《臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》13000字（論文）

臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1緒論 緒論研究背景林果業(yè)是目前我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中重要的一部分內(nèi)容，林果業(yè)生產(chǎn)時(shí)很多工作內(nèi)容都是通過人工完成，人工成本高且工作效率低，導(dǎo)致林果業(yè)的生產(chǎn)成本高，隨著成本增高將會(huì)制約其發(fā)展。而采用機(jī)械設(shè)備代替人工進(jìn)行工作則可以有效解決這個(gè)問題。因此機(jī)械化生產(chǎn)在大規(guī)模的現(xiàn)代化林果業(yè)生產(chǎn)中愈加有必要。我國臍橙種植規(guī)模本身龐大，并逐年擴(kuò)大，未來臍橙種植規(guī)模將更加龐大。通過機(jī)械化/自動(dòng)化設(shè)備來取代傳統(tǒng)人力勞動(dòng)是提高生產(chǎn)能力的必要手段，也是一種必然趨勢(shì)。我國目前的機(jī)械化水平還相對(duì)較低，加快機(jī)械化智能化進(jìn)程是推進(jìn)現(xiàn)代化林果業(yè)產(chǎn)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。不光是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，現(xiàn)在我們的各行各業(yè)都在往機(jī)械化智能化方向發(fā)展，我們已經(jīng)推出了《中國制造2025》規(guī)劃。這規(guī)劃中，我們已經(jīng)提出了新的要求，要求在信息化發(fā)展的時(shí)代，我們需要把握機(jī)會(huì)，跟隨現(xiàn)代智能制造的主流。另外，在規(guī)劃中，努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人是其中的主要內(nèi)容，依靠大量廉價(jià)勞動(dòng)力，我國在國際上的地位逐漸上升，但是隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，機(jī)械逐漸取代人力，我國的人口優(yōu)勢(shì)在不斷下降?，F(xiàn)在的我們需要發(fā)展高新技術(shù)，通過技術(shù)來提升價(jià)值，通過機(jī)械和智能化設(shè)備來代替人力來完成生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本并提高競爭力。實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)器人也有許多人工勞動(dòng)力不具備的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)器人擁有更高的精確度和可靠性，并且其穩(wěn)定性更好，現(xiàn)在很多高新智能機(jī)器人不光是能夠代替人力完成一些簡單的生產(chǎn)內(nèi)容，很多是代替人力去完成高精密操作。通過發(fā)展智能化的機(jī)器人，能夠帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并且是一種長期可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)增長動(dòng)力來源。本文對(duì)臍橙采摘機(jī)器人進(jìn)行研究，臍橙行業(yè)中其中有大量的人力資源和生產(chǎn)成本是用于臍橙采摘，臍橙采摘的高成本影響了臍橙市場的發(fā)展，另外人力臍橙采摘的效率一般，也很容易因?yàn)椴烧患皶r(shí)而出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)，造成損失。通過發(fā)展機(jī)械化采摘來代替人力采摘是解決上述問題的關(guān)鍵，能夠降低采摘成本的同時(shí)很可以減低人工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率。采摘機(jī)器人的研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀歐美國家對(duì)機(jī)械人的研究較早，技術(shù)較發(fā)達(dá)，存在一個(gè)科技進(jìn)步的飛速發(fā)展階段，但是隨著時(shí)間的推移，歐美國家對(duì)機(jī)械采摘機(jī)械手的研究進(jìn)入了瓶頸期[1]。從1980年開始，歐洲國家基于雄厚的財(cái)力支持，對(duì)采摘機(jī)器人進(jìn)行了深入的研究。美國公司是最開始開展對(duì)采摘機(jī)器人研究的公司，其第一個(gè)研究對(duì)象是草莓[2]。由于新鮮草莓質(zhì)地較軟，比較害怕磕碰等情況的發(fā)生，所以草莓采摘機(jī)器人的采摘機(jī)構(gòu)使用柔軟的硅膠制成硅爪[3]。草莓被放在收集裝置中，機(jī)器人使用皮策輪在草莓地移動(dòng)。草莓最后被收集進(jìn)裝袋設(shè)備之中裝袋。英國在1987年設(shè)計(jì)出一款蘑菇采摘機(jī)器人，該機(jī)器人使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝有氣動(dòng)開關(guān)[4]。其機(jī)械手裝置為爪狀機(jī)械手。日本公司設(shè)計(jì)制造了一款草莓采摘機(jī)器人，這個(gè)機(jī)器人與美國不一樣的地方在于它的工作時(shí)間在12到22小時(shí)左右，可以在無人工的情況下完成草莓采摘的任務(wù)。白天晚上都可以工作，大大增加了農(nóng)民的收益。除此之外還研究出了一種甘藍(lán)采摘機(jī)器人[5]。截止到2020年。國際市場上對(duì)于采摘機(jī)器人研究最詳細(xì)的國家是美國，其所生產(chǎn)的臍橙采摘機(jī)器人采用了國際上最先進(jìn)的技術(shù)。這兩種臍橙采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分別如下兩圖所示，如圖1.1所示，臍橙采摘機(jī)器人的工作原理與家用電器吸塵器相似[6]。這種形式的臍橙采摘機(jī)器人是通過視覺模擬來對(duì)成熟的臍橙進(jìn)行識(shí)別，然后通過氣壓將內(nèi)部變?yōu)檎婵?，從而達(dá)到臍橙摘取的目的，這種臍橙采摘機(jī)器人具有較高的采摘效率，但是其所采摘的臍橙很容易在采摘過程中發(fā)生損傷。如圖1.2所示為美國所研制的臍橙采摘機(jī)器人二號(hào)[7]。這個(gè)機(jī)器人可以將果實(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)挑選。摘取機(jī)構(gòu)為三爪的機(jī)械手。這個(gè)機(jī)器人采用果實(shí)識(shí)別算法[8]。通過將果園中的品種及其結(jié)構(gòu)區(qū)別進(jìn)行區(qū)分，使其在工作過程中減少失誤，從而提高準(zhǔn)確率。圖1.1吸盤式采摘機(jī)器人圖1.2三爪卡盤式采摘機(jī)器人國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國科技發(fā)展一直落后于歐美國家，在歐美國家技術(shù)發(fā)展到巔峰時(shí)期，中國才意識(shí)到機(jī)器人的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、智能化的重要性[9]。因此，我國對(duì)于采摘機(jī)器人的研究更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家。隨著我國科技的飛速發(fā)展，人們對(duì)于科技的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，進(jìn)幾十年中，我國工業(yè)發(fā)展上發(fā)生的天翻地覆的變化，出現(xiàn)了很多顯著的成果，我國在采摘機(jī)器人等領(lǐng)域上都取得了很多的成就[10]。目前，我國機(jī)械手研究發(fā)展迅速。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所及其他眾多企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)械手的研究，使得機(jī)械手應(yīng)用發(fā)展方向極為廣泛。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)最先開始展開了對(duì)草莓采摘機(jī)器人的研究，基于美國之前的草莓采摘機(jī)器人技術(shù)，做大量的研究與試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了第一個(gè)中國草莓采摘機(jī)器人[11]。草莓采摘機(jī)器人使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)草莓的識(shí)別，其誤差為千分之一。成功的做到了將草莓與草莓的生長環(huán)境相分離。繼中國農(nóng)業(yè)大學(xué)之后，河南工業(yè)學(xué)院基于大棚種植草莓設(shè)計(jì)了草莓采摘機(jī)器人的雙目視覺采集圖像信息[12]。這種方法可以有效的進(jìn)行避障和草莓的識(shí)別，是一種先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)[12]。對(duì)于黃瓜采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)率先展開了大量的研究與試驗(yàn)，將黃瓜采摘機(jī)器人與多功能傳感器技術(shù)相結(jié)合，通過傳感器完成對(duì)采摘目標(biāo)的空間定位。優(yōu)化了機(jī)器人控制系統(tǒng)[13]。洛陽理工學(xué)院針對(duì)現(xiàn)有黃瓜采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)笨重，智能化不全面的問題展開了深入研究，設(shè)計(jì)了一款利用機(jī)械手對(duì)黃瓜進(jìn)行采摘的機(jī)器人，該機(jī)器人具有多自由度。大大的改善了黃瓜采摘過程中由于采摘結(jié)構(gòu)與行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)過于笨重而導(dǎo)致的采摘困難的問題。北京大學(xué)對(duì)黃瓜采摘機(jī)器人進(jìn)行了樣機(jī)制作，通過對(duì)首先對(duì)黃瓜采摘機(jī)器人進(jìn)行了理論分析，研究與設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真分析[15]。通過大量的運(yùn)動(dòng)情況分析和仿真分析，逐漸模擬黃瓜采摘機(jī)器人的使用環(huán)境，并對(duì)溫室環(huán)境下的黃瓜采摘機(jī)器人的工況進(jìn)行了大量的了解與研究，最后利用圖象識(shí)別原理，將黃瓜果實(shí)與黃瓜莖葉的信息分別利用不同的表達(dá)方式儲(chǔ)存至黃瓜采摘機(jī)器人內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了圖像識(shí)別的功能，有效進(jìn)行黃瓜的采摘。在臍橙采摘機(jī)器人的研究領(lǐng)域內(nèi)。北京科技大學(xué)結(jié)合國內(nèi)外的臍橙采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及國內(nèi)臍橙采摘的工作情況，提出了一種新型采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)并制造了臍橙采摘機(jī)器人樣機(jī)[16]。除此之外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)展開了對(duì)臍橙采摘機(jī)器人樣機(jī)的試驗(yàn)與研究。對(duì)其視覺定位精度進(jìn)行了深入的研究，所制作的臍橙采摘機(jī)器人樣機(jī)具有較高的定位精度，并且所設(shè)計(jì)的臍橙采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)均能正常工作[17]，馬貴飛等人基于市場上現(xiàn)有的臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真，進(jìn)行了一定的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[18]。如圖1.3所示，履帶式采摘機(jī)器人使用履帶完成機(jī)器人的移動(dòng)。履帶具有兩個(gè)自由度。完成水果采摘的機(jī)械手是由大臂、小臂及末端所組成，具有五個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)的電機(jī)及液壓系統(tǒng)均在機(jī)械手臂后側(cè)，該種履帶式采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)笨重，適合在較為平緩的土地上進(jìn)行使用[19]。圖1.3履帶式采摘機(jī)器人通過將國內(nèi)采摘機(jī)器人與國外采摘機(jī)器人的研究情況進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對(duì)于采摘機(jī)器人的研究時(shí)間較短，因此所研究的采摘機(jī)器人大多效率較低，使用范圍小。只有小部分的采摘機(jī)器人能夠完成實(shí)地采摘的任務(wù)。而且國外對(duì)于采摘機(jī)器人領(lǐng)域的研究投入了很大的財(cái)力，物力，并且國外政府對(duì)于工業(yè)的發(fā)展大力支持。很多大型科技公司自主研發(fā)所研究的采摘機(jī)器人，具有更加先進(jìn)的技術(shù)。國外所研制的采摘機(jī)器人使用了更加先進(jìn)的控制系統(tǒng)、集成化模塊等先進(jìn)裝置。因此，國內(nèi)所生產(chǎn)的采摘機(jī)器人，不論是在結(jié)構(gòu)上還是在工作效率上均弱于國外發(fā)達(dá)國家的采摘機(jī)器人。本文的主要研究內(nèi)容針對(duì)目前臍橙采摘機(jī)械化程度低的問題，設(shè)計(jì)了一種臍橙采摘機(jī)械手。本文主要包括以下三點(diǎn)內(nèi)容：（1）臍橙采摘機(jī)械手方案設(shè)計(jì)：通過分析采摘目標(biāo)，確定了機(jī)械臂和執(zhí)行器采摘臍橙所需要的自由度。根據(jù)設(shè)計(jì)的臍橙采摘執(zhí)行器的工作原理，繪制采摘執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡圖，確定采摘機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方案。（2）手爪與機(jī)械臂設(shè)計(jì)：根據(jù)采摘要求，確定手爪的工作類型，對(duì)手爪進(jìn)行力學(xué)分析，并完成其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)械臂的大臂與小臂分別進(jìn)行受力分析，并對(duì)其傳動(dòng)軸與安裝軸承等進(jìn)行選擇。（3）關(guān)鍵零部件的校核：最后對(duì)臍橙采摘機(jī)械手的關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核。臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)臍橙生物學(xué)特性及主要技術(shù)指標(biāo)臍橙生物學(xué)特性臍橙的生物學(xué)特性，為臍橙采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了參考。臍橙樹的樹高及樹冠大小決定了臍橙采摘機(jī)器人機(jī)械臂的工作空間。臍橙的生物特性決定了執(zhí)行器的姿態(tài)、調(diào)整空間及目標(biāo)物體的抓取方式。歸納臍橙樹的樹高、臍橙大小、確定采摘所需要的運(yùn)動(dòng)類型及數(shù)目是設(shè)計(jì)臍橙采摘機(jī)器人的出發(fā)點(diǎn)。歸納后的臍橙生物學(xué)特性如表2.1所示。表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s11臍橙生物學(xué)特性軸向X軸Y軸Z軸幾何尺寸（/mm）81-9560-8574-81壓力大?。?N）0-2525-5050-100臍橙變形狀況果皮果肉未損傷果皮未損傷、果肉局部損傷果皮果肉均損傷臍橙單果重量大?。?g）200-400臍橙樹高（/m）1.5-3臍橙樹冠（/m）0.6-2.2臍橙采摘機(jī)械手主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)臍橙采摘機(jī)器人的工作情況，機(jī)械手的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：（1）臍橙采摘機(jī)器人手爪處負(fù)載大小0.4kg左右。（2）為了防止手爪在抓取臍橙時(shí)發(fā)生滑落，機(jī)械手處的定位精度小于3mm。（3）為了滿足機(jī)械手在工作過程具有較高的工作效率，設(shè)計(jì)其各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速小于5rpm。采摘機(jī)械臂自由度及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)人工采摘臍橙動(dòng)作分析人工采摘臍橙時(shí)主要依靠雙手進(jìn)行工作，當(dāng)單手對(duì)臍橙進(jìn)行采摘時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)如圖2.1所示的四種采摘方式。當(dāng)人手指抓住臍橙時(shí)，通過物理方式將臍橙從果樹上摘下。而在實(shí)際的采摘中，為了減小對(duì)果樹的損傷，可以將一只手將臍橙固定，再使用另外一只手借助剪刀剪斷果柄，然后將臍橙放入籃子中。根據(jù)人工采摘臍橙的動(dòng)作分析，參考機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)果柄分離的運(yùn)動(dòng)形式，對(duì)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11采摘方式采摘機(jī)械臂的構(gòu)型采摘機(jī)械臂是采摘機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)。既承擔(dān)著整個(gè)機(jī)械臂的質(zhì)量又負(fù)責(zé)連接其他的部件，是調(diào)整機(jī)械手姿態(tài)的重要結(jié)構(gòu)。根據(jù)采摘目標(biāo)，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)構(gòu)型合理的機(jī)械臂對(duì)最終的采摘結(jié)果有很大的影響。此次設(shè)計(jì)采用關(guān)節(jié)型機(jī)械臂串聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種類型的機(jī)械臂具有較大的運(yùn)動(dòng)空間，控制簡單，可以滿足臍橙采摘的要求。臍橙采摘機(jī)器人的采摘方式采用機(jī)械手，手爪式機(jī)械手搭配行走機(jī)構(gòu)，方便臍橙采摘機(jī)器人在果園內(nèi)工作，臍橙采摘機(jī)器人主要部位包括手爪、手腕、腰部及機(jī)械臂。手爪：臍橙采摘機(jī)器人的手爪根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可以分為平轉(zhuǎn)與平動(dòng)兩種類型，根據(jù)機(jī)械手的使用需求一般分為真空吸盤及手爪式，由于此次設(shè)計(jì)中的摘取對(duì)象為臍橙，臍橙為較為規(guī)則的球體，因此采用手爪式進(jìn)行摘取。手腕：末端機(jī)械手通過手腕與機(jī)械臂相連接，根據(jù)末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)需求，需要其具有五個(gè)自由度，在采摘臍橙的過程中可以完成左右及回轉(zhuǎn)的同一水平面上的采摘運(yùn)動(dòng)，除此之外，機(jī)械手還應(yīng)該具有升降機(jī)構(gòu)，可以完成上下運(yùn)動(dòng)，將采摘的臍橙放在儲(chǔ)存位置。此次設(shè)計(jì)過程中為了簡化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，直接在機(jī)械手的底座上安裝臍橙采摘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)采摘臍橙的動(dòng)作。機(jī)械臂：機(jī)械臂是臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它通過大臂和小臂的相互配合，改變機(jī)器人位姿，與手腕和腰部配合到達(dá)果實(shí)所在的具體位置。實(shí)現(xiàn)臍橙采摘。行走機(jī)構(gòu)：行走機(jī)構(gòu)方面在國內(nèi)發(fā)展還并不具有代表性，目前國內(nèi)的發(fā)展大多數(shù)用于仿真階段。機(jī)械手的行走機(jī)構(gòu)一般采用兩種形式，一種為輪式行走，一種為履帶式行走，此次設(shè)計(jì)中并不對(duì)行走裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，故簡化為底座。底座：底座是安裝機(jī)械手及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要部位，在底座內(nèi)部安裝電機(jī)，底座上方安裝機(jī)械手。底座應(yīng)具有一定的質(zhì)量，以防止采摘機(jī)器人在工作過程中由于重心的改變而發(fā)生傾斜的情況。在機(jī)械行業(yè)的生產(chǎn)過程中，任何設(shè)備的正常工作都離不開驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行。驅(qū)動(dòng)裝置的類型多種多樣，根據(jù)驅(qū)動(dòng)類型不同，常見的驅(qū)動(dòng)方式有電力驅(qū)動(dòng)、啟動(dòng)和液壓。此次設(shè)計(jì)中，為了減輕臍橙采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，主要采用電力驅(qū)動(dòng)。采摘機(jī)械臂自由度分析要保證機(jī)械臂可以順利實(shí)現(xiàn)臍橙的采摘，所設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械手的末端執(zhí)行器要能達(dá)到臍橙附近，根據(jù)上節(jié)分析的臍橙的特征，所設(shè)計(jì)的機(jī)械手需要的最佳運(yùn)動(dòng)形式有5個(gè)自由度，自由度的具體表現(xiàn)如圖2.2所示。其中2、3、5部位處的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)樹高與樹冠方位的位置運(yùn)動(dòng)，即完成上下前后的運(yùn)動(dòng)，7處的兩個(gè)自由度可以保證調(diào)整手爪對(duì)臍橙的摘取，調(diào)節(jié)采摘角度，因此，臍橙采摘機(jī)械手的最佳自由度為5。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s12自由度展示機(jī)械臂傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)作分析及運(yùn)動(dòng)分析：臍橙首先被機(jī)械手夾持，然后再隨之一起運(yùn)動(dòng)。其周期運(yùn)動(dòng)可以表現(xiàn)為（按動(dòng)作順序）：大臂上升—小臂上升—手腕上翻—夾緊臍橙—手腕回轉(zhuǎn)—小臂下降—大臂下降—放下臍橙。臍橙采摘機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)決定了其運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與可靠性，應(yīng)合理對(duì)其傳動(dòng)方式進(jìn)行選擇。常見的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)及液壓傳動(dòng)。通過對(duì)比分析可得到，機(jī)械傳動(dòng)適合簡單的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，會(huì)大幅度增加其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，而臍橙采摘機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中需要完成5個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，因此機(jī)械傳動(dòng)不適合用于本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。氣壓傳動(dòng)采用氣控信號(hào)傳遞，傳遞速度慢，并且由于空氣的不穩(wěn)定性，在傳動(dòng)過程中很容易導(dǎo)致機(jī)械手發(fā)生抖動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械手不能準(zhǔn)確定位，因此氣動(dòng)方式不適合用于本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。液壓傳動(dòng)可以有效的將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械手臂的直線運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的情況，工作狀態(tài)平穩(wěn)，具有可靠性。電機(jī)可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接傳遞至臍橙采摘機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)處，可以直接通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，不需要將運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行改變，因此，采用電機(jī)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)。本章小結(jié)本章首先查閱文獻(xiàn)，確定了采摘對(duì)象的生物學(xué)特性，并對(duì)采摘機(jī)器人的采摘?jiǎng)幼鬟M(jìn)行了剖析，確定了采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型。通過分析采摘目標(biāo)，確定了機(jī)械臂和執(zhí)行器采摘臍橙所需要的自由度。根據(jù)設(shè)計(jì)的臍橙采摘執(zhí)行器的工作原理，繪制采摘執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡圖。最后確定了采摘機(jī)器人的方案。 臍橙采摘機(jī)械手手爪的設(shè)計(jì)采摘手爪類型及夾緊裝置采摘手爪要求臍橙是一個(gè)具有一定質(zhì)量的較規(guī)則球體，在采摘臍橙的過程中應(yīng)滿足以下要求：（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動(dòng)力（2）手指應(yīng)該具有足夠的開閉角度Δγ，以便于抓取臍橙（3）要求結(jié)構(gòu)簡單、重量輕便，在保證本身強(qiáng)度、剛度的前提下，盡可能減輕手臂的負(fù)載（4）應(yīng)保證機(jī)械手爪的夾持臍橙的精準(zhǔn)度。采摘手爪的類型及夾緊裝置本設(shè)計(jì)中機(jī)械手主要用來完成對(duì)臍橙的采摘。根據(jù)原始參數(shù)，其中機(jī)械手的手掌張合角Δr=60°，采摘機(jī)器人的采摘對(duì)象是臍橙，臍橙質(zhì)量不大，因此可以將臍橙采摘機(jī)器人的手爪的夾取重量設(shè)定為采摘手爪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算采摘手爪的力學(xué)分析圖3.1為常見的手爪結(jié)構(gòu)和力學(xué)分析。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11手爪結(jié)構(gòu)、受力分析由上圖3.1可知，球狀物體在1手爪的抓取下運(yùn)動(dòng)，手爪受到銷軸的作用力，對(duì)球狀物體體的夾取點(diǎn)處施加兩個(gè)作用力。由力學(xué)公式可知：Fy=0FF由F=0得F1∵ F=2bacos2式中：a——α由公式3.1可知，當(dāng)臍橙采摘機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力大小固定時(shí)，當(dāng)增加球狀物體與手指之間的夾角時(shí)，機(jī)械手爪所產(chǎn)生的的夾緊力也隨著增大，即機(jī)械手爪所產(chǎn)生的夾緊力與手指夾取臍橙的夾角成正比，但是，當(dāng)夾角過大時(shí)會(huì)導(dǎo)致手爪整體結(jié)構(gòu)過大，從而增加臍橙采摘機(jī)器人末端結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因此，最佳的手指與球體之間的夾角范圍為30°至40°。夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算臍橙采摘機(jī)器人在完成采摘臍橙的運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手爪應(yīng)具有足夠的夾持力，不然，臍橙采摘機(jī)器人就沒辦法成功采摘臍橙。因此，對(duì)機(jī)械手爪在采摘臍橙時(shí)，對(duì)機(jī)械手爪的受力情況進(jìn)行分析，其夾緊力為： FN≥K1式中：K1——安全系數(shù)，1.2?2.0K2——K3——G——工件重量計(jì)算：設(shè)a=100mm，b=50mm，100<α<400（1）夾緊力F設(shè)K1 K2=1+ba=K根據(jù)公式，將已知條件帶入：∴ FN=1.5×1.02×0.5×5=3.825N（2）根據(jù)驅(qū)動(dòng)力公式得： F計(jì)算=（3）取η=0.85 F實(shí)際（4）確定液壓缸的直徑D：∵選取活塞桿直徑d=0.5D，選擇液壓缸壓力油工作壓力P=0.81MPa， ∴4F根據(jù)表4.1，選取液壓缸內(nèi)徑為：D=10mm，但為了擴(kuò)大機(jī)械手的工作范圍，選取液壓缸內(nèi)徑D=16mm，則活塞桿內(nèi)徑為:d=8mm手爪夾持范圍計(jì)算臍橙采摘機(jī)器人的手爪應(yīng)具有足夠的張開角度，以防止由于臍橙體積過大而無法夾持的情況。此次設(shè)計(jì)中手爪的張開角度為60°。根據(jù)機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)尺寸可得，當(dāng)機(jī)械手爪全部張開時(shí)，手指的夾持長度為0.1m，當(dāng)張開角為0°時(shí)，機(jī)械手爪的最小夾持半徑為40mm。當(dāng)其夾持角度最大時(shí)，其夾持半徑為：R所以機(jī)械手的夾持半徑從40mm~104mm。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12手爪張開示意圖根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果及參考其他機(jī)械手爪設(shè)計(jì)參數(shù)，所設(shè)計(jì)的機(jī)械手爪具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖所示。在三維軟件中進(jìn)行了抓取手爪的建模，如圖3-4所示圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13手爪結(jié)構(gòu)參數(shù)圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14抓取手爪腕部的設(shè)計(jì)計(jì)算采摘手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臍橙采摘機(jī)器人機(jī)械手的主要作用是通過末端結(jié)構(gòu)對(duì)果樹上的臍橙進(jìn)行抓取運(yùn)動(dòng)，此次設(shè)計(jì)的末端結(jié)構(gòu)為了能讓其與不同類型的機(jī)械手相配合安裝，以滿足臍橙采摘機(jī)器人在不同情況下的生產(chǎn)實(shí)際生產(chǎn)要求所設(shè)計(jì)的機(jī)械手末端結(jié)構(gòu)如下圖所示。機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)可以配合其他類型的機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，為了使機(jī)械手能運(yùn)動(dòng)起來，在其中間安置一對(duì)錐齒輪。通過小臂中心線部位的軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在小臂后端安裝的電機(jī)與傳動(dòng)軸相配合。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)后。動(dòng)力通過齒輪帶動(dòng)傳動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸帶動(dòng)錐齒輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)與安裝在末端的大錐齒輪進(jìn)行配合，從而使臍橙采摘機(jī)器人的執(zhí)行末端完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)是通過螺栓進(jìn)行連接的。其內(nèi)部所安裝的傳動(dòng)齒輪是通過軸承和軸與末端機(jī)構(gòu)相連接。為了使所設(shè)計(jì)的臍橙采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)美觀，因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中需要對(duì)其外殼進(jìn)行一定的包裝。臍橙采摘機(jī)器人的末端機(jī)構(gòu)應(yīng)與手爪相連接，與此處安裝的手爪軸應(yīng)與手爪通過過盈配合，使其固定在末端機(jī)構(gòu)上，詳細(xì)設(shè)計(jì)如下圖所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15手爪前端設(shè)計(jì)圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s16前端部分示意圖臍橙采摘機(jī)器人通過使用齒輪傳動(dòng)，不僅可以有效的將力矩進(jìn)行傳遞，且制造成本低，制造工藝簡單，使用壽命長，更加適合在臍橙采摘機(jī)器人上使用。其前端結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)部分如下圖所示。注：1.電機(jī)2.齒輪3.軸4.錐齒輪5.前端部分圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s17前端部分傳動(dòng)根據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)器人的采摘對(duì)象外部特征，采用手爪式機(jī)械手，手爪式機(jī)械手可以有效完成對(duì)球狀物體的抓取，比吸附式等方式更適合此次設(shè)計(jì)。由于臍橙較小，因此設(shè)計(jì)中采用兩爪進(jìn)行抓取，可以有效完成臍橙采摘機(jī)器人對(duì)臍橙的摘取運(yùn)動(dòng)。手爪的與采摘機(jī)器人之間均設(shè)有連接孔，可以用過簡單的螺栓螺母進(jìn)行連接，此種設(shè)計(jì)的另一個(gè)目的是可以針對(duì)不同的抓取物體，更換手爪。所設(shè)計(jì)的手爪結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。腕部的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算腕部的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩M慣夾取臍橙，重量0.4kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)180手爪、手爪驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G=4N。G=0.4×0.0（2）摩擦力矩M摩（3）啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度φ啟=18° M慣=J+J查《工程力學(xué)》取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：J=J將數(shù)據(jù)代入得：MM=M=本章小結(jié)本章主要針對(duì)臍橙采摘機(jī)器人的手爪及腕部進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，根據(jù)采摘機(jī)械手的使用需求一般分為吸盤式及手爪式，真空吸盤常見于對(duì)于較為光滑的表面進(jìn)行采摘，由于此次設(shè)計(jì)中的摘取對(duì)象為臍橙，臍橙為較為規(guī)則但不光滑的球體，因此采用手爪式進(jìn)行摘取。臍橙采摘機(jī)器人在完成采摘臍橙的運(yùn)動(dòng)時(shí)，末端執(zhí)行器應(yīng)具有足夠的夾持力，不然，臍橙采摘機(jī)器人就沒辦法完成對(duì)臍橙的采摘。因此，在末端執(zhí)行器抓取臍橙時(shí)，對(duì)臍橙的受力情況進(jìn)行分析，并對(duì)臍橙采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器的夾持力進(jìn)行計(jì)算，從而得到所需要的驅(qū)動(dòng)力大小。同樣，機(jī)械手腕也是傳動(dòng)的一個(gè)主要部分，因此，同樣對(duì)手腕處進(jìn)行受力分析與驅(qū)動(dòng)力計(jì)算。

機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂的設(shè)計(jì)及計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)注意的問題機(jī)械臂承擔(dān)著末端執(zhí)行器及抓取對(duì)象的重量，因此，應(yīng)具有一定的剛度，滿足末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂盡量不產(chǎn)生或產(chǎn)生較小的偏重力矩。為了使機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中保持平穩(wěn)，機(jī)械臂的質(zhì)量要輕，減小機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中的慣性力。機(jī)械臂應(yīng)具有良好的導(dǎo)向性。小臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)臍橙采摘機(jī)器人機(jī)械臂的小臂部分是連接機(jī)械手與機(jī)械手手腕部分的部件，臍橙采摘機(jī)器人小臂的長度決定了機(jī)械手在水平方向上的工作范圍。具體設(shè)計(jì)如圖4.1所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11小臂的設(shè)計(jì)如圖4.1所示是小臂的模型，它是通過小臂后面的電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)來帶動(dòng)小臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，如圖4.2所示通過兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)不同的齒輪相互作用，使得和齒輪相連接的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不同的齒輪大小有不同的速度，通過使用不同的電機(jī)使得速度能夠有變化，這個(gè)對(duì)于在生產(chǎn)中，需要根據(jù)不同的速度來適應(yīng)生產(chǎn)，有非常大的意義，為了能觀察清楚這個(gè)齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)我們可以通過圖4.3所示。相同的電機(jī)通過不同的齒輪進(jìn)行嚙合。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12電機(jī)和齒輪的分布圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13齒輪嚙合把小臂的截面設(shè)計(jì)成工字鋼形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕小臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。選45號(hào)鋼。理論重11.261kg/m,Wy=9.72cm校核：G小臂=mg=11.261×0.6×10=73.19（N其受力如下圖:圖4.4小臂受力分析圖F=75+5=80（N）M=δ=按《材料力學(xué)》公式：τ=Qhb其中h為小臂的高度，b為小臂的腰寬，Q為所受的力。所以τ=所以選45鋼合適，小臂設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。電機(jī)及減速器選型初步擬定采摘的果實(shí)重量為1kg，臍橙采摘機(jī)構(gòu)中的末端執(zhí)行器和旋轉(zhuǎn)法蘭組件的整體重量為4kg。進(jìn)而我們能夠根據(jù)扭矩與功率的計(jì)算公式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算步驟如下所示：P擬采用諧波減速器，其減速比初定為K=100,電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為n=100小臂的最大轉(zhuǎn)矩可以通過下式進(jìn)行計(jì)算：T≤9550并將P=0.4KW代入上述公式進(jìn)行計(jì)算：T≤9550*0.95/1000=10N/m若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為10N.m，取安全系數(shù)為2，則諧波減速器所需輸出的最小轉(zhuǎn)矩為：T01選擇諧波減速器：⑴型號(hào)：XB3-50-100額定輸出轉(zhuǎn)矩：20N.m減速比：i1=100設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為：η=90%Tout1=選擇BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)：55BF003靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m步距角：1.5°軸的設(shè)計(jì)大軸的直徑取20mm，材料為45號(hào)鋼。受力如下圖:圖4.5軸受力分析圖驗(yàn)算：Fτ=小臂設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。軸承的選擇因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊(cè)》表9-6－1（GB297-84）選7304E，d=20mm，c=31.5kN軸承的校核：因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：C0≥S0其中P0為當(dāng)量靜載荷，S0為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表3-8作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不均勻載荷,S0上軸承受純徑向載荷∴P0=F所以S因此軸承合適.下軸承受徑向和軸向載荷P0=X0式中：R為徑向載荷；A為軸向載荷；X，Y分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13－5查取因?yàn)锳R帶入數(shù)據(jù)得：X0=1YS因此軸承滿足設(shè)計(jì)要求，小軸承受力很小，所以不用校核。大臂的設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)操縱器大臂與肩體之間的身體的腰部和臂的杠桿臂而動(dòng)作的基礎(chǔ)上假定的運(yùn)動(dòng)可以傳遞關(guān)于肩部過渡中間臂相連。機(jī)械臂肩關(guān)節(jié)之間的連接臂和吊桿操縱臂如圖4.4所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14機(jī)械臂大臂結(jié)構(gòu)示意圖把大臂的截面設(shè)計(jì)成上圖形式，這樣抗彎系數(shù)大，使截面面積小，從而減輕大臂重量，使其經(jīng)濟(jì)、輕巧。選45鋼。理論重16.890kg/m，Wy校核：G因此取大臂重量為140N。其受力如圖4.7所示:圖4.7受力分析圖F=75+5+140=220（N）M=δ=按公式（4.1）其中h為大臂的高度，b為大臂的腰寬，Q為所受的力。所以τ=所以選45鋼合適，大臂的設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。電機(jī)選型設(shè)小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的重量：M2=2Kg，MJ2=M2L4+M=2×0.0972+4×0.1942=0.16kg.m2大臂速度為10r/min，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：T=J×ω式中：T：旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩N/mJ：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg/mω?：角加速度rad/使機(jī)械手大臂從ω0=0到ω1T1若考慮繞機(jī)械手手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為10N.m，取安全系數(shù)為2，則諧波減速器所需輸出的最小轉(zhuǎn)矩為：T01選擇諧波減速器：型號(hào)：XB3-50-120（XB3型扁平式諧波減速器）額定輸出轉(zhuǎn)矩：20N/m減速比：i=120設(shè)諧波減速器的的傳遞效率為：η=90%，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout1=選擇BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)：55BF003靜轉(zhuǎn)矩：0.686N.m步距角：1.5°大臂減速器參數(shù)的計(jì)算剛輪、柔輪均為鍛鋼，小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為250HBS剛輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為220HBS。1.齒數(shù)的確定柔輪齒數(shù)：Z剛輪齒數(shù)：Z已知模數(shù)：m=0.5，則柔輪分度圓直徑：d鋼輪分度圓直徑：d柔輪齒圈處的厚度：δ重載時(shí)，為了增大柔輪的剛性，允許將δ1計(jì)算值增加20%，即δ柔輪筒體壁厚：δ=0.7為了提高柔輪的剛度，取δ=1.2mm輪齒寬度：B=0.15輪轂凸緣長度：C=(0.2~0.3)B=(0.2~0.3)×15=3~4.5mm取C=柔輪筒體長度：L=(0.8~1.2)輪齒過渡圓角半徑：r≈m=0.5mm為了減少應(yīng)力集中，以提高柔輪抗疲勞能力，?。簉=3mm軸的設(shè)計(jì)計(jì)算軸的直徑取20mm，材料為45號(hào)鋼。其受力如下圖:圖4.8軸的受力分析驗(yàn)算：F1=τ=軸的應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。軸承的選擇大軸軸承的選擇：因?yàn)樯陷S承只受徑向，下軸承受軸向力和徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，按《機(jī)械零件手冊(cè)》表9-6-1（GB297-84），選7304E，d=20mmc=31.5kN軸承的校核：因?yàn)榇颂庉S承做低速的擺動(dòng)，所以其失效形式是，接觸應(yīng)力過大，產(chǎn)生永久性的過大的凹坑（即材料發(fā)生了不允許的永久變形），按軸承靜載能力選擇的公式為：C0≥S0其中P0為當(dāng)量靜載荷，S0為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取決于軸承的使用條件。按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表3-8作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承,沖擊及不均勻載荷,上軸承受純徑向載荷,∴所以S軸承滿足設(shè)計(jì)要求。下軸承受徑向和軸向載荷P0=X0式中：R為徑向載荷；A為軸向載荷。XY分別為徑向軸向載荷系數(shù)，其值按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13－5查取因?yàn)锳R所以X0=1Y所以S因此軸承滿足設(shè)計(jì)要求，軸承受力很小，所以不用校核。本章小結(jié)本文主要對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，分別對(duì)大臂與小臂進(jìn)行了受力分析，并對(duì)其傳動(dòng)軸與安裝軸承進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，完成了大臂與小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵零部件校核軸的校核計(jì)算軸的受力分析圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s11軸受力分析圖軸的受力分析、轉(zhuǎn)矩圖、彎矩圖如圖所示。L軸承的支反力計(jì)算：在水平面上R在垂直平面上RR軸承Ⅰ的總支反力R軸承Ⅱ的總支反力R在水平面上，a-a剖面左側(cè)Ma-a剖面右側(cè)M垂直面Mav合成彎矩Ma校核軸的強(qiáng)度圖a—a剖面左側(cè)受轉(zhuǎn)矩彎矩，還有鍵槽引起的應(yīng)力集中，為危險(xiǎn)剖面，抗彎截面模量為W=0.1d3?bt(d?t)式中：d：a—a截面的直徑；b：鍵槽寬度；t：鍵槽深度。W=0.1同理可得抗扭截面模量為W彎曲應(yīng)力：σσσ扭剪應(yīng)力：ττ查數(shù)據(jù)得45號(hào)鋼正火回火處理硬度170~217HBW，抗拉強(qiáng)度極限σB=600MPa，屈服極限σs=300MPa，彎曲疲勞極限σ?1σe=σ校核鍵連接的強(qiáng)度鍵連接的擠壓應(yīng)力為：σp=4Tdhl式中：d：鍵連接處直徑；T：傳遞的轉(zhuǎn)矩；h：鍵的高度；l：鍵連接的計(jì)算長度，l=L-b。蝸輪處鍵連接的擠壓應(yīng)力σ取鍵、軸及聯(lián)軸器的材料都為鋼，查得σpσp聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力σ取鍵、軸及齒輪的材料都為鋼，已查得σp=120~150MPa。顯然，聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力σ取鍵、軸及齒輪的材料都為鋼，已查得σp=120~150MPa。顯然，校核軸承壽命查手冊(cè)知道30209軸承的Cr軸承的軸向力FS1所以

F所以只需校核軸承Ⅱ。Fa2Fa2R2當(dāng)量載荷P軸承在100℃以下工作，查表得fT=1。同時(shí)，軸承Ⅰ的壽命為L預(yù)期壽命Lh對(duì)于，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s12軸結(jié)構(gòu)圖受力分析圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s13軸受力分析圖分度圓直徑d=50mm，圓周力Ft=733.2N，徑向力Fr=1032.89N，軸向力軸承的支反力計(jì)算：在水平面上R在垂直平面上RR軸承Ⅰ的總支反力：R軸承Ⅱ的總支反力：R查手冊(cè)得：30207軸承的Cr軸承的軸向力FS1所以Fa1所以只需校核軸承Ⅰ。Fa1Fa1R1當(dāng)量載荷P軸承在100℃以下工作，查表得fT=1。同時(shí)，軸承Ⅰ的壽命為L預(yù)期壽命Lh本章小結(jié)本章主要針對(duì)臍橙采摘機(jī)器人的主要零部件進(jìn)行了受力分析與強(qiáng)度校核，計(jì)算結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)論與展望針對(duì)臍橙采摘過程機(jī)械化程度低的問題，本文設(shè)計(jì)了一款新型臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)，完成了如下工作：（1）通過分析采摘目標(biāo)，確定了機(jī)械臂和執(zhí)行器采摘臍橙所需要的自由度和運(yùn)動(dòng)副的類型，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的最佳自由度。繪制采摘執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡圖并完成了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。確定了臍橙采摘機(jī)器人的傳動(dòng)方案及驅(qū)動(dòng)方案。（2）設(shè)計(jì)了采摘執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案，選擇了平行連桿手爪。完成了對(duì)手爪的夾持力與驅(qū)動(dòng)力分析計(jì)算，并完成了機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維模型的創(chuàng)建。（3）完成了臍橙采摘機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型計(jì)算與減速器的選型計(jì)算，并對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。因?yàn)閷?duì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題臍橙采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面所涉及的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)相對(duì)較少，并且對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些更深入的課題方