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1、菠萝采摘机器人结构设计摘 要菠萝采摘机器执行器是采摘机器的重要部件，它的设计通常被认为是机器人的核心技术。本次设计首先，调查了采摘机及其末端执行器的研究及发展现况；接着，通过现有菠萝采摘机末端执行器及人工采摘菠萝时原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；其次，对各主要机构及其零件进行设计与选择；然后，通过静力学分析进行了校核。 通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD软件，对今后的工作与生活具有极大意义。关键词：菠萝采摘，执行器，手指，设计全套图纸加扣 33463894
2、11或3012250582AbstractPineapple picking machine actuator is an important part of the picking machine，its design is usually considered as the core technology of the robot.This design first investigates the research and development status of the picking machine and its end-effector; then，through the an
3、alysis of the existing pineapple picking machine end-effector and the principle of artificial picking pineapple，the overall structure scheme is put forward based on the analysis; secondly， the main mechanisms and their parts are designed and selected; and then，through static analysis，the checking is
4、 carried out.Through this design，we have consolidated our professional knowledge，such as mechanical principle，mechanical design，material mechanics，tolerance and interchangeability theory，mechanical drawing，etc. We have mastered the design method of ordinary mechanical products and can skillfully use
5、 AutoCAD software，which is of great significance to our future work and life.Key words: Pineapple picking，Actuator，Finger，Design目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论41.1课题研究背景及意义41.2 国内外采摘机器发展现况41.3 采摘机器末端执行器研究现状5第二章 总体方案确定72.1设计要求72.2总体方案设计72.2.1车体方案设计72.2.2手臂方案设计72.2.3手爪方案设计7第三章 车体部分设计93.1驱动机构的设计93.1运动分析93.1.1跨越
6、坑洼93.1.2 跨越沟槽103.3.3 斜坡运动分析113.2主电机的选择123.3机械手臂部分设计143.3.1电机的选择143.3.2大、小臂设计16第四章 手爪部件的设计与选择184.1驱动机构的设计184.1.1驱动方案的选择184.1.2电动机的选择184.1.3丝杆螺母副的选型与校核204.1.4轴承的选择与校核234.1.5键的选择与校核234.2手指结构设计244.2.1手指数量244.2.2手指关节数量244.2.3手指的材料244.3机架的设计24第五章 力学分析与校核265.1手指的工作原理265.2抓取时的静态力学模型265.3运动学分析285.4夹持误差计算29总
7、结32参考文献33致 谢33第一章 绪论1.1课题研究背景及意义菠萝是中国的主要水果。2010年，菠萝总产量占三大水果水果（菠萝、橘子、梨）的32.73%。此外，我国菠萝种植面积2848亩，产量26万吨，占世界菠萝种植面积的35%，产量是世界上最大规模的菠萝采摘机器人采摘工艺。在很大程度上可以大大提高采果效率，节约成本，但采果过程中的机械损伤是一种侵入性病原微生物。造成误差的主要原因是运行负荷的碰伤和破损，使变质腐烂的水果每年损失高达10亿元人民币30.40%。水果的直接接触臂部分，因此研制一种易损坏的水果小机械手尤为重要。“拣货机的末端执行器是安装在移动装置或拣货机臂上的装置，用于拣货，并具
8、有处理、传送、夹紧、放置和释放物体到精确的离散位置的功能。”这是对末端执行器的定义。摘穗机抓取操作方式是工业生产中的一个重要应用。机器是一种综合性强的自动化设备。设备的执行机构直接导致大多数任务。完成任务后，进行结构尺寸设计，以及各种结构。通常，根据机械夹持器的使用和结构变化，有三种类型的吸附出口和专用工具。在大多数情况下，执行器是为特定目的而设计的，或者它可以是一个大型的、多功能的执行器。现有末端执行器机构的性能来源于国情，但有些技术还不成熟。因此，如何在现有条件下满足不同的功能要求和执行机构的性能，以及如何开发一种结构简单、成本低、可靠性高、选料机尾是我们最重要的任务。1.2 国内外采摘机
9、器发展现况果蔬采摘机器人的研究始于20世纪60年代，在美国，主要应用于气动机械清洗方法和非定常方式。其缺点是水果易碎、低效，而且没有很大的局限性，特别是选择性收获、采摘柔软、新鲜的水果和蔬菜。但从那时起，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人、更为成熟的技术和计算机图像处理技术以及人工智能技术的发展，采摘机器人的研究得到了迅速发展。目前，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙等国家已成功推出果蔬采摘机器人研究相关方面的主要橙子、菠萝、西红柿、黄瓜、西红柿、芦笋、花椰菜、葡萄、瓜类、草莓、菊花、蘑菇等，但这些机器人的研究还不够全面。E利益并不是真正的商业运作。机器人。农业
10、机器人的研究起步较晚，但近几年来，随着研究的快速发展，已经有了大量的研究。张建峰，董健，张志勇，自适应控制算法设计，如用于采摘机器人鲁棒跟踪设计的立体视觉传感器；中国农业大学，刘兆祥，刘刚，发现了蔡建荣江苏大学菠萝三维信息，如恢复障碍，研究与开发。n柑橘采摘机器人障碍识别技术；南京农业大学和政府接管。果蔬外环控制技术的研究。在我国，菠萝不是人工采集的，效率低，劳动密集，环境恶劣。目前，菠萝收割机也报道较少，国内一些收割机专利，如螺母拔钩，这些专利可以在一定程度上减少收割机工作人员的劳动强度，改变选择；但是，基本上结构简单，因此没有选择从根本上解决。困难重重，效率低下。从菠萝收割机设计的实际目标
11、出发，结合工作环境的特点，深入分析了未使用软件设计菠萝收割机的表演者、Pro/E收割机的三维设计、虚拟装配设计菠萝收割机的端部与采集。它基本上解决了选择余地大、劳动效率低的问题，具有一定的发展前景。1.3 采摘机器末端执行器研究现状果蔬采摘机器人末端执行器是果蔬采摘机器人的重要组成部分，其设计是果蔬采摘机器人的核心技术之一。一般来说，水果和蔬菜看起来很脆弱，它们的形状和生长通常很复杂。水果采集和分离是实现机器人末端的两个关键动作。首先，通过捕捉、吸入、安装等。该方法取得了一定的效果，并对果实和花梗的分离等不同方法进行了折叠和剪切。从已发表的文献来看，它主要分为两类水果，不夹持和相似。传统的水果
12、和花梗分离方法是用剪刀或刀进行收缩、粉碎和切割，并开发出一种新的热切割方法。（1）直接切断式这样的末端执行器通常是直接切割的。例如，日本的发展，辣椒和番茄采摘机器人的端到端的执行者收获了美国的柑橘。表演者的结构如图1-1和1-2所示。图1-1 甜椒采摘末端执行器 图1-2 番茄采摘末端执行器这类末端执行器的结构更简单，植物冠层、叶片和果实，具有一定的抗冲击的水果和蔬菜。（2）吸入式这种无夹持端部执行器主要通过真空系统的内端吸入表演者的果实，然后将其切开并折叠，如分离果实和花梗。比利时在无菠萝机器人的末端开发了一个漏斗，如图1-3所示。漏斗放置间漏斗的设计将再次打开真空吸杆，在夹持范围内吃水果时
13、，以旋转折叠的方式采摘水果。图1-3 菠萝采摘末端执行器吸入端执行器的工作原理硬件设计简单。类似的水果是柔软的，纤细的，温和的。与其他水果相比，吸入草莓可以安装更多。夹具上的末端执行器是可行的。但这种个体差异对果实大小的适应性差，运动缓慢，稳定性差。（3）夹紧类这类末端执行器，他的持有人通常由真空吸和数目不等的手指。根据夹持器可分为两个手指的数量和大量的指型。中国农业大学张凯良等人设计的原理，草莓产量，他们的机器，如图1-4所示。，此端的表演者在爪的夹紧机构的主要机及其附属部件。1.手指 2.内螺纹管 3.丝杠 4.电机图1-4 机械爪机构示意图第二章 总体方案确定2.1设计要求本课题所设计的
14、菠萝采摘机应该具有制造成本低、控制简单、机械结构简单、通用性好等特点，同时整机设计，要遵循以下的设计原则：（1）执行器有三到四个手指，每个手指有三节（2）夹持菠萝直径15-25cm2.2总体方案设计2.2.1车体方案设计本设计的移动机械手本体结构采用履带支腿复合结构。总体设计方案如图2-1所示。作为一种移动机构，机器人的运动轨迹与前臂和后臂的旋转相协调，提高了机器人运动的灵活性。机器人的后轮由伺服电机驱动。通过控制系统的协调配合，实现了后轮的柔性转动，对机器人爬坡越障起到了更大的作用。机器人的左右轨迹由永磁直流电机驱动。前后桥的速度和力矩可由协调控制系统控制。可实现360度原地转向，前进时可实
15、现自由转向，可随时调整爬升力矩。车体主轨道前端为惯性轴，与主动轴配合，保证机器人的平稳运动。图2-1 移动机械手车体结构组成2.2.2手臂方案设计本设计的要求是：机械臂能上下转动，机械爪能夹紧，采用关节结构。因此，选择的设计方案如下：机械臂上下移动由两个驱动关节旋转的电机驱动，机械臂的整个旋转由底部旋转电机实现；机械臂爪有两个自由度，分别是爪的旋转。爪形夹持；爪形旋转由电机驱动。2.2.3手爪方案设计根据菠萝的选择，提出了具体的要求。菠萝的结构如图2-2所示。从手指和手掌的驱动、框架等。手用三个手指，三个手指的圆周对称，每侧一个手指。每根手指有6个关节。在牵引电机的控制下，通过螺钉的手指，将三根杆的底部连接起来，并夹紧不同形状的物体。图2-3是菠萝收割机末端执行器的二维模型。图2-2 机械手机构图工作原理：将机械手送至水果附近的传感器检测机械手、机械手的相对位置和菠萝水果的中心位置、机械手的控制信号、单片机触发的步进电机的位置传感器，并开始向前旋转，使机械手开始收紧水果，水果手指的压力传感器增加。实时性能大，确定是否有压力勘探
