畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì)

1、中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計(jì)中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計(jì) 輪式液體肥施肥機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 06-5 班 指導(dǎo)教師： 2006 年 6 月 25 日 摘 要 本文通過對(duì)于國內(nèi)外現(xiàn)有的施肥機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r的調(diào)查，建立了作者 自己在此方向的構(gòu)想。參考現(xiàn)有的機(jī)械的外觀設(shè)計(jì)，考慮到農(nóng)田的復(fù)雜地 形以及野外使用的特殊情況，提出了自己的施肥機(jī)器人方案。此方案采用 液體肥料。由于氨水的低成本，高肥效，其具有較一般肥料更高的性價(jià)比， 所以此設(shè)計(jì)主要用于施用氨水。本設(shè)計(jì)具有以往普通施肥機(jī)不具有的多個(gè) 優(yōu)點(diǎn)，不僅完善了在液體施肥方面的不足，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的高效化、節(jié)約化，

2、 而且省人力，更會(huì)使人么體會(huì)到勞動(dòng)的快樂。 “快樂農(nóng)夫”是作者的設(shè)計(jì)宗 旨。文中還對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的其他種類的施肥機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，以便 讀者可以同時(shí)更廣泛的了解施肥機(jī)器人。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :農(nóng)業(yè)；液體肥料；施肥；輪式；機(jī)器人 abstract in this paper, the author established his own ideas in this direction through the development of the current state of fertilization robot investigations at home and abroad. ref

3、erence to the existing mechanical designs, taking into account the complex terrain of farmland and field use of the special circumstances the author made his fertilization program robots. this program uses liquid fertilizer. as the ammonia is low cost and high fertilizer and the fertilizer has a hig

4、her cost than normal, so this design is mainly used for application of ammonia. the design has many advantages than previous ordinary fertilizer. it not only improved the deficiency in the liquid fertilizer, achieve high efficiency of agriculture, conservation of, and save manpower, and also will ma

5、ke people appreciate the joy of labor. happy farmer is the authors design purpose. the article also introduced other types of fertilizer robot on the domestic and foreign to readers so that they can have a broader understanding of fertilizer robot. keywords: agriculture; liquid fertilizer; fertiliza

6、tion; wheel; robot 目 錄 第第 1 1 章章 前前 言言.1 1 1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述 .1 1.1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義 .1 1.1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) .2 1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r .2 1.2.1 國外 .2 1.2.2 國內(nèi) .4 1.3 現(xiàn)在已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人 .4 1.3.1 農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)采摘與收獲機(jī)器人 .4 1.3.2 嫁接機(jī)器人 .5 1.3.3 移栽機(jī)器人 .5 1.3.4 施肥機(jī)器人 .5 1.3.5 農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)機(jī)器人 .6 1.3.6 擠奶機(jī)器人 .6 1.3.7 其它作業(yè)機(jī)器人.7 1.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái) .8 1.4.1 定位和導(dǎo)

7、航 .8 1.4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) .9 1.5 當(dāng)前存在的問題 .10 1.5.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展局限 .10 1.5.2 理想農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚待解決的關(guān)鍵問題 .11 第第 2 2 章章 輪式液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì)輪式液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì).1313 2.1 施肥機(jī)器人說明與總體圖 .13 第第 3 3 章章 減速箱的設(shè)計(jì)減速箱的設(shè)計(jì).1515 3.1 減速箱總體方案設(shè)計(jì) .15 3.1.1 確定傳動(dòng)方案 .15 3.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 .15 3.1.3 機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比及各級(jí)傳動(dòng)比的分配 .17 3.1.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 .18 3.2 零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .19

8、3.2.1 v 帶的設(shè)計(jì).19 3.2.2 錐齒輪組一設(shè)計(jì) .22 3.2.3 錐齒輪組二設(shè)計(jì) .26 3.2.4 軸的初算 .31 3.2.5 軸承的選用 .32 3.3 減速器有關(guān)零件及整體結(jié)構(gòu)圖 .32 第第 4 4 章章 方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).3434 4.1 渦輪蝸桿控制器 .34 4.2 平行四邊形結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì) .35 4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) .36 致致 謝謝.3939 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).4040 附附 錄錄.4343 附錄 a jd173 的主要技術(shù)規(guī)格與參數(shù).43 附錄 b 輪式液體肥施肥機(jī)器人模型實(shí)物圖 .44 第 1 章 前 言

9、隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已在眾多領(lǐng)域得到了 日益廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的機(jī)械通常存在著這樣或那樣的缺 點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，國內(nèi)外都在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究。智能化和自 動(dòng)化技術(shù)的長足進(jìn)展，如近幾年出現(xiàn)的耕耘機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、農(nóng)藥噴 灑機(jī)器人、瓜果采摘機(jī)器人、溫室管理機(jī)器人等1，都是現(xiàn)代高科技在農(nóng) 業(yè)上綜合運(yùn)用與發(fā)展的結(jié)果。使用農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,解決勞 動(dòng)力的不足改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等對(duì)人體的傷害提高作業(yè) 質(zhì)量。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問世，有望改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)方式，改善農(nóng)民的生活勞 動(dòng)狀態(tài)。 我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷 加

10、速，進(jìn)入21世紀(jì)后，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足的問題將日益凸現(xiàn)2。在日本、美 國等發(fā)達(dá)國家,農(nóng)業(yè)人口少隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化、多樣化、精確化,勞動(dòng) 力不足的矛盾越來越突出,許多作業(yè)項(xiàng)目如蔬菜、水果的挑選與采摘等都是 勞動(dòng)密集型工作,再加上農(nóng)時(shí)季節(jié)要求,勞動(dòng)力短缺的問題越來越突出。 因此，世界各國對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人非常重視，投入了大量的資金和人力進(jìn) 行機(jī)器人的研究開發(fā)。 1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述 1.1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的定義 農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種集傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、 圖像識(shí)別技術(shù)、精密及系統(tǒng)集成技術(shù)等多種前沿科學(xué)技術(shù)于一身的機(jī)器人 3。也是融合檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技

11、 術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)于一體的交叉學(xué)科與綜合。 1.1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn) 農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種以農(nóng)產(chǎn)品為操作對(duì)象、兼有人類部分信息感知和四 肢行動(dòng)功能、可重復(fù)編程的柔性自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備4。它能減輕勞動(dòng) 強(qiáng)度,解決勞動(dòng)力不足,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，防止農(nóng)藥、化肥等對(duì) 人體的傷害。與工業(yè)機(jī)器人相比，農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有以下特點(diǎn)5： （1）作業(yè)對(duì)象的嬌嫩性和不確定性 （2）作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性 （3）作業(yè)動(dòng)作的復(fù)雜性 （4）操作對(duì)象和價(jià)格的特殊性 1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1 國外 （1）日本 日本是研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人最早的國家之一，日本的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展 也最為成熟。早

12、在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，已研制出 多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，如嫁接機(jī)器人、育苗機(jī)器人、農(nóng)藥噴灑機(jī)器人、扦 插機(jī)器人、施肥機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人和葡萄采摘機(jī)器人等理論與應(yīng)用 都居世界前列。 （2）美國 美國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也非常快。由于美國自身科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)， 領(lǐng)土廣闊，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度很高,其行走式農(nóng)業(yè)機(jī)器人理論技術(shù)發(fā)展得非常 成熟6。 （3）西班牙 西班牙發(fā)明的采摘柑橘機(jī)器人由一臺(tái)裝有計(jì)算機(jī)的拖拉機(jī)、一套光學(xué) 視覺系統(tǒng)和一個(gè)機(jī)械手組成，能夠從桔子的顏色、大小和開關(guān)判斷出是否 成熟并決定能不能夠采摘。它每分鐘摘柑桔60個(gè)，是人工采摘的7倍7。另 外，采摘柑桔機(jī)器人能夠依靠裝有視

13、頻箱的機(jī)械手對(duì)當(dāng)即采摘下來的柑桔 按大小進(jìn)行分類。 （4）英國 英國西爾索研究所開發(fā)的采蘑菇機(jī)器人裝有錄像機(jī)、紅外線測(cè)距儀和 視覺分析軟件，能夠首先確定哪些蘑菇可以采摘以及屬于哪種等級(jí)，然后 測(cè)出其高度以便進(jìn)行采摘。它每分鐘能摘蘑菇40個(gè)，比手工快兩倍8。 （5）法國 法國研制的分揀機(jī)器人能在潮濕骯臟的環(huán)境里工作，把大個(gè)番茄和小 粒櫻桃加以區(qū)別，然后分別裝運(yùn)開來。它還可用來分揀不同大小的土豆， 并且不會(huì)碰壞它們。 （6）丹麥 丹麥科學(xué)家研制出一種可用于農(nóng)田除草的機(jī)器人。這不僅可以減少農(nóng) 民的辛苦，而且能夠大幅度減少除草劑的使用。這種機(jī)器人有4只輪子，由 電池驅(qū)動(dòng)。除草機(jī)器人使用1 臺(tái)照相機(jī)來完

14、成地面掃描，它還攜帶著識(shí)別 軟件，使用15 種不同的參數(shù)來描述雜草的大小和對(duì)稱性等外部特征，最終 通過gps（全球定位系統(tǒng)）來給雜草定位9。 1.2.2 國內(nèi) 我國目前已開發(fā)出來的農(nóng)業(yè)機(jī)器人有：耕耘機(jī)器人、除草機(jī)器人、施 肥機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、收割機(jī)器人、采摘機(jī)器人等。 我國已研制成功蔬菜嫁接機(jī)器人并成功進(jìn)行了試驗(yàn)性嫁接生產(chǎn)10。 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的蔬菜機(jī)器人解決了蔬菜幼苗的柔嫩性、易損性和 生長不一致性等難題，可以對(duì)蔬菜的砧木和穗木進(jìn)行自動(dòng)化嫁接，可廣泛 用于黃瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接。目前，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的科技人員對(duì) 機(jī)器人的機(jī)器結(jié)構(gòu)和控制軟件進(jìn)行了改進(jìn)，提高了機(jī)器作業(yè)的可

15、靠性及其 操作的方便性11。蔬菜嫁接機(jī)器人的研制成功，為我國發(fā)展溫室栽培的蔬 菜瓜果嫁接的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化提供了一種先進(jìn)的作業(yè)設(shè)備。我國還成功地 研制出了采摘西紅柿機(jī)器人。它帶有彩色攝像頭，能夠判斷果實(shí)的生熟。 東北林業(yè)大學(xué)研制出林木球果采集機(jī)器人。 1.3 現(xiàn)在已開發(fā)出的農(nóng)業(yè)機(jī)器人 1.3.1 農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)采摘12與收獲機(jī)器人 （1）番茄收獲機(jī)器 日本n.condo等人研制的番茄收獲機(jī)器人，機(jī)器人從識(shí)別到采摘完成的 速度大約15s/個(gè)，成功率75%左右。 （2）林木球果采摘機(jī)器人 中國東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人，這種機(jī)器人 采摘效率是500kg/天，是人的3050倍。而且采摘時(shí)

16、對(duì)母樹的破壞較小， 采凈率高。 （3）茄子采摘機(jī)器人 日本國立蔬菜和茶葉研究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人。 該機(jī)器人系統(tǒng)采摘成功率為62.5，工作速度為64.1s/個(gè)。 1.3.2 嫁接機(jī)器人 嫁接栽培是克服瓜菜連茬病害和低溫障礙的有效途徑，抗病、增產(chǎn)效 果顯著，被廣泛用于黃瓜、西瓜、甜瓜、茄子、西紅柿栽培。嫁接機(jī)器人 可大幅提高嫁接速度，明顯降低勞動(dòng)強(qiáng)度,并提高嫁接成活率。中國農(nóng)業(yè)大 學(xué)率先研制成功自動(dòng)插接法、自動(dòng)旋切貼合法嫁接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蔬菜幼苗 嫁接的精確定位、快速抓取、良好切削。操作者只需把砧木和穗木放到相 應(yīng)供苗臺(tái)上,機(jī)器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合等嫁接過程的自 動(dòng)

17、化作業(yè),嫁接速度600棵/h，成功率95%以上,促進(jìn)了果蔬生產(chǎn)規(guī)?；?、產(chǎn) 業(yè)化13。 1.3.3 移栽機(jī)器人 機(jī)器人可提高移栽操作質(zhì)量和工作效率。臺(tái)灣k.c.ting和y.yang等人 研制的移栽機(jī)器人，把幼苗從600穴的育苗盤中移植到48穴的苗盤中。機(jī)器 人本體部分由4個(gè)自由度執(zhí)行結(jié)構(gòu)和夾持器組成，位于頂部的視覺傳感器確 定苗盤尺寸和苗的位置,力覺傳感器保證夾持器夾住而不損傷蔬菜苗。在苗 盤相鄰的情況下，單個(gè)苗移栽的時(shí)間在2.63.25s之內(nèi)。 1.3.4 施肥機(jī)器人 日本開發(fā)的能在水田中自動(dòng)行走，進(jìn)行深層作業(yè)的水稻施肥機(jī)器人。 其行走部分是能在狹窄的稻秧間行走的窄型橡皮車輪，四個(gè)輪子均可橫

18、向 轉(zhuǎn)動(dòng)90度。施肥裝置是把糊狀肥料經(jīng)過肥料泵加壓、由噴嘴向土中施肥， 噴嘴兩個(gè)一組共有四組，利用噴嘴柄把噴嘴插入土中15cm，進(jìn)行點(diǎn)注深層 施肥。機(jī)器人能沿著水稻壟自動(dòng)行走，能自動(dòng)保持作業(yè)部分的深度，自動(dòng) 控制施肥量，機(jī)器人工作時(shí)無人操縱。通過前方傳感器自動(dòng)檢測(cè)地頭的土 埂，在設(shè)定的土坯處自動(dòng)停止，轉(zhuǎn)動(dòng)90度，再橫向移動(dòng)8條稻壟，再轉(zhuǎn)動(dòng)90 度，繼續(xù)向相反方向進(jìn)行作業(yè)。美國明尼蘇達(dá)州一家農(nóng)業(yè)機(jī)械公司的研究 人員推出的施肥機(jī)器人別具一格，它會(huì)從不同土壤的實(shí)際情況出發(fā)，適量 施肥，它的準(zhǔn)確計(jì)算合理的減少了施肥的總量，降低了農(nóng)業(yè)成本。由于施 肥科學(xué)，使地下水質(zhì)得到改善。 1.3.5 農(nóng)產(chǎn)品分級(jí)機(jī)器

19、人 機(jī)器人可完成農(nóng)產(chǎn)品的分級(jí),大幅提高分選的均一性,降低產(chǎn)品破損率， 提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,改善勞動(dòng)條件。英國研制的分揀機(jī)器人,采用光 電圖像識(shí)別和提升分揀機(jī)械組合裝置，把大的西紅柿和小的櫻桃加以區(qū)別, 然后分揀裝運(yùn)。也能把土豆進(jìn)行分類，且不擦傷外皮。美國每年有50%以上 的蘋果經(jīng)過該設(shè)備處理。 1.3.6 擠奶機(jī)器人 1992年荷蘭開發(fā)了擠奶機(jī)器人。根據(jù)計(jì)算機(jī)管理的乳頭位置信息,用超 聲波檢測(cè)器自動(dòng)找到牛的乳頭位置,用計(jì)數(shù)型機(jī)械手進(jìn)行奶頭清洗和擠奶等 作業(yè)。2004年12月2日,中國第1個(gè)擠奶機(jī)器人被安置在蒙牛澳亞示范牧場(chǎng)。 牧場(chǎng)擠奶示范區(qū)展示著機(jī)器人式、轉(zhuǎn)盤式等現(xiàn)代化擠奶平臺(tái),其中轉(zhuǎn)盤

20、式平 臺(tái)1次可同時(shí)為60頭奶牛擠奶,是目前我國最大的擠奶機(jī)14。 1.3.7其它作業(yè)機(jī)器人 (1) 剪羊毛機(jī)器人 澳大利亞研制了剪羊毛機(jī)器人。首先將羊固定在可作3個(gè)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的平 臺(tái)上,然后將有關(guān)羊的參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，據(jù)此算出剪刀在剪羊毛時(shí)的最佳運(yùn) 動(dòng)軌跡，然后用液壓傳動(dòng)式剪刀剪下羊毛。機(jī)器人要比熟練的剪毛工剪得 快。 (2) 葡萄樹修剪機(jī)器人 1991年英國研制了葡萄樹修剪機(jī)器人。根據(jù)電腦模型法則，利用攝像 機(jī)檢測(cè)樹枝，用帶剪刀機(jī)械手修剪。 (3) 變量噴灑機(jī)器人 農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)揮信息采集和處理方面的優(yōu)勢(shì)，通過準(zhǔn)確測(cè)定溫室內(nèi)植 物的需水量，進(jìn)行精確定點(diǎn)的灌溉控制，通過檢測(cè)土壤狀況控制施肥的數(shù) 量，

21、降低成本。機(jī)器人用于噴灑農(nóng)藥，可避免人體接觸農(nóng)藥,提高噴灑農(nóng)藥 的準(zhǔn)確性，減少農(nóng)藥用量和降低污染。 (4) 田間作業(yè)機(jī)器人15 用于野外作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人可在平整土地等方面發(fā)揮作用。如機(jī)器人 運(yùn)用激光技術(shù)平整土地，在地畦邊上安裝信號(hào)機(jī)，履帶機(jī)器人接受激光后 便自動(dòng)調(diào)節(jié)高低平整土地。用激光控制的機(jī)器人，可選擇最佳運(yùn)行路線， 減少生產(chǎn)成本。 (5) 自行走耕作機(jī)器人16 自行走耕作機(jī)器人是在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上加上一些方位傳感器、嵌入式 智能系統(tǒng)等，可在耕作場(chǎng)內(nèi)辨別自身位置推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無人駕 駛，配上各種農(nóng)具，能進(jìn)行各種田間作業(yè)。隨著gps（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)） 的應(yīng)用，衛(wèi)星導(dǎo)航，精確定位行駛成為

22、可能。自行走耕作機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī) 器人中技術(shù)比較成熟的一種，已達(dá)到實(shí)用性階段。 1.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái) 1.4.1 定位和導(dǎo)航17 移動(dòng)機(jī)器人定位是其導(dǎo)航控制中的一個(gè)重要問題。目前，定位方法主 要有：1)利用內(nèi)傳感器進(jìn)行定位；2)信標(biāo)定位；3)基于環(huán)境模型的方法；4)基 于多傳感器融合信息的定位。 （1）電磁導(dǎo)航 該方法是讓低頻電流流過埋設(shè)在路徑下的電纜，然后用安裝在機(jī)器人 上的線圈檢測(cè)電纜周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并根據(jù)該信息控制方向，以實(shí)現(xiàn)沿規(guī) 定路徑的導(dǎo)航控制。 （2）超聲波導(dǎo)航 使用主動(dòng)超聲作為信標(biāo)，移動(dòng)機(jī)器人車身上裝有超聲接收器，測(cè)得移 動(dòng)機(jī)器人和信標(biāo)的距離和方位從而估計(jì)移動(dòng)機(jī)器人的位姿。另

23、外也可將超 聲發(fā)射和接收做為一體。 （3）激光導(dǎo)航 一種方案是用一個(gè)指向標(biāo)發(fā)出旋轉(zhuǎn)掃描激光光束，再利用機(jī)器人上的 若干個(gè)傳感器來檢測(cè)，從而求出指向標(biāo)的方向和到指向標(biāo)的距離。 （4）視覺導(dǎo)航 移動(dòng)機(jī)器人利用視覺傳感器獲取的信息進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)智能行駛 是一種大有潛力的技術(shù)，是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 1.4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu) 農(nóng)業(yè)移動(dòng)機(jī)器人大體分為兩類:一是在大面積農(nóng)田作業(yè)的室外型，一類 是在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類,絕大多數(shù)都需要移動(dòng)作 業(yè)。移動(dòng)機(jī)器人按照行走機(jī)構(gòu)可分為車輪式、履帶式、輪-履帶式和人形結(jié) 構(gòu)4種18。 （1）輪式行走機(jī)構(gòu) 車輪式行走機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單,應(yīng)用

24、也最為廣泛。常見的機(jī)構(gòu)有四輪或三輪式 機(jī)器人。根據(jù)移動(dòng)特性可以分為非全方位和全方位移動(dòng)機(jī)器人兩種。 （2）履帶式行走機(jī)構(gòu) 除輪式結(jié)構(gòu)以外,履帶式行走機(jī)構(gòu)近來也多有研究，特別是在軍用方面， 由于小型履帶式移動(dòng)機(jī)器人在軍事偵察、作戰(zhàn)、反恐、掃雷排險(xiǎn)、防范核 化污染等危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下以及物料搬運(yùn)中具有廣闊的應(yīng)用前景,因而受到 世界各國的高度重視19。 （3）輪-履帶式行走機(jī)構(gòu) 鑒于輪式和履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)器人移動(dòng)方式還有一種輪-履 帶式行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)在兼顧了前兩者的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還開發(fā)出了擺臂 的新功能,已逐漸成為現(xiàn)代地面移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展趨向20。機(jī)器人的車體 由車身、車輪、擺臂、履帶、小

25、輪、壓緊輪構(gòu)成，也有的車體采用四履帶 形式的。 （4）步行機(jī)構(gòu) 雙足步行機(jī)器人研究是一個(gè)很誘人的研究課題,而且難度很大。因?yàn)槿?形行走機(jī)構(gòu)在靜態(tài)時(shí)是平衡的,但在步行時(shí),整個(gè)質(zhì)心會(huì)發(fā)生偏移而產(chǎn)生動(dòng)不 平衡。如果不能維持動(dòng)態(tài)不平衡,機(jī)器人會(huì)傾倒。但是，隨著智能控制技術(shù) 的進(jìn)步,人形機(jī)器人將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。 1.5 當(dāng)前存在的問題 1.5.1 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展局限 農(nóng)業(yè)機(jī)器人雖已有重大發(fā)展，但是由于在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的歷史還比較 短，從20世紀(jì)90年代開始，機(jī)器人才開始在一些發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng) 用，所以仍有不少瓶頸問題等待突破。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的工作特點(diǎn)是作業(yè)、移 動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，其行走不是連接出發(fā)點(diǎn)和終點(diǎn)

26、的最短距離，而是具有狹窄的 范圍、較長的距離且遍及整個(gè)田間表面。農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要知道自身相對(duì)于 外部世界的位置和周圍環(huán)境。因此，定位導(dǎo)航是農(nóng)業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的關(guān)鍵技 術(shù)，也一直是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。定位是確定機(jī)器人在其作業(yè) 環(huán)境中所處位置的過程。更具體地說是利用先驗(yàn)環(huán)境地圖信息、機(jī)器人位 姿的當(dāng)前估計(jì)以及傳感器的觀測(cè)值等輸入信息，經(jīng)過一定的處理和變換， 產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)器人目前位姿的估計(jì)。就目前的研究狀況來說，農(nóng)業(yè) 機(jī)器人可以代替人類完成某些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，但研究多處于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn) 階段，無法達(dá)到實(shí)用普及的程度。其有兩個(gè)原因：一是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能 程度沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)要

27、求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有相當(dāng) 的智能和柔性生產(chǎn)的能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境。從目前的技術(shù)水平來 看，在自動(dòng)導(dǎo)航、視覺辨識(shí)定位等方面已經(jīng)具有成熟的解決方案。但總的 來講，目前智能系統(tǒng)的發(fā)展還不夠完善，很多任務(wù)無法由農(nóng)業(yè)機(jī)器人單獨(dú) 完成。二是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本過高。機(jī)器人智能水平的提高一般都要增加 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟硬件的復(fù)雜度，這就必然使其成本提高。所以，即使是 農(nóng)業(yè)機(jī)器人具備了相當(dāng)?shù)闹悄?，能夠完成某種任務(wù)，但是由于其開發(fā)難度 極大，制造成本過高，仍然難以實(shí)際應(yīng)用。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的成本問題成為制 約其進(jìn)一步研究應(yīng)用的瓶頸問題。 1.5.2 理想農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚待解決的關(guān)鍵問題 （1）適應(yīng)性問題 由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有種類

28、的多樣性，作業(yè)條件的多變性，迫切要求農(nóng)業(yè) 機(jī)器人具有開放性的智能和柔性生產(chǎn)的能力，以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，現(xiàn)在開 發(fā)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人很多是用于特定生產(chǎn)環(huán)境的，具有很大的局限性，適應(yīng)性 問題還有待進(jìn)一步提高。 （2）高可靠性和易操作性 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用者是農(nóng)民，不是具有農(nóng)業(yè)機(jī)械知識(shí)的工程師，因此 要求農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有高可靠性和良好的操作性，這就需要在農(nóng)業(yè)機(jī)器人中 廣泛地引入人工智能技術(shù)，提高其生產(chǎn)自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性，減少人工的 操作。 （3）價(jià)格問題 由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人運(yùn)用很多高新技術(shù)，開發(fā)和生產(chǎn)成本較高。因此價(jià)格 較高，而且我國農(nóng)業(yè)以個(gè)體經(jīng)營為主，農(nóng)民購買力有限，普及困難。需要 在降低農(nóng)業(yè)機(jī)器人成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)

29、農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?（4）兼容性問題 不同廠家生產(chǎn)的機(jī)器人系統(tǒng)互不兼容，與計(jì)算機(jī)的接口方式也不盡相 同，難以進(jìn)行升級(jí)和維修。因此需要制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)規(guī)范，提高 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的兼容性。我國目前還處于農(nóng)業(yè)機(jī)械化的初級(jí)階段，發(fā)展農(nóng)業(yè) 機(jī)器人要從我國實(shí)際情況出發(fā)，目前要緊跟國際農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展的步伐進(jìn) 行一些基礎(chǔ)性研究，設(shè)計(jì)制造一些適應(yīng)我國國情的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，并初步應(yīng) 用于一些形成規(guī)模的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物種植中。雖然現(xiàn)階段在我國大力 發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人是不現(xiàn)實(shí)的，但是，隨著科技水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)規(guī)模 化的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人這一現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)工具，將逐漸在我國 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。 第 2 章 輪式

30、液體肥施肥機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 2.1 施肥機(jī)器人說明與總體圖 施肥機(jī)器人的前視圖、俯視圖、軸測(cè)圖分別如圖 2-1,2-2,2-3 所示， 從圖上我們可以看出，施肥機(jī)器人主要由五大部分組成,分別是動(dòng)力源部分、 減速差速器部分、方向控制部分、儲(chǔ)料箱部分、施肥控制部分。 動(dòng)力源部分主要是為機(jī)構(gòu)的運(yùn)行提供足夠的動(dòng)力，其包括柴油機(jī)和發(fā) 電機(jī)，發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電，這樣一來可以保證機(jī)構(gòu)有源源不斷的電 能來源。減速差速器部分包括減速箱、差速器、離合器，這三者可以實(shí)現(xiàn) 機(jī)構(gòu)的啟停控制與動(dòng)力的分配，其中位于大帶輪上的離合器采用電磁離合 器，這樣一來更有利于電控。方向控制部分，只要有一對(duì)蝸輪蝸桿和電動(dòng) 機(jī)組成。儲(chǔ)料

31、箱的儲(chǔ)量大約是 0.1。施肥控制部分采用手動(dòng)開關(guān)控制， 3 m 這樣可以是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)也不會(huì)增加太多的勞動(dòng)量，而且結(jié)構(gòu)可靠。 圖 2-1 施肥機(jī)器人前視圖 圖 2-2 施肥機(jī)器人俯視圖 圖 2-3 施肥機(jī)器人軸測(cè)圖 第 3 章 減速箱的設(shè)計(jì) 3.1 減速箱總體方案設(shè)計(jì) 3.1.1 確定傳動(dòng)方案 帶差速器的圓錐齒輪減速器總體布置如圖 3-1 所示。 圖 3-1 帶差速器的圓錐齒輪減速器示意圖 3.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 一般農(nóng)業(yè)機(jī)械中多以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是已經(jīng)系列化 的定型產(chǎn)品，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)中作載荷的大小以及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速 高低、啟動(dòng)特性、運(yùn)載情況、工作環(huán)境、安裝要求、空間

32、尺寸、經(jīng)濟(jì)性等 要求從產(chǎn)品目錄中選擇柴油機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，最后確定 具體型號(hào)。 （1）柴油機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 如無特殊要求，一般選用小馬力柴油機(jī)。小馬力柴油機(jī)一般屬于一般 用途的全封閉式自冷式柴油機(jī)，具有高效、節(jié)能、噪音小、振動(dòng)小、運(yùn)行 可靠安全的特點(diǎn)，適宜于無特殊要求的各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 該優(yōu)先選用。 柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)防護(hù)要求選擇，同一類型的柴油機(jī)又有幾種 安裝形式，可根據(jù)不同的安裝要求選擇。 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)容量的確定 柴油機(jī)輸出功率的確定. 1 當(dāng)已知工作及的阻力為 f（n）或轉(zhuǎn)矩為 t（n.m） 、圓周速度為 v(m/s)或轉(zhuǎn)速為 n(r/min)時(shí)，柴

33、油機(jī)的輸出功率為： = d p a w p aa tnfv ww 95501000 式中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率； d p 工作機(jī)所需功率，kw； w p 傳動(dòng)裝置效率； a 工作機(jī)效率。 w 于前輪，當(dāng)已知前輪的直徑 d（mm）,輪子的轉(zhuǎn)速為 n（r/min)時(shí)，輪 子的圓周速度為： 100060 dn 當(dāng) d=500mm，時(shí)，得 n=2.546r/min。sm/2 選擇柴油機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足下列條件： dcd kpp 柴油機(jī)的額定功率（指在長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件下所能發(fā)出的功 cd p 率） ，單位 kw； 過載系數(shù)（是工作機(jī)構(gòu)可能的過載情況而定，一般可取）k1.5-1 . 1k 。 傳動(dòng)裝置總效率的確定

34、22 2 a 圓柱齒輪 8 級(jí) ，7.90 3 圓錐齒輪 8 級(jí) 7.90 3 離合器 ，5.90 1 工作機(jī)（輪子） ，.900 w v 帶 ，5.90 4 軸承（滾珠） 。9.90 2 （3）發(fā)動(dòng)機(jī)的選用確定如下： kw f p a f d 3.33 1000 2 w 式中 ；.900 w ，；5.90 1 9.90 2 7.90 3 5.90 4 ；0.80 4 3 3 3 21 a 。n1200)4002001000400400(5 . 0 f f 所以 kwkpp dcd 0.043.33.21 選用柴油機(jī)（江淮動(dòng)力，jd173，4.04kw） 3.1.3 機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比及各級(jí)傳動(dòng)比

35、的分配 （1）總傳動(dòng)比的計(jì)算 64.19 60546 . 2 1500 w m n n i 所以，總傳動(dòng)比64.19i （2）傳動(dòng)比的分配 23 . 2 2 . 244.619 321 iii 3.1.4 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 （1）功率 由于地況復(fù)雜，以下按最大功率計(jì)算。圖 2-1 中減速器的各軸功率分 別為： 高速軸功率 kwpp1.634.045.909.905.90 4211 中間軸功率 kwpp47 . 3 61 . 3 7.909.90 1322 低速軸功率 kwpp23 . 3 7.9099 . 0 2 2 2 323 （2） 轉(zhuǎn)速 高速軸的轉(zhuǎn)速 min/ 0 . 750

36、 4 3000 1 1 r i n n m 中間軸的轉(zhuǎn)速 min/ 9 . 340 2 . 2 0 . 750 2 2 r i n n m 低速軸的轉(zhuǎn)速 min/ 9 . 152 23 . 2 9 . 340 3 3 r i n n m （3） 各個(gè)軸的扭矩 高速軸的扭矩 mn n p t 0 . 46 750 61 . 3 95509550 1 1 1 中間軸的扭矩 mn n p t 2 . 97 9 . 340 47 . 3 95509550 2 2 2 低速軸的扭矩 mn n p t 7 . 201 9 .152 23 . 3 95509550 3 3 3 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?3-

37、1 所示。 表 3-1 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目功率 p(kw)轉(zhuǎn)速 n(r/min)軸的扭矩 t()mn 高速軸 3.61750.046.0 中間軸 3.47340.997.2 低速軸 3.23152.9201.7 傳動(dòng)比 19.64 分配 23 . 2 2 . 24 321 iii 3.2 零件的設(shè)計(jì)計(jì)算22 3.2.1 v 帶的設(shè)計(jì) v 帶傳動(dòng)部分傳動(dòng)比為 i=4 工作情況系數(shù) 由表 11.5 2 . 1 a k 計(jì)算功率 kwpkp ac 85 . 4 04 . 4 2 . 1 帶的型號(hào) 查圖 11.16 選 spz 型 小輪直徑 查表 11.6 取mmd63 1 大輪直徑 1 01 2

38、 )1 ( n nd d mm48.249 750 300063 )01 . 0 1 ( （設(shè)） 取 01 . 0 mmd250 2 大輪轉(zhuǎn)速 min/44.748 250 300063 )01 . 0 1 ()1 ( 2 01 1 r d nd n mm dd dm 5 . 156 2 25063 2 21 93.5 2 63250 2 12 mm dd 初選 mma350 則 a adl m 2 2 mm 6 . 1216 350 5 . 93 3502 5 . 156 2 查表 11.12 取mml1250 求中心距與包角 中心距 22 8)( 4 1 4 m m dl dl a 22

39、5 . 938) 5 . 1561250( 4 1 4 5 . 1561250 mm367 包角 o12o 3 . 57180 a dd ooo 120 8 . 150 3 . 57 367 63250 180 傳動(dòng)比 008 . 4 44.748 3000 1 0 n n i 帶根數(shù) 表 11.9 50 . 1 0 p 表 11.7 92 . 0 k 表 11.11 48 . 0 0 p 表 11.12 94 . 0 l k l c kkpp p z )( 00 選用 3 根。83 . 2 94 . 0 92 . 0 )48 . 0 50. 1 ( 85 . 4 求軸上載荷 2 0 ) 5

40、. 2 (500 q k k z p f c n z 1 . 147 90 . 9 07 . 0 ) 92 . 0 92 . 0 5 . 2 ( 90 . 9 85 . 4 500 2 軸上載荷 2 sin2 0 zffq n 1 . 854 2 8 . 150 sin 1 . 14732 帶輪結(jié)構(gòu) ht 200 制造mmd63 1 mmd250 2 sm/30 由計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)的帶輪如圖 3-1，3-2 所示 圖 3-1 大帶輪 圖 3-2 小帶輪 3.2.2 錐齒輪組一設(shè)計(jì) 齒輪組一的設(shè)計(jì)采用直齒錐齒輪，i2.2，如圖 3-3 所示。 小齒輪材料 40cr，調(diào)制處理硬度 241286hb，取

41、平均值 260hb。 大齒輪材料 40simn，調(diào)制處理硬度 217255hb，取平均值 230hb。 圖 3-3 錐齒輪組一 （1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒數(shù)和精度等級(jí) 取 ,20 1 z 44202 . 2 12 izz 估計(jì)計(jì)算，查表 12.6，選擇 8 級(jí)精度。sm/6 . 2 使用系數(shù) 由表 12.8 0 . 1 a k 動(dòng)載系數(shù) 由圖 12.9 16 . 1 v k 齒間載荷分配系數(shù)，由表 12.10，估計(jì) h kmmn b fka /100 91 . 0 12 . 2 2 . 2 1 cos 22 1 u u 41 . 0 12 . 2 1 1 1 cos 22 2 u 0 .

42、22 91 . 0 20 cos 1 1 1 z zv 3 . 106 41 . 0 44 cos 2 2 2 z zv cos) 11 (2 . 388. 1 21vv av zz 70 . 1 0cos) 3 . 106 1 0 . 22 1 (2 . 388. 1 o 87 . 0 3 70 . 1 4 3 4 av z 32 . 1 87 . 0 11 22 z kh 齒向載荷分配系數(shù)，由表 12.20 及注釋取 =1.65 k k 載荷系數(shù) ， k53 . 2 65 . 1 32 . 1 16 . 1 0 . 1 k kkkk hva 轉(zhuǎn)矩 ， 1 t mmn n p t46000

43、44.748 61 . 3 1055 . 9 1055 . 9 6 1 16 1 彈性系數(shù)， 由表 12.12 e zmpaze 9 . 189 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 由圖 12.16 h z5 . 2 h z 接觸最小安全系數(shù)，由表 12.14 minh s05 . 1 min h s 接觸壽命系數(shù)， 由圖 12.18 n z0 . 1 1 n z .01 2 n z 認(rèn)為是載荷平穩(wěn)，可長期使用，不考慮使用壽命因素。 材料極限接觸應(yīng)力 由圖 12.17c mpa h 710 1lim mpa h 680 2lim 許用接觸應(yīng)力 mpa s z h nh h 676 05 . 1 0 . 1710

44、min 11lim 1 mpa s z h nh h 648 05 . 1 0 . 1680 min 22lim 2 小輪大端分度圓直徑,取 1 d3.0 r 3 2 2 1 1 ) ( )5.01( 7.4 h he rr zzz u kt d mm 5 . 77 648 7.80.52.8189 2 . 2).305 . 01 (.30 0004653 . 2 7 . 4 3 2 2 ）（ 驗(yàn)算圓周速度及 ， b fka 11 )5 . 01 (dd rm mm.965.577)3 . 05 . 01 ( sm ndm m /8.52 100060 750.965 100060 11 與估

45、計(jì)值接近。 n d t f m t 1396 .965 4600022 1 1 1 2 1 1 1 cos12 sin2 dd b rr mm 0 . 28 91 . 0 12 .577 3 . 0 2 mmn b fka /1008 .49 0 . 28 13960 . 1 與原估計(jì)相符。 確定主要傳動(dòng)尺寸 大端模數(shù) m ，由表 12.3，取 m=4mmmm z d m88 . 3 20 .577 1 1 實(shí)際大圓分度圓直徑 d mmmzd80204 11 mmmzd176444 22 錐距 r mmzz m r 7 . 964420 2 4 2 222 2 2 1 齒寬 b mmrb r

46、0 .29 7 . 963 . 0 (2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒形系數(shù) 由圖 12.30 fa y83 . 2 1 fa y 42 . 2 2 fa y 應(yīng)力修正系數(shù) sa y 由圖 12.31 2.61 1 sa y 8.71 2 sa y 重合度系數(shù) 69 . 0 70 . 1 75 . 0 25 . 0 75 . 0 25 . 0 av y 齒間載荷分配系數(shù) 由表 12.10 f kmmn b fka /100 0 . 47 45 . 1 69 . 0 11 y kf 載荷系數(shù) ， k78 . 2 65 . 1 45 . 1 16 . 1 0 . 1 k kkkk fva 彎曲最小安全

47、系數(shù)， 由表 12.14 minf s25 . 1 min h s 彎曲壽命系數(shù)， 由圖 12.18 n y.01 21 nn yy 尺寸系數(shù) 由圖 12.25 x y0 . 1 x y 材料極限彎曲應(yīng)力 mpa f 600 1lim mpa f 570 2lim 許用彎曲應(yīng)力 mpa s yy f xnf f 480 25 . 1 0 . 10 . 1600 min 11lim 1 mpa s yy f xnf f 456 25 . 1 0 . 10 . 1570 min 22lim 2 驗(yàn)算 （式 12.40） 1)5 . 01 ( .74 232 1 2 111 1 umz yyykt

48、rr safa f 8 . 141 12 . 2420)3 . 05 . 01 (3 . 0 69 . 0 62 . 1 83 . 2 4600078 . 2 .74 1 2322 f mpa 11 22 12 safa safa ff yy yy 2 . 133 62 . 1 83 . 2 78 . 1 42 . 2 8 . 141 2f mpa 驗(yàn)算合格。 3.2.3 錐齒輪組二設(shè)計(jì) 齒輪組二的設(shè)計(jì)采用直齒錐齒輪，2.23，如圖 3-4 所示。 小齒輪材料 40cr，調(diào)制處理硬度 241286hb，取平均值 260hb。 大齒輪材料 40simn，調(diào)制處理硬度 217255hb，取平均值

49、230hb。 圖 3-4 錐齒輪組二 （1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒數(shù)和精度等級(jí) 取 ,22 1 z .492223 . 2 12 izz 估計(jì)計(jì)算，查表 12.6，選擇 8 級(jí)精度sm/.41 使用系數(shù) 由表 12.8 0 . 1 a k 動(dòng)載系數(shù) 由圖 12.9 10 . 1 v k 齒間載荷分配系數(shù) ，由表 12.10 估計(jì) h kmmn b fka /100 91 . 0 123 . 2 23 . 2 1 cos 22 1 u u 41 . 0 12 . 2 1 1 1 cos 22 2 u .124 91 . 0 22 cos 1 1 1 z zv 4 . 118 41 . 0 49

50、 cos 2 2 2 z zv cos) 11 (2 . 388. 1 21vv av zz 72 . 1 0cos) .4118 1 .124 1 (2 . 388. 1 o 87 . 0 3 72 . 1 4 3 4 av z 32 . 1 87 . 0 11 22 z kh 齒向載荷分配系數(shù)，由表 12.20 及注釋 取 =1.65 k k 載荷系數(shù) ， k0.4265 . 1 32 . 1 10 . 1 0 . 1 k kkkk hva 轉(zhuǎn)矩 ， 1 tmmn n p t97409 .9340 47 . 3 1055 . 9 1055 . 9 6 2 2 6 1 彈性系數(shù)， 由表 12

51、.12 e zmpaze 9 . 189 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 由圖 12.16 h z5 . 2 h z 接觸最小安全系數(shù)，由表 12.14 minh s05 . 1 min h s 接觸壽命系數(shù)， 由圖 12.18 n z.01 21 nn zz 認(rèn)為是載荷平穩(wěn)，可長期使用，不考慮使用壽命因素。 材料極限接觸應(yīng)力 mpa h 710 1lim mpa h 680 2lim 許用接觸應(yīng)力 mpa s z h nh h 676 05 . 1 0 . 1710 min 11lim 1 mpa s z h nh h 648 05 . 1 0 . 1680 min 22lim 2 小輪大端分度圓直徑，取

52、1 d3.0 r 3 2 2 1 1 ) ( )5.01( 7.4 h he rr zzz u kt d mm87.3 648 7.80.52.8189 23 . 2 ).305 . 01 (.30 974090.427 . 4 2 3 2 ）（ 驗(yàn)算圓周速度及 b fka mm dd rm .274.387)3 . 05 . 01 ( )5 . 01 ( 11 sm ndm m /2.31 100060 .9340.274 100060 21 與估計(jì)值相近。 n d t f m t 2626 .274 9740922 1 1 mm dd b rr .631 91 . 0 12 .387 3

53、. 0 cos12 sin2 2 1 2 1 1 1 mmn b fka /100.183 .631 26260 . 1 與原估計(jì)相符。 確定主要傳動(dòng)尺寸 大端模數(shù) m ，由表 12.3，取 m=4mmmm z d m97 . 3 22 .387 1 1 實(shí)際大圓分度圓直徑 d mmmzd88224 11 mmmzd196494 22 錐距 r mmzz m r 4 . 1074922 2 4 2 222 2 2 1 齒寬 b mmrb r 2 . 32 4 . 1073 . 0 (2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒形系數(shù) 由圖 12.30 fa y75 . 2 1 fa y 22 . 2 2 fa

54、 y 應(yīng)力修正系數(shù) sa y 由圖 12.31 3.61 1 sa y 96 . 1 2 sa y 重合度系數(shù) 69 . 0 72 . 1 75 . 0 25 . 0 75 . 0 25 . 0 av y 齒間載荷分配系數(shù) 由表 12.10 f kmmn b fka /100 1 . 83 45 . 1 69 . 0 11 y kf 載荷系數(shù) ， k63 . 2 65 . 1 45 . 1 10 . 1 0 . 1 k kkkk fva 彎曲最小安全系數(shù)，由表 12.14 minf s25 . 1 min h s 彎曲壽命系數(shù)， 由圖 12.18 n y.01 21 nn yy 尺寸系數(shù) 由圖

55、 12.25 x y0 . 1 x y 材料極限彎曲應(yīng)力 mpa f 600 1lim mpa f 570 2lim 許用彎曲應(yīng)力 mpa s yy f xnf f 480 25 . 1 0 . 10 . 1600 min 11lim 1 mpa s yy f xnf f 456 25 . 1 0 . 10 . 1570 min 22lim 2 驗(yàn)算 1)5 . 01 ( .74 232 1 2 111 1 umz yyykt rr safa f .0227 123 . 2 422)3 . 05 . 01 (3 . 0 69 . 0 63 . 1 75 . 2 9740963 . 2 .74

56、1 2322 f mpa 11 22 12 safa safa ff yy yy .3220 63 . 1 75. 2 96 . 1 22 . 2 .0227 2f mpa 驗(yàn)算合格。 3.2.4 軸的初算 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在初步估算出一段軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行。初算軸徑可按 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算: （1）mm n p cd 9 . 18 44.748 61 . 3 112 3 3 1 1 1 mmdd 8 . 19%)51 ( 9 . 18%51 1 1 （2）mm n p cd 2 . 24 9 . 340 47 . 3 112 3 3 2 2 2 mmdd 5 . 25%)51 ( 2 . 24%51

57、2 2 （3）mm n p cd 9 . 30 9 . 152 23 . 3 112 3 3 3 3 3 mmdd 5 . 32%)51 ( 9 . 30%51 3 3 式中 p軸所傳遞的功率，kw； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min； c由材料和承載情況確定的系數(shù)。 3.2.5 軸承的選用 根據(jù)軸的初算結(jié)果，選用軸承的型號(hào)如表 2-2 所示。 表 2-2 軸承的選用型號(hào) 型號(hào) cr/kwcor/kwd/mmd/mmb/mmno/r/min 620514.07.8852251513000 620619.511.36230169500 620829.5183.3 減速器有關(guān)零件及

58、整體結(jié)構(gòu)圖 為了更為清楚的表達(dá)視圖情況，把減速器的整體圖在下面進(jìn)行表示。 圖 3-5 減速器外觀圖 圖 3-6 減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第 4 章 方向控制與電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用蝸輪蝸桿控制，通過蝸輪蝸桿控制其中一個(gè)后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)， 再通過平行四邊形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)另一個(gè)后輪的隨動(dòng)，這樣在控制一個(gè)后輪旋轉(zhuǎn) 時(shí)，另一個(gè)后輪也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于采用平行四邊形機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單， 且基本可以滿足工作需求，節(jié)省了成本，提高了效率。 4.1 渦輪蝸桿控制器 如圖 4-1 所示，蝸輪蝸桿采用右旋，當(dāng)電機(jī)通電正轉(zhuǎn)（順時(shí)針）時(shí)， 蝸桿帶動(dòng)蝸輪使蝸輪反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針） ，而與蝸輪垂直安裝的一個(gè)后輪則會(huì)在 扭矩的作用下向左擺動(dòng)

59、，實(shí)現(xiàn)了車體的右拐彎；當(dāng)電機(jī)通電反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針） 時(shí)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪使蝸輪正轉(zhuǎn)（順時(shí)針） ，而與蝸輪垂直安裝的一個(gè)后輪則 會(huì)在扭矩的作用下向右擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了車體的左拐彎。 圖 4-1 渦輪蝸桿控制器結(jié)構(gòu)圖 這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)方向的電機(jī)控制，我們?cè)偻ㄟ^遙控器控制電機(jī)即可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)于方向的控制，這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)的脫離，為實(shí)現(xiàn)車體的控制 奠定了基礎(chǔ)。 4.2 平行四邊形結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì) 考慮到適應(yīng)性與成本問題，平行四邊形的結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單， 如圖 4-2 所示。 圖 4-2 平行四邊形機(jī)構(gòu)圖 在設(shè)計(jì)平行四邊形機(jī)構(gòu)時(shí)，考慮到對(duì)于不同地壟寬度的適應(yīng)性，在聯(lián) 動(dòng)桿上設(shè)置了三個(gè)間距，當(dāng)?shù)貕艑挾炔煌瑫r(shí)，可以做出

60、適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，以 便使得輪子的邊緣正好坐落于地壟之間的溝槽內(nèi)，這樣有利于機(jī)構(gòu)整體運(yùn) 行的穩(wěn)定性，保證工作的效率以及可靠性。方向控制系統(tǒng)總圖如圖 4-3 所 示。 圖 4-3 方向控制器總圖 在實(shí)際工作過程中，可能還會(huì)遇到各種突發(fā)情況，如控制器的靈活性， 適應(yīng)性，可靠性問題，這些問題的解決需要一套完整的機(jī)構(gòu)有效的工作， 才能順利的完成，所以此機(jī)構(gòu)是在考慮各方面的綜合因素后給出的方案。 4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 此部分通過設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)單的輪式液體肥施肥機(jī)器人模型來說明控 制與驅(qū)動(dòng)電路部分的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以下數(shù)據(jù)均為模型數(shù)據(jù)。遙控以及接收器 是選自遙控小車的控制電路，無線遙控頻率 40hz，最大有效