簡(jiǎn)易手動(dòng)球形水果采摘器設(shè)計(jì)含SW三維及12張CAD圖,簡(jiǎn)易,手動(dòng),球形,水果,生果,瓜果,采摘,設(shè)計(jì),sw,三維,12,十二,cad 簡(jiǎn)易手動(dòng)球形水果采摘器設(shè)計(jì) 摘 要 本課題運(yùn)用制圖軟件對(duì)采摘器進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，可伸縮夾取式采摘機(jī)械是一種為解決人們采摘高處果實(shí)難而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工具，同時(shí)本設(shè)計(jì)大大的方便了農(nóng)民工采摘油茶果的過(guò)程及采摘效率的提高。設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)內(nèi)容包括：采摘機(jī)構(gòu)、可伸縮桿機(jī)構(gòu)、和收集機(jī)構(gòu)并用solidworks軟件繪制了機(jī)構(gòu)的三維圖以助理解?？缮炜s夾取式油茶球形果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)主要采用了采摘機(jī)攜手和鋁合金管可伸縮機(jī)構(gòu)，采摘寬度范圍較大效率高、伸縮長(zhǎng)短可調(diào)節(jié)，采摘較靈活省力，果實(shí)由鋁合金管的旁邊的引導(dǎo)軌道滑出，最小采摘水果直徑為40mm，最大采摘水果為80mm，收集極為方便省力，鋁合金管可伸縮機(jī)構(gòu)又使其質(zhì)量較輕，便于攜帶，經(jīng)投產(chǎn)和改進(jìn)后可望解決農(nóng)民朋友對(duì)于直徑相近球形果實(shí)的采摘難題，市場(chǎng)前景廣闊。 關(guān)鍵詞：可伸縮性；球形水果；采摘；夾取式；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。  Abstract In this paper, the drawing software is used to design the mechanism of the picker. The retractable clip picking machine is an innovative design tool to solve the problem of people picking high fruits. At the same time, the design greatly facilitates the process and efficiency of migrant workers picking camellia oil. The design of the mechanism includes: picking mechanism, retractable bar mechanism, and collecting mechanism. The three-dimensional drawing of the mechanism is drawn with Solidworks software to help understand. The retractable clip type spherical fruit picking mechanism of Camellia oleifera mainly adopts the picking machine hand in hand and the aluminum alloy tube retractable mechanism. The picking width range is large, the efficiency is high, the retractable length is adjustable, and the picking is flexible and labor-saving. The fruit slides out from the guide track beside the aluminum alloy tube. The minimum picking fruit diameter is 40mm, and the maximum picking fruit is 80mm. The collection is very convenient and labor-saving. Aluminum alloy After putting into operation and improvement, it is expected to solve the problem of picking spherical fruits with similar diameter by farmers, and the market prospect is broad. Key words: scalability; spherical fruit; picking; clamping; mechanism design.  目錄 摘 要 1 Abstract 2 第1章 5 第2章 緒論 6 2.1 課題背景及意義 6 2.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 第3章 總體設(shè)計(jì)思路 10 3.1 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 10 3.1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容: 10 3.1.2 技術(shù)參數(shù): 10 3.1.3 果實(shí)采摘方式的選擇 10 3.2 基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置的總體設(shè)計(jì) 11 第4章 采摘器的設(shè)計(jì) 13 4.1 采摘器常見(jiàn)種類 13 4.2 采摘器的選擇 13 4.3 采摘器的設(shè)計(jì) 14 4.3.1 尺寸計(jì)算 14 4.3.2 采摘器的強(qiáng)度校核計(jì)算 14 4.4 軟件建模 16 4.4.1 繪圖軟件介紹 16 4.4.2 繪圖方法 16 4.4.3 采摘器效果圖展示 17 第5章 關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)與分析 18 5.1 機(jī)械手臂的種類 18 5.2 機(jī)械手臂的選擇 20 5.3 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì) 21 5.3.1 尺寸計(jì)算 21 5.3.2 材料選擇 21 5.3.3 強(qiáng)度校核 22 5.4 軟件建模 24 5.4.1 繪圖方法 24 5.4.2 機(jī)械手臂效果圖展示 24 5.5 接收傳送裝置的設(shè)計(jì) 24 5.5.1 接收裝置設(shè)計(jì)原則 25 5.5.2 材料選擇 25 5.5.3 尺寸設(shè)計(jì) 25 5.5.4 接收傳送裝置效果圖 25 5.6 手持固定部分的組成 26 總結(jié)與展望 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30  第2章 緒論 2.1 課題背景及意義 中國(guó)是世界上最大的水果出產(chǎn)國(guó)，居全球13個(gè)產(chǎn)量超1000萬(wàn)噸的國(guó)家之首。水果采收作為果園生產(chǎn)全過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，具有季節(jié)性強(qiáng)和勞動(dòng)密集型的特點(diǎn)，所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的35％～45％[1]。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的調(diào)整，林果生產(chǎn)已經(jīng)成為很多地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，果園規(guī)模化發(fā)展和規(guī)范化管理的要求日益提高，從而果園機(jī)械化日益重要。果園收獲機(jī)械的發(fā)展，可以減輕果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 我國(guó)果園作業(yè)機(jī)械研究起步較晚，基礎(chǔ)相對(duì)較差，因此，果園作業(yè)機(jī)械化程度和歐美等國(guó)家還是存在差距。由于現(xiàn)代大型采摘機(jī)器太過(guò)昂貴，并且大型采摘機(jī)器僅適用于面積較大的果園大規(guī)模作業(yè)采摘，對(duì)于小作業(yè)果園而言，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，不得不放棄大型機(jī)械采摘這種高效率作業(yè)。目前我國(guó)的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)。單純的人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且極易造成果實(shí)的損傷，同時(shí)由于依靠人工作業(yè)耗時(shí)耗力導(dǎo)致未能在果實(shí)的最佳采摘期將其采摘下來(lái)造成經(jīng)濟(jì)損失[2]。針對(duì)這種現(xiàn)狀，采用簡(jiǎn)易的人工采摘器既能降低在采摘過(guò)程中對(duì)果實(shí)果樹(shù)造成的損傷又可以減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省成本、提高效率。這種手動(dòng)采摘器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，安全舒適的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同高度及不同大小的水果采摘，與其他大型作業(yè)采摘機(jī)器相比結(jié)構(gòu)更具經(jīng)濟(jì)效益。加之未來(lái)人口老齡化趨勢(shì)，人工成本必會(huì)上升，因此輔助人工采摘器必將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。 2.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)外水果采摘分為兩種采摘方式：機(jī)械化采摘和機(jī)器人采摘。 機(jī)械化采摘：在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于勞動(dòng)力成本較高和人口老齡化等問(wèn)題，在水果生產(chǎn)中不得不利用機(jī)械化方式代替人工進(jìn)行采收作業(yè)。但是，到目前為止，真正在生產(chǎn)中使用機(jī)械化采收的大多還是產(chǎn)品以加工為目的的水果和一些不易損傷的水果，如加工成果汁的柑橘、臍橙等。以新鮮產(chǎn)品形式進(jìn)行銷售的水果，基本上還是手工采收或機(jī)械輔助采收。早在20世紀(jì)40年代初，美國(guó)、法國(guó)等一些西方國(guó)家對(duì)水果采摘機(jī)械就展開(kāi)了研究。40年代中期美國(guó)開(kāi)始著手研究振搖式水果采摘機(jī)械。50 年代中期，出現(xiàn)了用拖拉機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的振搖采摘機(jī) [3]。從60年代起，歐美一些國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)）以及澳大利亞、日本等國(guó)，隨著勞動(dòng)力成本的日益上漲，果品收獲機(jī)械正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于多種果品的采收過(guò)程中。目前，常用的果品收獲機(jī)多采用振動(dòng)方式使果實(shí)與植株分離。隨著升降平臺(tái)的出現(xiàn)，接著產(chǎn)生了各種動(dòng)力切割式采摘機(jī)械，例如油鋸、氣動(dòng)剪，大大提高了采摘效率。 機(jī)器人采摘：20世紀(jì)60年代美國(guó)最早開(kāi)始研究果蔬采摘機(jī)器。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟，20世紀(jì)80年代中期以后，采摘機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。以日本為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，包括荷蘭、美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、以色列、西班牙等，在果蔬采摘機(jī)器人方面做了大量的研究開(kāi)發(fā)，并且成功試驗(yàn)出了葡萄采摘機(jī)器人、柑橘收獲機(jī)器人、番茄采摘機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人、甘藍(lán)采摘機(jī)器人等[4-12]。由于技術(shù)、市場(chǎng)和價(jià)格等因素的影響，美國(guó)在自動(dòng)化收獲機(jī)器人的研究方面沒(méi)有一個(gè)很清晰的戰(zhàn)略，研究工作也基本處于停頓狀態(tài)。 日本近年來(lái)開(kāi)展了大量的收獲機(jī)器人研究項(xiàng)目，進(jìn)展很快，但收獲機(jī)器人仍未能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。荷蘭收獲機(jī)器人的研究工作走在了很多國(guó)家的前面，但其涉及的果蔬種類并不多[13]。 國(guó)內(nèi)，果園采收機(jī)械化的研究與應(yīng)用相比也較晚。果園采摘機(jī)械從 20 世紀(jì) 70 年代才開(kāi)始研究，在引進(jìn)國(guó)外果園機(jī)械的同時(shí)，陸續(xù)研制成功了機(jī)械振動(dòng)式山楂采果機(jī)、氣囊式采果器和手持電動(dòng)采果器等。 80 年代后，開(kāi)始研究和制造切割型采摘器，實(shí)現(xiàn)使用機(jī)械裝置進(jìn)行采摘。 接著出現(xiàn)了由微型電機(jī)作為動(dòng)力的切割式采摘器和振搖式采摘器。90 年代開(kāi)始，出現(xiàn)了很多簡(jiǎn)易采摘器。用于采摘蘋果、梨、桃等水果的便攜式水果分級(jí)采摘器的研制改變了過(guò)去勞動(dòng)強(qiáng)度大、水果損傷率高、勞動(dòng)成本高等缺點(diǎn)，使果農(nóng)的采摘正確率提高、時(shí)間縮短[14-16]。隨著果園機(jī)械技術(shù)的進(jìn)一步融合，2007 年研制出了第一臺(tái)多功能果園作業(yè)機(jī)即 LG-1 型多功能果園作190業(yè)機(jī)[17]。2009 年研制出了適宜單人操作使用的枸杞采摘機(jī)[18]。 2010 年研制出了 4YS-24 型紅棗收獲機(jī)[19]， 我國(guó)臺(tái)灣省為了在坡地果園上實(shí)施機(jī)械化，省工經(jīng)營(yíng)，改良發(fā)展了適合坡地作業(yè)特性的農(nóng)機(jī)具，研制成功了一種自走式牽引振動(dòng)采果機(jī)。我國(guó)南方水果種植園大部分處于丘陵山區(qū)地帶， 受限于坡地地形，合適的采摘機(jī)械很少，基本還是靠人工采摘 ，并且在費(fèi)工以及作業(yè)危險(xiǎn)性方面的問(wèn)題比平地采摘機(jī)械更突出， 需要更多的科研院所和機(jī)構(gòu)投入精力開(kāi)展相應(yīng)地研究。 我國(guó)的水果采摘機(jī)器人的研究剛剛起步。從機(jī)械手、末端執(zhí)行器、 行走裝置等不同方面積極介入采摘機(jī)器人的研究和研制[20-25]。通過(guò)跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在機(jī)器人采摘領(lǐng)域內(nèi)取得了初步的成果，但是目前都處于實(shí)驗(yàn)階段，投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際仍需時(shí)日。我國(guó)的國(guó)家專利中有上百種的水果采摘器，包括機(jī)械式、電動(dòng)式、氣動(dòng)式的果品采摘器，其中有的實(shí)現(xiàn)單方向的水果采摘，有的可改變方向能實(shí)現(xiàn)全方位的水果采摘。不過(guò)目前市場(chǎng)上商品化的采摘器品種還比較單一，且價(jià)格昂貴操作不便。 我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，果蔬采摘機(jī)器人的研究還處于起步階段。目前我國(guó)不少院校、研究所都在進(jìn)行采摘機(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究。東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人，它主要由5個(gè)自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。郭峰等運(yùn)用彩色圖像處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開(kāi)發(fā)了草莓揀選機(jī)器人，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器將草莓推到不同的等級(jí)方向。浙江大學(xué)的應(yīng)義斌等人完成了水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)。 縱觀國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了主要存在的兩個(gè)問(wèn)題： (1)雖然近些年我國(guó)采摘機(jī)械得到迅速發(fā)展，在機(jī)械產(chǎn)品方面出現(xiàn)了采摘器、動(dòng)力剪枝采摘工具、多功能果園作業(yè)機(jī)械等， 但總的來(lái)說(shuō)， 國(guó)內(nèi)水果采收機(jī)械大多功能單一、效率不高，容易損壞果實(shí)，產(chǎn)量損失大，容易采摘到不熟果實(shí)，且成本較高，使果農(nóng)難以接受應(yīng)用。 同時(shí)再加上繁多的果實(shí)種類之間的差異，種植區(qū)域地理?xiàng)l件的不同，變換的果實(shí)品種的生長(zhǎng)部位、成熟期等特點(diǎn)差異，都會(huì)對(duì)采收機(jī)械提出更高的要求。 因此實(shí)現(xiàn)水果采收機(jī)械化難度比較大，通用性不佳。 (2)國(guó)內(nèi)果園的分散栽培、分戶管理，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝之間的不協(xié)調(diào)，幾乎沒(méi)有真正集中成片的適合機(jī)械化作業(yè)的大型現(xiàn)代化果園，生產(chǎn)規(guī)模小，農(nóng)民素質(zhì)普遍偏低等因素， 也是影響水果采收機(jī)械化實(shí)施的主要原因。因此開(kāi)發(fā)研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便、成本較低、通用性好的適合于國(guó)情的小型機(jī)械化采摘器是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。 此外，傳統(tǒng)的作業(yè)還存在以下弊端:一是采摘過(guò)程中作業(yè)者的人身安全問(wèn)題，即手工采摘時(shí)手臂易被樹(shù)枝劃傷或擦破，高處作業(yè)時(shí)，還可能會(huì)摔傷。二是對(duì)果樹(shù)的損傷，即對(duì)樹(shù)的枝葉芽的破壞。三是對(duì)水果質(zhì)量的影響，單手采摘時(shí)容易出現(xiàn)脫蒂，易出現(xiàn)抽心果，還有就是高枝水果容易掉在地上造成內(nèi)外傷，影響果品的外觀，不利于保鮮儲(chǔ)藏，從而最終造成降低經(jīng)濟(jì)收入。目前，我國(guó)各地方政府為增強(qiáng)地方經(jīng)濟(jì)，正相繼開(kāi)發(fā)大量的旅游投資項(xiàng)目，紛紛舉辦各種賞果采摘節(jié)，如蘋果節(jié)、桃子節(jié)等，吸引了大量游客到果園采摘旅游，享受采摘水果，品嘗新鮮水果的樂(lè)趣。如果能提供一種輕巧靈便的果實(shí)摘采器，不但能讓游客充分體驗(yàn)采摘的樂(lè)趣，而且還保障了游客的安全，保護(hù)了果農(nóng)的果樹(shù)不受損壞。另外，果農(nóng)可以少打矮壯素等農(nóng)藥，生產(chǎn)出更多的無(wú)公害果子，減少成本投入和對(duì)環(huán)境對(duì)水果的污染，游客可以品嘗到更新鮮衛(wèi)生的水果。 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和目標(biāo) 本課題將進(jìn)行基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置的設(shè)計(jì)，構(gòu)型簡(jiǎn)單，操作方便。采用伸縮式機(jī)械手臂，手臂長(zhǎng)度可調(diào)，適合多種高枝水果，且便于攜帶，不使用時(shí)可縮短至最短的長(zhǎng)度放置節(jié)約空間。采摘器采用手動(dòng)帶動(dòng)夾頭的方式夾住水果，進(jìn)行拉拽水果，操作時(shí)只需輕輕地握住手柄就能調(diào)整采摘器的方向，適合各種位置的高枝水果，節(jié)省勞動(dòng)力，提高效率。采摘下的水果能順利進(jìn)入的接收裝置，再順著傳遞裝置，安全的到達(dá)地面。手持固定部分還可增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，降低采摘員在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中手腕疲勞程度。使用基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置可實(shí)現(xiàn)各種高度各種方向高枝水果的安全采摘，方便快捷，簡(jiǎn)單實(shí)用。 采用采摘器還可以方便平時(shí)蔬果，清除壞果、次果，便于果樹(shù)管理。大多數(shù)果樹(shù)開(kāi)的花都遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于最后結(jié)成的果實(shí)。在氣候適宜開(kāi)花多的年份，如果一株成年蘋果樹(shù)有5%的花、桃樹(shù)有15%~20%的花結(jié)的果實(shí)能達(dá)到成熟，就可以獲得豐收。開(kāi)花結(jié)果過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分供不應(yīng)求，不僅影響果實(shí)的正常發(fā)育，形成許多小果、次果、還會(huì)削弱樹(shù)勢(shì)，易受凍害和感染病害，并使翌年減產(chǎn)造成小年。因此，除了由于果樹(shù)本身的調(diào)節(jié)能力，使發(fā)育不良的花和幼果自然脫落外，還需平時(shí)人工摘除多余的花和果，才能滿足生產(chǎn)上的要求，俗話說(shuō):"看樹(shù)定產(chǎn)，分枝負(fù)擔(dān)，均勻留果"，只有科學(xué)合理地疏果，才能減少養(yǎng)分消耗，提高坐果率和水果的品質(zhì)。疏除方法一般用人工，也可用適當(dāng)濃度的化學(xué)藥劑噴灑果樹(shù)，采用化學(xué)疏除，采用人工疏除時(shí)利用基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置能方便的進(jìn)行蔬果，在平時(shí)也能方便及時(shí)的清除果樹(shù)上任何部位的病果、次果，不會(huì)對(duì)好的臨位水果造成物理傷害，不會(huì)出現(xiàn)摘除次果時(shí)砸壞或砸掉好果的現(xiàn)象。 基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置有很強(qiáng)的兼容性。它可改造成修枝剪，目前果樹(shù)的修剪必須采用專業(yè)工具完成，不僅使用不方便，還增加購(gòu)買工具的開(kāi)支。該采摘裝置只需要把夾頭換為刀片，就可以進(jìn)行果樹(shù)的修枝。采摘器裝置還可該為農(nóng)藥噴頭，噴頭可在機(jī)械手臂的控制下，實(shí)現(xiàn)方向的轉(zhuǎn)變，可全方位的對(duì)果樹(shù)噴灑農(nóng)藥。  第3章 總體設(shè)計(jì)思路 3.1 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 3.1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容: (1)伸縮式機(jī)械手臂:手臂簡(jiǎn)單自如地轉(zhuǎn)向和收縮; (2)采摘器:實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向水果準(zhǔn)確安全的采摘; (3)接收裝置:實(shí)現(xiàn)解決果實(shí)從高處落下收集到指定的位置; (4)傳送裝置:果實(shí)從高處安全順利的傳送至地面; (5)手持固定部分:增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，降低采摘員手腕疲勞程度。 3.1.2 技術(shù)參數(shù): (1)果樹(shù)高度約3m， (2)采摘水果是球形的，直徑是3cm≤D≤10cm。 3.1.3 果實(shí)采摘方式的選擇 經(jīng)分析要實(shí)現(xiàn)對(duì)油茶果實(shí)的采摘機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，按原理可分為抓拉式、吸附式、剪切式等類型，其各自特點(diǎn)如下圖所示。 各類不同工作原理的采摘機(jī)構(gòu)及特點(diǎn) 類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 抓拉式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高 對(duì)枝條和花蕾傷害稍大 吸附式 定位要求低、動(dòng)作靈敏 需要配備真空形成裝置，笨重不方便攜帶，造價(jià)較高。 剪切式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)和枝條的傷害較小 定位要求高，效率較低，不方便收集。 通過(guò)老師的指導(dǎo)及設(shè)計(jì)要求，本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用拉抓式采摘類型進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.2 基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置的總體設(shè)計(jì) 基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘器是一種實(shí)用新型的設(shè)計(jì)，是一種解決人們采摘高處水果難而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工具，因其用途的特殊性，其總體設(shè)計(jì)因追尋以下兩大原則:(1)可操作性原則:果蔬采摘機(jī)器人操作者是知識(shí)水平較低的普通農(nóng)民，不是具有機(jī)電知識(shí)的專門的技術(shù)人員，因此要求果蔬采摘機(jī)器人操作技術(shù)不能太復(fù)雜，必須具有很高可靠性和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。(2)經(jīng)濟(jì)性原則:在可操作性原則的基礎(chǔ)上，應(yīng)最大限度的控制成本。水果的生產(chǎn)業(yè)以個(gè)體經(jīng)營(yíng)為主，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，采摘器的價(jià)格不能太高，否則會(huì)就很難普及。 基于伸縮式機(jī)械手臂水果采摘裝置，其特征是它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕便，操作方便，可適用于多方位的多種高枝球形水果的采摘。它由伸縮式機(jī)械手臂，采摘器(包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，采摘機(jī)構(gòu))，接收裝置，傳送裝置，手持固定部分組成。 伸縮式機(jī)械手臂的主體部分由兩根套在一起的同心不銹鋼外管和內(nèi)管組成，由箍環(huán)連接，可實(shí)現(xiàn)手臂自由的伸縮和緊固。手臂上還裝有控制手柄，手臂下端和手持固定部分連接。 采摘器是由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和采摘機(jī)構(gòu)組成。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)一端由閘繩，控制手柄與伸縮手臂活動(dòng)鏈接，另一端由旋轉(zhuǎn)盤與采摘機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)固定連接，而旋轉(zhuǎn)盤的另一端由旋轉(zhuǎn)軸與采摘器頭活動(dòng)鏈接，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和工作原理都類似于自行車的手閘系統(tǒng)。采摘機(jī)構(gòu)由采摘頭，仿形抓手組成。采摘頭一端與機(jī)械手臂相連，另一端與旋轉(zhuǎn)盤活動(dòng)鏈接。 接收裝置由類似籃球籃網(wǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，位于圓形鋸盤下方，安全接受采摘下的水果并輸入輸送裝置。 水果的輸送裝置由伸展收縮的組織組成，上寬下窄，整個(gè)傳送裝置管道每隔一段設(shè)有搭扣與伸縮式機(jī)械手臂連接，保證果實(shí)從高處安全順利的傳送至地面。 手持固定部分由小肘固定套，萬(wàn)向穩(wěn)定連桿組成，小肘固定套上有繃帶和搭扣。萬(wàn)向穩(wěn)定連桿為特殊材料制成，可向任意方向彎曲。小肘固定套可通過(guò)繃帶與金屬環(huán)的拉扣固定在胳膊的小肘部分，小肘固定套通過(guò)鉚釘或者其他的方式與萬(wàn)向穩(wěn)定連桿連接，萬(wàn)向穩(wěn)定連桿另一端通過(guò)螺絲結(jié)構(gòu)與伸縮手臂下端連接，下圖為基于伸縮式機(jī)械手臂水果采摘裝置的結(jié)構(gòu)示意圖， 其中1-上夾頭、2-水果、3-螺栓、4-螺母、5-回位彈簧、6-引導(dǎo)管、7-固定夾頭、8-下夾頭、9-拉繩、10-引導(dǎo)管固定件、11-伸縮管3、12-接受裝置、13-輸送裝置、14-伸縮管二、15-伸縮管一、16-連接蓋、17-螺栓、18-螺母、19-拉手手柄、20-固定把手、21-夾頭壓板 圖2.1基于伸縮式機(jī)械手臂水果采摘裝置的結(jié)構(gòu)示意圖  第4章 采摘器的設(shè)計(jì) 4.1 采摘器常見(jiàn)種類 綜合目前所有國(guó)內(nèi)的關(guān)于高枝水果的采摘器的專利，我國(guó)對(duì)水果采摘裝置的研究一直在不斷的努力中，也取得一定的成果。要實(shí)現(xiàn)剪切果實(shí)的功能，可以有多種功能原理實(shí)現(xiàn)，按水果從果蒂分離的方式可分為吸附式、抓拉式、剪切式等。按其采摘器的驅(qū)動(dòng)力方式可將其分為機(jī)械式、電動(dòng)式、氣壓式等。 對(duì)于水果的采摘方式，多數(shù)的采摘機(jī)器人采用用刀剪斷果莖或直接用手爪擰斷果莖。采摘機(jī)器人在設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器(采摘器)之前，首先需要考慮采摘對(duì)象的生物特性、機(jī)械特性和理化特性，現(xiàn)階段的都是專用的采摘末端執(zhí)行器。為了避免碰傷果實(shí)，大多數(shù)的采摘機(jī)器人都在接觸果實(shí)的手指內(nèi)側(cè)部位采用尼龍或橡膠材料。手指的數(shù)量和形狀的設(shè)計(jì)與所要采摘的果實(shí)有密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，手指的數(shù)量越多，采摘的效果就越好，但控制也就越變得更復(fù)雜。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮手指的數(shù)量、控制的難度及抓取的成功率。目前研制成功多種無(wú)手指夾持的采摘機(jī)器人。荷蘭的農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所發(fā)明了一種叫電極切割法的方式，它代替了刀剪斷的方法，它是采用特殊電極來(lái)產(chǎn)生高溫，可防止植物的感染田。日本的三重大學(xué)開(kāi)發(fā)了在采摘水果時(shí)不需要直接接觸到水果的本體，而只需要抓住果莖的軟質(zhì)水果的采摘機(jī)器人。這種機(jī)器人對(duì)于采摘果莖長(zhǎng)度較長(zhǎng)的的果實(shí)時(shí)效果是比較好。還有一種采摘機(jī)器人采用果梗激光切斷裝置，其由激光發(fā)生控制單元和果梗聚焦切斷單元組成。激光發(fā)生控制單元由小型高功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器、可變電阻、穩(wěn)壓電源、電磁閥組成，果梗聚焦切斷單元由直流伺服電機(jī)、聚焦透鏡、減速器、聯(lián)接與支承部件組成，由聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)激光束的聚焦，通過(guò)直流伺服電機(jī)帶動(dòng)聚焦透鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)果梗的定位和切斷。該裝置能夠方便地切斷果梗,并大大的降低了裝置的復(fù)雜性和對(duì)夾緊力控制精度的要求。 4.2 采摘器的選擇 采摘器的不同種類均有其自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。吸附式雖然定位要求低、動(dòng)作靈敏但是需配備真空形成裝置，且對(duì)果實(shí)及枝條的傷害較大。抓拉式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，但同樣對(duì)果實(shí)及枝條傷害極大。剪切式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)及枝條的傷害極小，但定位要求高。由此可見(jiàn)，為能順利的操作簡(jiǎn)單的采摘水果選剪切式功能原理最為合適。機(jī)械式的雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是操作并不省力，采摘效率不高。電動(dòng)式采摘省力，采摘速度快，但生產(chǎn)成本較高。氣壓式整體輕便，不污染環(huán)境，能源豐富但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣壓技術(shù)復(fù)雜。由此可見(jiàn)，為能簡(jiǎn)單操作方便快捷的采摘水果選電動(dòng)式最為合適。 綜合以上所述，采摘器選用電動(dòng)的剪切式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)及枝條的傷害極小，且能減輕力氣，可調(diào)節(jié)方向的設(shè)計(jì)可以很好的滿足定位要求，對(duì)于各個(gè)方向的水果都能實(shí)現(xiàn)可靠安全的采摘。 4.3 采摘器的設(shè)計(jì) 采摘器包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和采摘機(jī)構(gòu)組成。采摘機(jī)構(gòu)由采摘頭，電動(dòng)機(jī)，圓形鋸盤組成。采摘頭一端與機(jī)械手臂相連，另一端與旋轉(zhuǎn)盤活動(dòng)鏈接，電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)盤固定連接，圓形鋸盤固定連接在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)一端由閘繩，控制手柄與伸縮手臂活動(dòng)鏈接，另一端由旋轉(zhuǎn)盤與采摘機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)固定連接，而旋轉(zhuǎn)盤的另一端由旋轉(zhuǎn)軸與采摘器頭活動(dòng)鏈接。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及工作原理類似于自行車的手閘系統(tǒng)。拉索可用自行車剎車鋼絲繩做成。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)圓形鋸盤的方向，可采摘不同方向的水果，采摘準(zhǔn)確方便。 4.3.1 尺寸計(jì)算 一、采摘器的選用 夾頭用來(lái)夾取水果，果梗不算太硬，要求的力度不是很大，但當(dāng)機(jī)械手抓住水果的輪廓后，水果會(huì)有遠(yuǎn)離刀片方向的運(yùn)動(dòng)，為了順利抓取水果就需要夾取力很大。 4.3.2 采摘器的強(qiáng)度校核計(jì)算 3.6夾頭的設(shè)計(jì)外形 據(jù)圖3-6所示，為了初步確定采摘頭的截面尺寸，須作以下幾點(diǎn)假設(shè): (l)采摘頭簡(jiǎn)化為圓柱形懸臂梁; (2)整個(gè)采摘頭的受力集中在采摘頭的右端; (3)采摘水果時(shí)的扭矩太小忽略不計(jì)(電動(dòng)機(jī)的扭矩為13.0mN.m); (4)所有內(nèi)外載荷均通過(guò)截面的形心(忽略局部扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響)。 因此采摘頭的受力可以簡(jiǎn)化為圖3-7的懸臂梁模型: 圖3.5懸臂梁模型 圖中，F(xiàn)為采摘頭的總重量和切割水果的力之和，由于切割水果是轉(zhuǎn)矩不大，計(jì)算時(shí)可忽略。根據(jù)采摘器的結(jié)構(gòu)及使用條件合理取值:F=10N，L=40cm=0.4m。 則: 圖3.6彎矩圖 考慮到采摘器在采摘水果的實(shí)際過(guò)程中，并不是處于理想狀態(tài)，所受的力產(chǎn)生的最大彎矩，可在理想狀態(tài)的最大靜彎矩前乘一動(dòng)載系數(shù)k，由于采摘器采摘時(shí)的工作環(huán)境狀況較好，取k=2~3，此動(dòng)載系數(shù)考慮了實(shí)際操作中遇到的最大障礙時(shí)的載荷增值。如果再考慮采摘頭在動(dòng)載作用下將產(chǎn)生疲勞，對(duì)疲勞的影響可用疲勞系數(shù)來(lái)表示，此值取1.4，故動(dòng)載下的最大彎矩為100Mpa，此處材料為工程塑料抗彎強(qiáng)度強(qiáng)度為200Mpa。結(jié)論:采摘頭材料及尺寸結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。 4.4 軟件建模 4.4.1 繪圖軟件介紹 為直觀反映采摘器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和采摘機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，需要繪制出采摘器的實(shí)體模型圖。這里采用了比較流行的 Solidworks軟件。Solidworks是美國(guó)PTC公司研制的一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。Solidworks是一種采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角、可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。solidworks是目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中最為專業(yè)的軟件之一。 4.4.2 繪圖方法 該采摘器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，solidworks繪制實(shí)體模型圖時(shí)，選擇好基準(zhǔn)，合理控制尺寸，采用旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描，倒圓角等常規(guī)方法，即可完成。 4.4.3 采摘器效果圖展示 采摘機(jī)械的采摘機(jī)械手是整個(gè)機(jī)械部分的核心，難點(diǎn)在于機(jī)械手造型的設(shè)計(jì)以及機(jī)械手抓取的方式、移動(dòng)方式的設(shè)計(jì) 機(jī)械手的三維示意圖 此處的機(jī)械手的模型采用仿生學(xué)的原理，用彈簧的舒張和收縮完成果實(shí)的抓取和釋放。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們知道蘋果的直徑為50~80之間所以我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械手的圓弧直徑為120mm這樣更有利于大多數(shù)果實(shí)的抓取。  第5章 關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)與分析 5.1 機(jī)械手臂的種類 機(jī)械手臂雖然有很各種各樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)，但是它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是能夠在接受到指令時(shí)，精確地定位到三維空間或者二維空間上的某一點(diǎn)來(lái)進(jìn)行作業(yè)，完成指定動(dòng)作。目前在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能見(jiàn)到機(jī)械手臂的身影。 圖4.1機(jī)械手臂 機(jī)械手臂根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂，球坐標(biāo)系機(jī)械手臂，極坐標(biāo)機(jī)械手臂，柱坐標(biāo)機(jī)械手臂等。水平多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂一般有三個(gè)主自由度，Z1轉(zhuǎn)動(dòng)，Z2轉(zhuǎn)動(dòng)，Z移動(dòng)。通過(guò)在執(zhí)行終端加裝X轉(zhuǎn)動(dòng)，Y轉(zhuǎn)動(dòng)可以到達(dá)空間內(nèi)的任何坐標(biāo)點(diǎn)。直角坐標(biāo)系的機(jī)械手臂有三個(gè)主自由度，X移動(dòng)，Y移動(dòng)，Z移動(dòng)組成，通過(guò)在執(zhí)行終端加裝X轉(zhuǎn)動(dòng)，Y轉(zhuǎn)動(dòng)，Z轉(zhuǎn)動(dòng)可以到達(dá)空間內(nèi)的任何坐標(biāo)點(diǎn)。下圖為常見(jiàn)的六自由度機(jī)械手臂，它有X移動(dòng)，Y移動(dòng)，Z移動(dòng)，X轉(zhuǎn)動(dòng)，Y轉(zhuǎn)動(dòng)，Z轉(zhuǎn)動(dòng)六個(gè)自由度組成。 圖4.2機(jī)械手臂 對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，有時(shí)并不需要機(jī)械手臂具有完整的六個(gè)自由度，而只需其中的一個(gè)或幾個(gè)自由度。直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂可以由單軸機(jī)械手臂組合而成。在產(chǎn)業(yè)機(jī)器人中，單軸機(jī)械手臂作為一個(gè)組件在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。單軸機(jī)械手臂看似簡(jiǎn)單，只在單一方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但在實(shí)際應(yīng)用上功能各異，種類繁多。單軸機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)方式有:滾珠螺桿、時(shí)規(guī)皮帶、齒輪齒條、液壓缸、氣缸等。 下圖為銀光機(jī)械(VinkoMachine)生產(chǎn)的單軸機(jī)械手臂。單軸機(jī)械手臂的組件化大大降低了工業(yè)設(shè)計(jì)的成本，因?qū)I(yè)制造商擁有良好的質(zhì)量保證和批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，使用組件比自行設(shè)計(jì)機(jī)械手臂更具優(yōu)勢(shì)。常見(jiàn)的直交機(jī)械手組合有懸臂式，龍門式，直立式，橫立式等樣式。 圖4.3VNKOBS-75單軸機(jī)械手 圖4.4VNKO多軸組合機(jī)械手 韓國(guó)開(kāi)發(fā)的蘋果采摘機(jī)器人使用極坐標(biāo)機(jī)械手，絲杠關(guān)節(jié)可以上下移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以左右移動(dòng)，從而使作業(yè)空間范圍達(dá)到3mt。20世紀(jì)80年代中期日本京都大學(xué)NoboruKawamura等人研制出5自由度關(guān)節(jié)型的機(jī)械尹I珥。但是試驗(yàn)表明，這種機(jī)械手的工作空間并沒(méi)有包括所有果實(shí)的任何位置，且它的末端執(zhí)行器的可操作度比較低。到了20世紀(jì)90年代，日本崗山大學(xué)的NaoshiKondo等人通過(guò)深入研究番茄的生理、物理特性，分析機(jī)械手的工作性能，在NoboruKawamura等人基礎(chǔ)上，研制出了7個(gè)自由度的機(jī)械手臂。機(jī)械手的自由度數(shù)是衡量機(jī)器人性能的重要指標(biāo)之一。它直接決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性和控制的復(fù)雜性。荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所采用機(jī)械手的三維CAD模型很好的解決了機(jī)械手與莖桿的碰撞問(wèn)題。美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)滑動(dòng)副構(gòu)成的球形坐標(biāo)機(jī)器人，這種機(jī)器人的攝像系統(tǒng)裝在操作手的末端，水果的圖像位于滑動(dòng)軸的中心，從而只要滑動(dòng)軸稍微張開(kāi)一定的角度就可以很輕易的采摘到水果。 5.2 機(jī)械手臂的選擇 本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂是用于水果的采摘，考慮到生產(chǎn)實(shí)際的需要，為了便于其在果樹(shù)間的運(yùn)動(dòng)，采用最簡(jiǎn)單的單軸伸縮式機(jī)械手臂，即為兩根套在一起的同心不銹鋼外管和內(nèi)管，兩根管由箍環(huán)連接。工作時(shí)可根據(jù)水果的不同高度任意調(diào)節(jié)，增強(qiáng)實(shí)用性。平時(shí)不用時(shí)可伸縮至最短的長(zhǎng)度放置，節(jié)約空間。 5.3 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì) 伸縮式機(jī)械手臂的主體部分由兩根套在一起的同心不銹鋼外管和內(nèi)管組成，其中外管的內(nèi)徑等于或略小于內(nèi)管外徑。箍環(huán)安裝在外管的前端口上，其能夠?qū)⑼夤芎蛢?nèi)管相互固定在一起，可實(shí)現(xiàn)手臂自由的伸縮和緊固。伸縮式機(jī)械手臂的整個(gè)結(jié)構(gòu)就同市面上銷售的伸縮式拖把桿或掛衣桿結(jié)構(gòu)。 采摘水果前，操作人員可以先按需要將箍環(huán)打開(kāi)，并握住內(nèi)管的前端將其從外管中抽出，等到伸縮式機(jī)械手臂的總長(zhǎng)度，加上采摘人員的身高接近需要采摘的水果的高度時(shí)再擰緊箍環(huán)。 5.3.1 尺寸計(jì)算 采摘水果的果樹(shù)的高約為三米，內(nèi)外管長(zhǎng)度為內(nèi)管為一米，外管為一米五，加上采摘人員的身高(保守估計(jì)一米，高度不夠時(shí)還可伸長(zhǎng)手臂)，最長(zhǎng)的總長(zhǎng)度至少可到三米五。 外管的外徑選用為25mm，厚度為1mm，內(nèi)管能滿足套住外管，外管的內(nèi)徑等于或略小于內(nèi)管外徑。內(nèi)管的外徑選用直徑為23mm，厚度為1mm。 5.3.2 材料選擇 伸縮式機(jī)械手臂在工作過(guò)程中，主要為手持控制，所以它的設(shè)計(jì)必須遵循輕量化的原則。所謂輕量化，就是在滿足其性能的前提下，盡量減輕自身的重量。箍環(huán)的材料為塑料，內(nèi)外管的材料為304不銹鋼，表面處理為不銹鋼拉絲色。 內(nèi)外管的實(shí)物圖如下: 圖4.5內(nèi)外管實(shí)物圖 5.3.3 強(qiáng)度校核 伸縮式機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示: 圖4.6伸縮手臂示意圖 據(jù)圖4.6所示，為了進(jìn)一步確定伸縮式機(jī)械手臂的選用是否符合實(shí)際操作，須作以下幾點(diǎn)假設(shè)： (l)機(jī)械手臂為細(xì)長(zhǎng)桿件，校核其穩(wěn)定性，因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)桿件常出現(xiàn)形式失效，并非強(qiáng)度不夠，而是穩(wěn)定性不夠; (2)機(jī)械手臂的受力集中在細(xì)管的正上方，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一端固定一端自由的細(xì)長(zhǎng)桿，以內(nèi)管尺寸計(jì)算; (3)采摘水果時(shí)的扭矩彎矩太小均忽略不計(jì); (4)所有內(nèi)外載荷均通過(guò)截面的形心(忽略局部扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響)。 因此機(jī)械手臂的受力可以簡(jiǎn)化為圖4.7的細(xì)長(zhǎng)壓桿模型。 圖4.7壓桿模型 圖中F為伸縮式機(jī)械手臂上所有部件的總重量和切割水果的所受力之和，其余的轉(zhuǎn)矩、扭矩、外力計(jì)算時(shí)均忽略不計(jì)。根據(jù)采摘裝置在采摘水果的實(shí)際過(guò)程中，并不是處于假定的理想狀態(tài)，所受的力可在理想狀態(tài)的情況下乘以校核系數(shù)k，由于采摘器采摘時(shí)的工作環(huán)境狀況較好，取值為k=2，最后根據(jù)采摘器的使用條件合理的取值為=40N，壓桿最長(zhǎng)是穩(wěn)定性最差，計(jì)算時(shí)取伸縮臂最長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度L=2.5m。 伸縮式機(jī)械手臂的材料為304不銹鋼(0Cr18Ni9不銹鋼)，304不銹鋼的抗拉強(qiáng)度≥520MPa,，條件屈服強(qiáng)度≥205MPa，伸長(zhǎng)率(%)≥40，彈性模量E為186~206GPa，比例極限=280MPa，規(guī)定的穩(wěn)定安全因數(shù)為=8~10。 只有當(dāng)壓桿的柔度大于或等于極限值時(shí)，歐拉公式校核壓桿穩(wěn)定性才滿足使用條件 伸縮式機(jī)械手臂簡(jiǎn)化為一端固定一端自由的壓桿則，截面為圓環(huán)形(取內(nèi)管的值)則截面的慣性半徑100 柔度為150 因?yàn)椋詺W拉公式適用于校核伸縮式機(jī)械手臂的穩(wěn)定性。 計(jì)算出伸縮式機(jī)械手臂的臨界壓力為:10N 伸縮式機(jī)械手臂的工作安全因數(shù)為50 所以滿足穩(wěn)定要求。 結(jié)論:伸縮式機(jī)械手臂材料及尺寸結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求和穩(wěn)定性要求。 5.4 軟件建模 5.4.1 繪圖方法 該伸縮式機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，solidworks繪制實(shí)體模型圖時(shí)，選擇好基準(zhǔn)，合理控制尺寸，采用旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描等常規(guī)方法，即可完成。 5.4.2 機(jī)械手臂效果圖展示 圖4.8機(jī)械手臂效果圖 5.5 接收傳送裝置的設(shè)計(jì) 水果被采摘器順利的采摘，不能讓其自己掉在地上，造成損傷，為保證能順利無(wú)傷害的的到達(dá)地面，必須設(shè)計(jì)接受傳送裝置。 5.5.1 接收裝置設(shè)計(jì)原則 接收裝置由類似籃球籃網(wǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，保證能夠安全的接住采摘下的水果并輸入輸送裝置。 水果的輸送裝置可由伸展收縮的組織組成，上寬下窄，這樣既有利于與接收裝置連接，又有利于果品在輸送裝置內(nèi)下落時(shí)有明顯的緩沖力作用，可保證果品的無(wú)傷害輸送。整個(gè)蔬果管道每隔一段可設(shè)有搭扣與伸縮式機(jī)械手臂連接，不但可防止被樹(shù)枝掛住，保證水果的順利輸送，還可以減少阻力，避免傳送帶對(duì)視覺(jué)的影響。 5.5.2 材料選擇 接收裝置的環(huán)為橢圓形由鋼絲制成，輸送裝置有軟質(zhì)布料制成，類似于高樓救生員救生時(shí)使用的柔性滑道。 5.5.3 尺寸設(shè)計(jì) 因?yàn)樗烧乃麨椴芍睆绞?cm≤D≤10cm的球形水果，水果被采摘時(shí)有一定的慣性力使得水果會(huì)有水平方向的的運(yùn)動(dòng)，則接收裝置的直徑要選用的大一點(diǎn)直徑設(shè)為20cm。傳遞裝置的直徑為保證水果順利傳輸，上寬下窄即可。 5.5.4 接收傳送裝置效果圖 圖5.1接受傳送裝置效果圖 基于伸縮式機(jī)械手臂是用于手持，伸縮式機(jī)械手臂的長(zhǎng)度較長(zhǎng)為了增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，減少采摘員在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中手腕疲勞的作用，所以特別設(shè)計(jì)手持固定部分。當(dāng)此采摘器安裝在別的地方時(shí)可拆掉手持固定部分。 5.6 手持固定部分的組成 手持固定部分由小肘固定套，萬(wàn)向穩(wěn)定連桿。小肘固定套的材料采用足球護(hù)膝的材料，其上有繃帶和搭扣。萬(wàn)向穩(wěn)定連桿為特殊材料材料制成，可向任意方向彎曲。 小肘固定套可通過(guò)繃帶與金屬環(huán)的拉扣固定在胳膊的小肘部分，小肘固定套通過(guò)鉚釘或者其他的方式與萬(wàn)向穩(wěn)定連桿連接，萬(wàn)向穩(wěn)定連桿另一端通過(guò)螺絲結(jié)構(gòu)與伸縮手臂下端連接。通過(guò)小肘固定套可以達(dá)到在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中以減少手腕疲勞的作用，萬(wàn)向穩(wěn)定桿由特殊材料制成，它可以向任何方向彎曲，而且變形的同時(shí)具有一定的支持力。 手持固定部分效果圖如下： 圖6.2手持固定部分效果圖  總結(jié)與展望 基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置，是介于含有自主行動(dòng)功能的技術(shù)含量極高且價(jià)格昂貴的機(jī)器人類型和基本屬于純機(jī)械式的過(guò)于簡(jiǎn)單的采摘器兩者之間的一種采摘裝置。它構(gòu)型簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格低廉，效率較高。采用伸縮式機(jī)械手臂，手臂長(zhǎng)度可調(diào)，適合多種高枝水果，且便于攜帶，采摘器采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)到刀片轉(zhuǎn)動(dòng)的方式切割果梗，采摘水果速度快，節(jié)省勞動(dòng)力，且采摘器的方向可調(diào)節(jié)，適合各種位置的高枝水果，采摘水果完好，保質(zhì)保量，是一種值得推廣的實(shí)用新型的設(shè)計(jì)。  致謝 通過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我的感受很深。尤其是在最初的設(shè)計(jì)階段，由于自己理論知識(shí)不夠系統(tǒng)和豐富，加之缺乏設(shè)計(jì)思路，使得進(jìn)展比較緩慢。幸運(yùn)的是之后，在老師的悉心指導(dǎo)下，我逐漸的學(xué)會(huì)了獨(dú)立的查閱資料，以及如何將大量的雜亂的資料系統(tǒng)化，并將其掌握。這一過(guò)程中得到的鍛煉是自己在本次設(shè)計(jì)中得到的最大收獲之一。并且在這一過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了許多以前沒(méi)有注意的問(wèn)題，有些想法，方法最初看起來(lái)是可行的，但認(rèn)真思考后就會(huì)發(fā)現(xiàn)存在很多不足之處。如此反復(fù)思考，校對(duì)才完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 本設(shè)計(jì)中有些結(jié)論的得出，本應(yīng)該進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算和分析，但限于篇幅和時(shí)間，不能一一詳盡。由于自己現(xiàn)有的能力水平有限，設(shè)計(jì)中難免有疏忽與錯(cuò)誤等不足之處，望廣大老師同學(xué)給予批評(píng)指正。  參考文獻(xiàn) [1] SANDERS K F．Orange harvesting systems review[J].Biosystems 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