壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 目 錄摘 要IVAbstractV第1章 緒論11.1研究背景及意義11.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀1第2章 總體方案設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)參數(shù)22.1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)22.2方案選定22.2.1車體方案設(shè)計(jì)22.2.2手臂方案設(shè)計(jì)22.2.3手抓方案設(shè)計(jì)32.3.4驅(qū)動(dòng)方案的選擇32.3工作原理分析42.3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理42.3.2手臂工作原理42.3.3手抓工作原理5第3章 零部件的設(shè)計(jì)與選擇63.1行駛小車設(shè)計(jì)63.1.1主電機(jī)的選擇63.1.2履帶部分設(shè)計(jì)83.1.3副履帶部分設(shè)計(jì)183.2手臂部分設(shè)計(jì)213.2.1電機(jī)的選擇213.2.2大、小臂設(shè)計(jì)233.3手抓設(shè)計(jì)243.3.1電動(dòng)機(jī)的選擇243.3.2絲桿螺母副的選型與校核263.3.3手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)293.3.4手抓支架的設(shè)計(jì)30第4章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)314.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述314.2三維設(shè)計(jì)314.2.1車體314.2.2主履帶324.2.3副履帶324.2.4手臂、手抓324.2.5三維裝配334.3仿真分析334.3.1 Pro/E仿真介紹334.3.2仿真34總 結(jié)37參考文獻(xiàn)38致 謝39摘 要果園種植業(yè)的發(fā)展提高了果園機(jī)械市場的需求，為了節(jié)約人力物力，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，開展采摘器械的研究有重要的意義。水果采摘機(jī)是一種極具研究價(jià)值和應(yīng)用前景的農(nóng)用地面移動(dòng)機(jī)器人，本論文對(duì)具有移動(dòng)功能的采摘機(jī)進(jìn)行了總體技術(shù)的研究，并主要對(duì)其車體結(jié)構(gòu)部分、手臂部分、手抓部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。本文首先，通過功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，確立了水果采摘機(jī)總體功能構(gòu)架；接著，對(duì)本采摘機(jī)車體結(jié)構(gòu)部分、手臂部分、手抓部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與校核并采用Pro/E三維設(shè)計(jì)；然后，進(jìn)行仿真分析，確保水果采摘機(jī)結(jié)構(gòu)最優(yōu)，效率最高，性能最優(yōu)；最后采用AtuoCAD軟件繪制了采摘機(jī)的裝配圖及主要零件圖。通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)在理論結(jié)合實(shí)際的鍛煉下加深了知識(shí)的理解，對(duì)今后的工作必定帶來很大幫助。關(guān)鍵詞：水果采摘機(jī)；手臂；手抓；履帶AbstractThe development of orchard planting industry has raised the demand of the orchard machinery market. In order to save manpower and material resources and improve the economic benefit of the fruit farmers, it is of great significance to carry out the research of the picking instruments. The fruit picking machine is a kind of agricultural ground mobile robot which has great research value and application prospect. This paper studies the overall technology of the picking machine with mobile function, and designs the part of the body structure, arm and hand grip in detail.Firstly, through the analysis of function and design task, the overall functional framework of fruit picking machine is established. Then, the body structure part, arm part, hand grab part of this picking locomotive are designed and checked in detail and Pro/E 3D design is used. Then, simulation analysis is carried out to ensure the optimal structure and efficiency of the fruit picking machine. Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the picking machine were plotted by AtuoCAD software.Through this design, the knowledge of the professional knowledge of the university has been deepened under the practice of combining theory with practice, and it will surely bring great help to the future work.Key words: Fruit picking machine; Arm; Hand grasping; Crawler40第1章 緒論1.1研究背景及意義果園種植業(yè)的發(fā)展提高了果園機(jī)械市場的需求。在整個(gè)生產(chǎn)中，由采摘果實(shí)所耗費(fèi)的勞動(dòng)力占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)過程的5070。采摘作業(yè)季節(jié)性相對(duì)強(qiáng)，傳統(tǒng)人工采摘的方式不僅僅易造成果實(shí)損傷。同時(shí)，采摘不及時(shí)將會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，人員缺乏，隨著老齡化的增長，生產(chǎn)成本不斷提高，降低了人們的種植積極性，果園種植業(yè)的發(fā)展受到了制約。為了節(jié)約人力物力，提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，開展采摘器械的研究有重要的意義。1.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人是二十世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一。人類對(duì)于機(jī)器入的研究由來已久，但直到上世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和數(shù)控伺服技術(shù)的發(fā)展才真正進(jìn)入實(shí)用化。上世紀(jì)70年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控靠q技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也隨之進(jìn)入高速發(fā)展階段，并發(fā)展成為集機(jī)械、電子、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)綜合技術(shù)。水果和蔬菜的采摘機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)60年代，在20世紀(jì)的美國，用于收割方法主要是機(jī)械和氣動(dòng)搖晃搖晃風(fēng)格。缺點(diǎn)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(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是在工業(yè)機(jī)器人，日益成熟的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)，采摘機(jī)器人的研究和技術(shù)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(jī)器人方面的研究相關(guān)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(lán)，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(jī)器人。研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域起步相對(duì)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(yīng)魯棒跟蹤控制算法采摘機(jī)器人設(shè)計(jì);機(jī)器人視覺傳感器設(shè)計(jì)立體的中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，劉兆祥，劉剛，誰撿到了蘋果方面江蘇大學(xué)蔡健榮三維信息，例如恢復(fù)的障礙，為柑橘采摘機(jī)器人障礙識(shí)別技術(shù)的研究;南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院和奪權(quán)的水果和蔬菜研究技術(shù)姬長英王學(xué)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(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差。目前對(duì)蘋果采摘機(jī)的報(bào)道比較少，最近國內(nèi)也有一些采摘機(jī)具的專利，如堅(jiān)果采摘機(jī)，這些專利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改變采摘人員的工作環(huán)境；但大多結(jié)構(gòu)簡單，所以未從根本上解決采摘難度，效率低等問題。第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)參數(shù)2.1.1設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)本課題對(duì)小型水果摘採機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析，主要技術(shù)指標(biāo)包括：（1）采摘機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)上下高度范圍為1.0-1.5m，工作空間2m3；（2）機(jī)構(gòu)要求效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快；（3）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力負(fù)載分析，確保滿足使用要求。2.2方案選定2.2.1車體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的水果采摘機(jī)車體結(jié)構(gòu)采用的是履腿式復(fù)合結(jié)構(gòu)，總體設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示。機(jī)器人的車體的履帶作為移動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，與前臂和后臂轉(zhuǎn)動(dòng)相協(xié)調(diào)，增加了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性。機(jī)器人后輪有一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)后輪的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)器人爬坡和越障時(shí)發(fā)揮更大作用。機(jī)器人車體左右兩邊履帶各有永磁式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，控制前軸和后軸的速度、力矩，可實(shí)現(xiàn)原地360轉(zhuǎn)向，前進(jìn)時(shí)的自由轉(zhuǎn)向，隨時(shí)調(diào)解爬坡時(shí)的力矩大小。在車體主履帶前端是慣性軸，與主動(dòng)軸配合，保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。圖2-1 水果采摘機(jī)車體結(jié)構(gòu)組成2.2.2手臂方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手要求：機(jī)械手臂可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、上下移動(dòng)，機(jī)械手爪可實(shí)現(xiàn)夾持，并且采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，因此選定的設(shè)計(jì)方案如下：其由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂上下移動(dòng)，手臂整體回轉(zhuǎn)有底部回轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)；機(jī)械手爪具有2個(gè)自由度，分別是手爪回轉(zhuǎn)，手爪夾持；手爪回轉(zhuǎn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手爪夾持由電磁鐵的正反接實(shí)現(xiàn)。2.2.3手抓方案設(shè)計(jì)目前，實(shí)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(gè)很好的位置來檢測(cè)和準(zhǔn)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(jī)制的復(fù)雜性的困難。（2）使用剪刀剪開莖，稈這個(gè)方法需要一個(gè)好的位置，以檢測(cè)并精確地調(diào)節(jié)到致動(dòng)器的姿勢(shì)的末端，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和控制機(jī)構(gòu)的難度。（3）用激光切割，該方法還要求具有良好的檢測(cè)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(shí)，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(shí)。蘋果莖脆弱，容易分離，因此通過垂直旋轉(zhuǎn)在手腕上，以模擬人的運(yùn)動(dòng)打破手柄實(shí)現(xiàn)分離和果柄采摘蘋果或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的模擬人工的方式設(shè)計(jì)。這種方法簡單，視覺系統(tǒng)要求不高。根據(jù)采摘蘋果的具體要求，提出了一種蘋果采摘手抓。該執(zhí)行器由手指、手掌、機(jī)架等組成。手抓有3個(gè)手指，3個(gè)手指圓周對(duì)稱布置，即每側(cè)一個(gè)手指。每個(gè)手指有6個(gè)關(guān)節(jié)。在電機(jī)控制下，通過絲桿拉動(dòng)手指下部的拉桿實(shí)現(xiàn)3個(gè)手指的聯(lián)動(dòng)，以及對(duì)不同形狀物體的夾持。2.3.4驅(qū)動(dòng)方案的選擇目前這類機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)源主要是采用氣壓驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)這三種10。（1）氣動(dòng)壓力是一個(gè)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，空氣壓縮機(jī)通常被用作動(dòng)力源。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器過載安全，結(jié)構(gòu)簡單，污染少，成本低，通過調(diào)節(jié)空氣流量，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，但大尺寸設(shè)備的運(yùn)行速度不穩(wěn)定，定位精度不高，抓小舉行力。（2）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)流體壓力致動(dòng)器的輸出力來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，固有的高效率，響應(yīng)速度快，速度很簡單，可以在很寬的范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，便于適應(yīng)不同的工作要求，順利實(shí)現(xiàn)傳輸，可以吸收沖擊力可以實(shí)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(jī)低，流體溫度和粘度變化影響傳輸性能。（3）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式包括步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)器類型。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)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(yīng)速度快，可靠，無累積誤差等。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，良好的動(dòng)態(tài)特性，機(jī)器人由一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成與運(yùn)行精度高，調(diào)速范圍廣，速度快，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性高，易于控制等特點(diǎn)?；诓竭M(jìn)電機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖2-2 水果采摘機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖2.3工作原理分析2.3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)通過行星輪減速器的降速，來實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)矩、調(diào)速，通過直齒輪改變軸的方向，輸出后軸轉(zhuǎn)矩，為機(jī)器人提供主要?jiǎng)恿Α：筝S驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)后軸位于傳動(dòng)系的末端。其基本功用是增扭、降速和改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)器人在行駛過程中，經(jīng)常需要改變行駛方向，本機(jī)構(gòu)是通過兩個(gè)電機(jī)的差速比來實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)力部分采用電機(jī)，通過齒輪副降速后帶動(dòng)低速軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)連接，使履帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)各自繞前后軸的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不同角度的爬坡和越障能力。2.3.2手臂工作原理其由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂上下移動(dòng)，手臂整體回轉(zhuǎn)有底部回轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)；機(jī)械手爪具有2個(gè)自由度，分別是手爪回轉(zhuǎn)，手爪夾持；手爪回轉(zhuǎn)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，手爪夾持由電磁鐵的正反接實(shí)現(xiàn)。2.3.3手抓工作原理機(jī)械臂將機(jī)械手送達(dá)到果實(shí)附近，機(jī)械手上的位置傳感器檢測(cè)機(jī)械手與蘋果的相對(duì)位置，當(dāng)果實(shí)進(jìn)入機(jī)械手中心位置時(shí)，位置傳感器觸發(fā)單片機(jī)控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)開始正向轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手開始加緊果實(shí)，壓力傳感器檢測(cè)手指加緊果實(shí)時(shí)的壓力并判斷是否達(dá)到壓閾值，閾值有實(shí)驗(yàn)所得出。若達(dá)到此閾值則機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)，機(jī)械臂模擬人工采摘運(yùn)動(dòng)，完成果實(shí)與果柄的分離。機(jī)械臂將果實(shí)送到指定位置后，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，手指松開，恢復(fù)到初始位置，完成果實(shí)的采摘。第3章 零部件的設(shè)計(jì)與選擇3.1行駛小車設(shè)計(jì)3.1.1主電機(jī)的選擇（1）機(jī)器人在平直的路上行駛水果采摘機(jī)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 水果采摘機(jī)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3-1 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3-2 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)這幾種姿態(tài)分析，機(jī)器人在跨越臺(tái)階時(shí)直流電機(jī)只驅(qū)動(dòng)主履帶，機(jī)器人在實(shí)際跨越臺(tái)階過程中速率不大，那么機(jī)器人所需提供的輸出功率也不大。由以上分析可知，機(jī)器人平地直線運(yùn)動(dòng)時(shí)要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較大，而爬坡時(shí)需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較大。因此，在選電機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)平地直線運(yùn)動(dòng)所求的最大轉(zhuǎn)速和爬坡運(yùn)動(dòng)所求的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇。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)算的水果采摘機(jī)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。因?yàn)橹绷麟姍C(jī)啟動(dòng)性能好，過載性能強(qiáng)，可承受頻繁沖擊、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，允許沖擊電流可達(dá)額定電流的3到5倍。另外在使用過程中可攜帶或可移動(dòng)的蓄電池，干電池作為供電電源，操作輕巧與方便。根據(jù)直流電機(jī)這些性能，滿足主履帶頻繁受沖擊，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的要求，滿足機(jī)器人要攜帶移動(dòng)電池的要求，因而則選擇90ZY54型號(hào)的直流永磁電機(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)? 則又則選取3.1.2履帶部分設(shè)計(jì)1、履帶的選擇對(duì)于履帶基于標(biāo)準(zhǔn)化的思考，我們選擇了梯形雙面齒履帶作為設(shè)計(jì)履帶，其具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，故帶與帶輪間無相對(duì)滑動(dòng)，能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。履帶通常以氯丁橡膠為材料，這種帶薄而且輕，故可用于較高速度。傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)50m/s，傳動(dòng)比可達(dá)10，效率可達(dá)98。傳動(dòng)噪音比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。因?yàn)槁膸鲃?dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)比范圍大等優(yōu)點(diǎn)，所以傳遞功率可以從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動(dòng)，無污染，因此可在工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。從以上對(duì)履帶性能的分析中可以得出結(jié)論，選用梯形雙面齒履帶作為移動(dòng)裝置設(shè)計(jì)履帶能夠滿足設(shè)計(jì)性能及工作的環(huán)境條件要求。由已知后軸輸出功率為(即）；由已知設(shè)計(jì)裝置移動(dòng)速度，根據(jù)公式，可得主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，預(yù)先設(shè)計(jì)履帶主動(dòng)輪直徑=169mm，履帶從動(dòng)輪直徑=169mm，由公式，可得=59.71r/min.。故可以得到設(shè)計(jì)的已知條件如下：傳遞名義功率.主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速r/min從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速中心距.（1）功率的計(jì)算式中K-載荷修正系數(shù)（有工作機(jī)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間查表3-1可以得到）表3-1修正載荷系數(shù)K工作機(jī)運(yùn)行時(shí)間（小時(shí)/日）358101624計(jì)算機(jī)，醫(yī)療機(jī)1.01.21.4縫紉機(jī)，辦公機(jī)械1.21.41.6輕傳送機(jī)，包裝機(jī)1.31.51.7攪拌機(jī)，造紙機(jī)1.41.61.8印刷機(jī)，圓形帶鋸1.41.61.8（2）確定帶的型號(hào)和節(jié)距由設(shè)計(jì)功率=0.1377kw和=59.71r/min，考慮到可以用雙面交錯(cuò)梯狀齒形履帶作為履帶使用，由圖8-1查得型號(hào)選用XH型，對(duì)應(yīng)節(jié)距=22.225mm，圖3-3為雙面交錯(cuò)梯狀齒形履帶的結(jié)構(gòu)圖，雙面齒履帶的節(jié)距和齒形等同與單面齒履帶的齒形和節(jié)距，圖A為DA型雙面齒履帶，其兩面帶齒呈對(duì)稱排列，圖B為DB型雙面齒履帶，其兩面帶齒呈交錯(cuò)位置排列，本裝置設(shè)計(jì)履帶選擇DB型XH履帶：=2.794mm，=15.49圖3-3梯形齒履帶，輪選型圖圖3-4梯形齒形狀圖本裝置選擇的梯形BD型XH履帶的具體參數(shù)如下表3-2表3-2 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)履帶型號(hào)以及齒尺寸2、確定主從動(dòng)輪直徑對(duì)于梯形標(biāo)準(zhǔn)履帶來說小帶輪的齒數(shù)是有要求的，能夠保證履帶運(yùn)轉(zhuǎn)是最為基本的，履帶選用的XH形履帶一樣有齒數(shù)最小要求，由表3-3查的表3-3小帶輪的最小齒數(shù)小帶輪轉(zhuǎn)速XLLHXHXHHS，絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 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。 此外滾珠絲杠副還受值的限制，通常要求3.3.3手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手指握持力與一個(gè)大的，高負(fù)載能力，良好的通用性，能夠抓住任意形狀，更寬的應(yīng)用范圍的目的，同時(shí)減少驅(qū)動(dòng)源的數(shù)量，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡單，容易控制。（1）手指數(shù)量果實(shí)形狀規(guī)則和不規(guī)則的。規(guī)則小果，采摘機(jī)器人使用了兩個(gè)有直接吸搶果的指尖最線性驅(qū)動(dòng)器。相對(duì)的兩個(gè)手指，三個(gè)手指也有一些研究采摘機(jī)器人，3指的是機(jī)器人搶水果的穩(wěn)定性更好。（2）手指關(guān)節(jié)數(shù)量關(guān)節(jié)執(zhí)行器抓取密切相關(guān)的端部效應(yīng)數(shù)量越多關(guān)節(jié)的數(shù)量越多，端自由，更靈活的抓動(dòng)作，更好的爬的程度。從而增加接頭的數(shù)量同時(shí)增加的驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量，驅(qū)動(dòng)器將增加增大控制的數(shù)量的難度，同時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，從而產(chǎn)生負(fù)面影響。本文所設(shè)計(jì)的采摘機(jī)器人采摘的使用四連桿機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所欠的手指驅(qū)動(dòng)的多手指關(guān)節(jié)，并配有一個(gè)力傳感器和橡膠材料，測(cè)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(biāo)準(zhǔn)，除三級(jí)蘋果外，果實(shí)橫切面最大直徑要大于或等于70mm9。這里設(shè)計(jì)機(jī)械手所抓取的蘋果直徑在50mm150mm之間，故取蘋果半徑為25mmR75mm。（3）手指的材料手指選擇適當(dāng)?shù)牟牧希褂迷跈C(jī)器人很大的影響作用。遵從手的結(jié)構(gòu)尺寸，手指，同時(shí)保持足夠的光強(qiáng)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(jī)械強(qiáng)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(diǎn)。圖3-9 手指結(jié)構(gòu)3.3.4手抓支架的設(shè)計(jì)支架主要是用來安裝驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手掌，小巧的機(jī)身，體積小，重量輕的設(shè)計(jì)要求。這樣的設(shè)計(jì)是一個(gè)圓柱形主體框架，所述固定底板，中間板，下部主傳動(dòng)馬達(dá)構(gòu)成的支撐柱的安裝位置。將主手指擋塊的上部。機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。機(jī)器人可分為棕櫚基和棕櫚基類。手掌可以增加關(guān)于這個(gè)問題的制約，有棕櫚機(jī)器人具有廣泛的適用性，操作方便的特點(diǎn)。無機(jī)械手可以抓住的對(duì)象，但對(duì)象通常祝福規(guī)則的形狀，它的形狀和要求高的對(duì)象的大小特征的，無機(jī)械手的手掌被廣泛應(yīng)用于特殊的保持機(jī)構(gòu)。圖3-10 機(jī)架結(jié)構(gòu)第4章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)4.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)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(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)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(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。功能如下：（1）特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、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(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)；（4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。（5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性。4.2三維設(shè)計(jì)4.2.1車體車體如下圖示：圖4-1車體4.2.2主履帶通過對(duì)各組成零件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)后裝配得到主履帶設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示：圖4-2主履帶4.2.3副履帶通過對(duì)各組成零件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)后裝配得到副履帶設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示：圖4-3副履帶4.2.4手臂、手抓通過對(duì)各組成零件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)后裝配得到手臂、手抓設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示： 圖4-4 手臂、手抓4.2.5三維裝配圖4-5 水果采摘機(jī)裝配4.3仿真分析4.3.1 Pro/E仿真介紹在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程中，首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)，有時(shí)這些試驗(yàn)是破壞性的。當(dāng)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷時(shí)，又要重新修改設(shè)計(jì)，并用樣機(jī)重新驗(yàn)證。只有通過周而復(fù)始的“設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)”過程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)思路其設(shè)計(jì)周期無法縮短，更談不上市場競爭力。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)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(yùn)動(dòng)仿真解決方案，即Pro/E的運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是利用Pro/E建立模擬系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種情況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的先進(jìn)技術(shù)，其目的是為物理機(jī)樣的設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過程弊端的高新技術(shù)。工程設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)仿真內(nèi)定義零部件間的連接關(guān)系并進(jìn)行虛擬裝配，從而獲得機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其在各種工況下的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行仿真分析，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，再做物理樣機(jī)。這樣做的意義在于減少了甚至免除了制作物理樣機(jī)的經(jīng)費(fèi)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了市場競爭力。4.3.2仿真（1）典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真詳細(xì)過程本次運(yùn)動(dòng)仿真以運(yùn)動(dòng)過程較復(fù)雜的手抓為例進(jìn)行說明：(a)打開裝配圖，點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”命令圖4-6點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”(b)建立伺服電動(dòng)圖4-7建立電動(dòng)機(jī) (c)點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”，彈出界面圖4-8機(jī)構(gòu)分析(d)點(diǎn)擊運(yùn)行（2）仿真動(dòng)畫獲取(a)點(diǎn)擊“回放”-右鍵選擇“播放”圖4-9啟動(dòng)動(dòng)畫(b)點(diǎn)擊 “動(dòng)畫”中“捕獲”命令圖4-10動(dòng)畫(c)設(shè)置“捕獲”命令參數(shù)設(shè)置“捕獲”中動(dòng)畫放置目錄、圖像大小等參數(shù)后，點(diǎn)擊“確定”等待計(jì)算機(jī)運(yùn)行捕獲即可得到仿真動(dòng)畫。圖4-11捕獲（2）總體運(yùn)動(dòng)仿真總成運(yùn)動(dòng)仿真過程與手抓部分類似，仿真參數(shù)設(shè)置完成后效果如下圖，隨后運(yùn)行仿真并“捕獲”仿真動(dòng)畫即可。圖4-12 總成仿真設(shè)置總 結(jié)水果采摘機(jī)是一種極具研究價(jià)值和應(yīng)用前景的農(nóng)用地面移動(dòng)機(jī)器人，本論文對(duì)具有移動(dòng)功能的采摘機(jī)進(jìn)行了總體技術(shù)的研究，并主要對(duì)其車體結(jié)構(gòu)部分、手臂部分、手抓部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和論證，本論文完成的主要工作如下：（1）通過功能和設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，確立了水果采摘機(jī)總體功能構(gòu)架，初步制定了小型水果采摘機(jī)的總體組成和性能指標(biāo)。（2）在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，移動(dòng)平臺(tái)是小型水果采摘機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形運(yùn)動(dòng)的功能載體，本文采用了后輪驅(qū)動(dòng)的履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并具有可獨(dú)立控制的前擺，具有較