【文章內(nèi)容簡介】 器人 日本京都大學(xué)開發(fā)了一臺西瓜收獲機器人。大多數(shù)的機器人采用電氣驅(qū)動，但這種機器人是采用油 壓驅(qū)動。機械手有五個自由，除一個關(guān)節(jié)外都采用油缸控制。雖然精度較差，但省掉了減速機，降低了成本，這對于農(nóng)業(yè)使用是有利的。另外它的果實檢測是根據(jù)西瓜掛果的日期（開花日期）的不同，樹立直徑為 40mm 的不同顏色的標(biāo)識球，這樣就可以根據(jù)標(biāo)識球的顏色和位置正確判斷西瓜的位置和成熟度。為了便于判斷，標(biāo)識球的顏色有一定的限制 農(nóng)業(yè)機器人的特點 （ 1）農(nóng)業(yè)機器人作業(yè)對象的嬌嫩性 （ 2）農(nóng)業(yè)機器人的作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性 （ 3）農(nóng)業(yè)機器人作業(yè)動作的復(fù)雜性 （ 4）農(nóng)業(yè)機器人的使用者 （ 5）農(nóng)業(yè)機器人的價格特性 國外 發(fā)展概況 從機器人的另外一個角度看，世界上第個個關(guān)于機器人的法律也產(chǎn)生了：據(jù)生活科學(xué)網(wǎng)站 5月 26日報道，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省現(xiàn)在正在商討制定一部機器人法律，這套規(guī)定將成為世界上第一部機器人法律，它至少要求機器人不能傷害人類。 還有如 Honda發(fā)布的新一代 ASIMO可以在辦公室等現(xiàn)實環(huán)境中作業(yè)，具有很高的運動能力。和以往相比， ASIMO可以和人手拉手走路等，強化了與人配合的行動能力，而且增加了利用手推車搬運物品的功能。此外，新開發(fā)出的對這些功能進(jìn)行統(tǒng)一控制的綜合控制系統(tǒng)，使 ASIMO可以自行從事接待、向?qū)?、遞送等服 務(wù)。 機器人是一種能適應(yīng)各種工作環(huán)境的機械與電子等結(jié)合的產(chǎn)物，它不僅具有人類所不能完成的動作及各種以人們思維運行的狀態(tài)，而具還可以根據(jù)人們的意愿進(jìn)行合理的智能化設(shè)計，這樣一來，也就出現(xiàn)了智能機器人，他們可以學(xué)習(xí)人類的動作及語言，而且工作者們也給它們加上了傳感神經(jīng)系統(tǒng)。如現(xiàn)在機器人不僅可視、可聽、能說、會學(xué)、而且還會有感覺等。在工業(yè)中，機器人用來代替人工作業(yè)，如在核工業(yè)中，機器人進(jìn)入反應(yīng)堆進(jìn)行人們難以進(jìn)行的動作操作，通過科學(xué)工作者的不斷努力，將有更多更智能的機器人面世。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 設(shè)計思路 設(shè)計題目 第六屆浙江省大學(xué)生機械設(shè)計 競賽主題： 設(shè)計并制作“凌空采果”機器人（以下簡稱機器人），提交機械設(shè)計資料，參加理論設(shè)計答辨，參加實物競賽，能夠完成一組競賽規(guī)定的采摘動作。 設(shè)計目標(biāo)與要求 1． 機器人在收縮狀態(tài)時，長 +寬 +高≤ 1000mm；展開狀態(tài)時尺寸不限。 2． 機器人重量不限，但應(yīng)盡可能輕。 3． 機器人造價不限，但應(yīng)盡可能低。 4． 機器人操控可采用線控或遙控方式；不建議機器人采用自動控制或智能控制 。 5． 機器人行進(jìn)方式不限。 6． 機器人驅(qū)動可采用各種形式的原動機，但不允許使用人力直接驅(qū) 動；若使用電動機驅(qū)動，其電源應(yīng)為安全電源。（注：動力設(shè)備自備，比賽現(xiàn)場僅提供 220V 交流電源）。 圖 比賽場地 示意 圖 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 設(shè)計方案 按照我們開始的構(gòu)思，打算采用傳統(tǒng)的抓手設(shè)計 —— 由電機驅(qū)動“抓手”的“手指”抓住果實，然后將果實摘下。這樣的采摘過程完全模仿人的采摘行為，具有很高的可行性。但是，機器人的控制并不能像人那樣隨心所欲，因此， 從效率和可靠度上來考慮，這樣的才采摘動作可能不那么讓人滿意。 因此，我們在抓取動作上稍做改進(jìn)。將抓手設(shè)計為一個空心長方體，像一個籠子，我們稱之為籠形抓手。 如圖 ，比賽場地中果實的安放位置可以分為兩類，樹枝的上方和樹枝的下方?？紤]到摘取上下兩類果實的方便，我們將籠子的上下兩面各開一個 Φ 60mm 的圓孔 ，側(cè)面則安裝電機 A 驅(qū)動滑條來回滑動，控制“手“的開合。 兩個 滑條一端 分別 固定在上下表面 上，另一端用螺絲固定在滑塊上?；瑝K的中心位置有一個螺紋孔，螺紋孔與螺桿配合， 螺桿與電機相連， 由 側(cè)面的 A 電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，從而帶動滑條來回移動 來控制抓手的開合 。 為了迅速而精確地控制抓手的位置，我們在手臂處設(shè)計安裝了電機 B 和電機 C， B 電機控制抓手在水平面 360176。 的運動， C 電機控制抓手 在豎直方向的運動，由于電機的轉(zhuǎn)速比較快，我們的傳動系選擇蝸輪蝸桿傳動，這樣的傳動平穩(wěn)，而且傳動比大，能將輸出轉(zhuǎn)速大大降低。 我們在籠形抓手的一面開一個 45mm X 45mm 的口子，連接一個塑料彈簧圈。彈簧圈下端連著臨時存儲機構(gòu)。我們的“果實”采摘下來以后直接通過這一通道運送到下端，方便且迅速。 下面我們簡單描述一下我們摘取果實的整一套動作。 第一步， 由上升機構(gòu)迅速將抓手上升到樹枝的附近 （位置不需要非常精確）；第二步， 通過手臂上的電機 B 和電機 C 精確調(diào)整抓手位置 ，通過粗條和微調(diào)這兩個過程我們已經(jīng)將“果實”很可靠地 “握”在手中；第三步，啟動電機 A 驅(qū)動滑條，將手縮緊滑條相當(dāng)于一個模擬刀片，將“果實”切下，這樣的動作不會對果實造成大的損傷，有利于果實的后期保養(yǎng)和銷售；第四步， “果實”通過輸送通道送至臨時存儲機構(gòu)，方便進(jìn)行下一個摘取動作。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 三 章 機械手設(shè)計 抓手尺寸設(shè)計計算 由于比賽規(guī)則的限制，我們的機器人必須設(shè)計地緊湊實用。因此，尺寸設(shè)計是非常重要的一步。 比賽時果實的規(guī)格為 40mm? ，我們抓手的上下孔洞必須略大于這個尺寸，為了減少操作的難度，我們把孔洞的尺寸定為 60mm? 。 基于上述考慮，我們把機械手的尺寸暫時定為 8 0 8 0 6 0m m m m m m??，后來的實踐證明，我們的尺寸是符合緊湊實用這一標(biāo)準(zhǔn)的。 手臂的長度不宜過長，不然 當(dāng)機器人伸出手時會引起重心不穩(wěn)，產(chǎn)生搖晃。因此我們暫時將手臂設(shè)計為 250mm。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 31 圖 31 機器人手臂示意圖 傳動系的設(shè)計計算及校核 傳動系的設(shè)計計算 為了便于控制，我們需要比較大的傳動 比。為此，我們決定選擇采用蝸輪蝸桿傳動。除了擁有較大的傳動比以外，蝸輪蝸桿傳動還有一個好處，有自鎖的功能。這在實際作業(yè)中也是非常必要的。 蝸桿傳動設(shè)計： 由于我們的傳動對承載能力沒有很高要求，僅僅要求尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，查 簡明 機械設(shè)計手冊 （朱龍根主編） 表 1123，蝸輪材料選擇 10 3 2ZCuAl Fe Mn(鋁青銅 )，蝸桿材料選擇 45 鋼。選擇模數(shù) m=1mm，頭數(shù) 1z =1，傳動比 20i? ，蝸輪變位 因數(shù) 2 0x? ， ?? 31039。4739。39。 ，選擇ZA 型齒。因此， 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 齒形角 176。20x?? 。 蝸輪齒數(shù) 21z 20 1 20iz? ? ? ? 蝸桿軸向齒距 3 .1 4 1 3 .1 4xpm?? ? ? ?mm 蝸桿分度圓直徑 1 18d mm? 蝸桿齒頂圓直徑 1 1 1 12 2 2 0aaad d h d h m m m??? ? ? ? ? 蝸桿齒根圓直徑 1 1 1 12 2 ( ) 1 5 . 6f f ad d h d m h c m m? ? ?? ? ? ? ? ? 蝸桿齒頂高 11 1aah h m mm??? 頂隙 c m???（一般取 c? =） 蝸桿齒根高1 1 111( ) ( ) ( 1 8 1 5 . 6 ) 1 . 222f a fh h c m d d m m m m??? ? ? ? ? ? ? 蝸桿齒高 1 1 1 (1 1 . 2 ) 2 . 2afh h h m m m m? ? ? ? ? 蝸 桿 齒 寬 1 2 2 ta n 7 .3r r t xF F F N?? ? ?，查表 1129 ，12( 11 0. 06 ) ( 11 0. 06 10 ) 1 11 .6b z m m m m m? ? ? ? ? ? ?，因此，取 1 20b mm? 蝸輪分度圓直徑 22 1 20 20d m z m m m m? ? ? ? 中心距 1211( 2 ) ( 1 8 2 0 ) 1 922a d d x m m m m m? ? ? ? ? ? 蝸輪齒頂高 2 2 2 2( ) / 2 ( ) 1a a ah d d m h x m m?? ? ? ? ? 蝸輪喉圓直徑 2 2 22 2 2aad d h m m? ? ? 蝸輪齒根圓高2 2 2 21 ( ) ( ) 1 . 22f f ah d d m h x c m m??? ? ? ? ? ? 蝸輪齒根圓直徑 2 2 22 1 7 .6ffd d h m m? ? ? 蝸輪齒高 2 2 2 2 .2afh h h m m? ? ? 蝸輪頂圓直徑 22 2 24ead d m m m? ? ?，那么我們的頂圓直徑就取 2 24ed mm? 蝸輪齒寬 210. 75 0. 75 20 15abd? ? ? ?，那么我們?nèi)∥佪嘄X寬 2 10b mm? 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 蝸輪弧頂圓半徑 12 82aadR h m m m?? ? ? 蝸輪弧根圓半徑 12 1 0 .22af dR c m m m?? ? ? 蝸桿軸向齒厚1 1 1 .5 72xxs p m m?? 蝸桿法向齒厚 11 c os c osnxss ??? ? ? 蝸輪分度圓齒厚 22( 2 t a n )xs x m??? ? ? 蝸桿齒厚法向弦齒高 1 1nh m mm?? 蝸桿節(jié)圓直徑 39。1 1 22 1 8d d x m m m? ? ? 蝸輪節(jié)圓直徑 39。2220d d mm?? 傳動系的 強度校核 圓柱蝸桿傳動承載能力校核計算包括三部分：接觸強度校核計算，彎 曲強度校核計算，蝸桿軸撓度計算。 其中接觸強度校核采用式 22129400H E A V H PTz K K Kdd ????? （ 31） 彎曲強度校核計算采用式 212666 AVF F S F PT K K K YYd d m ? ????? （ 32） 蝸桿軸撓度的校核計算采用式 2211 348trpFFy L yEI??? （ 33） 其中 1d —— 蝸桿分度圓直徑（ mm）； 2 d —— 蝸輪分度圓直徑 (mm)； E—— 蝸桿材料彈性模量，可取 E= 10 Mpa? ； 1rF 、 1tF 蝸桿徑向力和分度圓切向力（Ｎ）；Ｉ —— 蝸桿中部界面的慣性矩， 441 / 64( )fI d m m?? ； AK —— 使用因數(shù)； VK —— 動載因數(shù)，蝸輪 圓周速度 2 3/v m s? 時取 VK ＝ ~ ， 2 3/v m s? 時取 VK =~； K? —— 載荷分布因數(shù)，載荷