畢業(yè)答辯-番茄采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

番茄采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)答辯人：學(xué)號(hào)：201419031030匯報(bào)提綱一課題背景及研究的目的意義二本課題研究的主要內(nèi)容三番茄采摘機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)四番茄采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五三維模型效果圖六結(jié)論一、課題背景及研究的目的意義

隨著人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，采用傳統(tǒng)的人工采摘番茄已經(jīng)顯得力不從心，一般番茄的成熟期在陽(yáng)光溫度適宜的時(shí)候大約是7-10天左右，但在這個(gè)期間不盡快采摘，很容易使番茄壞掉，從而影響番茄產(chǎn)量。為此人們必需盡快的在這個(gè)期間把番茄給采摘下來(lái)，這個(gè)過(guò)程是非常緊迫和勞累。若是大規(guī)模的種植將不利于采摘工作的進(jìn)行，因此我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)代替人工作業(yè)的機(jī)器人二、本課題的主要研究?jī)?nèi)容番茄采摘機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定：小車(chē)的設(shè)計(jì)，支撐柱設(shè)計(jì)，基座設(shè)計(jì)，大臂設(shè)計(jì)，小臂設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)臂設(shè)計(jì)，上下擺臂設(shè)計(jì)，末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)，截?cái)鄼C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：采用行星齒輪減速器用來(lái)傳動(dòng)按照主要承受載荷的要求，對(duì)于關(guān)鍵易損零件，進(jìn)行強(qiáng)度校核；對(duì)采摘機(jī)器人進(jìn)行三維建模。三、番茄采摘機(jī)器人手腕的方案設(shè)計(jì)(a)旋轉(zhuǎn)式手腕(b)上下擺動(dòng)式(c)單自由度手腕(d)雙自由度手腕(e)三自由度手腕方案一：?jiǎn)巫杂啥仁滞髾C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是轉(zhuǎn)動(dòng)副傳動(dòng)，提供的運(yùn)動(dòng)太單一，無(wú)法完成復(fù)雜的動(dòng)作要求。方案二：雙自由度手腕機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。能夠完成比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，工作范圍廣泛，在工作范圍上比單自由度的結(jié)構(gòu)要大。方案三：三自由度手腕機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。它的工作的范圍廣，能夠完成各種復(fù)雜的動(dòng)作三、番茄采摘機(jī)器人機(jī)械臂的方案設(shè)計(jì)

方案一：直角坐標(biāo)手臂,

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，定位精度高的，采摘半徑大，尺寸也大。它的缺點(diǎn)在采摘作業(yè)時(shí)比較笨重，它使末端執(zhí)行器出現(xiàn)工作盲區(qū)，末端執(zhí)行器無(wú)法摘取果實(shí)。該結(jié)構(gòu)無(wú)法摘取數(shù)量密度較大的番茄。方案二：圓柱坐標(biāo)手臂，這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，定位精度高，工作時(shí)繞Z軸旋轉(zhuǎn)和X滑動(dòng)，這種設(shè)計(jì)全部增加了手臂的到達(dá)范圍，產(chǎn)生的慣性比較大。方案三：極坐標(biāo)手臂。這種機(jī)構(gòu)它是由多種自由度構(gòu)成的，當(dāng)然機(jī)械機(jī)構(gòu)的剛度也很高。體積也很小。他帶動(dòng)的末端執(zhí)行器采摘質(zhì)量大，對(duì)應(yīng)更小的慣性。還是這種機(jī)構(gòu)的躲開(kāi)障礙的能力也不高。非常容易被番茄給阻礙上。而且在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)也不容易控制，對(duì)應(yīng)的采摘精度低，容易損傷番茄。

方案四：多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂。多關(guān)節(jié)手臂的自由度多，對(duì)應(yīng)的手臂的靈活度也常靈敏，對(duì)應(yīng)的角度也非常廣，機(jī)構(gòu)非常緊湊各個(gè)手臂的干涉也和小，當(dāng)然對(duì)應(yīng)的工作區(qū)域也很廣，可以在空間上各個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)。番茄也對(duì)機(jī)械手臂的影響很小。(a)直角坐標(biāo)手臂(b)圓柱坐標(biāo)手臂(c)極坐標(biāo)手臂(d)多關(guān)節(jié)手臂三、番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的方案設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)方案一：旋轉(zhuǎn)手指的打開(kāi)和關(guān)閉基于手指根部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。僅具有一個(gè)支點(diǎn)稱(chēng)為單一回類(lèi)型;具有兩個(gè)支點(diǎn)的稱(chēng)為雙支回轉(zhuǎn)型。此種設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)外觀上設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。方案二：平移手指的開(kāi)合是基于手指的平行移動(dòng)，適用于夾緊夾板和方形物體，當(dāng)不同直徑的果實(shí)夾緊時(shí)，中心位置不轉(zhuǎn)向，手指擰緊誤差也不會(huì)太大，但這些結(jié)構(gòu)類(lèi)型的弱點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，加工精度要求高。三、機(jī)器人基座和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)(a)基座(b)基座傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(c)手臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分主要采用行星輪系，采用太陽(yáng)輪傳動(dòng)動(dòng)力，行星輪固定，行星輪的功能只改變方向，就是一個(gè)惰輪。行星輪固定在連接動(dòng)力源的部件上，內(nèi)齒輪固定在被傳動(dòng)部件上。三、采摘機(jī)器人方案選定機(jī)器人方案選定010203手臂選用多關(guān)節(jié)手臂末端執(zhí)行器選用兩自由度手腕末端執(zhí)行器選用雙支回轉(zhuǎn)型四、采摘機(jī)器人小車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小車(chē)設(shè)計(jì)效果圖四、采摘機(jī)器人基座設(shè)計(jì)基座設(shè)計(jì)效果圖四、采摘機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)手臂設(shè)計(jì)效果圖四、采摘機(jī)器人手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手腕設(shè)計(jì)效果圖末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)效果圖四、采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)四、采摘機(jī)器人截?cái)鄼C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)截?cái)鄼C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)效果圖四、采摘機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)行星輪系減速器設(shè)計(jì)四、采摘機(jī)器人手腕和末端執(zhí)行器裝配設(shè)計(jì)手腕與末端執(zhí)行器裝配圖五、三維模型爆炸圖五、整機(jī)三維模型

完成了番茄采摘機(jī)器人的總體方案及整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，小車(chē)的設(shè)計(jì)，支撐柱設(shè)計(jì)，基座設(shè)計(jì)，大臂設(shè)計(jì)，小臂設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)臂設(shè)計(jì)，上下