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论文写作模式-苹果采摘机械手的设计
时间:2021-04-27 12:00:47

  苹果是我国北方占据重要地位的生产作物之一。苹果采摘作为苹果生产中耗时最长且最为重要过程,苹果采摘机械手的研究不仅可以提高果实采摘过程的效率,还能减少人力的消耗。

  本次设计从提高效率和结构简单两方面入手,研究并设计出一种工作效率较高,操作方式便捷的苹果采摘机械手。主要研究了苹果采摘机械手各个部分的传动方式、驱动结构、以及零件结构的设计,并应用UG、NX绘制出各个零部件以及总体装配图。本次设计采用了关节型机械手,完成了对腰部、大小臂、腕部及夹指部分。对苹果采摘机械手的抓取手指进行了具体的设计,该机械手拥有良好的运动特性能够完成苹果采摘机械手所需要的工作条件。

  苹果作为我国北方一种重要的水果产品,在苹果成熟时期,苹果的采摘是一项重要的操作过程。以往的苹果采摘过程中往往耗费大量的人力物力,而且果园中道路狭窄行走不便,有些果实处于较高位置采摘过程困难且危险。因此设计一种苹果采摘机械,可以更好地协助果农完成苹果的采摘,减少苹果采摘人力消耗,降低采摘过程花费的时间,提高苹果采摘效率。

  随着工业化的快速发展,越来越多从事农业劳动的人口向工业移动,加之人口老龄化愈演愈烈,从事农业劳动的人口越来越少,因此机械化农业生产非常重要。随着人口的增长和人们对生活品质要求的提高,苹果的质量不仅仅局限于人工采摘,更需要高质量、高效率的机械化采摘。而以往传统的采摘过程中果实的损伤和人力的消耗,对果农造成不同程度上的损失。而苹果采摘机械手可以提高采摘效率,大幅度减少果农生产过程中所消耗的时间。

  1.2国内外研究现状

  美国是第一个将机械手运用到果实采摘中的国家。为了加强机械化农业Schertz和Brown运用机械手来辅助完成果实采摘过程[1],这是人类第一次将机械手和采摘果实联系起来。

  机械手在日本的发展,日本由于人口老龄化的影响,从而加强农业自动化。日本松下电器公司设计的西红柿自动采摘机[2]。识别果实的过程强调用2台相机分别进行影像识别,一部相机从远距离识别果实位置,另一部判断果实的成熟程度,为减少因为刀片采摘而需要人员分离,机械手臂直接到果实处,不用刀具而将果实摘下,直接滑倒机械手下方的篮子处。

  在西班牙,研究人员利用人机相互协作的原理,运用光学识别系统,超声波定位,机械手臂以及计算机及其他设备,设计了柑橘采摘机械手,通关判断果实的大小、颜色和形状来判断果实是否成熟[3]。从而对果实进行较为准确的定位和识别。相比人工采摘,机械手的采摘效率高于人工五倍多,极大地提高了采摘过程的工作效率。

  苹果采摘机械手在国内的发展还比较薄弱,但是我国多所高校对苹果采摘机械手都有研究,西农大学起先进行了对采摘机械手的研究,但研究部分主要在臂部的控制系统。东北农林大学对采摘机器人的机械臂的避障系统进行了研究,浙江大学也对采摘机器人进行了研究,研究主要集中在对机械臂的运动学分析。

  江苏大学赵德安团队研制出的苹果采摘机械手主要由移动载体和机械手组成,行走机构应用了履带,行走机构加上了PC机来进行主要的控制,其次还有电源箱,以及采集辅助装置等整体构成了采摘机械手。其机械臂的结构为PRRRP结构,为方便获得果树进行立体的识别信息,及在错综复杂的林园工作环境下可以对果实进行精确的定位,并计算出更加便捷的路径,机械手应用多种传感器进行识别定位。其中视觉传感器的主要作用是为了实现计算机械手与采摘对象之间的相对距离,以及从形状和尺寸判断采摘对象是否可摘;位置传感器采用红外线对射开关组成,这样才能实现旋转关节旋转的角度和直行关节的伸缩距离精确定位到果实处;触碰传感器和和压力传感器由力敏电阻组成,触碰传感器是为了能过够更好的躲避障碍物,压力传感器是为了能够判断机械手是否准确接触苹果,而减少采摘过程中对果实的损伤[4]。

  高建忠等研究人员设计的苹果采摘机械手,该机械手结构较为简单。对苹果的采摘成功率高达九成,但工作效率较低[5]。

  1.3主要研究的内容

  提出一种新型结构的苹果采摘机械手,旨在为采摘类机械手增添一种结构类型,为现代农业发展做出一份自己的贡献。本课题重点研究的问题是,如何设计苹果采摘机械手能够实现对果实的精确高效摘取,能够在不损伤果实的情况下对果实进行柔性抓取,并提高采摘过程的效率。研究内容有以下几个部分:

  1.剪切式末端执行器减少果实损伤,提高果实采摘效率。

  2.传动部分简单合理,使机械手能够安全可靠的运行。

  3.关节型机械手,提高果实的采摘精度和采摘效率。

  4.电动机驱动方式,使工作过程更加的稳定高效。

  1.4本章小结

  本章对机械手的发展情况,以及本课题要设计的机械手的总体方案进行了分析,明确了课题目标,以及苹果采摘机械手的设计意义。

  第2章苹果采摘机械手的总体设计

  本章主要对机械手的基本原理做出简述,并且对机械手常用的结构、传动和驱动方式做出分析和选择。本次设计主要研究方向在于苹果采摘机械手的结构组成部分,对机械手结构部分进行合理的选材完成苹果采摘机械手能够高效的完成采摘工作,较少的涉及对采摘机械手的定位识别和行走机构的设计。

  2.1苹果采摘机械手总体方案的设计

  2.1.1苹果采摘机械手的工作过程

  机械手工作流程:在通过位置传感器的配合下对果实进行精确的定位后,在速度传感器的控制下腰部完成合理的转动并规划好合理的路线,大小臂系统通过摆动最大限度地拉进和果实的距离,腕部通过上下摆动完成最终定位并抓取果实,通过腕部的转动带动末端执行器完成扭动,通过扭动摘取果实。之后将果实放到指定位置,完成采摘过程。机械手具体装配如图2-1.

  图2-1机械手整体结构

  2.1.2苹果采摘机械手的总体方案

  本次设计的苹果采摘机械手的组成部分包括:苹果采摘机械手的腰关节、大臂及大臂的传动部分、小臂及小臂的传动部分以及机械手腕部的转动及腕部的俯仰和末端剪切装置如图2-2。

  底座腰大臂小臂腕夹指

  2-2机械手基本原理图

  机械手的自由度的选择是根据苹果果实的生长情况和采摘环境所确定的,一般为六个自由度,本次设计准备用6个自由度的机械手,机械手腰部能够完成回转,大臂和小臂可以完成上下运动来提升采摘高度,腕部关节完成转动和高低摆动共两个自由度,末端执行器在机械手定位后对苹果进行剪切式采摘。

  工作原理:苹果采摘机械手的主要工作部分在末端执行器,末端执行器主要由驱动、传感器、夹持装置以及自由切割的剪切装置。工作过程在夹持装置夹住果实后,压力传感器根据苹果的大小决定夹持苹果的压力,从而对苹果进行无伤抓取,最后切割装置完成切割过程。

  苹果采摘机械手的组成部分需要,提供机械手运动所需能量的动力源,传递能量的传动机构以及机械手传动装置和执行机构进行,及最终完成采摘的末端执行器。

  2.2机械手结构、驱动方式及传动装置的确定

  2.2.1苹果采摘机械手结构的确定

  现如今机械手结构的设计,大多都是参照工业机械手,所以根据以往机械手的设计,能够满足六个自由度并且能够完成规定的动作,根据苹果采摘过程的实际情况,机械手的结构从以下四种常用的方案[6]中选择:

  (1)直角坐标型机械手

  直角坐标型机械手可以通过伸缩来提升抓取空间,但仅局限于左右以及上下移动。其有着很高的定位精度,且快速高效可与数控机械配合使用。但是其空间体积大、作业范围较小,一般适用于装箱类,多工序的工作。该机械手原理如图2-2所示。

  图2-3直角坐标型机械手

  (2)圆柱坐标型机械手

  圆柱坐标型机械手的手臂是以x轴围绕z轴的回转,和y轴围绕z轴的水平移动组成的,这种机器人虽然作业范围较大,但是稳定性差,精度不高,采摘高度较差,常用于货物的搬用,以及较低水果的采摘。机械手原理如图2-3所示。

  图2-4圆柱坐标型机械手

  (3)球坐标型机械手

  球坐标型机械手又称为极坐标机械手,该机械手是由两个转动以及一个直线移动所组成,该机械手运动空间像一个球型,且其可以通过伸缩抓取地面上的物体,其工作空间较大但是,工作灵活性差,难以躲避障碍物,自由度较少。工作范围局限,一般用于货物的搬运。机械手原理如图2-4所示。

  图2-5球坐标型机械手

  (4)关节型机械手

  关节型机械手基座能够完成转动、大小臂可以完成起伏摆动,与上述非关节型机械手相比,关节型机械手拥有较多的自由度,灵活性高,工作空间大,大小臂的相互配合可以使机械手抓取靠近机体和更高的果实。拥有着灵活的避障系统。机械手原理如图2-5所示。

  图2-6关节型机械手

  由于苹果的采摘过程对机械手的精度、抓取的质量要求不是非常高,而且果园环境较为复杂需要机械手可在狭窄空间完成采摘,躲避树枝和其他物体的干扰,因此选用关节型机械手作为机械手的手臂。

  2.2.2苹果采摘机械手驱动方案的确定

  在苹果采摘过程中,驱动方式选择的合不合适影响着果实采摘效率高低。这就要求过程要求选择驱动方式时考虑系统质量、输出功率、灵活性以及偏差等因素。接下来对液压,气压,电机这三驱动方式[7]进行分析,选择出较为合适的方式:

  (1)气压驱动

  气压驱动输出功率大、气体压缩性大、结构紧凑、气动元件的结构简单,可实现直接驱动并维修方便成本较低,但是气压驱动在工作时有很大噪声,且在工作时难以控制,并不能做到高效率高精度的控制其在工作时的运动轨迹。气压驱动不能进行远距离的能量输送,一般适用于中小型机械负载体的驱动。

  (2)液压驱动

  液压系统与同体积的气压系统相比输出功率更大,且有着较高的控制准确度,工作过程稳定,能够完成直接驱动。但是该系统对密封性有着较高的要求,且液压元件成本较高,液压系统容易发生漏油,对温度也有一定的要求。液压驱动不适合高速的移动运转,工作时效率较慢,一般适用于重载低速的负载。

  (3)电机驱动

  电机驱动的功率大,并且可以减小中间机械传动带来的误差,且灵敏度高能够实现高速度、高精度的作业环境,运动速度范围宽。结构性能好易于操作,噪音小、结构简单维护成本低。但自身无法直接启动,需要配置减速装置。适用于对位置精度和轨迹精度以及速度有着较高要求的中小型机械。

  综上所述三种驱动方式的不同优缺点,并结合苹果采摘机械手在果园中工作的环境和实际情况,考虑到气压驱动的控制精度低,且能量输送距离有限。而液压驱动的速度较慢,不能够进行快速高效的采摘工作。电机驱动可以对位置和轨迹进行精确的判断,且运动范围宽,在高速度高精度的作业环境中有着更大的优势,因此本次设计选用电动机驱动作为苹果采摘机械手的驱动方式。

  2.2.3苹果采摘机械手传动方式的确定

  机械传动装置是为了将动力所提供的运动方式,应用传动装置将动力改为更加高效能够达到目的的运动方式,并且可以将动力合理的更改速度和方向,它的主要作用有:传递动力,调节速度,更替方向,改变运动形式。通常苹果采摘机械手普遍的传动方式有三种[8],下文对这三种传动方式一一做出分析。

  (1)齿轮传动

  齿轮传动是指通过齿轮副来传递动力,在现代的机械设备中应用最为广泛。

  优点:传递非常稳定,传递效率高且速度可达200m/s[14]

  缺点:需要的精度过于高,要求安装必须精确,传递的距离不宜过远。

  (2)带传动

  带传动是指主轴上固定的带轮和从动轴上固定的带轮相互传动组成的。

  优点:传递平滑,无较大波动,结构较为简单容易维修

  缺点:超过负载可能会打滑,轴承受的校核较大。

  (3)蜗杆传动

  蜗杆传动一般是指在立体空间相互交错的两个转动轴之间完成传递运动的一种机构。

  优点:噪音较小,可以进行自锁

  缺点:效率底下且发热量大。

  本次设计采用了电机和齿轮一体化动力传动[9],该结构有较强的负载能力,但是电机通过齿轮直接驱动连杆会对连杆造成一定程度的损伤,因此应用齿形带传动,齿形带的运动速度平稳,且传动比很精确,空间紧凑,能够应用于速度较高的场所。具体应用在腰关节,肩关节,肘关节。

  2.3本章小结

  本章完成了对苹果采摘机械手的结构、驱动方式及传动方式做出了分析,并选择了合适苹果采摘机械手工作方式的条件。

  第3章苹果采摘机械手传动方式的设计及电机的选择

  机械手能否完成采摘工作的重要环节在于对结构部分的合理设计和选材,以及对机械手的负载进行准确计算并选择合适电机。因此机械手的结构布置规划是非常重要的。

  3.1机械手腰关节的设计

  机械手腰关节既承载了整个机械手全部重量,又是整个机械手完成回转的第一步,机械手腰部完成回转加大了采摘的空间,优化了果实采摘过程中的目标局限性,腰部的回转是通过单独的步进电机进行驱动的,腰部具体的结构如图3-1所示。

  图3-1机械手腰部设计

  机械手腰部想要完成回转需要单独电机控制下,与滚动轴承连接通过减速器的减速作用,进行缓慢转动从而使腰部完成回转。查阅相关资料了解到,可应用谐波减速器作为本设计的减速器,该减速器因传动比大、平稳精确。一般用于机械手等高精度的机械。

  谐波减速器的工作原理:该减速器由滚动轴承、刚轮、轮臂较薄的柔轮以及尺寸大于柔轮直径的杆状物件所组成。工作过程是在杆状部件(波发生器)发生转动后滚轮轴承对柔轮发生挤压促使柔轮发生形变。直径较长一端与刚轮啮合,较短段与刚轮分离。在柔轮不断发生形变的同时,也不停的与刚轮发生啮合,分离,再啮合的过程,从而促使刚轮作着相对反向的运动,达到减速效果,谐波减速器的原理图如下3-2。

  图3-2谐波减速器原理

  3.1.1腰关节减速器的选择

  机械手腰部负载转矩:

  (3-1)

  腰部负载转动惯量:

  (3-2)

  预设腰部从到消耗,角加速度为:

  (3-3)

  则负载加速转矩;

  (3-4)

  总负载转矩:

  (3-5)

  选用减速器,输出转矩380,传动比。

  3.1.2腰关节传动系统的选择

  腰关节完成回转需要发动机和齿形带的配合,且齿形带可将要关节的回转运动变为直线方向上的平行移动。齿形带在工作的同时也带动同步带,共同协作完成腰关节的转动。腰关节传动的总传动比为,其中减速器传动比选择型号为42BYG102的步进电机[10]为腰部的驱动电机。电机的额定转矩:;

  步距角:0.9°;电机重量:0.2kg,齿轮传递效率:,v带传递效率:.

  苹果采摘机械手的受力情况如图3-3所示

  图3-3机械手的受力分布图

  腰关节的负载惯量包括大臂、小臂、手腕及末端执行器的夹持重量的转动惯量。

  腰关节外部的负载惯量:

  (3-6)

  将数据代入得:

  大臂关节的转动惯量:

  谐波减速器的转动惯量:

  腰关节电机的负载转动惯量:

  电机从初始状态0加速到达3000消耗时间0.3s,角加速度为:

  (3-7)

  电动机的转动惯量:

  负载折算到电机上的转矩:

  (3-8)

  电机的负载转矩<电机的额定转矩

  由上述计算可知该电机符合腰关节驱动。

  3.2机械手大小臂关节的设计

  机械手臂部是实现苹果采摘较为重要的一步,机械手臂部不仅要有足够的承重,而且要有足够的速度。因此对臂部材料的选择和电机的设计很重要。本次设计臂部需要完成的基本的伸缩,左右回转以及俯仰动作,如图3-4和3-5所示。

  图3-4机械手大臂

  图3-5机械手小臂

  3.2.1大臂传动部分的计算

  机械手大臂完成传动的过程依靠电动机带动同步带后,经过同步带对齿轮进行传动。

  预设物体的重心到回转中心的最大回转半径,末端执行器的最大回转半径,物体最大回转半径.

  结合实际情况估算腕部摆动部分质量,末端夹指质量,所夹重物质量.

  大臂摆动时电机的负载转动惯量:

  (3-9)

  (3-10)

  (3-11)

  若大臂摆动角速度从到耗时

  大臂俯仰角的加速度为:

  (3-12)

  大臂的负载惯性距:

  所选圆锥齿轮的传动比为,安全系数为,传递效率为,则大臂选择的步进电机输出转矩为:

  (3-13)

  选择型号为的三相混合电动机,保持转矩为,质量为

  3.2.2小臂传动部分的计算

  根据已知条件:小臂关节的质量,腕部及末端质量,小臂和腕部力矩,可得。

  电机轴上的负载转矩:

  (3-14)

  代入数据得

  小臂、腕部及夹指和夹持重物的转动惯量:

  (3-15)

  该电机的转动惯量:

  在电机轴上的加速转矩:

  (3-16)

  电机从加速到消耗的,则角加速度:

  (3-17)

  电机上的总负载转矩:

  电机上的总负载转矩6.656<所选电机的额定转矩7.5

  所以选择型号为的步进电机为机械手小臂的驱动电机。电机的额定转矩为:;步距角:;电机重:。

  3.3机械手腕部关节的设计

  机械手腕部需要满足转动和俯仰动作,转动可以完成末端的苹果采摘工作,俯仰可以在臂部确定位置后,合理的调试俯仰高度能够更加加大机械手的采摘空间。机械手腕部的电机位于臂部顶端内部轴腕夹角成90°,利用直齿圆锥齿轮既可以改变电机的传动方向也可以达到减速效果,腕部结构如图3-4所示。

  图3-6机械手腕部

  3.3.1机械手腕部传动的设计

  机械手腕部传动方式是,腕部的电机通过联轴器带动腕部谐波减速器完成传递完成对机械手腕部传动的实现。

  3.3.2手腕转动关节减速器的计算

  机械手腕部负载静转矩为:

  (3-18)

  机械手腕部的负载转动惯量:

  (3-19)

  假设腕部关节从0°加速到90°所需要时间为0.5s,则腕部关节的角加速度:

  (3-20)

  则该过程的负载加速度:

  (3-21)

  机械手腕部关节减速器的总负载转矩:

  因此选择谐波减速器为机械手手腕的减速器,减速器型号:,额定转矩:,额定功率·:,传动比:。

  3.3.3机械手腕部转动电机的确定

  初步确定机械手腕部转动电机是型号为70SYX-180的直流伺服电机,额定转速为3000,额定转矩,机械手腕部总传动比,该转动比为谐波减速器传动比设重物最大回转半径为160。

  腕部电机负载静转矩:

  (3-22)

  电机轴上的转动惯量:

  (3-23)

  设腕部电机从0加速到3000所消耗时间为0.3s,则电机加速过程的加速度为:

  (3-24)

  则腕部负载加速转矩为:

  (3-25)

  腕部的总负载转矩为:

  电机上的总负载转矩小于电机的额定转矩,则所选电机符合要求。

  3.3.4手腕关节摆动减速器的计算

  机械手腕部负载静转矩为:

  (3-26)

  机械手腕部的负载转动惯量:

  (3-27)

  假设腕部关节从0°加速到90°所需要时间为0.5s,则腕部关节的角加速度:

  (3-28)

  则该过程的负载加速度:

  (3-29)

  机械手腕部关节减速器的总负载转矩:

  因此选择谐波减速器为机械手手腕的减速器,减速器型号:,额定转矩:,额定功率:,传动比:。

  3.3.5机械手手腕关节摆动的计算

  机械手手腕的摆动过程是减速器在电机的驱动下,通过直齿圆锥齿轮带动腕部完成摆动动作。总传动比为,其中减速器传动比,直齿圆锥齿轮传动比

  机械手腕部对应到电机的负载静转矩:

  (3-30)

  机械手腕部的负载转动惯量:

  (3-31)

  当电机从0加速到达所用时间为时,该过程的角加速度为:

  (3-32)

  该过程折算到电机上的加速转矩为:

  (3-33)

  电机的总负载转矩为:

  因此机械手腕部摆动过程选择直流伺服电机,电机型号:;额定转矩:;额定转速:.

  3.3.6机械手手腕关节齿轮的设计

  机械手腕部关节传动齿轮为直齿圆锥齿轮设计如图3-7,圆锥齿轮既起到换向的作用,也可以降低转速,传递转矩。

  图3-7直齿锥齿轮

  (1)数据分析

  主轮转速:

  齿数比:

  主轮转矩:

  (2)直齿圆锥齿轮材料的选择

  直齿圆锥主齿轮选用材料:号钢;调质处理;齿面硬度:。从动轮材料与主动轮相似。大小动轮均为软齿,选择大齿轮齿面硬度:,小齿轮:。

  (3)齿轮的参数和主要尺寸

  齿轮等级运用级精度,根据闭式齿轮传动,取小齿轮齿数:大齿轮齿数:。

  由《机械设计》中由表可知,:,:,=1.9。由《机械设计》中由表12.10,得则:

  (3-34)

  (3-35)

  当量齿数:

  (3-36)

  (3-37)

  (3-38)

  齿间载荷分配系数:

  (3-39)

  则载荷系数:

  弹性系数:;节点区域系数:;齿轮接触疲劳极限应力:,;

  查阅相关资料,接触最小安全系数:;

  根据《机械设计》接触寿命系数:取

  许用接触应力:

  (3-40)

  小齿轮大端分度圆直径:取

  (3-41)

  直径

  ⑶验算圆周速度及

  平均分度圆直径:由《机械设计》中表12.19得:

  (3-42)

  《机械设计》中由公式12.37得

  (3-43)

  (3-44)

  (3-45)

  计算结果与原估计相符。

  ⑷确定传动主要尺寸

  大端模数:

  (3-46)

  取。

  实际大端分度圆直径:

  锥距:

  (3-47)

  齿宽:取

  (5)验算齿轮弯曲强度条件

  齿形系数:;应力修正系数:

  重合度系数:

  (3-48)

  齿间载荷分配系数:

  (3-49)

  载荷系数:

  (3-50)

  根据《机械设计》得:弯曲疲劳极限:

  弯曲最小安全系数::;弯曲寿命系数:

  尺寸系数:,许用弯曲应力:

  (3-51)

  齿轮弯曲强度的校核:

  (3-52)

  (3-53)

  。

  校核结果表明该设计符合强度要求。

  (6)直尺锥齿轮的其他尺寸

  分锥角:

  平均分度圆直径:

  平均模数:

  齿顶高:

  齿根高:

  齿高:

  大端顶圆直径:

  齿顶角:

  齿根角:

  顶锥角:

  根锥角:

  3.4本章小结

  本章完成了对苹果采摘机械手腰部、大臂、小臂、腕部的传动进行了设计,完成了机械手电机的计算和校核,对机械手结构中的谐波减速器进行了计算,也对腕部传动齿轮进行了计算和校核。

  第4章机械手末端执行器的设计

  机械手的末端执行器的设计较为重要能够对果实进行无伤抓取,取决于末端执行器的合理设计,本章将简述末端执行器的原理和工作过程。

  4.1机械手末端执行器的设计要求

  (1)驱动方式。机械手末端执行器的驱动需要满足合理的张合力,控制机械手采摘过程中对果实的加紧程度,既不能因为抓取力太大而对苹果造成损伤,也不能因为抓取力太小不能使苹果固定牢靠。

  (2)机械手手部的夹指。夹指需要满足采摘过程的自由张合,也要有足够的刚度和强度,选用较轻的材质减少手臂的负载。

  (3)开闭范围。在采摘过程中手指的张开闭合大小需要满足,在定位果实后能够在不磕碰的情况下完成对苹果的夹取,夹取苹果后闭合的大小能够让苹果在采摘过程中不会形成滑动。

  (4)保护材料。为减少采摘过程对苹果的损伤,因此对手指用柔软材料进行包裹,既减少苹果在夹紧过程中被挤伤,也能够在移动时能够更好的固定果实。

  4.2末端执行器的结构设计

  苹果采摘机械手的末端执行器完成对苹果的剪切,剪切过程是机械手的夹指部分抓住苹果后,在腕部的电机通过减速器的作用,带动转盘完成转动,在机械手完成一系列圆周运动后,苹果的果梗处因扭曲而分离,因此完成对苹果的剪切过程。与果实接触部分是类似于手指的传动机构,本次设计采用二抓手指,通过对手指的张开和闭合完成对苹果的摘和放,具体机械手手指结构如图4-1。

  图4-1夹指结构图

  苹果采摘机械手的机制部分为曲柄滑块机构,及为曲柄带动连杆连杆带动滑块发生运动,组成简单的曲柄滑块机构,之后滑块带动连杆和支架形成滑块摇杆机构,完成运动。机械手末端执行器如图3-5所示。

  图3-5机械手末端执行器

  4.2本章小结

  本章完成了对机械手末端执行器的设计,合理的设计了机械手夹指的结构和夹指的运动过程。

  结论

  随着科学的不断发展,农业机械化也在不断地进步,未来的农业将会更加的高效便捷。本次设计的苹果采摘机械手,应用关节型的机械手结构,对苹果采摘机械手的各个关节部分进行了具体的设计和计算,苹果采摘机械手在实现定位后通过各个部位的转动和升降,最后通过末端执行器的夹取和剪切,完成对苹果的采摘。本次设计的苹果采摘机械手主要的优势在机械手的关节部分和末端执行的设计,有着更强的灵活性和精确性。但是由于所学知识有限,没有对机械手的识别和机械手的行走机构进行具体的设计。

  由于本人对专业知识的匮乏,本次设计可能从在不同程度的缺陷,希望老师能够指正,会在今后的工作中加以改进。