毕业设计苹果采摘机械手的设计

毕业设计（论文）论文题目苹果采摘机械手的设计学生姓名学号所在院系专业班级机械设计制造及其自动化导师姓名职称完成日期摘要我国果蔬的主要采摘方式是人力手工，浪费了大量的劳动力和时间，研发适合现代农业生产的果蔬采摘机械手显得很必要。本文主要进行苹果采摘机械手的设计，介绍了国内外各类农业机器人的研究现状，设定设计参数选择了机械手的结构、驱动方式，对机械手的各部分传动结构进行设计，主要设计计算了各个关节的电机、轴，选择了谐波减速器，对基座设计了二级齿轮减速器，最后用UG绘制总体装配图和主要零件图。该机械手具有良好工作空间和较高的通用性，在提高采摘效率与质量的同时，实现苹果的商业化采摘。本次设计苹果采摘机械手大臂重大臂长度为0.8m，小臂的长度为0.7m。腕部俯仰速度180°/s，大臂俯仰速度120°/s，小臂俯仰速度180°/s，腰部回转速度200°/s。本体质量定为130kg，大臂质量20kg，小臂质量13kg，腕负载质量5kg。关键字：采摘机械手；谐波减速器；关节设计；三维建模ApplepickingmanipulatordesignABSTRACTOurcountryfruitandvegetableisthemainwayofpickingthehumanhand,wasteagreatdealofLabourandtime,todevelopmodernagricultureproductionoffruitandvegetablepickingmanipulatorappearsverynecessary.Mainlyforthedesignofapplepickingmanipulator,thispaperintroducestheresearchstatusofallkindsofagriculturalrobotsathomeandabroad,setdesignparameterselectionofthemanipulatorstructure,drivingmode,thedesignofeachpartofthetransmissionstructureofthemanipulator,themaindesignandcalculationofeachjointmotor,shaft,chosetheharmonicreducer,thebasedesignofthesecondarygearreducer,thegeneralassemblydrawingandmainpartswithUGfinallydrawn.Thismanipulatorhasgoodworkingspaceandhighergenerality,inatthesametime,toimprovethequalityofpickingefficiencyandrealizethecommercializationofapplepickingThedesignoftheapplepickingmanipulatorarmofimportantarmlengthis0.8m,thelengthoftheforearmis0.7m.Wristhoistingspeed,thebigarmpitchingspeed,lowerpitchrate,thewaistturningspeed.Ontologyqualityat130kg,thebigarmquality20kg,lowerqualityof13kg,wristloadquality5kg.Keywords:Pickingmanipulator；Harmonicreducer；Jointdesign；3dmodeling目录1绪论.....................................................11.1研究的目的与意义........................................11.2国内外的研究现状........................................11.2.1国外的研究现状........................................11.2.2国内的研究现状........................................21.3苹果采摘机械手的设计内容................................22机械手设计的总体方案....................................32.1苹果采摘机械手设计的总体要求............................32.2机械手结构方案的确定....................................32.2.1机械手结构的选择......................................32.3机械手驱动方案的确定....................................42.3.1机械手驱动方式的选择..................................42.3.2机械手驱动电机的选择..................................42.3.3机械手最终方案的确定..................................52.4基本参数的确定..........................................53机械手各部分设计........................................63.1机械手手腕的设计........................................63.1.1机械手腕部的设计要求..................................63.1.2腕部各部件的设计......................................63.2小臂的设计..............................................73.2.1小臂的设计要求........................................73.2.2各部件的设计..........................................73.3大臂的设计...............................................73.3.1大臂的设计要求.........................................83.3.2各部分的设计..........................................83.4基座的设计..............................................83.4.1基座的设计要求........................................83.4.2电机的设计............................................93.4.3齿轮的设计与校核......................................93.4.3.1齿轮的设计..........................................93.4.3.2齿轮的校核.........................................133.4.4轴的设计与校核.......................................144机械手末端执行器的设计.................................164.1夹持机构方案的选择.....................................164.1.1末端执行器的设计要求.................................164.1.2夹持器方案的确定.....................................164.2末端夹持器参数的确定...................................175机械手整体装配图.....................................186总结................................................18参考文献................................................19致谢...................................................20附录....................................错误!未定义书签。１绪论1.1研究的目的与意义水果已经成为人类餐桌上必不可少的食物，随着人们生活水平的提高，水果在人类食物中所占比例越来越高，更多的人参与到种植水果的行业当中，其种植面积与产量也再逐年增加。我国是世界上水果产量最多的国家之一，从1993年开始我国水果的产量和种植面积已经超过印度、美国成为世界第一，在我国苹果的种植有着悠久的历史，是最具有优势的水果之一。我国在世界苹果生产中占据举足轻重的的地位。我国苹果的种植面积可达220多万公顷，占全世界面积的45%以上[1]。果蔬采摘是农业生产中最能损耗劳动力与时间的环节，但是采摘形式还是传统意义上的人力手工方式，其消耗大量的成本与劳动力，随着工业化水平的提高及工业化迅速的发展，大量的劳动力加入到工厂之中，人口老龄化的加剧已经使得我国从事农业生产的劳动力大量减少。随着科学技术的发展，尤其是计算机互联网技术的快速发展及智能机器人的出现已使人类的生活发生了翻天覆地的变化，智能机器人已在许多领域得到了应用。工业化机器人的大量运用加速了我国工业化的进程，工业机器人主要从事搬运、装配、焊接等工作，工业化机器人更能在恶劣的环境当中快速高效的完成工作，不仅减轻了人们的劳动强度，也能完成一些恶劣环境下的工作保障了人类的生命安全[2]。但是智能机器人在农业化的运用却很少。在21世纪互联网自动化时代，农业机器人的研究不仅能让人类摆脱复杂单一的农业作业，还符合时代的发展要求。21世纪的农业是自动化、机械化的农业，农业劳动力应更少，机械运用比例应更高。果蔬采摘机器人是专门针对水果与蔬菜采摘设计的，可以减少劳动力的使用，减轻劳动强度，提高劳动生产效率，提高采摘果蔬的质量，减少投入的成本，保证果蔬按时采收，提高产品的竞争力和农业机械化水平。现在市场上苹果的主要形式是鲜果与加工制品，新鲜苹果在市场上需求量很高，为保证苹果的质量，适时采摘已是重中之重。我国苹果主要是中小户种植的，采摘方式属于传统的手工采摘[3]。苹果采摘具有时限性、季节性，果实采摘工作量大、工作繁琐，人工采摘工作效率低，在苹果成熟时节不可能都完全采摘到和保证苹果的质量从而造成一定程度的浪费，因此，需要提高采摘效率，减小工作量，缩短采摘时间，然而我国农业机械化、自动化水平低不能满足果蔬采摘自动化的迫切需求。因此，研究开发苹果采摘机械手就将有十分广阔的市场应用前景。1.2国内外的研究现状1.2.1国外的研究现状农业机器人在国外最先出现。果蔬机器人于1968年在美国开始进行研究。当时采摘的方式是机械振动摇式和气动振摇式[4]。在美国每年丰收的苹果价值至少是40亿，Abundantde初创公司开发的机器人可以像人类一样精准地发现成熟的苹果，并将其轻轻拉下，放入大箱子中[5]。美国一家农业机械公司研制出了一款施肥机器人。它可以根据不同类型土壤，制定不同的施肥量。这样减少了肥料的浪费。德国研制出了除草机器人，该机器人运动速度极快，准确清除杂草。它每分钟可以除掉120根杂草。其速度远大于人工与药物除草，见图1-1[6