【正文】 3 /6 0 2 0 6 0n r a d s r a d si?? ??? ? ?? 實(shí)踐證明，這樣的速度選擇是可行的。同時，由于機(jī)械手在是水平位置的運(yùn)動范圍較豎直方向大 A 電機(jī)的設(shè)計轉(zhuǎn)速要比 B 電機(jī)稍大。在這三個電機(jī)的控制下，我們的機(jī)械手就可以觸及樹上任何一個部位，將果實(shí)采下。 接觸強(qiáng)度校核： 查表 1132， MPa? 蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩初步估計 2 N m?? 使用因數(shù)查表 1131 得 1AK? 動載因數(shù) ? 載荷分布因數(shù) 1K?? 1218 , 20d mm d mm?? HP? 查表 1127 得 250MPa 因此根據(jù)式 （ 31）29 4 0 0 0 . 51 5 6 1 1 . 0 5 1 1 2 91 8 2 0H H PM P a M P a???? ? ? ? ??，接觸強(qiáng)度符合要求 彎曲強(qiáng)度校核： 蝸輪輪齒的復(fù)合齒形因數(shù) FSY ： 322/ cosvzz ?? =, FSY = 導(dǎo)程角影響因數(shù) 1 / 1 2 0 0 .9 7Y? ?? ? ? 查表 1126 得， 100FP MPa? ? 根據(jù)式 （ 32） 6 6 6 0 . 5 1 1 . 0 5 1 5 . 6 0 . 9 7 5 . 2 51 8 2 0 1F F PM P a??? ? ? ?? ? ? ???，因此 彎曲強(qiáng)度也符合要求 蝸桿軸撓度校核： 1rF 蝸桿徑向力： 1 2 2 ta n 18 .2r r t xF F F N?? ? ? 估算 1tF 分度圓切向力： 11 12020 TFNd?? 彈性模量 E= 10 Mpa? 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 蝸桿中部截面慣性矩 4 4 41 / 6 4 2 .9 1 0fI d m m?? ? ? 初步估計 L=40mm 因此根據(jù)式 （ 33） ， 22 361541 8 . 2 2 . 8 4 0 4 . 0 9 1 0 (0 . 0 0 1 ~ 0 . 0 0 2 5 )4 8 2 . 0 7 1 0 2 . 9 1 0 py y d??? ? ? ? ?? ? ? ? 蝸桿軸撓度校核符合要求 綜上所述，我們所設(shè)計的傳動系能夠滿足工作的要求（注意：以上設(shè)計均參考簡明機(jī)械設(shè)計手冊，朱龍根主編）。 其中接觸強(qiáng)度校核采用式 22129400H E A V H PTz K K Kdd ????? （ 31） 彎曲強(qiáng)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)，載荷平穩(wěn)時取 K? =，載荷變化時取 K? =~； L—— 蝸桿兩端軸承的跨距（ mm）； m—— 模數(shù)； 2T —— 蝸輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（ Nm? ）； FSY —— 蝸輪輪齒的復(fù)合齒形因數(shù)，按浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 322/ cosvzz ?? 及 2x 查圖 97； Y? —— 導(dǎo)程角影響因數(shù)， Y? =1 /120? ； py —— 蝸桿許用撓度， py =(~) 1d (mm)。1 1 22 1 8d d x m m m? ? ? 蝸輪節(jié)圓直徑 39。20x?? 。 ，選擇ZA 型齒。4739。 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(jī)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。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。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖 31 圖 31 機(jī)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。 手臂的長度不宜過長，不然 當(dāng)機(jī)器人伸出手時會引起重心不穩(wěn)，產(chǎn)生搖晃。 比賽時果實(shí)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? 。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 三 章 機(jī)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(jī)器人必須設(shè)計地緊湊實(shí)用。 下面我們簡單描述一下我們摘取果實(shí)的整一套動作。彈簧圈下端連著臨時存儲機(jī)構(gòu)。 的運(yùn)動， C 電機(jī)控制抓手 在豎直方向的運(yùn)動，由于電機(jī)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?；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(jī)相連， 由 側(cè)面的 A 電機(jī)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 。考慮到摘取上下兩類果實(shí)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(jī) A 驅(qū)動滑條來回滑動，控制“手“的開合。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。但是，機(jī)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。 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(jī)驅(qū)動“抓手”的“手指”抓住果實(shí)，然后將果實(shí)摘下。 6． 機(jī)器人驅(qū)動可采用各種形式的原動機(jī)，但不允許使用人力直接驅(qū) 動；若使用電動機(jī)驅(qū)動，其電源應(yīng)為安全電源。 4． 機(jī)器人操控可采用線控或遙控方式；不建議機(jī)器人采用自動控制或智能控制 。 2． 機(jī)器人重量不限，但應(yīng)盡可能輕。 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(jī)械設(shè)計 競賽主題： 設(shè)計并制作“凌空采果”機(jī)器人（以下簡稱機(jī)器人），提交機(jī)械設(shè)計資料，參加理論設(shè)計答辨，參加實(shí)物競賽，能夠完成一組競賽規(guī)定的采摘動作。如現(xiàn)在機(jī)器人不僅可視、可聽、能說、會學(xué)、而且還會有感覺等。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)。 還有如 Honda發(fā)布的新一代 ASIMO可以在辦公室等現(xiàn)實(shí)環(huán)境中作業(yè)，具有很高的運(yùn)動能力。另外它的果實(shí)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。機(jī)械手有五個自由，除一個關(guān)節(jié)外都采用油缸控制。 7）西瓜收獲機(jī)器人 日本京都大學(xué)開發(fā)了一臺西瓜收獲機(jī)器人。為了防止損傷蘑菇，機(jī)械手的執(zhí)行部有襯墊，吸附后用捻的動作完成。該機(jī)器人大大節(jié)省了勞動力，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了效率，當(dāng)然它的不足之處是視覺系統(tǒng)的搜索時間較長，對菜球本身的緊度也有一定的要求，另外，它目前的成本也比較高。型下指、中指和上指，以及薄型切割刀等組成。 5）結(jié)球菜收獲機(jī)器人 結(jié)球菜收獲機(jī)器人主要是為選擇、收獲已成熟的菜球而研制的智能機(jī)器人。它的工作效率很高。 3）柑桔采摘機(jī)器人 西班牙科技人員發(fā)明的這種機(jī)器人由一臺 裝有計算機(jī)的拖拉機(jī)、一套光學(xué)視覺系統(tǒng)和一個機(jī)械手組成。黃瓜和果梗的連接與番茄不同，采用擰摘方法較難，而是用剪斷方法，先把黃瓜抓住，用接近覺傳感器找出柄，然后剪斷，采摘速度為 16 個／ s，由于黃瓜是長條形，受到葉莖的影響更大，所以采摘的成功率較低，大約在 60％左右。為了降低西紅柿的收獲成本，目前已研制了用于收獲櫻桃西紅柿的機(jī)器人，它采用雙 目立體成像技術(shù)來確定果實(shí)的位置，成功率約為 70%。 機(jī)器人在農(nóng)業(yè)采摘上的應(yīng)用 1）西紅柿采摘機(jī)器人 西紅柿每棵可長 4~6 個果實(shí)，而每個果實(shí)并不是同時成熟的。由于市場競爭的加劇，都20 世紀(jì) 90 年代，一些企 業(yè)認(rèn)識到機(jī)器人等自動化設(shè)備的重要性，推進(jìn)了機(jī)器人走向產(chǎn)業(yè)化。 1986 年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計劃， 1987 年，我國的“ 863”高技術(shù)計劃將機(jī)器人的研究開發(fā)列入其中，進(jìn)行了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、幾類工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及應(yīng)用工程的開發(fā)研究。我國從 1974 年開始研制工業(yè)機(jī)器人，數(shù)十家研究單位和院校分別開發(fā)了固定程序、組合式、浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 液壓伺服型通用機(jī)器人，并開始了結(jié)構(gòu)學(xué)、計算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究。目前世界上的機(jī)器人無論從技術(shù)水平上，還是從已裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢都集中在以日美為代表的少數(shù)幾個發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家。 80 年代進(jìn)入普及時代。經(jīng)過 20 世紀(jì) 70 年代的飛速發(fā)展，日本很快超過美國 成為當(dāng)今世界第一的“機(jī)器人王國”。日本政府在政策上和經(jīng)濟(jì)加以扶植。 1967 年，日本東京機(jī)械貿(mào)易公司首次引進(jìn) Versatran 機(jī)器人； 1968 年，川崎重工業(yè)公司引進(jìn) Unimate機(jī)器人，并增加了視覺功能，使之成為具有就智能的機(jī)器人。直到 20 世紀(jì) 70 年代，這種狀況才得以改善。 從誕生以后，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，機(jī)器人主要停留在 大學(xué)和研究所的實(shí)驗(yàn)室里。雖然它是一臺試驗(yàn)的樣機(jī)，然而它體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用的機(jī)器人的主要特征。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。除了工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了長足的進(jìn)展。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)器人 農(nóng)業(yè)機(jī)械 機(jī)械手 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） iv The Design of “Kuaike” Robot’s Manipulator Student: Mao Yongbo Advisor: Dr. Ruiming Wu School of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and Technology Abstract .Robots are mechanical devices work automatically. With the advancement o