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1、本科論文 目 錄 摘 要 I Abstract III 引 言 1 1 諸論 3 1.1 研究目的與意義 3 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 1.2.1 國外采摘機械手技術(shù)發(fā)展狀況 5 1.2.2 國內(nèi)采摘機械手技術(shù)發(fā)展狀況 5 1.3 本文研究內(nèi)容 7 2 采摘機械手工作原理 9 2.1 采摘機械手的工作原理 9 2.2 采摘機械手裝置總體方案設計 9 2.3 采摘機械手裝置動力 機構(gòu)設計 10 2.4 采摘機械手裝置大臂機構(gòu)設計 10 2.5 采摘機械手裝置抓手機構(gòu) 11 2.6 采摘機械手裝置傳送機構(gòu) 12 2.7 采摘機械手裝置機架

2、設計 13 2.8 整體方案模型 13 3 采摘機械手裝置結(jié)構(gòu)設計 14 3.1 電機選型計算 14 3.2 旋轉(zhuǎn)氣缸設計計算 14 3.2.1缸內(nèi)徑 15 3.2.2氣缸缸桿直徑 15 3.2.3氣缸缸筒長度 15 3.2.4導向套滑動面的長度 16 3.2.5最小導向的長度 16 3.3 抓手氣缸的計算 16 3.3.1驅(qū)動力 16 3.3.2氣缸的直徑 18 3.3.3缸筒壁厚的設計 20 3.4 軸承選型和壽命計算 21 3.4.1軸承類型 21 3.4.2軸承選擇的基本原則 22 結(jié) 論 24 參考文獻 26 致 謝 28

3、 摘 要 著科學技術(shù)水平的發(fā)展，各種加工制造技術(shù)的不斷提升,使得機械手的相關(guān)研發(fā)設計技術(shù)也得到較快的發(fā)展，使用性能日益穩(wěn)定，功能日益趨向多樣化,使得采摘機械手設備在生產(chǎn)實際中的諸行諸業(yè)中得到廣泛應用，為生產(chǎn)實踐發(fā)揮著巨大價值。21世紀之后,機器人技術(shù)同樣取得了較大的基本和發(fā)展,特別是在采摘機械手方面，取得的進步成果顯著,在現(xiàn)代多品種小批量的柔性生產(chǎn)制造模式中得到較好的應用，具有極強的實際使用價值。本文設計針對采摘機械手設備進行設計制造，對其主要機構(gòu)結(jié)構(gòu)進行設計確定，并對機構(gòu)的主要參數(shù)進行設計計算。 首先

4、研究分析本文設計制造采摘機械手設備的實際工作要求，對其所涉及的各項技術(shù)指標參數(shù)進行明確,積累設備設計制造的理論參數(shù)?；诂F(xiàn)有相關(guān)機器人設備的相關(guān)內(nèi)容和設計技術(shù),結(jié)合本文設計制造機械手設備的實際使用工況，綜合各項因素，設計確定采摘機械手設備的整體設計方案，并確定其主要部分的機械結(jié)構(gòu)。本文深入研究采摘機械手裝置應用背景和發(fā)展情況，通過學習和查閱相關(guān)學習資料和文獻，了解了采摘機械手結(jié)構(gòu)特點和傳動原理等專業(yè)特點，充分運用所學機械設計相關(guān)知識，設計一個能夠保證工作質(zhì)量、縮短工作流程，結(jié)構(gòu)緊湊合理，傳動高效的采摘機械手裝置。設計的采摘機械手裝置主要由采摘機械手裝置動力機構(gòu)、采摘機械手裝置動力傳遞機構(gòu)、采摘

5、機械手裝置抓手機構(gòu)和采摘機械手裝置機架。經(jīng)過多次試運行和試驗，本文設計的采摘機械手能夠?qū)崿F(xiàn)高效率實現(xiàn)自動采摘果蔬功能，進而提高工作效果和工作質(zhì)量。在設計完成整個設備之后，借助計算機三維軟件SolidWorks繪制本文設計制造采摘機械手設備各個零部件的三維結(jié)構(gòu)模型，同時裝配得到整套設備的總體三維模型，借助該軟件還能夠?qū)υO備各個機構(gòu)的運行狀態(tài)進行檢查，確保各個機構(gòu)的運動作業(yè)過程不會發(fā)生相互干涉影響。 關(guān)鍵詞：采摘功能；機械手；氣壓傳動；機械設計；三維模型 Abstract With the development of science and technology, and the

6、 continuous improvement of various processing and manufacturing technologies, the relevant R & D and design technologies of the manipulator have also been developed rapidly, with the increasingly stable use performance and diversified functions, making the picking manipulator equipment widely used i

7、n various industries in the production practice, playing a huge value for the production practice. After the 21st century, robot technology has also made great basic and development, especially in the picking manipulator, the progress achieved is significant, in the modern multi varieties and small

8、batch flexible production and manufacturing mode has been better application, has a strong practical value. In this paper, the design and manufacture of picking manipulator equipment, the design and determination of its main mechanism structure, and the design and calculation of the main parameters

9、of the mechanism. First of all, this paper studies and analyzes the actual work requirements of the design and manufacture of the picking manipulator equipment, makes clear the technical parameters involved, and accumulates the theoretical parameters of the design and manufacture of the equipmen

10、t. Based on the relevant content and design technology of the existing robot equipment, combined with the actual use conditions of the design and manufacturing manipulator equipment in this paper, the overall design scheme of the picking manipulator equipment is designed and determined, and the mech

11、anical structure of the main part is determined. This paper deeply studies the application background and development of the picking manipulator device. Through studying and consulting the relevant learning materials and literature, it understands the structural characteristics and transmission prin

12、ciple of the picking manipulator, and fully uses the relevant knowledge of the mechanical design learned to design a picking manipulator assembly that can guarantee the work quality, shorten the work flow, compact and reasonable structure, and drive efficiently Set. The design of the picking manipul

13、ator mainly consists of the power mechanism of the picking manipulator, the power transmission mechanism of the picking manipulator, the grab mechanism of the picking manipulator and the frame of the picking manipulator. After many trial operation and tests, the picking manipulator designed in this

14、paper can realize the function of automatic picking fruits and vegetables with high efficiency, and then improve the working effect and quality. After the design of the whole equipment, with the help of Solidworks, this paper draws the three-dimensional structure model of each part of the picking ma

15、nipulator equipment, and at the same time assembles the overall three-dimensional model of the whole equipment. With the help of this software, the operation state of each mechanism of the equipment can also be checked to ensure that the movement process of each mechanism will not interfere with eac

16、h other influence. Key words: picking function; manipulator; high efficiency; mechanical design; 3D model 引 言 二十一世紀以來，在我國強大的科學技術(shù)水平和經(jīng)濟實力的推動下，機器人越來越廣泛的應用在勞動密集型產(chǎn)業(yè)和危險性行業(yè)之中，例如傳統(tǒng)物流行業(yè)的碼垛機，或者農(nóng)機領(lǐng)域、制造業(yè)中的焊接技術(shù)、涂膠技術(shù)等。機器人是可以模仿人的動作，自動執(zhí)行工作的機器，其可以通過預先設定好的程序或通過人工智能自助判斷，來輔助人們完成工作。 廣義上一般將用于工業(yè)生產(chǎn)的機器人命名為工業(yè)機器人，

17、目前已全部實現(xiàn)機電一體化。這種機電一體化的運動裝置已經(jīng)可以代替人來實現(xiàn)一些簡單的基本動作，比如說搬運材料或者焊接、涂膠等技術(shù)操作，主要通過編程來實現(xiàn)上述動作。機器人在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應用是對計算機控制領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域成果價值的體現(xiàn)。 采摘機器人是農(nóng)業(yè)機器人的重要一部分，可從分離用機器人的信息感知力，通過機器視覺識別被采集對象的成熟度，從而保證果實的采摘質(zhì)量。采摘機器人能夠在降低采集成本的同時提高等水果蔬菜的采摘效率，并且水果采摘機器人有很大的市場缺口，其未來發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｕ麢C械手作為采摘機器人的核心部件，在采摘機器人的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用. 在促進農(nóng)業(yè)自動化發(fā)展，降低

18、生產(chǎn)成本的前提下，提高果實采摘質(zhì)量與采摘效率。通過查閱相關(guān)資料與深入調(diào)研，市場上相關(guān)產(chǎn)品較少且實用性不足，因此果實采摘機械手的的市場前景廣闊。涉及一款輕巧，靈便，且滿足使用要求的水果采摘機械手變得十分迫切且意義重大 在傳統(tǒng)的農(nóng)機行業(yè)，由于采摘的工作形式簡單，但工作強度高。但在機器人行業(yè)廣泛發(fā)展的今天，僅靠人力來實現(xiàn)采摘已經(jīng)不現(xiàn)實了，其所帶來的人力成本也非常的高昂。這時候利用機械設備對果品進行采摘開始走進科學研究的范疇。計算機控制領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域高速發(fā)展的今天，通過編程來控制采摘機器人的運動來克服上述人力困難已經(jīng)基本實現(xiàn)。

19、 1 諸論 1.1 研究目的與意義 黨的十九大報告明確提出要不斷改善人民生活和現(xiàn)代化經(jīng)濟體系。新時代黨和國家更加重視民生，本文設計的采摘機械手既能夠改善民生也能推進經(jīng)濟建設，加速經(jīng)濟發(fā)展，能夠提高人們生活質(zhì)量和為制造業(yè)創(chuàng)效，因此采摘機械手也孕育而生。農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的根基, 尤其是當前我國正處于全面建設小康社會的決勝期。我國又是水果大國，采摘也是一種繁重的體力工作，需要一個裝置替代人們實現(xiàn)采摘功能，因此采摘機械手裝置也孕育而生。 隨科技不斷發(fā)展和智能制造的興起，機器人已經(jīng)越來越廣泛應用在多種領(lǐng)域，機器人在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應用是對農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活服務領(lǐng)域成果價值的體現(xiàn)。隨著水果豐收

20、季節(jié)到來，采摘工作量也隨之增加，因此對采摘機械手要求也隨之提高，進而對機械制造業(yè)提出了更高要求，促進機械制造業(yè)的快速發(fā)展，自動采摘工作效率和質(zhì)量也是農(nóng)機行業(yè)加速發(fā)展的關(guān)鍵。隨著社會高質(zhì)量發(fā)展，人們對生活的舒適度要求也日益提高，為了提高企業(yè)的競爭力，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量就是當務之急，改變傳統(tǒng)的直接人工方式或者半自動采摘機械手，采用一種新型的全自動采摘機械手機構(gòu)，該裝置大大提升生產(chǎn)效率的同時還能夠提高成品質(zhì)量，隨著批量生產(chǎn)和裝置的廣泛應用，因此成品的成本也隨之降低。本文設計的采摘機械手在傳統(tǒng)的采摘機械手基礎上能夠?qū)崿F(xiàn)全自動工作，能夠大大降低人工的勞動強度，而且提高高端行業(yè)的工作效率，而且能夠滿足不同

21、場合對采摘機械手的需求。 早期采摘果蔬工作是通過人工或半自動實現(xiàn)的，即人工采摘，這樣不僅僅工作效率低，費時費力，對于過太高的地方，人們需要借助工具采摘，一個人無法勝任，需求多人，這樣就大大增加成本，而且受人工經(jīng)驗影響，采摘質(zhì)量不高。因此傳統(tǒng)的方式方法已經(jīng)逐漸被淘汰，退出市場。隨著社會進步，人們設計了電動代替人工，實現(xiàn)機械加工，這樣可以一定程度提高工作效率和精度，因此一個穩(wěn)定可靠的采摘機械手，進而提高工作效率和精度，進一步提高企業(yè)收益。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著世界經(jīng)濟和科技加速發(fā)展的腳步，智能制造推進的速度也隨之加快，而且市場對其需求也越來越多，市場需求對農(nóng)機行業(yè)設備加工效率、生產(chǎn)質(zhì)

22、量及成品質(zhì)量也提出了更高的要求。國外經(jīng)濟發(fā)展較早，農(nóng)機等行業(yè)起步也相對國內(nèi)較早，而且經(jīng)濟發(fā)展初期，國外的人工成本較高，因此采摘機械手也孕育而生，并且較早的應用在各種行業(yè)領(lǐng)域，采摘機械手技術(shù)也日趨成熟。近年來隨之國內(nèi)經(jīng)濟崛起，國內(nèi)用人成本也與日俱增，而且市場對采摘質(zhì)量要求也越來越高，因此采摘機械手在國內(nèi)的需求也會越來越廣泛，也受到人們和專家的關(guān)注。和很多機械裝置類似，國外率先著手研究和設計采摘機械手，這也導致了國外的技術(shù)更加成熟更加可行可靠，因此早期的時候采摘機械手能夠投入使用。由于國內(nèi)經(jīng)濟和科技發(fā)展較晚，對于國外發(fā)達國家，國內(nèi)著手研究采摘機械手相對較晚，因此科技發(fā)展初期，只能通過購買國外技術(shù)或

23、者外國設計。 隨著機器人逐漸趨向自動化、智能化，并且應用用于許多領(lǐng)域，但在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域還沒有達到實際應用。從20世紀80年代中期開始，很多國家都展開了果蔬收獲機器人方面的研究工作，涉及到的研究對象主要有蘋果、甜橙、蘑菇、西紅柿、藍莓還有蘑菇等多種果蔬。 1.2.1 國外采摘機械手技術(shù)發(fā)展狀況 西班牙和法國的合作項目“CITRUS”使比較成功的柑橘采摘機器人，該項目于1988年開始啟動，研制的柑橘采摘機器人最高能達到80％的采摘率。 蘋果采摘機器人在美國、法國、日本等過已有研究，其中Johan Baete和Seven Boedrij等人研制的蘋果采摘機器人，利用工業(yè)機器人的六自由度手

24、臂做機械手主體，手臂整體可在架子上金星水瓶和豎直方向移動，在果園作業(yè)時，機械手由一臺拖拉機牽引。 從上世紀80年代開始，日本荷蘭等過都曾開發(fā)出個中國是采摘末端執(zhí)行器，取得了不少研究成果，但普遍存在采摘質(zhì)量和采摘效率偏低，機器比較笨重，通用性較差等缺點。美國弗羅里達大學研制了柑橘采摘末端執(zhí)行器，其依靠末端執(zhí)行器的內(nèi)部CCD攝像機和超聲波傳感器來探測水果位置。Johan Baete和Seven Boedrij等人研制的末端執(zhí)行器其前端樹脂管中裝有微型攝像頭，用于獲取末端執(zhí)行器正前方蘋果。 1.2.2 國內(nèi)采摘機械手技術(shù)發(fā)展狀況 隨著世界經(jīng)濟和科技加速發(fā)展的腳步，智能制造推進的速度也隨

25、之加快，而且市場對其需求也越來越多，市場需求對農(nóng)機行業(yè)設備加工效率、生產(chǎn)質(zhì)量及成品質(zhì)量也提出了更高的要求。國外經(jīng)濟發(fā)展較早，農(nóng)機等行業(yè)起步也相對國內(nèi)較早，而且經(jīng)濟發(fā)展初期，國外的人工成本較高，因此采摘機械手也孕育而生，并且較早的應用在各種行業(yè)領(lǐng)域，采摘機械手技術(shù)也日趨成熟。近年來隨之國內(nèi)經(jīng)濟崛起，國內(nèi)用人成本也與日俱增，而且市場對采摘質(zhì)量要求也越來越高，因此采摘機械手在國內(nèi)的需求也會越來越廣泛，也受到人們和專家的關(guān)注。和很多機械裝置類似，國外率先著手研究和設計采摘機械手，這也導致了國外的技術(shù)更加成熟更加可行可靠，因此早期的時候采摘機械手能夠投入使用。由于國內(nèi)經(jīng)濟和科技發(fā)展較晚，對于國外發(fā)達國家

26、，國內(nèi)著手研究采摘機械手相對較晚，因此科技發(fā)展初期，只能通過購買國外技術(shù)或者外國設計。中國作為一個果蔬生產(chǎn)大國，中國在農(nóng)業(yè)機械自動化方面起步晚于其他發(fā)達國家，因此加快我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化機械化進程，是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展大大推動機械手的發(fā)展，機械手的發(fā)展將大大提高機器人的實用性和高效性。我國在農(nóng)業(yè)機器人采摘方面的研究始于20世紀90年代中期，相對于發(fā)達國家起步較晚，但不少院校、研究所都在進行采摘機器人和智能農(nóng)業(yè)機械相關(guān)的研究。東北東林大學陸懷民開發(fā)了林木球果采摘機器人，浙江大學對番茄采摘機器人進行了運動分析，上海交通大學對黃瓜采摘機器人進行了相應的研究。在這之中，東北林業(yè)

27、大學的陸懷民研制的林木球果采摘機器人已經(jīng)進行了采摘實驗。 深入研究其總體設計方案和工作原理，然后再對采摘機械手進行研究設計，這樣會嚴重制約國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展和科技進步，也會造成采摘機械手成本過高，而且由于采購國外技術(shù)，售后很不方便，有時候不僅僅要支付很高的費用，而且也會受到國外技術(shù)的掣肘，這樣就會嚴重影響國內(nèi)技術(shù)進步和和經(jīng)濟發(fā)展介于上述多種不利因素的影響，國內(nèi)通過長時間的學習和研究，發(fā)現(xiàn)采摘機械手工作原理和總體設計結(jié)構(gòu)并不復雜，國內(nèi)的研究院或者專家有能力通過自己努力研究，設計出高效高質(zhì)量的采摘機械手，因此很多國內(nèi)科學家和研究院著手設計采摘機械手，這樣不僅僅能夠提高國家科技進步，快速發(fā)展經(jīng)濟，更主

28、要的是國內(nèi)的研發(fā)能夠便于采摘機械手維護，進而降低生產(chǎn)成本。通過國內(nèi)專家多年潛心研究，采摘機械手技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，而且將生產(chǎn)的采摘機械手投放到市場試運行的過程中，其部分工作指標甚至優(yōu)于國外設備。通過上述對比國內(nèi)外現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的技術(shù)研究雖然晚于國外，但是實力已經(jīng)趕上甚至超過國外技術(shù)水平，國內(nèi)生產(chǎn)采摘機械手已經(jīng)能夠滿足國民需求。 1.3 本文研究內(nèi)容 本文針對提高民生質(zhì)量的實際情況，設計一種能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量高效率采摘機械手，進而提高農(nóng)機行業(yè)加工效率和質(zhì)量，其主要功能是能夠平穩(wěn)可靠實現(xiàn)自動采摘功能，而且還能提高銷量，提高企業(yè)收益。為此要設計一個結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率和質(zhì)量符合要求采摘機械

29、手。 本文研究思路： （1）通過查閱相關(guān)資料，結(jié)合國內(nèi)外該裝置的發(fā)展情況，論述采摘機械手歷史發(fā)展和現(xiàn)階段的裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，以及采摘機械手未來的發(fā)展演變，充分運用所學機械設計相關(guān)知識，對采摘機械手有了更加深刻的了解。 （2）根據(jù)所學知識，設計采摘機械手的傳動原理，并制定整個裝置的設計方案，使得采摘機械手能夠滿足預期的目標功能和實際工況。 （3）確定采摘機械手工作原理和結(jié)構(gòu)，對關(guān)鍵零部件進行選型計算，并對部分的機構(gòu)進行計算和校核，確保所設計的方案和原理可行性和可靠性。 （4）根據(jù)設計方案、工作原理，利用SolidWorks建立采摘機械手的三維模型，在建模的過程中，對設計方案再進行修改完善

30、，確保所設計的機構(gòu)能夠符合工況和實際需求。 2 采摘機械手工作原理 2.1 采摘機械手的工作原理 通過分析采摘機械手裝置的機械原理，設計了采摘機械手裝置裝置，其由電機、傳動齒輪、旋轉(zhuǎn)氣缸、伸縮氣缸、傳送帶和軸承等零部件組成，通過一部機器就能完成水果采摘功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。本文選擇電機作為驅(qū)動裝置，通過齒輪嚙合傳動將電機動力傳遞至傳動齒輪，實現(xiàn)機械手大臂的轉(zhuǎn)動；通過旋轉(zhuǎn)氣缸和伸縮氣缸實現(xiàn)機械手的旋轉(zhuǎn)和抓緊松開動作；通過電機帶動傳送帶運轉(zhuǎn)實現(xiàn)水果的輸送

31、。通過以上裝置的相互配合實現(xiàn)采摘機械手的相關(guān)功能。 通過機構(gòu)分析和簡單的控制原理，設計采摘機械手裝置，可以實現(xiàn)采摘機械手裝置全自動連續(xù)生產(chǎn)。即提高了水果采摘的效率，還能夠大大降低人工的勞動強度，而且能夠滿足生產(chǎn)加工企業(yè)對采摘裝置的需求。下面介紹該裝置的設計思路和機構(gòu)組成。 2.2 采摘機械手裝置總體方案設計 采摘機械手裝置主要分為三個部分，動力源的產(chǎn)生、動力傳遞以及動力執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)整個裝置的功能。根據(jù)其分類，本裝置設計為動力產(chǎn)生機構(gòu)、動力傳遞機構(gòu)、動作執(zhí)行機構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu)四大部分。 上述結(jié)構(gòu)方案包括四部分，采摘機械手裝置動力機構(gòu)、采摘機械手裝置動力傳遞機構(gòu)、采摘機械手裝置抓手

32、機構(gòu)、采摘機械手裝置傳送機構(gòu)和采摘機械手裝置機架。采摘機械手裝置動力機構(gòu)，選用電機提供動力源。采摘機械手裝置大臂機構(gòu)，通過電機驅(qū)動傳動齒輪轉(zhuǎn)動，分別實現(xiàn)采摘機械手的水平旋轉(zhuǎn)，第一節(jié)和第二節(jié)大臂在垂直方向轉(zhuǎn)動和機械手手腕的垂直轉(zhuǎn)動。采摘機械手裝置抓手機構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)氣缸帶動抓手進行轉(zhuǎn)動，伸縮氣缸帶動拉桿前后移動帶動手抓圍繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)抓手的抓取和松開。采摘機械手裝置傳送機構(gòu)，通過電機帶動驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)帶動傳送帶運轉(zhuǎn)，張緊軸將傳送帶張緊。采摘機械手裝置機架為了操作方便，平穩(wěn)運行，設計機架裝置，保證整體設計平穩(wěn)高效。 2.3 采摘機械手裝置動力 機構(gòu)設計 隨著時代進步，動力源產(chǎn)生裝置主要有柴油機、

33、汽油機、電動機、液壓馬達等一些新能源動力機等。綜合考慮本裝置設計方案、結(jié)構(gòu)特點，為了后期便于維護等因素，采摘機械手裝置選用電機作為動力源產(chǎn)生機構(gòu)。 了解和分析采摘機械手裝置實際工況，綜合考慮本裝置設計方案、結(jié)構(gòu)特點、轉(zhuǎn)速和功率的需求，本裝置采用220V，200W的電機。該電機的優(yōu)點就是不僅僅實現(xiàn)精準位置精度，而且能夠很好控制速度，這樣就能夠平穩(wěn)可靠的驅(qū)動控制對象。 2.4 采摘機械手裝置大臂機構(gòu)設計 采摘機械手裝置大臂機構(gòu)主要由電機、傳動齒輪、軸承和支架等組成。采摘機械手裝置大臂機構(gòu)的作用是通過電機驅(qū)動傳動齒輪轉(zhuǎn)動，分別實現(xiàn)采摘機械手的水平旋轉(zhuǎn)，第一節(jié)和第二節(jié)大臂在垂直方向轉(zhuǎn)動和機械

34、手手腕的垂直轉(zhuǎn)動。設計的采摘機械手裝置大臂機構(gòu)如圖2.1所示。 圖2.1 采摘機械手裝置大臂機構(gòu) 2.5 采摘機械手裝置抓手機構(gòu) 采摘機械手裝置抓手機構(gòu)是采摘機械手裝置的核心機構(gòu)。采摘機械手裝置抓手機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、伸縮氣缸、手抓和鉸鏈等組成。采摘機械手裝置抓手機構(gòu)作用是通過旋轉(zhuǎn)氣缸帶動抓手進行轉(zhuǎn)動，伸縮氣缸帶動拉桿前后移動帶動手抓圍繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)抓手的抓取和松開。設計的采摘機械手裝置抓手機構(gòu)如圖2.2所示。 圖2.2 采摘機械手裝置抓手機構(gòu) 2.6 采摘機械手裝置傳送機構(gòu) 采摘機械手裝置傳送機構(gòu)主要由電機、傳送帶、驅(qū)動軸、張緊軸和軸承等組成。采摘機械手裝置傳送機構(gòu)作用

35、是通過電機帶動驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)帶動傳送帶運轉(zhuǎn)，張緊軸將傳送帶張緊。通過調(diào)節(jié)螺栓伸出長度調(diào)節(jié)張緊輪的前后位置使皮帶能夠張緊，通過調(diào)節(jié)手輪實現(xiàn)傳送帶高度的調(diào)整。設計的采摘機械手裝置傳送機構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 采摘機械手裝置傳送機構(gòu) 2.7 采摘機械手裝置機架設計 本裝置不僅僅是為了便于機構(gòu)安裝，而且還提供了各裝置的安裝接口，要考慮如何能夠快速高效的完成水果采摘等關(guān)于采摘機械手裝置功能的實現(xiàn)，因此機架對整個裝置也很重要。 為了合理布置機構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高，將動力產(chǎn)生機構(gòu)和動力執(zhí)行機構(gòu)設計在一起。機架材質(zhì)采用型鋼和鋼板焊接成骨架，這樣經(jīng)濟實惠，還便于安裝、固定和后期維護。機架

36、和機構(gòu)的連接通過螺栓實現(xiàn)的，通過墊塊調(diào)整固定，這樣既安全可靠，又經(jīng)濟實惠，還符合設計要求。 2.8 整體方案模型 通過上述設計方案和設計思路，以及各機構(gòu)的工作原理，通過三維軟件繪制采摘機械手裝置裝置三維模型，繪制過程中及時調(diào)整不合理的設計，優(yōu)化設計方案，進而得出比較合理可行的三維模型，如圖2.3所示。 圖2.4 采摘機械手裝置三維模型 3 采摘機械手裝置結(jié)構(gòu)設計 3.1 電機選型計算 電機選擇是否合理直接決定了整個裝置的性能，價格低廉，經(jīng)濟的電機往往存在轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性不夠的缺點；價格高昂，轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性雖然滿足，但是會造成性能過剩，出現(xiàn)浪費的現(xiàn)象，這樣不經(jīng)濟實惠。因此在電機選型計

37、算的同時，不能只關(guān)注一點，要多指標比較，權(quán)衡，而且根據(jù)工作環(huán)境不同，綜合考慮多種因素影響，找一個性價比最高的電機。 計算電機功率： （3-1） 本裝置承受果蔬的重量90KG，需要載荷為900N，其運行速度v=0.2m/s,因此 通過考慮多方面因素影響，和裝置實際需求，為了考慮余量，本裝置選取功率為200W電機，其轉(zhuǎn)速為1000r/min，型號為臺達200。 3.2 旋轉(zhuǎn)氣缸設計計算 根據(jù)采摘機械手結(jié)構(gòu)設計和實際工況，氣缸理論負載900N，氣缸在工作過程中要考慮摩擦

38、力對其影響，因此氣缸的實際負載值要大于氣缸理論負載值，這樣才能滿足實際工作需求，而氣缸理論負載值與實際值為負債率，其計算公式如下： β=（氣缸的理論負載/氣缸的實際負載）100% （3-2） 查閱相關(guān)資料可得表3.1： 表3.1氣缸的運動狀態(tài)與負載率 阻性負載（靜負載） 慣性負載的運動速度v 通過結(jié)構(gòu)分析和實際工況可知，本機構(gòu)的負載運動速度為v=50mm/s,， 查表2.1可知，β=0.55。 3.2.1缸內(nèi)徑 已知氣缸實際負載值和安全系數(shù)1.3，則氣缸內(nèi)徑計算公式如下：

39、 （3-3） 將所得數(shù)值帶入公式，得 通過計算可得，氣缸的內(nèi)徑 為了設計余量，查閱相關(guān)資料可知，氣缸直徑選取D=80 mm 3.2.2氣缸缸桿直徑 （3-4） 通過計算得出氣缸直徑為24mm 3.2.3氣缸缸筒長度 氣缸缸筒的長度計算公式如下： （3-5） 式中，l—表示活塞的行程，本機構(gòu)l=25mm A—表示活塞厚度： 將計算所得數(shù)值帶入公式得 L=l+A+30=25+64+3

40、0=119mm 3.2.4導向套滑動面的長度 導向套滑動面的長度B和氣缸直徑存在一定關(guān)系，其系數(shù)取值取決于氣缸的直徑在D<80mm時，可取B=（0.6—1）D，計算公式如下： B=0.880=64mm （3-6） 3.2.5最小導向的長度 已知氣缸的直徑和最大行程，計算最小導向的長度，其計算公式如下： （3-7） 活塞桿的長度： （3-8） 根據(jù)本小節(jié)對氣缸的設計計算，可知氣缸直徑為80mm，選用為PNC80-25-500-01氣缸。 3.3 抓手氣缸的計算 3

41、.3.1驅(qū)動力 通常情況下，抓手在抓取重物時，重物在抓手的中心線處，這樣設計，能夠保證氣缸活塞縮回時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩等于重物對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，其公式如下： （3-9） 重物對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩計算公式如下： （3-10） 式中 重物質(zhì)量， 代入重物對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩計算式得 氣缸活塞縮回時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩計算公式為 （3-11） 式中 代入上

42、式氣缸活塞縮回時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩計算公式得 （3-12） 根據(jù)壓縮空氣壓力為0.9MPa以及上述計算得到的轉(zhuǎn)矩數(shù)值，初步選用SMC氣缸，型號為CG3F50-50，該氣缸輸出力為1.4KN，其輸出力能夠符合設計和使用要求。 在設計夾持器的同時，抓手的夾緊力是機械手的設計的基礎，首先要分析和計算抓手夾緊力。本機構(gòu)的夾緊力主要是為了抵消重物的重力，保證抓手能夠抓緊重物，而不會掉落。 抓手夾緊力的計算公式如下： （3-13） ，該數(shù)值取值范圍1.2-1.6，具體數(shù)值選擇根據(jù)機械加工技術(shù)要求，本裝置的工況和技術(shù)要求，取值為1

43、.6； ，其計算公式如下： ，具體數(shù)值確定需要根據(jù)工件的位置和形狀來選擇，本裝置抓取的結(jié)構(gòu)設計為類似手式V型結(jié)構(gòu)，其計算公式如下： （為V型手指的半角） g 3.3.2氣缸的直徑 根據(jù)上述計算，初選的氣缸型號為單作用氣缸。氣缸受到的彈簧的反作用力和活塞的阻力，通過力平衡原理可知，單向作用氣缸活塞輸出的推力需求抵消上述的阻力，其計算公式如下 （3-14） 式中: 彈簧反作用計算公式如下：

44、 （3-15） 其中 式中: ，初步確定行程為60mm； G——彈簧材料剪切模量，一般取G=79.4X 109Pa 在設計計算過程中，需要考慮負載對其的影響，其計算公式如下： （3-16） 通過受力分析可以計算出單向作用氣缸的直徑，其計算公式如下：

45、 （3-17） 將計算所得數(shù)值代入上述公式，可得： 所以： =18mm 為了設計余量，查閱相關(guān)資料可知，氣缸直徑選取活塞計算公式為，可得活塞桿直徑: 通過計算，得活塞桿直徑d=6mm 校核活塞直徑是否符合要求，計算公式如下： （3-18） 有: 其中， 則

46、: =1.5 6 滿足設計要求和實際工況。 3.3.3缸筒壁厚的設計 壓縮空氣的壓力直接作用到氣缸筒，因此缸筒壁厚需要設計一定厚度才能承受壓縮空氣的壓力。通常情況下，氣缸缸筒壁厚小于等于氣缸內(nèi)徑的1/10，則氣缸缸筒壁厚計算公式如下： （3-19） 式中: ， 氣缸缸筒材質(zhì)材料選為ZL3,[] =3MPa 將上述計算數(shù)值帶入上述公式，則壁厚為: = =2.25mm 取=2.5 mm，則缸筒外徑為:D=20+2.

47、52 =25 mm。 通過上述設計計算和受力分析，結(jié)合氣缸的選型標準，選用氣缸直徑為20mm，行程為40mm的動手指標氣準氣缸，氣缸的型號為代號為HFZ40。 3.4 軸承選型和壽命計算 3.4.1軸承類型 在機械設備的設計過程中，廣泛用到軸承部件，它是生產(chǎn)實際中較為多用的一個標準件，需要結(jié)合實際使用情況進行選型。 （1）依據(jù)承載方向以及公稱接觸角能夠?qū)⑤S承的類型劃分成向心軸承和推力軸承兩種； （2）依據(jù)滾動體種類能夠?qū)⑤S承的類型進行劃分成球軸承和滾子軸承兩種； （3）依據(jù)軸承是否能夠調(diào)心能夠?qū)⑤S承的類型劃分成調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承兩種； （4）依據(jù)軸承滾動體的列數(shù)夠?qū)⑤S承的

48、類型劃分成單列、雙列以及多列等多種類型的軸承； （5）依據(jù)軸承自身部件是否可以分離夠?qū)⑤S承的類型劃分成可分離軸承以及不可分離軸承等兩種類型。 3.4.2軸承選擇的基本原則 選用的軸承類型會直接影響采摘機械手設備的性能，故需要結(jié)合實際工況，選擇最為合適的軸承類型，確保所選軸承能夠滿足實際使用需求。選擇軸承主要要從以下方面進行考慮。 （1）軸承選型設計需要考慮軸承的載荷，確保選用軸承的承載滿足實際使用需求。 （2）軸承選型設計需要考慮軸承的轉(zhuǎn)速，確保選用軸承在保持正常工作狀態(tài)下能夠達到設備的速度需求，安全可靠的進行工作。 （3）軸承選型設計需要考慮軸承的的調(diào)心性能，確保軸承在設計安裝的

49、過程中能夠較好的滿足設計標準。 （4）選擇的軸承要利于安裝和拆卸，如此能夠使得設備的裝配過程得到有效簡化。 軸承作為一個連接件，是機械設備極其重要的零部件，其直接影響了機械設備的使用壽命。軸承的壽命直接影響了整個裝置的使用壽命，因此軸承壽命是本裝置的一項重要指標。在本文采摘機械手設備的設計過程中，設計安裝的軸承部件是與一軸進行連接，該軸的轉(zhuǎn)速相對較小，故無需該軸承承受較高的轉(zhuǎn)速，同時該主軸不存在因為受力而發(fā)生彎曲的情況，故無需選用調(diào)心軸承，由于本文設計僅存在軸向載荷，結(jié)合本文設計的實際情況，綜合各種因素，選用深溝球軸承進行設計。 根據(jù)使用工況和載荷情況，選用型號為6208深溝球軸承，其額

50、定動載荷Cr=29.1kN，靜載荷Cor=17.9kN，由于轉(zhuǎn)速較低，采用的潤滑形式為脂，可以承受極限轉(zhuǎn)速為10000r/min。 計算軸承軸承的當量動載荷P 本裝置中軸承承受的徑向力為900N，通過受力分析，軸承承受的軸向力可以忽略不計，則軸承承載的徑向力為。 。 （3-20） 軸承的當量動載荷計算公式: （3-21） 由于主要承受徑向力，軸向力可以忽略不計，則查

51、表得系數(shù)X=1，Y=0,所以有 （3-22） 查相關(guān)技術(shù)資料可知，=1.1，則 則計算該軸承的最短壽命為 通過計算可知軸承最短壽命為小時，符合裝置設計要求 結(jié) 論 本文第一章介紹國內(nèi)外該裝置的發(fā)展情況，以及采摘機械手未來的發(fā)展演變，同時介紹一下本文的研究思路；第二章和第三者設計采摘機械手的傳動原理，并制定整個裝置的設計方案，對關(guān)鍵零部件進行選型計算，并對部分的機構(gòu)進行計算和校核，進而得出的以下結(jié)論。 （1）我們在采摘機械手研究設計方面進

52、步顯著，但是與國外一些先進技術(shù)和設備還有差距，因此我們依然要虛心學習，潛心專研，盡可能以最快速度縮短差距，爭取實現(xiàn)全面反超，這就給我們這一代大學生一定的任務和使命，壓力大，動力也足。 （2）在制定采摘機械手裝置的設計方案同時，對關(guān)鍵零部件進行選型計算，并對部分的機構(gòu)進行計算和校核，這樣最為合理，也相對經(jīng)濟實惠。結(jié)合查閱相關(guān)資料，充分運用所學機械設計相關(guān)知識，深入了解采摘機械手設計思路和工作原理，進一步完善整個裝置的設計方案，進而保證采摘機械手能夠?qū)崿F(xiàn)高效、高質(zhì)的設計理念。 （3）采摘機械手通過機械代替人工，能夠大大降低勞動強度，已經(jīng)成為趨勢，隨著市場需求越來越大，采摘機械手也迎來了發(fā)展機遇

53、，我們應該接續(xù)奮斗，爭取研究設計更好的裝置，適應未來發(fā)展需要。 （4）繪制完成采摘機械手的總裝配圖，繪制主要機構(gòu)和零部件的零件圖。結(jié)合本文設計的整個過程，編寫完成設備的設計說明書。 本文設計制造的采摘機械手可以較好的滿足實際使用需求，可以在一定程度上有效解決自動采摘功能。本文設計的氣采摘機械手具有相對較小的體積，且其的結(jié)構(gòu)形式也相對較為簡單，具有相對較好的的經(jīng)濟性，在生產(chǎn)實際中具有較好的適用性。  參考文獻 [1]孫恒,葛文杰等.機械原理(第八版) [M]北京:高等教育出版版,2013. [2] 李益民. 機械制造工藝設計簡明手冊[M]北京:機械工業(yè)出版 社,2

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58、 Fortis, Monica Carminati. The Automatic Packaging Machinery Sector in Italy and Germany[M]Springer International Publishing,2015. [21]孫波.機械專業(yè)畢業(yè)設計寶典[M]西安電子科技大學出版社.2008 1～103 致 謝 2020年注定是不平凡的一年新冠肺炎的快速蔓延，給我們這屆畢業(yè)生也增添了不一樣的色彩，本來就緊張的畢業(yè)課程設計，因為疫情

59、影響，時間更是寶貴，初期我甚至迷茫和懷疑，我是否能夠順利完成設計，但是在老師的尊尊教誨和同學之間的互幫互助，互相鼓勵下，我順利完成課程設計，看著成型的三維模型，成就感和滿足感油然而生。 本設計是在指導老師的悉心指導下完成的，從最初的選定設計題目直到現(xiàn)在設計的完成，花費了老師很多時間和精力，在此，謹向指導老師表達我最衷心的感謝并致以崇高的敬意，感謝您在百忙之中對我畢業(yè)設計的悉心指導。在這里我還要感謝機電學院，這四年對我的培養(yǎng)和教導，不僅僅教會我理論知識，還教會一些社會實踐，讓我這個初入社會的小青年，不再迷茫和擔憂。當然，還要感謝我的小伙伴們，我可愛可親的同學們，不是在你們的幫助和鼓勵下，我不能

60、這么順利完成大學學業(yè)和畢業(yè)設計，和你們在一起的時光，我將永遠珍惜，這注定是人生最好的時光，不舍得說分開，但是時間如白駒過隙，轉(zhuǎn)眼就畢業(yè)了，愿再見時，你們都會變成更好的自己。 最后我要感謝我的父母，是你們默默支持，我才能走到今天，也是你們無微不至的照顧，我才能不斷前行，如今我即將步入社會，我一定會照顧好，會繼續(xù)奮斗，爭取早日回報父母，回報社會。 大學學習生涯即將結(jié)束，感謝學校為我們提供優(yōu)越的學習場所，感謝各位老師的諄諄教導，感謝各位同學的關(guān)心與幫助。老師們辛勤工作的精神值得我學習，各位老師對待工作認真負責，一絲不茍，是我今后工作和學習的榜樣，我將秉承校志，不斷進取，為我國機械行業(yè)的發(fā)展貢獻力量。 天下沒有不散的宴席，轉(zhuǎn)眼四年的大學生活即將結(jié)束，再多的不舍，難說的再見，也要道一聲珍重，我會珍惜大學的時光，也會帶著這份甜蜜繼續(xù)努力奮斗，做一名新時代有理想、有擔當?shù)男虑嗄辍?