛速度為，，在行駛過(guò)程中輪子作純滾動(dòng)，不考慮空氣阻力的影響，機(jī)器人爬坡受力情況如圖
圖3-6 30°坡度分析
又，則
則在最大坡度下需提供極限轉(zhuǎn)矩為
（3）機(jī)器人的多姿態(tài)越階
對(duì)于這類姿態(tài)分析，直流電機(jī)僅在機(jī)器人穿越坑時(shí)驅(qū)動(dòng)主履帶。在實(shí)際過(guò)坑過(guò)程中，機(jī)器人的速度不高，因此機(jī)器人所需的輸出功率不高。
從以上分析可以看出，機(jī)器人在平地直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出速度較高，爬坡時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩較大。因此，電機(jī)的選擇應(yīng)基于平緩直線運(yùn)動(dòng)所需的最大速度和爬升運(yùn)動(dòng)所需的扭矩。
根據(jù)機(jī)器人爬坡情況的分析，
，
機(jī)器在平面狀況下，
因而選取P=80W作為機(jī)器人的最大輸出功率。
根據(jù)計(jì)算的移動(dòng)機(jī)械手的最大輸出功率為80W，輸出轉(zhuǎn)矩為22.1N.M，輸出轉(zhuǎn)速為56.2r/min。
由于直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好，過(guò)載性能強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，允許的沖擊電流可達(dá)額定電流的3～5倍。另外，在使用過(guò)程中可使用便攜式或移動(dòng)式電池，也可使用干電池作為電源，重量輕，操作方便。根據(jù)直流電機(jī)的這些性能，可以滿足機(jī)器人主履帶和移動(dòng)電池的頻繁沖擊、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的要求。因此，選用90ZY54型直流永磁電機(jī)，其參數(shù)如下：
額定功率
92
額定轉(zhuǎn)矩
0.6
額定轉(zhuǎn)速
1500
電流
7
電壓
12
允許正反轉(zhuǎn)速差
150
因?yàn)? 則
因?yàn)椋?則
又
則選取
3.3機(jī)械手臂部分設(shè)計(jì)
3.3.1電機(jī)的選擇
機(jī)械手臂上有四個(gè)電機(jī)，分別是臂旋轉(zhuǎn)電機(jī)、臂關(guān)節(jié)電機(jī)和手腕旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在此，以臂式旋轉(zhuǎn)電機(jī)為例進(jìn)行了選型計(jì)算。其他電機(jī)的選擇類似。
目前比較常用的步進(jìn)電機(jī)有無(wú)功步進(jìn)電機(jī)、永磁步進(jìn)電機(jī)等。永磁步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩小，體積小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。無(wú)功步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可以實(shí)現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩輸出。步進(jìn)角一般為0.75度或1.5度，但有一定的噪聲和振動(dòng)。無(wú)功步進(jìn)電機(jī)是由軟磁材料制成，用于轉(zhuǎn)子磁路。定子具有多相勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)矩由磁導(dǎo)變化產(chǎn)生。
考慮到技術(shù)難度、精度和資金，考慮到機(jī)床負(fù)載小、負(fù)載變化小，是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制設(shè)備，因此采用無(wú)功步進(jìn)電機(jī)作為砂輪座磨削進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)源。
(1)旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算
旋臂式機(jī)械手夾持工件時(shí)，很明顯承受著一定的旋臂力矩。由文獻(xiàn)1查得旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算公式為：
一旋轉(zhuǎn)阻抗力(N)，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其值為1989.9。
由文獻(xiàn)1查得：
取，則 (N)
，則 (N)
(2)脈沖當(dāng)量和步距角
脈沖當(dāng)量小可提高加工精度，但使系統(tǒng)復(fù)雜。一般加工精度的自動(dòng)控制機(jī)床，脈沖當(dāng)量可選為0.01mm/step，初步確定步距角=0.5/step。
(4)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算
由文獻(xiàn)9查得啟動(dòng)力矩的計(jì)算公式為：
式中：
一電機(jī)啟動(dòng)力矩
——旋轉(zhuǎn)進(jìn)給抗力(N)，= =1989．9(N)
一垂直分力，==795．9(N)
——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，選用淬火鋼滾動(dòng)導(dǎo)軌，取=0．01
G-機(jī)器重量(N)，按圖紙粗估G=480N
——總機(jī)械效率，取=0．85
則
(5)確定步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和最高工作頻率
為滿足最小步距要求，電機(jī)選用三相六拍工作方式，由文獻(xiàn)9查得：
=0.866
則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為：
=180／0.866=207.8(Ncm)
最高工作頻率為：
(7)步進(jìn)電機(jī)的選擇
查表選用110BF003型步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：步距角，選用三相六拍工作時(shí)取，最大靜轉(zhuǎn)距800N·cm，最高空載啟動(dòng)頻率1500Step/s，運(yùn)行頻率7000 Step/s，相數(shù)3，電壓80V，相電流6A，滿足需要。
3.3.2大、小臂設(shè)計(jì)
（1）負(fù)載分析
負(fù)載R是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷情況下，即：
式中：-工作機(jī)構(gòu)的荷重及自重對(duì)手臂產(chǎn)生的作用力；
-工作機(jī)構(gòu)在滿載啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦力；
-工作機(jī)構(gòu)滿載啟動(dòng)時(shí)的慣性力。
(1)的確定
① 工件的質(zhì)量m
=5.9 (kg)
②夾持器的質(zhì)量 15kg(已知)
③伸縮臂的質(zhì)量 50kg(估計(jì))
④其他部件的質(zhì)量 15kg(估計(jì))
工作機(jī)構(gòu)荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N)
取Ri=860N
(2) 的確定 Rm= (N)
(3) 的確定 Rg=(N)
式中：為啟動(dòng)時(shí)間，其加速時(shí)間約為0.1～0.5s
=0.1s ， =0.2s
總負(fù)載 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=1204(N)
取實(shí)際負(fù)載為 =1200
根據(jù)負(fù)載分析計(jì)算得到大小臂結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示：
第四章 手爪部件的設(shè)計(jì)與選擇
4.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇
目前，機(jī)械手的主要驅(qū)動(dòng)源是氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。
（1）它是一種氣動(dòng)壓縮空氣壓力驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，空氣壓縮機(jī)，通常用作能源。氣動(dòng)過(guò)載驅(qū)動(dòng)器的安全性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、污染小，可調(diào)節(jié)空氣流量、速度，但大型設(shè)備速度不穩(wěn)定，定位精度高，不抱持，抓力小。
（2）液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出力驅(qū)動(dòng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有固有的穩(wěn)定性、有效性和快速響應(yīng)性。這很簡(jiǎn)單。它可以在較寬的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)速度，輕松適應(yīng)不同的工作。變速器能成功地吸收沖擊力。它可以實(shí)現(xiàn)更頻繁的傳動(dòng)和穩(wěn)定的換向，但容易漏油、污染，成本高，定位精度高。高，針對(duì)電機(jī)，但針對(duì)空氣低溫液體粘度的變化和影響，傳輸特性。
（3）電氣驅(qū)動(dòng)模型，包括步進(jìn)電機(jī)交流伺服電機(jī)、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和驅(qū)動(dòng)器類型。步進(jìn)電機(jī)角位移或開環(huán)控制元件的線性位移由電脈沖信號(hào)控制，具有簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、可靠、無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。伺服電機(jī)慣性轉(zhuǎn)子具有良好的動(dòng)態(tài)特性。該機(jī)器人采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精度高、速度范圍寬、速度快、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、控制方便。
基于步進(jìn)電機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
4.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇
機(jī)臂升降機(jī)構(gòu)的電機(jī)調(diào)速精度要求高潛力的快速、方便、受環(huán)境影響小，額定功率小，并可用于開環(huán)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)為BF系列反應(yīng)，所有這些條件，我們選擇了90BF004主運(yùn)動(dòng)模型反應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，該機(jī)功率為60W。在選擇主要有以下步驟：
（1）根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(hào)
(a)步距角
初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從手冊(cè)中查到步距角，由于
綜合考慮，我初選了，可滿足以上公式。
(b)距頻特性
步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mmq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系是：
Mmq=
步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算：
式中：Mkq為空載啟動(dòng)力矩；Mka為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。
而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即：
MkqMmq=λMjmax
計(jì)算Mkq的各項(xiàng)力矩如下：
①加速力矩
②空載摩擦力矩
③附加摩擦力矩
（2）啟動(dòng)矩頻特性校核
步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。
前面提出的，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。
步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。
突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)過(guò)程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過(guò)程緩慢，空載啟動(dòng)力矩中的加速力矩不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。
4.1.3絲桿螺母副的選型與校核
滾珠絲桿設(shè)計(jì)和校核，其步驟如下：
首先對(duì)于一些參數(shù)說(shuō)明如下：
軸向變載荷，其中i表示第i個(gè)工作載荷，i=1、2、3…n ；
第i個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(r/min);
第i個(gè)載荷對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間 (h) ;
絲桿副最大移動(dòng)速度(mm/min);
絲桿預(yù)期壽命。
（1）型號(hào)選擇
（a）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求
選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；
（b）計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù)
①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù)=1.0系數(shù)=1.5；
②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速
③計(jì)算當(dāng)量載荷
④初步確定導(dǎo)程
，取4mm
⑤計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速
⑥計(jì)算絲桿所需的額定載荷
（c）選擇絲桿型號(hào)
根據(jù)初定的和計(jì)算的，選取導(dǎo)程為4mm，額定載荷大于的絲桿。查滾珠絲杠型號(hào)表知，本次選定的滾珠絲杠螺母副型號(hào)為：GD1604-3
由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：
公稱直徑
導(dǎo)程
滾珠直徑
（2）校核計(jì)算
（a）臨界轉(zhuǎn)速校核
校核合格。
（b）由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。
（c）滾珠絲桿的預(yù)緊
預(yù)緊力一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動(dòng)載荷的十分之一。即：
其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
（d）穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠采用軸向螺釘固定的一端和雙向滾珠軸承，滾珠軸承，分別可承受徑向和軸向負(fù)荷。另一端游動(dòng)，需要采用滾珠軸承徑向的限制，不限，環(huán)以確保去散步，在結(jié)束后的熱變形的自由伸縮，如下圖所示。
① 由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)[S]
絲杠不會(huì)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(duì)于鋼E=206Gpa；l為絲杠工作長(zhǎng)度（m）；為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（）；為長(zhǎng)度系數(shù)，取。
安全系數(shù)
查表2-10，[S]=2.5～3.3，S>[S]，絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。
② 高速絲杠工作時(shí)有可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速——臨街轉(zhuǎn)速。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速。
臨街轉(zhuǎn)速按下式計(jì)算：
式中：為臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)，見表2-10，本題取，
即：，所以絲杠工作時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。
③ 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求
4.1.4軸承的選擇與校核
（1）軸承選擇
因?yàn)檩S承受一定的軸向力的作用，所以選用角接觸軸承。
軸左側(cè)：從《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中表15-3中查得軸承的型號(hào)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(dòng)軸承選擇其型號(hào)，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h
由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=340.43N，
軸向力為Fa1=159.90N，
基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
2）徑向當(dāng)量動(dòng)載荷
動(dòng)載荷為，查得，則有
，滿足要求。
4.1.5鍵的選擇與校核
（1）鍵的選擇
鍵的類型有平鍵、半圓鍵、切向鍵等，是一種實(shí)現(xiàn)軸與輪轂間周向固定、用以傳遞轉(zhuǎn)矩的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用非常地廣泛。[3]聯(lián)軸器所在軸徑為12mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表14-1中查得鍵寬為：b=4mm，鍵高為：h=4mm，從鍵的長(zhǎng)度系列可選擇L=14mm。
（2）鍵的強(qiáng)度校核
鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長(zhǎng)度
，合適
4.2手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
手指夾持力和大容量，高負(fù)荷，普遍性，可以利用任何形式的目的，適用范圍更廣的驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量，同時(shí)也減少了，從而使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，易于控制。
4.2.1手指數(shù)量
果實(shí)的定期和不定期的形式。小水果采摘機(jī)器人的規(guī)則，使用兩個(gè)手指直接搶水果吸收最線性驅(qū)動(dòng)器。三個(gè)手指相對(duì)的兩個(gè)指紋，一些研究也不意味著一個(gè)穩(wěn)定的機(jī)器人，機(jī)器人3爪水果最好。
4.2.2手指關(guān)節(jié)數(shù)量
關(guān)節(jié)執(zhí)行器的端部效應(yīng)與爬行密切相關(guān)，自由端關(guān)節(jié)越來(lái)越多，捕捉動(dòng)作更靈活，提升程度更好。因此，隨著連接器數(shù)量的增加和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序數(shù)量的增加，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒏与y以控制，并導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差，因此會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。
本文以采摘機(jī)器人的四桿機(jī)構(gòu)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)多指、指關(guān)節(jié)上的力傳感器進(jìn)行測(cè)量和橡皮，增加夾緊力和摩擦力。
根據(jù)《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，除了標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)”，菠蘿，果實(shí)橫切面的最大直徑大于或等于生產(chǎn)。在這里，在設(shè)計(jì)機(jī)器人爬行在50～150毫米直徑的半徑之間的菠蘿，菠蘿，所以獲得25毫米≤R≤75毫米。
4.2.3手指的材料
手指選擇適合機(jī)器人使用的材料起著重要作用。結(jié)構(gòu)尺寸與手和手指相符，在保持足夠的強(qiáng)度和質(zhì)量的同時(shí)，系統(tǒng)將選擇手上的尼龍材料。尼龍具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱、摩擦系數(shù)低、耐磨、自潤(rùn)滑、吸振、耐油、耐酸性差等特點(diǎn)。
4.3機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架主要用于安裝驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手掌，機(jī)身緊湊，體積小，重量輕的要求。本設(shè)計(jì)為基本的圓柱形框架，底板固定在中間板的下部、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和立柱支撐的安裝位置。基本塊將手指固定在上半部分。
機(jī)器人可以分為基于手掌和基于手掌的類別。手掌可以增加這個(gè)問(wèn)題的局限性。掌上機(jī)器人適用范圍廣，使用方便。機(jī)械手不能使用任何物體，但物體、通常規(guī)則、祝福的形式、物體的形狀和大小要求高的特性，這在機(jī)械手的手掌中被廣泛使用，沒有特殊的保護(hù)機(jī)制。
第五章 力學(xué)分析與校核
5.1手指的工作原理
(a)的初始結(jié)構(gòu)是非接觸式的手指，手指的外力，整個(gè)的手指運(yùn)動(dòng)的剛體繞支點(diǎn)，統(tǒng)一；（b）說(shuō)，關(guān)節(jié)1接觸對(duì)象；（c）說(shuō)，在2 1 2相對(duì)關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向，關(guān)節(jié)彎曲的對(duì)象時(shí)，必須克服彈簧力的驅(qū)動(dòng)力的兩個(gè)節(jié)；（d）完成的手指接觸的對(duì)象的形狀，階級(jí)，驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力傳遞兩個(gè)節(jié)。
圖5.1 采摘手指工作原理
5.2抓取時(shí)的靜態(tài)力學(xué)模型
因?yàn)轵?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)獨(dú)立的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其自由度的數(shù)量和比例。挑選機(jī)器人可以搶劫信封，你也可以選擇關(guān)節(jié)面來(lái)表示精確的路徑爬行。通過(guò)被動(dòng)選擇具有自適應(yīng)能力的物體來(lái)捕捉手指形狀。
在第一個(gè)包絡(luò)提取中，指關(guān)節(jié)1相對(duì)于第一個(gè)物體和物體，因?yàn)榈谝粋€(gè)關(guān)節(jié)的接觸、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度將限制在指關(guān)節(jié)，第二個(gè)是因?yàn)轳{駛員的行為在幾乎連續(xù)的無(wú)限制物體傳輸機(jī)制下，最后兩個(gè)關(guān)節(jié)和表面包含計(jì)算機(jī)斷層掃描。
在機(jī)械操作、彈簧、限位和平行四邊形機(jī)構(gòu)的作用下準(zhǔn)確爬行。食指和中端將反方向的力聯(lián)合起來(lái)，限制物體和物體，實(shí)現(xiàn)爬行功能。
包絡(luò)抓取靜力學(xué)模型，如圖所示5.2。
圖5.2 手指靜力學(xué)模型
圖5.2中為輸入轉(zhuǎn)矩，、分別為關(guān)節(jié)1、2所受的力，、為接觸點(diǎn)、到、的距離。為關(guān)節(jié)2相對(duì)于關(guān)節(jié)1轉(zhuǎn)過(guò)的角度，水平軸的夾角。為摩擦約束力矩。三角構(gòu)件邊的夾角，h桿與桿c的反向延長(zhǎng)線交點(diǎn)到的距離。、為關(guān)節(jié)1、2的長(zhǎng)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]
T為手指機(jī)構(gòu)的輸入轉(zhuǎn)矩向量，由驅(qū)動(dòng)力矩以及摩擦力矩組成；為手指機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)與力矩相關(guān)的連桿的虛擬角速度向量，由驅(qū)動(dòng)連桿的角速度以及末關(guān)節(jié)加速度構(gòu)成；F為作用在手指上的抓取接觸力組成的向量，由接觸力、構(gòu)成；V為外力作用點(diǎn)在外力作用方向上的虛擬速度向量，由各接觸點(diǎn)的y方向的速度分量構(gòu)成，即：
由機(jī)構(gòu)學(xué)理論，可知各關(guān)節(jié)的接觸點(diǎn)速度可以通過(guò)雅可比矩陣用各關(guān)節(jié)的角速度來(lái)表示，即：
又
為傳遞矩陣
將式(3.2)、(3.3)、(3.4)帶入(3.1)約去得：
將上式與式(3.3)對(duì)比可知
當(dāng)手指以直指方式抓取物體時(shí)，僅有短關(guān)節(jié)觸及物體，這時(shí)，只要令F1=0、T1=0 ，則手指受力為：
5.3運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
采摘機(jī)械手的每個(gè)手指都是由兩套四連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的。圖5.3所示為一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。
圖5.3四連桿機(jī)構(gòu)原理
各桿構(gòu)成的矢量封閉方程為[6]，寫成坐標(biāo)軸上分量形式有：
化簡(jiǎn)上式，消去b得：
對(duì)式3.14兩邊求導(dǎo)并化簡(jiǎn)，可得4桿機(jī)構(gòu)L1與L3角速度之間的關(guān)系：
5.4夾持誤差計(jì)算
旋轉(zhuǎn)夾緊手指的直徑變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的軸向位置誤差的工件，夾具。收集的手指的抓地力和雙支點(diǎn)的回指轉(zhuǎn)換原理類似的原則，因此，可以根據(jù)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指祝福誤差的計(jì)算。
圖5.4 雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指簡(jiǎn)圖
圖中：l－手指長(zhǎng)度;
－V型槽的夾角；
－偏轉(zhuǎn)角；
2 s－兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)間距離;
根據(jù)幾何關(guān)系，可得
該方程亦為雙曲線方程，另；
圖5.5 x與半徑R的關(guān)系曲線
根據(jù)雙曲線特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)附近的曲線變化率較小，故在處附近對(duì)應(yīng)的夾持誤差最小。
當(dāng)時(shí)，手指夾持誤差計(jì)算如下:
最佳偏角的計(jì)算
取V型槽的夾角=，根據(jù)式（4-9）求得最佳偏轉(zhuǎn)角為 故
夾持誤差的計(jì)算
因?yàn)楹完P(guān)于對(duì)稱，所以=，故
經(jīng)過(guò)計(jì)算手指的夾持誤差為0.88mm。
總 結(jié)
本次設(shè)計(jì)是對(duì)一個(gè)菠蘿采摘器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)能夠滿足絕大多數(shù)實(shí)際使用要求。然后利用三維軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體模型的建模處理，讓他的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行直觀表達(dá)出來(lái)。通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，使其自由度能夠符合實(shí)際應(yīng)用，并對(duì)該設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳遞進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。并對(duì)該產(chǎn)品的具體使用范圍做了說(shuō)明，對(duì)其重要部件傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)完成必要的校核，保證該設(shè)計(jì)使用的安全性和可靠性。
本次設(shè)計(jì)完成對(duì)菠蘿采摘器的設(shè)計(jì)，讓我更加深入的了解了菠蘿采摘器，通過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，讓我將所學(xué)的各種知識(shí)進(jìn)行一個(gè)融合，進(jìn)行綜合使用的鍛煉。同時(shí)設(shè)計(jì)需要繪制圖紙，鍛煉了我圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和三維實(shí)體建模的水平。通過(guò)學(xué)習(xí)已讓我看到國(guó)內(nèi)外這方面設(shè)計(jì)的差距，讓我有動(dòng)力去提升自身素質(zhì)，為祖國(guó)的機(jī)械制造業(yè)添磚加瓦。
此次設(shè)計(jì)雖初步完成菠蘿采摘器整體設(shè)計(jì)方案，但是不足之處依然，像此機(jī)構(gòu)的實(shí)際生產(chǎn)簡(jiǎn)單與否，工作運(yùn)動(dòng)合理與否都有待驗(yàn)證，設(shè)計(jì)精度也欠考慮，后續(xù)再有此類設(shè)計(jì)的人員，可進(jìn)行完善，讓此類設(shè)計(jì)更加能夠符合實(shí)際的應(yīng)用需求，提高質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)真正的中國(guó)制造、中國(guó)創(chuàng)造。
參考文獻(xiàn)
[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.
[2] 鄧星鐘主編.機(jī)電傳動(dòng)控制[M].第三版，華中科技大學(xué)出版社 2012
[3] 嚴(yán)霖元主編.機(jī)械制造基礎(chǔ)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013
[4] 鄭文緯，吳克堅(jiān)主編.機(jī)械原理[M].高等教育出版社 2013
[5] 范思沖.畫法幾何及機(jī)械制圖. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995：3―12.
[6] 于永泗、齊民主編，機(jī)械工程材料[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[7] 余桂英、郭紀(jì)林主編，AutoCAD2008中文版實(shí)用教程[M]，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007
[8] 邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2007
[9] 王承義.機(jī)械手及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981：105-125
[10] 徐麗明，張鐵中.果蔬果實(shí)收獲機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵問(wèn)題和對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(5);38.
[11] 孫建設(shè).我國(guó)菠蘿栽培模式的沿革與思考[J].專家視點(diǎn)，2008，2:22-24.
[12] 姜麗萍，陳樹人.果實(shí)采摘機(jī)器人的研究綜述[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2006，2，32(1):8-10.
[13] 崔玉潔，張祖立，白曉虎.采摘機(jī)器人的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)機(jī)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 harvester[C]//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
畢業(yè)設(shè)計(jì)完成在即，感慨頗多。感謝學(xué)校為我提供優(yōu)質(zhì)資源，為我提供各種機(jī)會(huì)機(jī)遇，能夠讓我在這里提升進(jìn)步。感謝各位老師的辛勤傳授，為我解惑答疑，學(xué)到了許多知識(shí)。
謝謝指導(dǎo)老師提供給我的指導(dǎo)和幫助，您展現(xiàn)出來(lái)他那種對(duì)待工作高度嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的精神讓我折服，也感謝《機(jī)械制圖》、《機(jī)械設(shè)計(jì)原理》、《人機(jī)工程學(xué)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《標(biāo)準(zhǔn)化工程》、《互換性與測(cè)量技術(shù)》、《三維建?！?、《機(jī)械制造技術(shù)》等學(xué)科的任課老師，各位老師提供給我基礎(chǔ)課程的輔導(dǎo)，為我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也起到了重要的作用，感謝各位老師的辛勤付出。
在完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，各位同學(xué)也對(duì)我支持和提供幫助，再次感謝大家。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，也暴露出一些問(wèn)題，許多方面并沒有根據(jù)設(shè)想完成，究其原因，還是自身能力不足，許多方面的知識(shí)儲(chǔ)備不夠，還有待補(bǔ)充，使得本次設(shè)計(jì)也留下了遺憾。值得肯定的是，本次設(shè)計(jì)啟發(fā)了我固有的思維模式，動(dòng)手實(shí)踐能力得到了明顯的提高，所學(xué)知識(shí)也得到了進(jìn)一步的鞏固，為今后學(xué)習(xí)工作也打下了基礎(chǔ)。
再次感謝各位大學(xué)老師的教導(dǎo)與幫助，您們是我人生路上的貴人，您們的傾囊相授讓我終生受用，我會(huì)永遠(yuǎn)銘記恩情，謝謝您們！感謝母校！