【正文】 作為一種果實采摘機器人，為完成采摘任務(wù)，操作機械手必須有足夠的自由度，能夠靈活的移動到指定的目標位置來抓取目標物，為此自由度數(shù)至少在5以上，該機器人的機械手部分具有6個自由度。缺點在于：這種方法不如機械制動器工作可靠，斷電的時候?qū)⑹ブ苿幼饔?。另外，由于各方面限制，不方便在原有機構(gòu)上添加機械制動器，所以只能通過軟件來實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的電氣制動。但對于直流電機、同步電機和感應(yīng)電機等各種不同類型的電機，必須分別采用適當?shù)闹苿与娐?。電氣制動? 電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。因此這種制動器被稱為無勵磁動作型電磁制動器。 在機器人的驅(qū)動系統(tǒng)中常使用伺服電動機，伺服電機本身的特性決定了電磁制動器是不可缺少的部件。機械制動器： 機械制動器有螺旋式自動加載制動器、盤式制動器、閘瓦式制動器和電磁制動器等幾種。在機器人機構(gòu)中，學(xué)要使用制動器的情況如下：1)特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施。減速器機構(gòu)主要為齒輪減速機構(gòu)和諧波減速器機構(gòu)。6)由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。 4)傳動效率高、壽命長。2)傳動比大 單級諧波齒輪傳動的傳動比，可達 i=70～500。當波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復(fù)始地進行，從而實現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。當波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。、。三個構(gòu)件中可以任意固定一個，其余兩個一個固定，一個從動，可以實現(xiàn)減速或增速（固定傳動比），也可以換成兩個輸入、一個輸出，組成差動傳動。齒輪帶的傳動比計算公式為 ()齒輪帶的平均速度為 () 諧波齒輪輪傳動：諧波傳動包括三個基本構(gòu)件：柔輪、剛輪和波發(fā)生器。齒形帶傳動是同步帶的一種，用來傳遞平行軸間的運動或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動。本文所選用的電機都采用了電機和齒輪輪系一體化的設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強的帶負載能力，但是不能通過電機直接驅(qū)動各個連桿的運動。蝸桿傳動的主要缺點是:齒面摩擦力大，發(fā)熱量高，傳動效率低。蝸桿傳動：蝸桿傳動是一種空間齒輪傳動，能實現(xiàn)交錯角為90度的兩軸間動力和運動傳遞。一級圓柱齒輪傳動在正常潤滑條件下效率可達到99%以上，在大功率傳動中，高傳動效率是十分重要的:傳動比恒定，齒輪傳動具有不變的瞬時傳動比，因此齒輪傳動可用于圓周速度為200m/s以上的高速傳動；結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣使用條件下，齒輪傳動所需要空間尺寸比帶傳動和鏈傳動小得多；工作可靠、壽命長，齒輪傳動在正確安裝，良好潤滑和正常維護條件下，具有其他機械傳動無法比擬的高可靠性和壽命。鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其他不宜采用齒輪傳動的場合。與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因為鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造安裝精度要求較低，成本也低；在遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便的多。鏈輪上制造有特殊齒型的齒，依靠鏈輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。現(xiàn)在一些新型帶傳動形式，如高速帶傳動、同步帶傳動、多楔帶傳動己經(jīng)克服了以上大部分的缺點。當主動輪回轉(zhuǎn)時，依帶與帶輪接觸面間的摩擦力拖動從動輪一起回轉(zhuǎn)，從而傳遞一定的運動和動力?？紤]機械手結(jié)構(gòu)的實際情況，帶傳動、鏈動、齒輪傳動和蝸桿傳動是其可能的傳動方式，在這里將對以上四種傳動方式進行比較。傳動通常分為兩類:第一類是機械能不發(fā)生改變的傳動—機械傳動；另一類是機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑螂娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的傳動—電傳動。另外，步進電機可以不必經(jīng)過反饋便可以穩(wěn)定調(diào)速，因此，本次設(shè)計的腰部轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、大臂擺動、小臂擺動均采用步進電機；腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動和擺動采用直流異步電機。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小伺服電動機易于標準化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環(huán)境的防爆性能較差對環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染排氣時有噪聲無在工業(yè)機器人中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如AC伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜機器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點，通常對機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：1)驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；2)反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進行頻繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換；3)驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；4)安全可靠；5)操作和維護方便；6)對環(huán)境無污染，噪聲要小；7)經(jīng)濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。 很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。 較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度比較這些驅(qū)動方式的特點，從中選出適合移動機械手的驅(qū)動方式。所以，本文采用的機器人的結(jié)構(gòu)形式為關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)的機器人在相同體積條件下比非關(guān)節(jié)型機器人具有大得多的相對空間和絕對空間。4)關(guān)節(jié)型（又稱回轉(zhuǎn)坐標型）機器人的空間結(jié)構(gòu)由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由立柱和大小臂組成，立柱與大臂間形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰擺動，小臂作俯仰擺動。3)球坐標型（又稱極坐標型）機器人的空間結(jié)構(gòu)是由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線移動所組成，即一個回轉(zhuǎn)，一個俯仰和一個伸縮運動組成，其工作空間圖形為一個球形，它可以作上下俯仰運動并能夠抓取地面上或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間范圍大的特點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2)圓柱坐標型機器人的空間運動是一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的。但機體所占空間體積大、靈活性較差。為實現(xiàn)以上要求，可以有不同的運動組合，本課題的運動可以從以下四種方案中進行選擇： 1)直角坐標型機器人的空間結(jié)構(gòu)是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的。下面分別對機器人的驅(qū)動方式、傳動方式以及機器人的各零部件材料作一一分析。工作機是機器的執(zhí)行機構(gòu)，用來實現(xiàn)機器的動力和運動功能，如機器人的末端執(zhí)行器就是工作機。 任何一種機器都是由動力源、傳動裝置和執(zhí)行機構(gòu)組成。為了滿足采摘高度等的要求該機器人具有6個自由度，即腰關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動、大臂的擺動、小臂的擺動、腕部的轉(zhuǎn)動、腕部的俯仰、末端執(zhí)行器的剪切運動。 本次設(shè)計的機械手主要是用于采摘作業(yè)。設(shè)計時要合理選擇材料和毛坯的形式、設(shè)計簡單合理的零件結(jié)構(gòu)、合理規(guī)定零件的加工的公差等級以及認真考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。這些條件就是判斷零件工作能力的準則。要求在預(yù)定的工作期限內(nèi)正常可靠地工作，從而保證機器的各種功能的正常實現(xiàn)。2)對零件設(shè)計的基本要求：機械零件是組成機器的基本單元，對機器的設(shè)計要求最終是通過對零件的設(shè)計實現(xiàn)的。在設(shè)計機器時要全面綜合的考慮。其次，對機器的經(jīng)濟性也有一定的要求。1)對機械手整機設(shè)計的基本要求：實現(xiàn)預(yù)定的使用功能是機械設(shè)計的最基本要求，好的使用性能指標是設(shè)計的主要目標。第2章 機械手設(shè)計方案 機械手設(shè)計的總體要求機械手設(shè)計的總體要求。處于這種目的，所以設(shè)計這樣相對實用的機械手。機械手也是最近流行的一種機械設(shè)備，它在中國的發(fā)展也是很快的，現(xiàn)在在各個行業(yè)都有機械手的應(yīng)用。設(shè)計完成的機器手包括腰部回轉(zhuǎn)、大臂擺動、小臂擺動、腕部擺動和回轉(zhuǎn)以及末端執(zhí)行器的剪切運動，從而達到采摘的功能要求。針對五自由度機器手的結(jié)構(gòu)要求進行設(shè)計。516432 1基座 2腰部 3大臂 4小臂 5手腕 6手指 由于本次設(shè)計的為小漿果采摘機器手。 就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢： 1)提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人； 2)開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合； 3)研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。