自走式除草機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本科論文目錄TOC\o"1-3"\h\u8301摘要 13515引言 343701自走式除草機(jī)器人介紹 4282831.1課題研究的目的及意義 411241.1.1課題研究的目的 4191801.1.2課題研究的意義 4262391.2自走式除草機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 4282731.2.1國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 435941.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 5270251.3課題設(shè)計(jì)思路 579671.4課題設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 5153542自走式除草機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案 6210582.1自走式除草機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 698082.2自走式除草機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn) 633652.2.1電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 6308762.2.2液壓驅(qū)動(dòng) 7152332.2.3氣壓驅(qū)動(dòng) 7295412.2.4驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn) 8227022.3總體方案擬定 856073自走式除草機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1069623.1機(jī)器人行走驅(qū)動(dòng)方案的選擇 1020163.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 10291493.3機(jī)器人底盤的設(shè)計(jì) 13293773.4機(jī)器人車輪的設(shè)計(jì) 1417153.5除草刀片的設(shè)計(jì) 15198223.6輔助輪階梯軸的有限元分析 16241153.6.1階梯軸零件的三維建模 16304513.6.2確定材料 1676073.6.3添加夾具 1781443.6.4施加載荷 1866623.6.5生成網(wǎng)格 18160823.6.6運(yùn)算求解 1959703.6.7分析結(jié)果輸出 20198223.7除草機(jī)械臂傳動(dòng)裝置計(jì)算 22241153.7.1除草機(jī)械臂機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸的校核計(jì)算 22304513.7.2除草機(jī)械臂機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪的校核計(jì)算 23301034自走式除草機(jī)器人三維造型的設(shè)計(jì) 27118234.1Solidworks軟件簡(jiǎn)介 27107844.2零件建模 2795524.2.1階梯軸三維建模的形成 2715794.2.2底盤的三維建模形成 27199724.2.3其他零件的三維模型造型 28210374.3零件裝配 2986514.4三維向二維的轉(zhuǎn)換 304486結(jié)論 3211073致謝 3315101參考文獻(xiàn) 34本科論文摘要由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)同時(shí)也急需發(fā)展，各種僅僅依靠人工的生產(chǎn)早已不能滿足需求。對(duì)于自走式除草機(jī)器人的研究，其中機(jī)器人機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)是更加關(guān)鍵的技術(shù)。由于機(jī)器人的出現(xiàn)，除草方法不斷改進(jìn)，效率顯著提升。隨著我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重視程度地提高，我國(guó)農(nóng)業(yè)除草機(jī)器人的研究一定會(huì)取得重大突破，會(huì)使我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)能大大提高。本文設(shè)計(jì)的自走式除草機(jī)器人，總體由機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)、電源模塊、切割雜草的機(jī)械手臂、視覺模塊、無線功能模塊等組成。該自走式除草機(jī)器人利用它的視覺處理模塊自動(dòng)移動(dòng)到整體自動(dòng)識(shí)別雜草處，有目的在進(jìn)行除草作業(yè)的同時(shí)，還可以利用其無線功能模塊實(shí)現(xiàn)遙控除草作業(yè)，我的起草機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行作業(yè)適應(yīng)不同的操作情況。該自走式除草機(jī)器人在正常工作狀態(tài)下尺寸：600mm×240mm×240mm，行走速度：4km/h，最長(zhǎng)往返距離：100m，最大單次活動(dòng)面積：2000。本文可以先確認(rèn)一個(gè)機(jī)器人方案，完成核心部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算，然后利用三維SOLIDWORKS完成自走式除草機(jī)機(jī)器人的三維模型，并導(dǎo)出二維工程圖。關(guān)鍵詞：自走式除草機(jī)器人，行走機(jī)構(gòu)，視覺模塊，運(yùn)動(dòng)仿真，三維建模

AbstractDuetotherapiddevelopmentofagriculturalproduction,agriculturalproductiontechnologyisalsoinurgentneedofdevelopment,allkindsofproductiononlyrelyonhumancannotmeetthedemand.Theresearchofweedingrobots,amongwhichthekinematicsanalysisofroboticrobotarmsandthedesignofroboticarmsarethekeytechnologies,andthecontinuousimprovementofweedingmethodshasgreatlyimprovedtheefficiency.ItisbelievedthatasChinaattachesgreatimportancetoagriculturalrobots,Chinawillachieveamajorbreakthroughinthefieldofagriculturalweedingrobotresearch.China'sagriculturalproductioncapacityhasgreatlyimproved.

Theself-propelledweedingrobotdesignedinthispaperincludesrobotwalkingmechanism,weedcuttingrobotarm,wirelessfunctionmodule,powermodule,visionmoduleandsoon.Thisautomaticweedingrobotusesitsvisionprocessingmoduletoautomaticallymovetothewholebodytoautomaticallyidentifyweeds.Whileweeding,itcanalsouseitswirelessfunctionmoduletorealizeremotecontrolweeding.Mydraftingorganizationcanworktoadapttodifferentoperatingconditions.Thesizeoftheself-propelledweedingrobotis600mm×240mm×240mmundernormalworkingconditions,thewalkingspeedis4km/h,thelongestround-tripdistanceis100m,andthemaximumsingleactivityareais2000.Inthisarticle,wecanconfirmarobotscheme,completethedesignandcalculationofthecorecomponents,thenuse3DSolidWorkstocompletethethree-dimensionalmodeloftheself-propelledlawnmowerrobot,andderivethetwo-dimensionalflowchart.

Keywords:self-propelledweedingrobot,walkingmechanism,visionmodule,motionsimulation,3Dmodeling

引言在我國(guó)工業(yè)科技不斷發(fā)展的過程中，工業(yè)科技對(duì)農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展同時(shí)也產(chǎn)生了巨大的影響，而農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為公共農(nóng)業(yè)發(fā)展的共同產(chǎn)物而受到重視，2019年我國(guó)糧食總產(chǎn)量達(dá)到66384噸，同時(shí)由于我國(guó)人口基數(shù)大，中國(guó)的糧食消耗量也相當(dāng)大。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，雜草不僅是不可避免的，也是影響糧食產(chǎn)量的主要問題之一，雜草可以說是谷物的天敵。首先，雜草具有很強(qiáng)的生命力，在田地里爭(zhēng)奪作物和多種生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。其次，雜草會(huì)產(chǎn)生多種病蟲害，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)。我國(guó)受雜草災(zāi)害困擾的農(nóng)地約為4300萬(wàn)公頃，每年減少我國(guó)糧食產(chǎn)量100億千克。到現(xiàn)在為止中國(guó)主要除草方式主要是人工除草和化學(xué)除草兩種。人工除草主要通過使用簡(jiǎn)單的農(nóng)具或直接使用人力拔草，效率極低，工作量大，大大消耗了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的勞動(dòng)力，而化學(xué)除草是通過化學(xué)藥物改變土質(zhì)除草，農(nóng)民在除草過程中大量的噴射方式除草。節(jié)約時(shí)間容易，但容易造成環(huán)境污染和化學(xué)渣滓，危害人們的身體健康。另外，由于面積大的除草對(duì)雜草沒有目標(biāo)性，除草效率不高，需要反復(fù)進(jìn)行。近幾年來，中國(guó)第一產(chǎn)業(yè)勞動(dòng)力大幅下降。中國(guó)的人口基數(shù)雖大，但勞動(dòng)力更多地分布在其他產(chǎn)業(yè)，中國(guó)人口老齡化問題使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本不斷提高，研究自走式除草器人具有重要意義。農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化也是國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。特別是在2013年中央下發(fā)的文件中，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展乃是中國(guó)新農(nóng)村建設(shè)中不可缺少的重要部分，提出了對(duì)農(nóng)業(yè)的新概念。而農(nóng)業(yè)最重要的是利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)條件對(duì)自然進(jìn)行減少，環(huán)境污染的破壞，其中除草機(jī)器人的研究不僅大大降低了勞動(dòng)的成本，而且對(duì)環(huán)境污染和人類健康的危害云的影響也會(huì)避免。另外農(nóng)業(yè)機(jī)械化的水平也會(huì)從不同層次上代表一個(gè)國(guó)家的農(nóng)業(yè)水平，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平越高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率就會(huì)越高。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究不僅是對(duì)國(guó)利民的研究，而且非常同時(shí)也是對(duì)廣闊市場(chǎng)的研究。1自走式除草機(jī)器人介紹1.1課題研究的目的及意義1.1.1課題研究的目的當(dāng)今時(shí)代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)隨之快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也急需提高需求，各種人工生產(chǎn)所獲得的收益和成就早已不能滿足，在對(duì)除草機(jī)器人的研究中，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和圖像認(rèn)識(shí)是關(guān)鍵技術(shù)。不斷改進(jìn)除草方法，除草效率顯著提高，中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)才能力大大提高。1.1.2課題研究的意義通過使用自走式除草機(jī)器人這種方式，除草農(nóng)田的工作主要由機(jī)器人完成，高效，自動(dòng)作業(yè)減少人們的麻煩。并且選擇土地，正確使用除草劑，避免損傷農(nóng)作物。與傳統(tǒng)的噴霧劑試藥方法相比，大幅減少除草劑的容量，保護(hù)環(huán)境。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，特別是除草機(jī)器人的發(fā)展，是從我國(guó)農(nóng)業(yè)的高效產(chǎn)業(yè)化向更多的領(lǐng)域發(fā)展。展望未來的經(jīng)濟(jì)效果是不可估量的，農(nóng)田的除草作業(yè)可以以自動(dòng)機(jī)器為主，節(jié)約時(shí)間，自覺地減少人們過重的勞動(dòng)。使用精準(zhǔn)高效的除草劑可避免農(nóng)作物受損。與舊的噴射方式相比，大大減少了除草劑等化學(xué)藥品的使用，對(duì)環(huán)境也有積極的影響，從各個(gè)方面來看，我們擁有巨大的力量和發(fā)展空間，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化時(shí)代發(fā)展的目標(biāo)，并使除草機(jī)器人更加科學(xué)。同時(shí)通過本課題，綜合利用學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，整合知識(shí)和技能會(huì)使我們的能力具現(xiàn)化。1.2自走式除草機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀東北林業(yè)大學(xué)開發(fā)出了采果球機(jī)器人。解決了產(chǎn)能低、時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)度高、對(duì)樹木資源造成巨大危害的問題，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究了蔬菜自主嫁接機(jī)器人，完善了機(jī)器人蔬菜苗木的準(zhǔn)確作業(yè)、迅速地捕捉和優(yōu)質(zhì)的嫁接對(duì)象，解決了蔬菜苗的柔軟、脆弱、改善了生產(chǎn)不平衡等問題，機(jī)器人使用獨(dú)特的嫁接方法，自行折疊，最高時(shí)速600株/小時(shí)，合格率95%以上，目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究的重點(diǎn)主要涉及幾個(gè)方面。主要分為，機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航、有效目標(biāo)的選擇和定位、作業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，電子的重點(diǎn)主要集中在圖像信息的獲取、作業(yè)計(jì)劃和自主控制等方面，也可以籠統(tǒng)的稱之為行走串聯(lián)機(jī)器人，例如野外培養(yǎng)、野外信息采集機(jī)器人等；后者的研究主要集中在實(shí)際操作模式區(qū)別和具體操作結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與控制等，或是機(jī)械臂串聯(lián)機(jī)器人，如果蔬摘取、成熟度檢測(cè)、植物嫁接機(jī)器人等，它們互相配合，互相交融。根據(jù)農(nóng)業(yè)活動(dòng)的不同，他們有自己的側(cè)重點(diǎn)。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀伊利諾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程系對(duì)機(jī)器感應(yīng)視覺系統(tǒng)對(duì)某些植物的普遍特征的采集和計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，該裝置為3.7m和0.43m范圍內(nèi)各種各樣的植物、石頭、土壤等，且在0.24秒內(nèi)噴灑，因此噴射函數(shù)以14km/h的速度出現(xiàn)，準(zhǔn)確度高達(dá)91%。澳大利亞的科研機(jī)構(gòu)開發(fā)了智能型的耕地應(yīng)用機(jī)器，在田里作業(yè)期間，利用特別的傳感器進(jìn)行噴灑。所以可以區(qū)分作物和雜草，發(fā)現(xiàn)非作物植物時(shí)，會(huì)釋放相應(yīng)的噴霧，這種方式只適用于非作物植物，為一般藥物成本的1/10，甚至還會(huì)是一個(gè)更小的比例。不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本，而且減少了環(huán)境污染，通過機(jī)械視覺發(fā)現(xiàn)了非作物植物，再利用手臂進(jìn)行物理作業(yè)，大大減少了化學(xué)除草劑的使用，有效地減少了環(huán)境污染。1.3課題設(shè)計(jì)思路（1）參照目前市面上大部分與自走式除草機(jī)器人產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，了解整個(gè)自走式除草機(jī)器人的整機(jī)系統(tǒng)的組成。（2）自走式除草機(jī)器人整機(jī)方案的確認(rèn)。（3）自走式除草機(jī)器人整機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并對(duì)其主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。（4）自走式除草機(jī)器人整機(jī)的Solidworks三維建模。1.4課題設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)本文以自走式除草機(jī)器人項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。全文共分為四章，每個(gè)章節(jié)的簡(jiǎn)介如下：第一章前言部分，主要介紹自走式除草機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和課題研究的目的及意義；第二章對(duì)整個(gè)自走式除草機(jī)器人的整機(jī)方案進(jìn)行確認(rèn)，包括傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等確認(rèn)。第三章完成整個(gè)自走式除草機(jī)器人的設(shè)計(jì)與計(jì)算；第四章對(duì)于自走式除草機(jī)器人進(jìn)行Solidworks三維建模；總結(jié)全文的研究與設(shè)計(jì)工作，歸納出存在的問題并以便更深入地研究。2自走式除草機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案2.1自走式除草機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述自走式除草機(jī)器人主要由視覺系統(tǒng)組成、控制系統(tǒng)和、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)。視覺系統(tǒng)：通過機(jī)器人視覺完成機(jī)器人的智能控制，包括前方障礙的識(shí)別、雜草的識(shí)別等?？刂葡到y(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)地控制，讓執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求工作，出錯(cuò)或發(fā)生故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置，常用的是機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和傳動(dòng)。執(zhí)行系統(tǒng)：運(yùn)行系統(tǒng)是自動(dòng)除草機(jī)機(jī)器人完成作業(yè)的部件。2.2確認(rèn)自走式除草機(jī)器人驅(qū)的動(dòng)方案設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方式分別有和電動(dòng)式、氣動(dòng)式和液壓式氣動(dòng)式。下面分析和比較三種驅(qū)動(dòng)方式。2.2.1電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般可分為：（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。（2）交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，（3）交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高。伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)輸出力矩相對(duì)小，控制性好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置控制更精確，適合中、小型設(shè)備。交、直伺服電動(dòng)機(jī)一般在閉環(huán)控制系統(tǒng)中常見，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度與位置精度要求不高。交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要加減速裝置，輸出力矩較大，但控制性能差，慣性較大，適用于大、中型或重型設(shè)備。2.2.2液壓驅(qū)動(dòng)該設(shè)計(jì)之中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：油壓系統(tǒng)介質(zhì)壓縮性小，作業(yè)穩(wěn)定，獲得較高位置的精度。油壓系統(tǒng)以油為媒介，具有防銹和自身潤(rùn)滑性，提高機(jī)械效率，使用壽命長(zhǎng)。（3）油壓容易達(dá)到較高壓力（普通油壓2.6~6.2mpa）。體積小，可以得到較大的推力或轉(zhuǎn)矩。（4）液壓傳動(dòng)中力量、速度和方向容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足點(diǎn)是：（1）油液黏度隨著溫度變化而變化，影響工作性能，容易在高溫下引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)。（2）油液泄漏難以克服，需要油壓部件的精密度和質(zhì)量是很嚴(yán)格的，制造的成本相交其他形勢(shì)而言較高。（3）相應(yīng)的油供給系統(tǒng)，特別是電液伺服系統(tǒng)，要求嚴(yán)格的油過濾裝置，否則會(huì)發(fā)生故障。油壓驅(qū)動(dòng)方式地輸出力和功率非常之大，通?？梢栽诟蟮乃欧C(jī)構(gòu)上工作，多用于大型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。2.2.3氣壓驅(qū)動(dòng)與其他的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行比較，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境沒有污染，相對(duì)安全，可直接用于高溫作業(yè)。（2）壓縮空氣黏度低，容易達(dá)到高速。（3）氣動(dòng)元件工由于作壓力低，制造要求也低于液壓元件。（4）利用工廠集中的壓縮站供給空氣，無須添加動(dòng)力設(shè)備。其不足之處是：（1）其結(jié)構(gòu)相對(duì)更大，因?yàn)閴嚎s空氣一般壓力要40000～60000Pa，該方式需要獲得較大的力。（2）空氣的壓縮性較其他介質(zhì)大，作業(yè)穩(wěn)定性低，難以調(diào)速，難以達(dá)到準(zhǔn)確位置，難以控制。（3）去除空氣壓縮水的問題是非常重要的問題，如果處理不好的話，鋼鐵零件會(huì)生銹，設(shè)備的功能會(huì)下降，而排氣會(huì)引起噪音污染?？諝怛?qū)動(dòng)主要用于點(diǎn)控制、捕捉、開關(guān)控制和順序控制的設(shè)備。2.2.4驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn)經(jīng)研究上述三種驅(qū)動(dòng)方案后，本次設(shè)計(jì)的自走式除草機(jī)器人屬于高精度要求的設(shè)備，所以本次設(shè)計(jì)選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.3總體方案擬定因?yàn)楸咀宰呤匠輽C(jī)器人的要求是功能完備，所以本次設(shè)計(jì)的自走式除草機(jī)器人采用如圖2.1所示的結(jié)構(gòu)形式：圖2.1自走式除草機(jī)器人原理圖本次自走式除草機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，本機(jī)器人為后輪驅(qū)動(dòng)，前輪為輔助輪；蓄電池為不同機(jī)構(gòu)供電；天線接受外部遙控控制型號(hào)；齒輪齒條擺動(dòng)的機(jī)構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)自走式除草機(jī)器人機(jī)構(gòu)的上下擺動(dòng)有至關(guān)重要的作用，可適應(yīng)不同工況下的除草作業(yè)；除草機(jī)構(gòu)是執(zhí)行除草任務(wù)的關(guān)鍵部件，其包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、除草刀片等組成；機(jī)器視覺對(duì)于路面狀況、雜草、植物等檢測(cè)的工作控制板；用于獨(dú)立工作拔草的四自由度機(jī)械臂；為實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作的核心控制原件，其核心的組件被稱之為單片機(jī)，通過程序?qū)崿F(xiàn)各個(gè)動(dòng)作。3自走式除草機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1機(jī)器人行走驅(qū)動(dòng)方案的選擇輪式機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3.1，圖3.2，圖3.3。圖3.1兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖3.2前輪驅(qū)動(dòng)兼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)圖3.3后輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)如圖3.1，使用分別獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，不同直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)不同的驅(qū)動(dòng)輪，旋轉(zhuǎn)速度或力矩被供給。我們將前輪選取為萬(wàn)向輪，可保證不同角度移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單、輕便、控制性好，運(yùn)動(dòng)靈活、旋轉(zhuǎn)半徑小。圖3.2中的機(jī)器人是前輪驅(qū)動(dòng)輪型的機(jī)器人。后輪僅作為輔助輪胎，方向并不會(huì)改變。前輪包含了驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向兩項(xiàng)工作，兩輪擁有一致的驅(qū)動(dòng)速度，轉(zhuǎn)向速度。這種輪組結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于運(yùn)動(dòng)時(shí)平滑，整體結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性；不足之處是結(jié)構(gòu)相對(duì)更復(fù)雜，控制難度高。圖3.3中，后輪為驅(qū)動(dòng)輪，前輪為轉(zhuǎn)向輪，前后各電機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。綜合上述三種驅(qū)動(dòng)方案，我們選擇第一種驅(qū)動(dòng)方案。但我們把前輔助輪采用固定輪結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動(dòng)輪兩個(gè)電機(jī)的差動(dòng)實(shí)現(xiàn)方向轉(zhuǎn)化工作。3.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇在現(xiàn)代機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展中，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中通常使用的電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)，對(duì)其基本性能、作業(yè)方式和操控進(jìn)行分類介紹。以下簡(jiǎn)稱表3.1。通常狀況下機(jī)器人使用發(fā)動(dòng)機(jī)的基本要求；（1）反轉(zhuǎn)與正轉(zhuǎn)時(shí)的特性相同，有良好的響應(yīng)特性。（2）啟動(dòng)、停止和反向均能連續(xù)有效地進(jìn)行，運(yùn)行特性穩(wěn)定。（3）良好的阻力在出口上體積小，重量輕。（4）修理容易，不用維護(hù)。驅(qū)動(dòng)輪是兩個(gè)后輪，穩(wěn)定性好，具有一定的過載能力，能量消耗低，控制性好，精密度高，能量消耗低，輸出轉(zhuǎn)矩大。通過對(duì)上述電機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特征、自身重量、特性、控制方式和移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)性能要求、作業(yè)原理等因素的比較，我們將直流電器作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)由于高效、優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)特性，簡(jiǎn)單的控制性能，良好的線性調(diào)速特性，占據(jù)了調(diào)節(jié)和控制速度的絕對(duì)地位。表3.1不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式電機(jī)類型主要特點(diǎn)構(gòu)造與工作原理控制方式步進(jìn)電機(jī)直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單，沒有電刷，維修方便，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步，過載能力弱。按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為：永磁式，反應(yīng)式和混合式?；旌鲜侥墚a(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用廣泛。永磁式是單向勵(lì)磁，精度高，但易失步，反應(yīng)式是雙向勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過沖小，但效率低；混合式是單-雙向勵(lì)磁，分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。直流伺服電機(jī)接通直流電即可工作，控制簡(jiǎn)單；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制，效率高；需要定時(shí)維護(hù)和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。由永磁體定子，線圈轉(zhuǎn)子，電刷和換向器構(gòu)成。通過電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。交流伺服電機(jī)沒有電刷和換向器，無須維修；驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高。按結(jié)構(gòu)分為同步和異步。無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與支流電機(jī)相同。分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機(jī)常采用電壓控制。盡管受到其他電動(dòng)機(jī)（如交流變頻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等）的地位上的威脅，許多調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最佳拍檔仍是直流電動(dòng)機(jī)，用途廣泛。所需電機(jī)的電力計(jì)算：機(jī)器人小型車的力量強(qiáng)度與圖3.4相同。機(jī)器人所需的牽引力（3-1）式中——機(jī)器人移動(dòng)需要的牽引力（3-2）式中——自身重力而產(chǎn)生的阻力（3-3）式中——機(jī)器人移動(dòng)所受摩擦力圖3.4機(jī)器人小車的受力簡(jiǎn)圖則有：（3-4）式中——摩擦系數(shù)式中——最大爬坡角度（據(jù)課題要求可以按0計(jì)算）這里我們估算機(jī)器人的總重為10，運(yùn)行速度為0.6，靜摩擦因數(shù)為0.15則機(jī)器人在水平面上運(yùn)動(dòng)的功率為：（3-5）傳動(dòng)裝置的總效率：（3-6）按照表3.2確定的個(gè)部分效率有：直接傳動(dòng)效率：；滑動(dòng)軸承效率：代入得到：所需直流電機(jī)的最小功率：（3-7）即一臺(tái)電機(jī)的功率是4.05W。經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算與選擇，最終我們認(rèn)為廣東德昌微型電機(jī)公司的SRC-5555-3250型直流電動(dòng)機(jī)是最符合要求的。技術(shù)變量如表3.2。表3.2直流電機(jī)技術(shù)參數(shù)表型號(hào)額定電壓空載最大效率下制動(dòng)轉(zhuǎn)速電流轉(zhuǎn)速電流力矩功率力矩功率r/minAr/minAg.cmWg.cmWSRC-555-325012vCONSTANT61000.2453000.792296.216509.203.3機(jī)器人底盤的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)底盤時(shí)，我們必須考慮的底盤的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和各部件的配置關(guān)系，底盤設(shè)計(jì)不能太大，同時(shí)各部件的布置要合理，考慮底盤的強(qiáng)度，本次設(shè)計(jì)的底盤如圖3.5所示。圖3.5底盤設(shè)計(jì)圖3.4機(jī)器人車輪的設(shè)計(jì)在該設(shè)計(jì)中，可以通過機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式選擇輪胎，車輪方式提供了多種排列方式，滿足不同的情況需求。改變方向的簡(jiǎn)單化，就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的正確控制，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。我們考慮到設(shè)計(jì)好的機(jī)器人的工作環(huán)境和控制要求，選擇了四車輪方式。選擇車輪將不同的因素咕嚕進(jìn)來。例如機(jī)器人的電機(jī)功率、地形情況、重量、尺寸等。車輛重量和負(fù)載重量約為10kg，使用易于加工、質(zhì)量堅(jiān)硬的聚苯乙烯為輪轂，不充氣的中空橡膠為輪胎。橡膠和地面附著系數(shù)大，具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，整體輕便是我們選擇它的原因。參考由SOLIDWORKS繪制的圖3.6如下。圖3.6車輪三維設(shè)計(jì)圖3.5除草刀片的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的除草機(jī)構(gòu)，采用了直接用直流電機(jī)通過聯(lián)軸器接割草的圓盤。結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，拆裝刀具更方便，為我們的自走式除草機(jī)器人提供更多功能的延展性。刀片的三維結(jié)構(gòu)圖如圖3.7。圖3.7除草刀片3.6輔助輪階梯軸的有限元分析首先，階梯軸的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模.完成三維建模后，對(duì)該部分進(jìn)行有限元分析，階梯軸的軸承、螺栓等部件可以不必單獨(dú)受力分析。對(duì)階梯軸整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析，會(huì)引發(fā)大量數(shù)據(jù)可以生產(chǎn)，系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間會(huì)持續(xù)幾天或幾天以上。所以為了縮短計(jì)算時(shí)間，更準(zhǔn)確、更系統(tǒng)地分析階梯軸主體。即直接將階梯軸主體分離出來單獨(dú)進(jìn)行靜態(tài)分析，以確保系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，具體步驟如下：3.6.1階梯軸零件的三維建模利用SOLIDWORKS軟件對(duì)階梯軸零件進(jìn)行三維模型，全部繪制過程無法逐一詳細(xì)描述，我們將部分非標(biāo)零件進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明。得到的三維模型如圖3.8所示。圖3.8階梯軸模型3.6.2確定材料組成的材料是決定零件反應(yīng)的關(guān)鍵，我們根據(jù)材料的彈性屬性回饋給程序，可在材料庫(kù)中選擇材料分派給零件，階梯軸受到了很大的壓力和拉力，階梯軸材料一般選擇碳素鋼，使用Solidworks中Simlation模塊在分析階梯軸應(yīng)力選擇了碳素鋼，如圖3.9所示。圖3-9材料選取3.6.3添加夾具在夾具選項(xiàng)卡上，固定其約束。各個(gè)約束都可以包含多面，被約束的面會(huì)受到所有方向的限制。為了由于剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致分析失敗，必須對(duì)零件的其中一面進(jìn)行約束。分析前，要先確認(rèn)夾具，如圖3.10所見，階梯軸的兩端端是固定端，即模擬軟件中夾具夾住階梯軸軸承固定端的部分。圖3.10添加夾具3.6.4施加載荷我們將階梯軸的載荷設(shè)定為1200N。載荷選項(xiàng)中，應(yīng)用力和壓力載荷至我們?cè)O(shè)計(jì)的軸體的面，不同的力可以使用一個(gè)面上，在階梯軸實(shí)際工況得出的受力情況如圖3.11。圖3.11階梯軸豎直方向施加載荷3.6.5生成網(wǎng)格下一階段，階梯軸應(yīng)按網(wǎng)格劃分。首先我們要進(jìn)行曲面網(wǎng)格化，將段網(wǎng)格器將節(jié)放置于邊界上。再把在內(nèi)部生成節(jié)，用四面單元填充體積，并將中側(cè)節(jié)放置于邊線上。我們通常優(yōu)先選擇網(wǎng)格參數(shù)，如圖3.12。設(shè)置網(wǎng)格密度良好，對(duì)階梯軸生成定義的網(wǎng)格。圖3.12階梯軸網(wǎng)格化3.6.6運(yùn)算求解完成上述操作后點(diǎn)擊運(yùn)行，Solidworks開始對(duì)算例自行進(jìn)行分析與計(jì)算，求解過程如下圖3.13所示。圖3.13運(yùn)行算例分析當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，就可以得到階梯軸模型安全系數(shù)、位移、應(yīng)變、應(yīng)力等各項(xiàng)參數(shù)的有限元分析結(jié)果。3.6.7分析結(jié)果輸出Simulation模塊的結(jié)果標(biāo)簽中生成的圖形可以生動(dòng)地表現(xiàn)階梯軸各部位的應(yīng)力—應(yīng)變的情況、位移的情況和安全系數(shù)的情況。如圖3.14所示，結(jié)果第一個(gè)窗口顯示的是階梯軸所有位置的最低安全系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)工序規(guī)則一般要求安全系數(shù)高出1.5或更大，對(duì)給定的最低安全系數(shù)。軟件按照可能的安全性和非安全性，安全區(qū)域與非安全區(qū)域分別繪制不同顏色，階梯軸主體部分應(yīng)力、位移、應(yīng)變及安全系數(shù)分布圖3.14至3.18。圖3.14輸出結(jié)果圖3.15安全系數(shù)圖3.16位移分布圖圖3.17應(yīng)變分布圖圖3.18應(yīng)力分布圖階梯軸在作業(yè)情況的負(fù)荷下進(jìn)行載荷時(shí)，最低安全系數(shù)為1.39，如圖3.13所示，階梯軸的屈服力大約為220MPA，材料的抗拉強(qiáng)度為490MPA，符合設(shè)計(jì)要求。3.7除草機(jī)械臂傳動(dòng)裝置計(jì)算從強(qiáng)度，硬度，受力，彎曲疲勞強(qiáng)度等多個(gè)角度對(duì)對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行校核，對(duì)齒輪進(jìn)行選取。圖3.18傳動(dòng)軸圖3.7.1除草機(jī)械臂機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸的校核計(jì)算輔助機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)如下：圖3.19傳動(dòng)軸圖按軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸徑最小值，由（3-8）該作品中以10mm的傳動(dòng)軸作為最小傳動(dòng)軸，合乎設(shè)計(jì)需求。2、根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算其軸徑的最小值，如表所示：表3.3剪切彈性模量時(shí)的B值0.250.511.522.5R12910991.582.77772.8注:1.表中值為每米軸長(zhǎng)允許的扭轉(zhuǎn)角。2.許用扭轉(zhuǎn)角的選用，應(yīng)按實(shí)際情況面定。椎薦供參考的范圍如下:對(duì)于費(fèi)求精密、穩(wěn)定的傳動(dòng)，可取=0.25-0.5(0)/m;對(duì)于一般傳動(dòng)，可取=0.5-;對(duì)于要求不高的傳動(dòng)，可大于，起重機(jī)傳動(dòng)軸，=;重型機(jī)床走刀軸，=5’/m。式中B按以上表格選取，則B=77。此計(jì)算結(jié)果也符合要求。3.7.2除草機(jī)械臂機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪的校核計(jì)算除草機(jī)機(jī)械臂的正常工作是由主軸傳遞動(dòng)能到各個(gè)機(jī)械關(guān)節(jié)來進(jìn)行傳動(dòng)的。第一次減速是由小齒輪和齒輪1完成的。齒輪1、2相互嚙合完成反向傳動(dòng)。齒輪2和大齒輪完成了另一次的減速。在整個(gè)工作過程中完成了兩次的減速運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂拔取雜草的長(zhǎng)度被定為l=24mm。根據(jù)公式可得出：（3-9）從而得到的機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速。并且它的傳動(dòng)比為3.49分配其傳動(dòng)比，另一個(gè)周的轉(zhuǎn)速是311r/m。直齒錐齒輪的軸交角為90°。（1）齒輪材料、齒輪精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)的選擇根據(jù)傳動(dòng)方案，齒輪傳動(dòng)中選擇了支持圓柱齒輪。工作時(shí)轉(zhuǎn)速不高，所以齒輪的精度選擇了7級(jí)。小齒輪的材料選擇為40，齒面的硬度為275，大齒輪的材料為45鋼，吃面硬度為230，兩者的材料硬度差了45。根據(jù)上面的傳動(dòng)比，可算出齒輪1、2的齒數(shù)分別為：。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的計(jì)算公式進(jìn)行嘗試計(jì)算，即 （3-10）①小齒輪的分度圓直徑d1t初次計(jì)算，將[σ]H最小值帶去進(jìn)去。==48.94mm②圓周速度v的計(jì)算。（3-11）③齒寬b的計(jì)算 48.94mm （3-12）④齒寬與齒高之比的計(jì)算模數(shù)：2.04mm（3-13）齒高：h=2.25mt=2.25×2.04=4.59mm（3-14）=10.66（3-15）⑤載荷系數(shù)的計(jì)算。根據(jù)，精度選擇為7級(jí)，查得動(dòng)載荷系數(shù)=1.09；直齒輪，；查文獻(xiàn)可得，使用系數(shù)=1，當(dāng)精度為7級(jí)時(shí)、小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，=1.418。根據(jù)=10.66，=1.418，參考圖10-13可得出=1.35；所以載荷系數(shù)：==1.546（3-16）⑥由實(shí)際載荷系數(shù)校正計(jì)算得出分度圓直徑，通過下述公式可得：=51.85mm（3-17）⑦模數(shù)的計(jì)算。=2.16mm（3-18）（3）根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。通過完全強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：（3-19）將公式內(nèi)各個(gè)數(shù)值進(jìn)行確定。①查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度=380MPa；②查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；；③彎曲疲勞許應(yīng)用力的計(jì)算。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得（3-20）=303.57MPa=238.86MPa④載荷系數(shù)的計(jì)算=1×1.09×1×1.35=1.472⑤查取齒形系數(shù)由表10-5查得=2.65；=2.30。⑥查取應(yīng)力校對(duì)系數(shù)由表10-5查得=1.58；=1.715。⑦大、小齒輪的并加以比較。==0.01379==0.01651大齒輪的數(shù)值大。設(shè)計(jì)計(jì)算：=1.48mm將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于由彎曲強(qiáng)度決定的承載能力，也因?yàn)辇X面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，所以最好的彎曲強(qiáng)度的模數(shù)1.48為基準(zhǔn)值m=1.5，以接觸強(qiáng)度計(jì)算的分度圓徑＝51.84mm，計(jì)算小號(hào)齒輪的齒數(shù)。=34.56，取=35大齒輪齒數(shù)=2.3×35=80.5，故取81。將齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)成這個(gè)樣子，不僅僅被滿足吃面接觸疲勞強(qiáng)度不僅僅被滿足，也達(dá)到了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求，而且結(jié)構(gòu)緊湊，還節(jié)省了材料。4自走式除草機(jī)器人三維造型的設(shè)計(jì)4.1Solidworks軟件簡(jiǎn)介SolidWork是一款三維制圖仿真軟件，相比傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖，參數(shù)變量型CAD設(shè)計(jì)軟件具有無法輕易超越的功能，是行業(yè)內(nèi)部的集大成者。傳統(tǒng)的CAD根據(jù)透視效果，逐漸畫出自己想要的各單元，并標(biāo)出相應(yīng)的尺寸。那么，畫的人和看畫的人都要有較深的繪畫功底和空間想象力。Soldworks2019功能豐富，在制圖上方便快捷易學(xué)習(xí)。同時(shí)還可以輸出超多種不同類型的文件，SolidEdge、AutoCAD、CAM、pro/ENGINEER等主流軟件和文件兼容交互。還在繪制底圖模式及工程圖中提供了網(wǎng)格線的顯示和網(wǎng)格線的截圖功能可以說是非常強(qiáng)大。4.2零件建模4.2.1階梯軸三維建模的形成在SolidWorks中，自走式除草機(jī)器人的階梯軸較為簡(jiǎn)單，通過旋轉(zhuǎn)、拉伸等指令，階梯軸的三維模型如圖4.1所示。圖4.1階梯軸三維圖4.2.2底盤的三維建模形成由于底盤的三維模型相對(duì)于其他模型來說會(huì)復(fù)雜一些，運(yùn)用了陣列、圓角、切除、拉伸等特征，繪制出自走式除草機(jī)器人底盤的三維模型。如圖4.2所示圖4.2底盤三維圖4.2.3其他零件的三維模型造型另外，SolidWorks的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)里包含了各種軸承，螺釘，傳動(dòng)件，螺母，螺栓等數(shù)據(jù)，方便調(diào)用。自走式除草機(jī)器人軸承從庫(kù)中選擇軸承，滾動(dòng)軸承如圖4.3所示圖4.3添加軸承由于自走式除草機(jī)器人控制模塊的三維模型比較復(fù)雜，使用切除，圓角，陣列，拉伸等操作，形成背拉桿的三維模型。如圖4.4所示圖4.4背拉桿的三維建模其它零部件的三維建模這里就不一一描述4.3零件裝配零設(shè)計(jì)部件結(jié)束后，可以在構(gòu)圖模型中以一定的方式組合成一個(gè)組件或整個(gè)產(chǎn)品模型。部件組裝必須在專業(yè)部件設(shè)計(jì)模式下進(jìn)行，Solidworks2019可根據(jù)下一階段生成組件設(shè)計(jì)文件。打開軟件“新建”一個(gè)“裝配體”，再將各個(gè)添加至該文件用約束整合。在組件設(shè)計(jì)模式下，Solidworks可以通過多種方法將部件添加到組件中。也可以預(yù)定義的約束集合（也稱為連接）對(duì)指定數(shù)量有限制。約束裝置是一般使用的組合方式。Solidworks2019元件為操作板的約束列表框提供了各種制約類型，自動(dòng)、一致、固定、插入、曲面上的一個(gè)邊、坐標(biāo)點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、相接、直線上的點(diǎn)等。首先進(jìn)行部分裝配，再得到自走式除草機(jī)器人的整體裝配圖，總裝配圖見下圖4.5。圖4.5自走式除草機(jī)器人三維裝配體4.4三維向二維的轉(zhuǎn)換SolidWorks是一個(gè)具有強(qiáng)大功能的計(jì)算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計(jì)軟件，可以輸出超多種不同類型的文件，SolidEdge、AutoCAD、CAM、pro/ENGINEER等主流軟件和文件兼容交互。特別是裝配體，在顯示部件圖時(shí)有獨(dú)到之處。軟件內(nèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)化并以標(biāo)注相結(jié)合，以“以二維的長(zhǎng)處來彌補(bǔ)三維的短處”為目的，實(shí)現(xiàn)了會(huì)吐的高效性。在SolidWorks上制作二維工程圖。在SolidWorks的新模板中新建工程圖模板。打開工具欄，在工具欄上單擊“新建”按鈕，右鍵單擊創(chuàng)建圖像的區(qū)域，從文件中選擇生成工程圖像的三維模型，選擇創(chuàng)建工程圖像的方向，并可以拖拽其他角度的視圖，最終完成圖紙后將圖紙以“dwg/dxf”格式保存。如圖4.6所示。圖4.6新建工程自定義圖紙大小，或在標(biāo)準(zhǔn)圖紙里進(jìn)行選取，如圖4.7所示圖4.7選擇圖紙打開生成工程圖的部件并拖入設(shè)計(jì)圖，單擊左鍵確定位置，持續(xù)移動(dòng)鼠標(biāo)延某方向拖拽，會(huì)出現(xiàn)不同視圖。確定需要的工程圖，并通過上方工具欄中的工具分析解剖部分試圖。另外，還可以標(biāo)注該裝配體的零件及其名稱。也可以在導(dǎo)出都在CAD中進(jìn)行修改，最后獲得的工程圖如圖4.8。圖4.8除草機(jī)器人工程圖結(jié)論 通過以上分析完成了自走式除草機(jī)器人了本體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。根據(jù)自走式除草機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求完成了自走式除草機(jī)器人整體方案的設(shè)計(jì)最后，運(yùn)用三維軟件SolidWorks完成整體的三維裝配，并對(duì)部分構(gòu)建進(jìn)行受力分析。此次多功能自走式除草機(jī)器人的設(shè)計(jì)可謂溫故而知新，不僅完善了過去學(xué)習(xí)生活中的紕漏，同時(shí)也精進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)方面的技能。 通過本次設(shè)計(jì)我可以更加系統(tǒng)地了解多功能自走式除草機(jī)器人方面的知識(shí)。對(duì)于自走式除草機(jī)器人在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，有了更深入地了解，對(duì)其未來的發(fā)展趨勢(shì)更是有所啟發(fā)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學(xué)和全老師獲得了多解決問題的方法和方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程是充滿探索性，研究性和堅(jiān)持性的。解決問題，迸發(fā)靈感是趣味感，充實(shí)感和成就感相結(jié)合的。我們只要懷著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，努力鉆研，一定會(huì)成為行業(yè)內(nèi)的翹楚。致謝在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師趙民、趙艷華的悉心指導(dǎo)下完成的。從選擇設(shè)計(jì)課題和自走式除草機(jī)器人的設(shè)計(jì)到論文完成，導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想、對(duì)待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無私地奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷地感謝。由于受時(shí)間和水平的限制，自走式除草機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還存在著不夠完善的方面甚至有些錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師和專家指教，能使本設(shè)計(jì)更完善并能付諸實(shí)際，制造出所設(shè)計(jì)的自走式除草機(jī)器人操作器，將是很欣慰的事情。參考文獻(xiàn)[1]陳勇,侯學(xué)貴,胡娜.除草機(jī)器人機(jī)械臂的逆向求解與控制郭偉斌[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009(4):108-112

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amonocular-visionbased

autonomous

mobile

robot[J].Artificial

Life

and

Robotics

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論文的研究方法和手段有哪些

（1）調(diào)查法

調(diào)查法是科學(xué)研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計(jì)劃、有系統(tǒng)地搜集有關(guān)研究對(duì)象現(xiàn)實(shí)狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)調(diào)查中收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、總結(jié)歸納，為人們提供規(guī)律性的知識(shí)。

（一）典型例子

調(diào)查法中最典型的例子是問卷調(diào)查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調(diào)查人員編制調(diào)查項(xiàng)目表，分發(fā)或郵寄給相關(guān)人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計(jì)和研究。

（二）研究步驟

1.確定調(diào)查課題

確定題目時(shí)要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時(shí)要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復(fù)勞動(dòng)。

2.制定調(diào)查計(jì)劃

要明確調(diào)查課題、調(diào)查目的、調(diào)查對(duì)象、調(diào)查范圍、調(diào)查手段、調(diào)查步驟、時(shí)間安排。

3.收集材料

收集材料時(shí)要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進(jìn)行整理，以便后續(xù)總結(jié)歸納、形成結(jié)論。

5.總結(jié)研究

對(duì)整理完的材料進(jìn)行分析、總結(jié)、歸納，得出一般性的結(jié)論。

（三）特點(diǎn)

調(diào)查法相對(duì)其他研究方法來說較為耗時(shí)耗力，但也有其優(yōu)勢(shì)，即獲得的一手資料信息真實(shí)具體，能夠?qū)ρ芯繉?duì)象有更加準(zhǔn)確、清晰的認(rèn)識(shí)。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計(jì)劃地通過感官和輔助儀器，對(duì)處于自然狀態(tài)下的客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的一種科學(xué)研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認(rèn)知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結(jié)出來的；兒童心理學(xué)創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學(xué)領(lǐng)域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對(duì)象

在選擇和確定研究問題的基礎(chǔ)上確定觀察者與觀察對(duì)象。

2.制定觀察計(jì)劃

在觀察計(jì)劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點(diǎn)、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準(zhǔn)備

觀察準(zhǔn)備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時(shí)時(shí)記錄，不放掉任何一個(gè)關(guān)鍵信息。

（三）特點(diǎn)

觀察法具有拓展人們的感性知識(shí)、啟發(fā)思想等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其強(qiáng)調(diào)研究要在自然環(huán)境下進(jìn)行，且不允許摻雜個(gè)人的偏見，確為實(shí)際操作帶來了一定困難。

（3）實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)法是指經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，在高度控制的條件下，通過操縱某些因素，從而發(fā)現(xiàn)變量間因果關(guān)系以驗(yàn)證預(yù)定假設(shè)的研究方法。核心在于對(duì)所要研究的對(duì)象在條件方面加以適當(dāng)?shù)目刂疲懦匀粻顟B(tài)下無關(guān)因素的干擾。

（一