畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 全自動(dòng)摘果機(jī)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)院 指導(dǎo)教師（簽字） 職 稱(chēng) 講師 指導(dǎo)教師單位 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 起止日期 年 月 日 至 年 月 日I摘 要摘果機(jī)技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是未來(lái)的戰(zhàn)略性高技術(shù)，充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前，國(guó)際上摘果機(jī)市場(chǎng)大概有 80 億至 100 億，其中工業(yè)摘果機(jī)占的比重最大。2025 年，整個(gè)摘果機(jī)市場(chǎng)將達(dá)到500 億，服務(wù)摘果機(jī)從原來(lái)的 300 多萬(wàn)臺(tái)增加到 1200 多萬(wàn)臺(tái)，特種摘果機(jī)（如：農(nóng)業(yè)摘果機(jī)、排爆摘果機(jī)、醫(yī)療摘果機(jī)等）的呼聲也越來(lái)越高。另外，微軟等 IT 企業(yè)，豐田、奔馳等汽車(chē)公司，甚至還有家具、衛(wèi)生潔具企業(yè)都紛紛參與摘果機(jī)的研制。本課題來(lái)源農(nóng)業(yè)相關(guān)摘果機(jī)——摘果機(jī)。隨著摘果機(jī)技術(shù)的發(fā)展國(guó)內(nèi)外開(kāi)始探索相關(guān)技及先進(jìn)成果應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中果實(shí)采摘收割摘果機(jī)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中相對(duì)大的比重，相關(guān)摘果機(jī)隨著技術(shù)進(jìn)步及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的成熟會(huì)為人們解放勞動(dòng)力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一款輪式摘果機(jī)，本摘果機(jī)通過(guò)輪式底部結(jié)構(gòu)可自由行進(jìn)并用 5 軸式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)可有效采摘果樹(shù)上的蘋(píng)果。為進(jìn)一步探索蘋(píng)果采摘相關(guān)摘果機(jī)的研發(fā)提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及依據(jù)，并對(duì)進(jìn)一步論證相關(guān)技術(shù)有了實(shí)驗(yàn)的摘果機(jī)。關(guān)鍵字：摘果機(jī)、農(nóng)業(yè)，蘋(píng)果采摘，輪式摘果機(jī)IIAbstractRobotics is undoubtedly a strategic high-tech future, full of opportunities and challenges. Currently, the international market, there are about robot 8 to 10 billion, which accounts for the largest proportion of industrial robots. 2025, the entire robot market will reach 50 billion, the service robot from the original more than 300 million units to 12 million units,Special robot (eg: agricultural robots, EOD robots, medical robots, etc.) are increasingly vocal. In addition, Microsoft and other IT companies, Toyota, Mercedes-Benz and other car companies, and even furniture, sanitary ware enterprises have involved in the development of the robot. The sources of agriculture-related topics robot - apple picking robots. With the development of robot technology at home and abroad began to explore the application of relevant technologies and advanced achievements in the field of agriculture, where the fruit harvest picking robot is agriculture relatively large proportion of the relevant robot as technology advances and experience of mature people will liberate labor force improve work efficiency and so have immeasurable prospects.In this paper, the university is knowledge, designed a wheeled robot apple picking, apple picking this wheeled robots can travel freely and bottom structure with a 5-axis robot arm structure can effectively picking apples fruit trees. To further explore the development of apple picking robot provides relevant and in accordance with relevant experience, and further related technology demonstration experiments with robots.Key words: Robot,Agriculture,Apple picking ,Wheeled robotIII目 錄摘 要 IAbstract.II1 引 言 11.1 課 題 的 來(lái) 源 與 研 究 的 目 的 和 意 義 .11.2 摘 果 機(jī) 的 用 途 .21.3 采 摘 果 機(jī) 的 特 點(diǎn) .21.4 本 課 題 研 究 的 內(nèi) 容 .31.5 UG 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 42 摘 果 機(jī) 的 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 62.1 摘 果 機(jī) 的 總 體 方 案 圖 .82.2 摘 果 機(jī) 的 工 作 原 理 103 摘 果 機(jī) 部 分 零 部 件 選 型 及 校 核 .122.3.1 部 分 電 機(jī) 計(jì) 算 142.3.2 聯(lián) 軸 器 的 選 型 162.3.3 軸 承 的 選 型 計(jì) 算 184 摘 果 機(jī) 的 三 維 建 模 .194.1 總 體 結(jié) 構(gòu) 三 維 建 模 204.2 底 部 輪 式 車(chē) 三 維 建 模 204.3 電 動(dòng) 氣 缸 的 三 維 建 模 21結(jié) 論 .22致 謝 .23參 考 文 獻(xiàn) .2411 引 言1.1 課 題 的 來(lái) 源 與 研 究 的 目 的 和 意 義摘果機(jī)與智能裝備產(chǎn)業(yè)是高度集成微電子、通信、計(jì)算機(jī)、人工智能、控制和圖像處理等學(xué)科最新科研和產(chǎn)業(yè)成果的前沿高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是擬建的江蘇?。ǔＶ荩┕I(yè)技術(shù)研究院的服務(wù)的產(chǎn)業(yè)核心和研發(fā)的產(chǎn)業(yè)立足點(diǎn)。直接影響生活最優(yōu)化和智能化的摘果機(jī)技術(shù)是摘果機(jī)與智能裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)核心，推進(jìn)著未來(lái)摘果機(jī)與智能裝備領(lǐng)域的科技創(chuàng)新力和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。摘果機(jī)技術(shù)是一種是以自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體、有機(jī)融合各種現(xiàn)代信息技術(shù)的系統(tǒng)集成和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，摘果機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提升了生產(chǎn)品質(zhì)并成功解放了勞動(dòng)力資源。作為高技術(shù)領(lǐng)域中重要的前沿技術(shù)之一，摘果機(jī)技術(shù)具有前瞻性、先導(dǎo)性的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、保障國(guó)家安全、引領(lǐng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有著十分重要的作用。目前，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)突破，從根本上為提升摘果機(jī)技術(shù)的學(xué)術(shù)研究提供了必要的支持，為摘果機(jī)的應(yīng)用范圍拓寬了道路，已涵蓋國(guó)防、航空航天、工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)、老人康復(fù)、教育甚至普通家庭生活，一場(chǎng)新的摘果機(jī)技術(shù)研究高潮和發(fā)展契機(jī)業(yè)已到來(lái)。摘果機(jī)技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是未來(lái)的戰(zhàn)略性高技術(shù)，充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前，國(guó)際上摘果機(jī)市場(chǎng)大概有 80 億至 100 億，其中工業(yè)摘果機(jī)占的比重最大。2025 年，整個(gè)摘果機(jī)市場(chǎng)將達(dá)到 500 億，服務(wù)摘果機(jī)從原來(lái)的 300 多萬(wàn)臺(tái)增加到 1200 多萬(wàn)臺(tái)，特種摘果機(jī)（如：排爆摘果機(jī)、醫(yī)療摘果機(jī)等）的呼聲也越來(lái)越高。另外，微軟等 IT 企業(yè)，豐田、奔馳等汽車(chē)公司，甚至還有家具、衛(wèi)生潔具企業(yè)都紛紛參與摘果機(jī)的研制。美國(guó)和日本多年來(lái)引領(lǐng)國(guó)際摘果機(jī)的發(fā)展方向，代表著國(guó)際上摘果機(jī)領(lǐng)域的最高科技水平。目前，日本除了比較關(guān)注特種摘果機(jī)和服務(wù)摘果機(jī)以外，還注重中間件的研制。然而，近年來(lái)日本基本上在做模仿性的工作，突破性技術(shù)比較少。而美國(guó)在摘果機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，一直保持著世界領(lǐng)先地位。再有，美國(guó)主要做高附加值的產(chǎn)業(yè)，比如軍用摘果機(jī)，目前世界銷(xiāo)售的 9000 臺(tái)軍用摘果機(jī)之中，有 60%來(lái)自美國(guó)。比如：美國(guó)最近研制成功的 Big Dog 軍用摘果機(jī)，能負(fù)重 100 公斤，行進(jìn)速度跟人相當(dāng)，每小時(shí)達(dá)到五公里，還能適應(yīng)各種地形，即使是在側(cè)面受到?jīng)_擊時(shí)也能保持很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。在各種摘果機(jī)中，工業(yè)摘果機(jī)應(yīng)用較早，發(fā)展最為成熟。同時(shí)，技術(shù)的不斷進(jìn)步一直在牽引著摘果機(jī)學(xué)科的發(fā)展，使摘果機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)摘果機(jī)擴(kuò)展到特種摘果機(jī)和服務(wù)摘果機(jī)等。摘果機(jī)技術(shù)也正越來(lái)越深刻地影響著我們的生活。摘果機(jī)不但將在工廠、實(shí)驗(yàn)室與人一起工作，還將在車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、碼頭、交通路口為人們指引路徑、回答問(wèn)題、幫助行人。摘果機(jī)還將步入千家萬(wàn)戶(hù)，為老人端茶送水，護(hù)理傷病人等等。未來(lái)摘果機(jī)將會(huì)越來(lái)越廣泛地進(jìn)入人類(lèi)社會(huì)，人類(lèi)對(duì)摘果機(jī)的依賴(lài)會(huì)如同現(xiàn)時(shí)對(duì)待計(jì)算機(jī)一樣，即使是短時(shí)間的離開(kāi)都可能會(huì)造成很大不便。 摘果機(jī)化是先進(jìn)制造領(lǐng)域的重要標(biāo)志和關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)先進(jìn)制造業(yè)生產(chǎn)效率提高的諸多瓶頸問(wèn)題，尤其是在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，摘果機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，摘果機(jī)都已逐步取代了人工作業(yè)。目前汽車(chē)制造業(yè)是所有行業(yè)中人均擁有摘果機(jī)密度最高的行業(yè)，如 2004 年德國(guó)制造業(yè)2中每 1 萬(wàn)名工人中擁有摘果機(jī)的數(shù)量為 162 臺(tái)，而在汽車(chē)制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中擁有摘果機(jī)的數(shù)量則為 1140 臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說(shuō)明問(wèn)題，2004 年意大利制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中擁有輔助操作的摘果機(jī)數(shù)量為 123 臺(tái)，而在汽車(chē)制造業(yè)中每 1 萬(wàn)名工人中摘果機(jī)的擁有數(shù)量則高達(dá) 1600 臺(tái)。在國(guó)外，應(yīng)用于制造業(yè)的摘果機(jī)取得了較顯著進(jìn)展，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國(guó)際上較有影響力的、知名摘果機(jī)公司。如德國(guó)的 KUKA、瑞典的 ABB、日本的安川等。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，摘果機(jī)產(chǎn)業(yè)是繼汽車(chē)、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國(guó)際摘果機(jī)聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，2002 年至 2004 年，世界摘果機(jī)市場(chǎng)年增長(zhǎng)率平均在 10%左右，2005 年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 30%，2007 年全球摘果機(jī)實(shí)際安裝量達(dá)到 650萬(wàn)臺(tái)，摘果機(jī)安裝量比 2006 年增加 3%，達(dá)到了 114365 臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)全球摘果機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，2008 年全球摘果機(jī)行業(yè)總銷(xiāo)售量比 2006 年增長(zhǎng) 25％。而無(wú)論在使用、生產(chǎn)還是出口方面，日本一直是全球領(lǐng)先者，目前日本已經(jīng)有 130 余家專(zhuān)業(yè)的摘果機(jī)制造商。世界各國(guó)主要行業(yè)對(duì)摘果機(jī)的需求詳見(jiàn)圖 1 所示。（ 圖 1 世 界 各 國(guó) 主 要 行 業(yè) 對(duì) 摘 果 機(jī) 的 需 求 分 布 ）由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專(zhuān)業(yè)化是必不可少的。但是過(guò)度的專(zhuān)業(yè)化造成知識(shí)過(guò)分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家們掌握的知識(shí)過(guò)狹，考慮問(wèn)題過(guò)專(zhuān)，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自 20 世紀(jì)中、后期開(kāi)始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，合并分化過(guò)細(xì)的專(zhuān)業(yè)。綜合-專(zhuān)業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識(shí)發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過(guò)程。不同專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家們各具有精湛的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又具有足夠的綜合知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)、理解其他學(xué)科的問(wèn)題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專(zhuān)業(yè)是多層次的。在機(jī)械工程內(nèi)部有綜合與專(zhuān)業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。在人類(lèi)的全部知識(shí)中，包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。1.2 摘 果 機(jī) 的 用 途3本文所設(shè)計(jì)摘果機(jī)雖然尚無(wú)法取代人工作業(yè)，但是對(duì)摘果機(jī)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)采摘相關(guān)技術(shù)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)，并對(duì)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了可操作的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)累積相關(guān)制作技術(shù)有很好的驗(yàn)證作用。1.3 摘 果 機(jī) 特 點(diǎn)本文所設(shè)計(jì)摘果機(jī)是一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪式 5 軸摘果機(jī)，整體結(jié)構(gòu)包括兩自由度的移動(dòng)載體和三自由度帶夾持器的機(jī)械臂。摘果機(jī)主體使用鋁板材料和工程塑料組裝成摘果機(jī)機(jī)體，結(jié)構(gòu)輕巧，方便在車(chē)體上增加模塊。移動(dòng)底盤(pán)：為了適應(yīng)多變的開(kāi)放式的蘋(píng)果園地面環(huán)境，選用農(nóng)用拖拉機(jī)式移動(dòng)小車(chē)作為移動(dòng)底盤(pán)。上面加裝了主控電路板，采摘輔助裝置，多種傳感器，電源模塊等。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：主要包括機(jī)械手腰部，大臂，小臂部分。其轉(zhuǎn)動(dòng)均采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，選用行星齒輪減速器對(duì)電機(jī)進(jìn)行減速，同時(shí)提高最終的輸出扭矩。直接選用電動(dòng)推桿作為小臂伸縮的部件，在伸出桿的末端通過(guò)螺絲連接相應(yīng)旋轉(zhuǎn)法蘭盤(pán)組件與末端執(zhí)行器固連。末端執(zhí)行器初步選定使用夾持機(jī)構(gòu)將果實(shí)夾緊并采摘。1.4 本 課 題 研 究 的 內(nèi) 容本論文主要研究運(yùn)用 UG 對(duì)全自動(dòng)摘果機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，了解 UG 的各種功能。UG 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技術(shù)副總裁與 CV 公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)。當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從 1995 年推出第一套 UG 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷(xiāo)商在全球 140 個(gè)國(guó)家進(jìn)行銷(xiāo)售與分銷(xiāo)該產(chǎn)品。1997 年，UG 被法國(guó)達(dá)索（Dassault Systemes）公司收購(gòu)，作為達(dá)索中端主流市場(chǎng)的主打品牌。UG 軟件是世界上第一個(gè)基于 Windows 開(kāi)發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)。由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD 技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，UG 公司于兩年間成為 CAD/CAM 產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶(hù)支持使得 UG 每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在 1995-1999 年獲得全球微機(jī)平臺(tái) CAD 系統(tǒng)評(píng)比第一名。從 1995 年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)。其中僅從 1999 年起，美國(guó)權(quán)威的 CAD 專(zhuān)業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù) 4 年授予 UG 最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰 UG 的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。至此，UG 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場(chǎng)。由于 UG 出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為 CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在 1997 年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)美元的高額市值將 UG 全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的 UG 以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司。UG 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的 CAD 產(chǎn)品。由于使用了 Windows OLE 技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的 parasolid 內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)。UG 成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)4放的 UG 軟件使用許可約 28 萬(wàn)，涉及航空航天、機(jī)車(chē)、食品、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球 100 多個(gè)國(guó)家的約 3 萬(wàn) 1 千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來(lái)自全球 4，300 所教育機(jī)構(gòu)的近 145，000 名學(xué)生通過(guò) UG 的培訓(xùn)課程。據(jù)世界上著名的人才招聘網(wǎng)站檢索，與其它 3D CAD 軟件相比，UG 相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實(shí)說(shuō)明了越來(lái)越多的工程師和設(shè)計(jì)者使用 UG 三維軟件，越來(lái)越多的企業(yè)需要UG 人才。UG 軟件功能強(qiáng)大，易于操作，界面人性化，技術(shù)創(chuàng)新，組件繁多是 UG 的五大特點(diǎn)。使得UG 三維軟件成為目前全球領(lǐng)先的三維 CAD 解決方案。UG 在設(shè)計(jì)時(shí)能夠?yàn)橛脩?hù)提供不同的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設(shè)計(jì)過(guò)程中降低設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。在目前市場(chǎng)上所見(jiàn)到的三維 CAD 解決方案中，UG 是設(shè)計(jì)過(guò)程比較簡(jiǎn)便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者，乃至整個(gè)機(jī)械行業(yè)提供了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。UG 軟件是世界上第一個(gè)基于 Windows 開(kāi)發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合 CAD 技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，UG 公司于兩年間成為 CAD/CAM 產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶(hù)支持使得 UG 每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在 1995-1999 年獲得全球微機(jī)平臺(tái) CAD 系統(tǒng)評(píng)比第一名；從 1995 年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，其中僅從1999 年起，美國(guó)權(quán)威的 CAD 專(zhuān)業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù) 4 年授予 UG 最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰 UG 的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。至此，UG 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場(chǎng)。由于 UG 出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在 1997 年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)美元的高額市值將 UG 全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的 UG 以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司，UG 三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的 CAD 產(chǎn)品。由于使用了 Windows OLE 技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的 parasolid 內(nèi)（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，UG 成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的 UG 軟件使用許可約 28 萬(wàn)，涉及航空航天、機(jī)車(chē)、食品、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球 100 多個(gè)國(guó)家的約 3 萬(wàn) 1 千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來(lái)自全球 4，300 所教育機(jī)構(gòu)的近 145，000 名學(xué)生通過(guò) UG 的培訓(xùn)課程。據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它 3D CAD 系統(tǒng)相比，與 UG 相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說(shuō)明了越來(lái)越多的工程師使用 UG，越來(lái)越多的企業(yè)雇傭 UG 人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶(hù)每年使用 UG 的時(shí)間已達(dá) 5500 萬(wàn)小時(shí)。在美國(guó)，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把 UG 列為制造專(zhuān)業(yè)的必修課，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)（教育機(jī)構(gòu)）如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等也在應(yīng)用 UG 進(jìn)行教學(xué)。UG 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 UG 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 UG 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。UG 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。UG 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且5對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。UG 在現(xiàn)今社會(huì)階段逐漸廣泛應(yīng)用，并且 UG 公司對(duì)中國(guó)市場(chǎng)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)，日后 UG 應(yīng)用將會(huì)更加完善，更加普遍。通過(guò)前文對(duì) UG 的深入了解后，往后會(huì)對(duì) UG 進(jìn)行個(gè)別應(yīng)用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學(xué)分析等。UG 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 UG 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 UG 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。UG 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。UG 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。2 摘 果 機(jī) 的 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì)2.1 摘 果 機(jī) 的 總 體 方 案 圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求及自己確定的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1。圖 1其中設(shè)備總體分 10 部分，1 部分為控制部分、2 傳感器組件、3 行走小車(chē)組件、4 摘果機(jī)腰部組件、5 大臂輔助組件、6 大臂組件、7 小臂之電動(dòng)伸縮組件、8 小臂組件、9 旋轉(zhuǎn)法蘭組件、10 末端執(zhí)行器。各部分由電機(jī)驅(qū)動(dòng)并通過(guò)通過(guò)齒輪、軸、電動(dòng)缸等進(jìn)行有效鏈接配合產(chǎn)生作用。其中控制部分中含有蓄電池和集中控制線路由通過(guò)傳感器接受信息并處理運(yùn)動(dòng)、工作、執(zhí)行命令相關(guān)動(dòng)態(tài)信息及時(shí)指揮摘果機(jī)采摘蘋(píng)果。2.2 摘 果 機(jī) 的 工 作 原 理 為了達(dá)到摘果機(jī)采摘蘋(píng)果的目的，個(gè)人制作了兩種方案并比較。61.方案 1 方案簡(jiǎn)圖：動(dòng)力源：摘果機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是為摘果機(jī)提供動(dòng)力并且控制其按照運(yùn)動(dòng)控制器的指令到達(dá)預(yù)定位置。因?yàn)榻涣魉欧妱?dòng)機(jī)具有無(wú)電刷和換向器 、慣量小、適應(yīng)于高速大轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn),所以,摘果機(jī)的 4 個(gè)關(guān)節(jié)均采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。綜合考慮使用性能和經(jīng)濟(jì)性, 選用日本安川公司 ∑-Ⅱ系列交流伺服系統(tǒng)。傳動(dòng)方式的選擇：摘果機(jī)關(guān)節(jié)需要的是低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力,而交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的是高轉(zhuǎn)速 、低轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力。因此, 摘果機(jī)的腰關(guān)節(jié)、小臂和腕部均采用交流伺服電動(dòng)機(jī)串接諧波減速器結(jié)合齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式。為了增加傳動(dòng)穩(wěn)定性，和控制靈活度，固增加連桿機(jī)構(gòu)，輔助程序控制。連桿機(jī)構(gòu)也是配以伺服電機(jī)進(jìn)行控制。末端執(zhí)行器：接近機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、機(jī)架、滑塊和導(dǎo)桿構(gòu)成。夾持機(jī)構(gòu)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、滑塊和機(jī)架旋轉(zhuǎn)采摘機(jī)構(gòu)由安裝于腕部的減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、連接件Ⅰ和連接件Ⅱ構(gòu)成。減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)體通過(guò)連接件Ⅰ與機(jī)架Ⅱ固聯(lián)，減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)連接件Ⅱ與機(jī)架Ⅰ固聯(lián)，減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連接件Ⅱ相對(duì)連接件Ⅰ轉(zhuǎn)動(dòng)。減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度通過(guò)設(shè)定脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的最大扭矩可達(dá)6N?m。72.方案 2 方案簡(jiǎn)圖：傳 統(tǒng) 摘 果 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖整體結(jié)構(gòu)包括兩自由度的移動(dòng)載體和三自由度帶夾持器的機(jī)械臂。摘果機(jī)主體使用網(wǎng)孔鋁板材料和 工 程 塑 料 組 裝 成 摘 果 機(jī) 機(jī) 體 ， 結(jié) 構(gòu) 輕 巧 ， 方 便 在 車(chē) 體 上 增 加 模 塊 。移 動(dòng) 底 盤(pán) ：為 了 適 應(yīng) 多 變 的 開(kāi) 放 式 的 蘋(píng) 果 園 地 面 環(huán) 境 ， 選 用 履 帶 式 移 動(dòng) 小 車(chē) 作 為 移 動(dòng) 底 盤(pán) 。 上 面 加 裝了 主 控 電 路 板 ， 采 摘 輔 助 裝 置 ， 多 種 傳 感 器 ， 電 源 模 塊 等 。傳 動(dòng) 結(jié) 構(gòu) ：主 要 包 括 機(jī) 械 手 腰 部 ， 大 臂 ， 小 臂 部 分 。 其 轉(zhuǎn) 動(dòng) 均 采 用 交 流 伺 服 電 機(jī) 作 為 驅(qū) 動(dòng) 源 ， 選 用 行星 齒 輪 減 速 器 對(duì) 電 機(jī) 進(jìn) 行 減 速 ， 同 時(shí) 提 高 最 終 的 輸 出 扭 矩 。 直 接 選 用 電 動(dòng) 推 桿 作 為 小 臂 伸 縮 的部 件 ， 在 伸 出 桿 的 末 端 通 過(guò) 螺 絲 連 接 相 應(yīng) 法 蘭 盤(pán) 與 末 端 執(zhí) 行 器 固 連 。末 端 執(zhí) 行 器 ：末 端 執(zhí) 行 器 初 步 選 定 使 用 夾 持 機(jī) 構(gòu) 將 果 實(shí) 夾 緊 ， 再 利 用 剪 刀 將 果 柄 剪 斷 ， 這 種 方 法 需 要 精確 的 檢 測(cè) 果 柄 的 位 置 ， 之 后 通 過(guò) 精 確 調(diào) 整 末 端 執(zhí) 行 器 的 位 置 和 姿 態(tài) ， 其 系 統(tǒng) 的 控 制 難 度 稍 難 。其 主 要 通 過(guò) 動(dòng) 力 源 ， 切 割 機(jī) 構(gòu) ， 接 近 機(jī) 構(gòu) ， 夾 持 機(jī) 構(gòu) ， 傳 感 控 制 系 統(tǒng) 組 成 。接 近 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) :8由 電 動(dòng) 機(jī) 的 絲 杠 螺 母 結(jié) 構(gòu) 、 機(jī) 架 、 滑 塊 和 導(dǎo) 桿 構(gòu) 成 。夾 持 機(jī) 構(gòu) ：電 動(dòng) 機(jī) 的 絲 杠 螺 母 結(jié) 構(gòu) 、 滑 塊 和 機(jī) 架切 割 機(jī) 構(gòu) ：由 刀 架 和 雙 面 刀 片 組 成 。3.方 案 比 較 ：上 述 兩 種 方 案 中 ， 方 案 1 采 用 了 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 械 手 臂 結(jié) 構(gòu) ， 為 底 盤(pán) -支 持 機(jī) 構(gòu) -腰 關(guān) 節(jié) -肩 關(guān)節(jié) -肘 關(guān) 節(jié) -末 端 執(zhí) 行 器 的 傳 動(dòng) 方 案 。 相 比 較 來(lái) 講 ， 方 案 2 采 用 的 是 底 盤(pán) -支 持 機(jī) 構(gòu) -大 臂 -小臂 -末 端 執(zhí) 行 器 的 方 式 ， 而 通 過(guò) 連 桿 輔 助 大 臂 的 方 式 ， 使 其 控 制 能 力 更 靈 活 。 方 案 1 的 傳 動(dòng)過(guò) 程 比 較 復(fù) 雜 ， 包 括 了 3 個(gè) 階 段 ， 而 且 穩(wěn) 定 性 不 如 方 案 2， 同 時(shí) 對(duì) 于 3 個(gè) 傳 動(dòng) 關(guān) 節(jié) 的 程 序 控制 也 要 求 更 高 。 而 方 案 2 采 用 的 是 連 桿 輔 助 ， 只 有 2 個(gè) 傳 動(dòng) 關(guān) 節(jié) ， 大 臂 和 小 臂 ， 對(duì) 控 制 系 統(tǒng)要 求 更 低 ， 同 時(shí) ， 在 連 桿 的 輔 助 下 ， 其 穩(wěn) 定 性 更 強(qiáng) ， 控 制 能 力 也 更 高 。另 外 1 點(diǎn) 不 同 在 于 末 端 執(zhí) 行 器 的 采 摘 方 式 不 同 ， 方 案 1 采 用 的 是 旋 轉(zhuǎn) 采 摘 法 ， 通 過(guò) 機(jī) 構(gòu) 系 統(tǒng)夾 持 果 實(shí) ， 再 通 過(guò) 旋 轉(zhuǎn) 的 方 式 使 果 實(shí) 與 果 柄 分 離 ， 從 而 完 成 果 實(shí) 采 摘 。 而 方 案 2 首 先 通 過(guò) 夾持 機(jī) 構(gòu) 將 果 實(shí) 夾 緊 ， 之 后 利 用 切 割 機(jī) 構(gòu) ， 通 過(guò) 刀 片 對(duì) 果 柄 進(jìn) 行 切 割 ， 使 果 實(shí) 與 果 柄 分 離 ， 從 而完 成 果 實(shí) 采 摘 。 2 種 方 案 都 需 要 對(duì) 果 實(shí) 的 具 體 位 置 進(jìn) 行 精 確 判 斷 ， 但 是 方 案 1 不 需 要 對(duì) 果 柄的 位 置 進(jìn) 行 仔 細(xì) 判 斷 ， 而 方 案 2 需 要 ， 從 這 點(diǎn) 上 來(lái) 講 ， 方 案 2 對(duì) 傳 感 系 統(tǒng) 的 要 求 更 高 。 但 是方 案 1 通 過(guò) 旋 轉(zhuǎn) 采 摘 容 易 造 成 果 實(shí) 損 傷 ， 而 方 案 2 通 過(guò) 切 割 機(jī) 構(gòu) 可 以 保 證 果 實(shí) 本 身 的 完 整 性 ，從 這 點(diǎn) 上 來(lái) 講 ， 方 案 2 更 優(yōu) 。 同 時(shí) 旋 轉(zhuǎn) 采 摘 的 成 功 率 明 顯 沒(méi) 有 切 割 采 摘 的 高 ， 因 為 每 個(gè) 果 實(shí) 的連 接 程 度 不 同 ， 這 樣 導(dǎo) 致 了 旋 轉(zhuǎn) 次 數(shù) 和 強(qiáng) 度 如 果 固 定 在 一 個(gè) 范 圍 內(nèi) 不 能 保 證 果 實(shí) 采 摘 成 功 率 。因 此 綜 上 考 慮 ， 選 擇 方 案 2 比 較 好 。 所 選 定 方 案 2 工 作 原 理方 案 2 主 要 包 括 機(jī) 械 手 腰 部 ， 大 臂 ， 小 臂 部 分 。 其 轉(zhuǎn) 動(dòng) 均 采 用 交 流 伺 服 電 機(jī) 作 為 驅(qū) 動(dòng) 源 ，選 用 行 星 齒 輪 減 速 器 對(duì) 電 機(jī) 進(jìn) 行 減 速 ， 同 時(shí) 提 高 最 終 的 輸 出 扭 矩 。 直 接 選 用 電 動(dòng) 推 桿 作 為 小 臂伸 縮 的 部 件 ， 在 伸 出 桿 的 末 端 通 過(guò) 螺 絲 連 接 相 應(yīng) 旋 轉(zhuǎn) 法 蘭 盤(pán) 組 件 與 末 端 執(zhí) 行 器 固 連 。 末 端 執(zhí) 行器 初 步 選 定 使 用 夾 持 機(jī) 構(gòu) 將 果 實(shí) 夾 緊 并 采 摘 。2.3 拋 磨 機(jī) 主 要 零 部 件 選 型 及 強(qiáng) 度 校 核 計(jì) 算2.3.1 大 臂 ， 小 臂 及 連 桿 伺 服 電 機(jī) 設(shè) 計(jì)首先，摘果機(jī)共有 5 個(gè)自由度：腰部升降，腰部轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂俯仰，小臂擺動(dòng)，小臂伸縮等五個(gè)自 由 度 ， 是 一 種 五 自 由 度 串 聯(lián) 關(guān) 節(jié) 型 摘 果 機(jī) ， 自 由 度 配 置 為 P-RRR-P。機(jī) 械 手 尺 寸 大 致 規(guī) 格 如 下 ：91.） 題 設(shè) 中 給 出 ， 蘋(píng) 果 的 重 量 為 1KG， 工 作 最 高 高 度 為 3m(即 b 為 3m)， 工 作 半 徑 為 1.5m從 圖 中 可 以 初 步 定 義 ， 小 車(chē) 高 度 ， 腰 部 ， 大 臂 ， 小 臂 ， 伸 縮 行 程 ， 末 端 執(zhí) 行 器 的 長(zhǎng) 度 依 次 為d1， L2,L3,L4,d5 和 Lm,具 體 實(shí) 際 情 況 和 摘 果 機(jī) 學(xué) 原 理 可 知 ：根 據(jù) 仿 生 學(xué) 原 理 ， 大 臂 長(zhǎng) 度 應(yīng) 等 于 小 臂 加 上 末 端 執(zhí) 行 器 長(zhǎng) 度 0.3， 因 此 ：L3=L4+Lm=L4+0.3m由 于 結(jié) 構(gòu) 限 制 ， 小 臂 伸 縮 的 行 程 應(yīng) 小 于 或 等 于 小 臂 長(zhǎng) 度 的 一 半 ,再 加 上 伸 縮 其 他 結(jié) 構(gòu) 長(zhǎng) 度 ：d5=1/2*L4=0.45m由 于 摘 果 機(jī) 具 體 參 數(shù) 需 要 通 過(guò) Matlab 仿 真 ， 這 里 初 步 算 出 ：d1=0.68m L3=0.62m L2=1.2m l4=0.9 d5=0.45 2.） 而 蘋(píng) 果 的 重 量 為 1kg 。 末 端 執(zhí) 行 器 及 旋 轉(zhuǎn) 法 蘭 組 件 重 量 為 4kg。其 中 減 速 機(jī) 減 速 比 k 為 100、 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 n 為 100 ， 則 根 據(jù) 扭 矩 與 功 率 公 式 ：???kTP95小臂的最大轉(zhuǎn)矩為：T=（0.9+0.45）*9.8*5=66.15 N·m由此帶入可得 P=0.4KW 電機(jī)，安全系數(shù)選 S=2 *S=0.4kw??knT950根 據(jù) 國(guó) 標(biāo) ， 安 全 系 數(shù) 選 2 ， 可 選 用 1 臺(tái) 3000 轉(zhuǎn) 0.4KW 司 服 電 機(jī) ， 減 速 比 100 的 減 速 機(jī) 。蘋(píng) 果 、 末 端 執(zhí) 行 器 、 旋 轉(zhuǎn) 法 蘭 組 件 小 臂 重 量 為 10kg。大 臂 的 最 大 轉(zhuǎn) 矩 為 ：10T=（ 0.9+0.45+1.2） *9.8*10=249.9 N·m由 此 帶 入 可 得 P=0.4KW 電 機(jī) ， 安 全 系 數(shù) 選 S=2 *S=0.8kw???knT5根 據(jù) 國(guó) 標(biāo) ， 安 全 系 數(shù) 選 2 ， 可 選 用 1 臺(tái) 3000 轉(zhuǎn) 伺 服 1KW,MSMJ-10-2 電 機(jī) ， 減 速 比 100的 減 速 機(jī) 。2.3.2 驅(qū) 動(dòng) 輪 電 機(jī) 設(shè) 計(jì)驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 的 功 率 由 摘 果 機(jī) 質(zhì) 量 M 、 運(yùn) 行 速 度 V 、 驅(qū) 動(dòng) 輪 直 徑 來(lái) 確 定 [27]。 計(jì) 算 和 分 析摘 果 機(jī) 受 力 情 況 時(shí) ， 假 設(shè) 摘 果 機(jī) 在 平 地 上 直 線 加 速 行 駛 ， 不 考 慮 摘 果 機(jī) 在 行 駛 過(guò) 程 中 的 產(chǎn) 生 空氣 阻 力 。采 用 分 離 法 建 立 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 受 力 模 型 如 圖 2.3。 其 中 ， 1 M 為 作 用 于 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 ， P 1 為 驅(qū) 動(dòng) 輪 上 的 載 荷 ， G 1 為 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 重 力 ， N 1 為 地 面 對(duì) 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 法 向 反 作 用 力 ， F1 為地 面 對(duì) 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 切 向 反 作 用 力 ， f1 為 驅(qū) 動(dòng) 軸 對(duì) 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 阻 力 。 假 設(shè) 在 加 速 過(guò) 程 中 ， 輪 子 作瞬 時(shí) 純 滾 動(dòng) ?？?以 得 出 驅(qū) 動(dòng) 輪 的 力 的 平 衡 方 程 為 ：11實(shí) 際 驅(qū) 動(dòng) 力 要 克 服 三 種 部 分 阻 力 ， 即 由 驅(qū) 動(dòng) 軸 傳 來(lái) 的 阻 力 、 驅(qū) 動(dòng) 輪 本 身 的 滾 動(dòng) 阻 力 和 驅(qū) 動(dòng) 輪 本身 的 加 速 阻 力 。 而 后 者 而 后 者 又 由 平 移 質(zhì) 量 產(chǎn) 生 的 加 速 阻 力 和 由 旋 轉(zhuǎn) 質(zhì) 量 產(chǎn) 生 的 加 速 阻 力 組 成 。從動(dòng)輪受力模型如圖 2.4。其中，P 2 為從動(dòng)輪上的載荷， G 2 為從動(dòng)輪的重力，N2 為地面對(duì)從動(dòng)輪的法向反作用力，F(xiàn) 2 為地面對(duì)從動(dòng)輪的切向反作用力，f2 從動(dòng)輪的推力?？梢缘贸鰪膭?dòng)輪的力的平衡方程為：可以得出車(chē)體的力的平衡方程為：由以上的式 2.2、2.4 和 2.5 三個(gè)方程，聯(lián)立锝：由此可知，摘果機(jī)的驅(qū)動(dòng)力用來(lái)克服車(chē)輪的滾動(dòng)阻力、摘果機(jī)平移質(zhì)量的加速阻力和車(chē)輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的 加速阻力。因此驅(qū)動(dòng)力必須大于滾動(dòng)阻力才能加速行駛，若驅(qū)動(dòng)力小于滾動(dòng)阻力摘果機(jī)則無(wú)法啟動(dòng)，所以有12上式中、N1，N2 是地面作用在輪子上的法向作用力，M1 由輪子、車(chē)體的質(zhì)量決定，根據(jù)此關(guān)系式可以確定電機(jī)锝輸出轉(zhuǎn)矩。由此確定電機(jī)的功率,其中，K 為安全系數(shù)。取小車(chē)車(chē)體 60Kg，驅(qū)動(dòng)輪直徑為 280mm，預(yù)計(jì)行走速度為 1m/s，安全系數(shù) K 為 2，則可選擇電機(jī)的功率約為橫向軌道驅(qū)動(dòng)電機(jī)所帶動(dòng)重量為G 總= =588NgM?1輪子需要克服摩擦力為=11.76Nf?總阻 力F???knTP950其中 T= 1.7?1阻 力rmN?移動(dòng)速度約為 1m/s，兩驅(qū)動(dòng)輪的直徑為 280mm，則后輪的轉(zhuǎn)速為：計(jì)算得 68r/min ，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為 3000rpm，因此傳動(dòng)比約為 45，因此選擇型號(hào)為 26/1S 45：1 的減速箱.*S=40w???knTP950根據(jù)實(shí)際需求和結(jié)構(gòu)要求，選擇 Faulhaber 電機(jī)產(chǎn)品中的 2657 系列直流電機(jī)，所選電機(jī)型號(hào)為 2657W024CR+IE2-512。該電機(jī)參數(shù)如表 2.1 所示，表 2.1 電機(jī)參數(shù)表型號(hào) 2657W024CR額定電壓 24 V輸出轉(zhuǎn)矩 3.5 Nm輸出轉(zhuǎn)速 6400 rpm13空載電流 0.058 A轉(zhuǎn)速常數(shù) 286 rpm/V轉(zhuǎn)矩常數(shù) 34.8 mNm/A2.3.3 軸承選型軸承的選擇并不是只考慮軸徑一個(gè)因素，還要考慮到軸承的性能，一般要考慮到其壽命、可靠度（指該軸承達(dá)到或超過(guò)規(guī)定壽命的概率）、靜載荷、動(dòng)載荷、額定壽命、基本額定壽命、基本額定載荷等等很多因素。最主要的是允許空間、載荷的大小和方向、軸承工作轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)精度、軸承的剛性（一般磙子軸承的剛性大于球軸承）、軸向游動(dòng)、安裝和拆卸。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)的軸上徑向載荷大，軸向載荷小，而且存在軸或殼體變形大以及安裝對(duì)中性差的問(wèn)題，所以選用調(diào)心滾子軸承，因?yàn)檎{(diào)心磙子軸承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受少量的雙軸向載荷，而圓錐磙子軸承有打的錐角可承受大的徑、軸向聯(lián)合載荷。所以選用（雙列向心）圓錐磙子軸承，有雙內(nèi)圈，并是可分離的軸承，根據(jù) d=32mm,由參考資料 2P7－356 表 7－2－78 帶緊定套的調(diào)心滾子軸承（GB/T288-1994），選用 22218CK/W33+H318 軸承，其基本額定載荷為 =240KN, =322KN, 根據(jù)軸承選用配套的軸承rC0r座，參考資料 2P7-43 表 7-2-105 適用圓錐孔的異徑孔滾動(dòng)軸承座(GB/T7813-1998) SNK 型軸承座，可選用 SNK316 型的軸承。143 摘 果 機(jī) 三 維 建 模3.1 總體的三維建模153.2 底部輪式車(chē)的三維建模16173.3 電動(dòng)缸的三維建模18結(jié)論在最近一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是全自動(dòng)摘果機(jī)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，通過(guò)初期的定稿，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可做得好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。19致謝至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來(lái)對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛(ài)貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開(kāi)朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類(lèi)的全自動(dòng)摘果機(jī)的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)和開(kāi)心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周?chē)睦蠋熀屯瑢W(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。20參考文獻(xiàn)[1]金清肅，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第一版）[M]. 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