椰子采摘机的设计-机械设计制造及其自动化.docx

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1、毕业论文（设计）题目：椰子采摘机的设计摘要曲于椰子的摘取工艺过于复杂，椰子的采摘在一定程度上也对其销量产生负面影响，针对此问题，所以本次毕业设计主要是通过机械臂与机械手的方式完成椰子采摘机的设计，减少椰子采摘过程中的劳动力损耗。在整篇设计中，首先对椰子采摘机械手这个概念进行了叙述，确定了组成此椰子采摘机械手的自山度数为5个；其次是对整个椰子自动采摘机的整体结构进行大致设计，接着是机械手、底座等部分的结构设讣一一完成属于此机械手的各个自山度的介绍，各动力元器件的选型与计算。在上述儿项设计完成了之后，再运用大学四年专业课上老师教授的机械类知识对这些结构进行验证与校核的计算，最后再使用CAD软件对整

2、个椰子采摘机进行整机、局部、零件等的图纸绘制处理，通过这一连串的结构设计以及参数计算过程，达到课题设计的最终口的。关键词：机械手；步进电机；CAD;自由度AbstractBecausethepickingprocessofpineappleistoocomplex,thepickingofpineapplehasanegativeimpactonitssalestoacertainextent.Inviewofthisproblem,thisgraduationprojectismainlytocompletethedesignofpineapplepickingmanipulatortore

3、ducethelaborlossintheprocessofpineapplepickingInthewholedesign,firstly,theconceptofpineapplepickingmanipulatorisdescribed,andthedegreeoffreedomofthepineapplepickingmanipulatorisdeterminedtobe5.Secondly,theoverallstructureofthewholepineapplepickingmachineisroughlydesigned,followedbythestructuraldesig

4、nofthemanipulator,thebaseandotherparts-theintroductionofeachdegreeoffreedombelongingtothemanipulatorandthepowerelementsarecompleted-Selectionandcalculationofcomponents-Afterthesedesignshavebeencompleted,thesestructuresareverifiedandcheckedbyusingthemechanicalknowledgetaughtbytheteachersinthefour-yea

5、rprofessionalcourse.Finally,thewholepineappleharvesterisdrawnandprocessedbyCADsoftware-Throughthisseriesofstructuraldesignandparametercalculationprocess,theultimategoaloftheprojectdesignisachieved.Keywords:ManipulatoriStepperMotor;CAD;DegreeofFreedom1绪论4LI课题研究目的及意义41.Ll课题研究目的41.L2课题研究意义41.2 机械手国内发展形

6、势41.3 工业机械手应用于椰子采摘41. 4本章小结52总体方案的确定62.1引言62. 1.1椰子采摘机械手工作环境62. 1.2原始参数确定62.2 椰子采摘机械手的总体构成62.2.1 机械手的本体组成62.3 本章小结73椰子采摘机械手的结构设计83. 1弓I言83.2椰子采摘机械手总体外形设计83.3椰子采摘机械手结构设计83.3.2腰部结构设计1033.3大臂结构设计103.3.4连杆结构设计H3.3.5伸缩结构设计133.3.6手爪处结构的设计133.4关键零件强度校核143.4.1圆柱蜗杆传动的强度校核153.4.2小臂处齿轮的校核173. 5本章小结194底座设计与选型20

7、3.1 引言204. 2整体结构设计204.2.1采摘工作运动环境204.2.2行走履带设计20423支撑座设计214.3本章小结215总结23致谢24参考文献251绪论1.l课题研究目的及意义1.Ll课题研究目的随着水果市场的日益壮大，针对市场上现在的椰子采摘效率低下，人工采摘及搬运成本高，自动化程度较低的实际情况考虑出发，利用大学所学的知识以及导师的相关帮助设计出一种操作简便，制造成本合理，能大规模投入到椰子采摘工作中去的采摘机械手。1. 1.2课题研究意义本课题主要希望能通过对椰子采摘机械手的设计，来提升水果采摘的自动化程度，给广大果农带来便利。与此同时也通过本次课题的研究来完善自己对机

8、械手的认知、提升自己综合运用知识以及处理问题的能力。1.2机械手国内发展形势机械手起步最早的是采摘机械手。纵观09年的三大采摘展，最初的机械手并不是用在农业方面上，而是用在战争行业上的。中国的最早的机械手模型可以追索到唐朝时期，那是的军队双方交战采用的用来投石的机器就是现在的机械手的最初模型。但是山于肖初科技没那么发达，所以其动力装置不是现在的这样使用电机驱动，而是利用人_L操作将绳索的势能转化成被投石的机械能，达到进攻敌军的U的。机械手在我们国家被大量发展还是通过改革开放，改革开放后，伴随着国家一系列重点的事项开启，工业水平得到质的飞跃，机械手也开启属于它的快速的发展道路。如上海口询已经开始

9、将机械手迈入到医学行业的使用中去。1. 3工业机械手应用于椰子采摘在椰子采摘过程中，人工采摘费时费力，若要减少采摘成本及采摘工作时长，必然要推翻这样的采摘模式。而自动化采摘较为熟知的两和一为水稻收割机式的水平切割，这种采摘方式,速度快但准确度低；二为机械手采摘，这种采摘方式采摘过程的定位精确度高，但结构复朵。综合椰子的生长环境及椰子树的外形结构等全方位因素考虑，由于椰子种植地地面凹凸不平，以及椰子树高低不等，所以类似于水稻收割机式的水平采摘方式必然不可取，这样的采摘方式会有各种限制，例如：较高的椰子采摘下后相连的枝干较长，还要后期处理增加劳动力，较低的椰子采摘过程中可能出现椰子被切碎或者干脆没

10、有被切割到。因此，选用笫二种方案一一机械手采摘。椰子采摘机械手主要由工业机械臂演化而来，机械臂在工业生产中起到了至关重要的作用，例如：在特殊环境中操作、高精密度或者高强度作业等，完成人力无法达到或者很难达到的工作LI标。而在椰子采摘中，工作条件远以及工作环境没有工业生产来的复杂，采摘工作在普通环境下进行，椰子个体质量不大，都在l-3Kg,因此，在本次设计中，机械手的设计不需要采用特殊材料，只需要根据椰子的个体大小及质量，椰子树的外形结构等来设讣椰子采摘机械手的结构。当然，所有的设计必须满足强度校核以及刚度校核，以保证椰子采摘过程的安全进行。2. 4本章小结在本章中，重点介绍了机械手的国内外发展

11、形势以及国内外发展的差异，最后也说明了本次设计的灵感来源一一工业机械臂，以及选用机械手采摘的原因。2总体方案的确定3. 1引言在开始此机械手的设计之前。我们需要明确的一个点就是此机械手需要做的具体工步是什么？为了方便我们的研究。本次将此椰子采摘机械手定位于将Im左右高度的椰子所在起点位置A点，通过各关节自山度的运转放置到B点的过程。2.1.1椰子采摘机械手工作环境本次的椰子采摘机械手主要投入到农业生产的水果采摘中，定位为普通果园的椰子采摘过程，同时需要考虑到，机械手所能达到的抓取的精度必须要符合设汁要求。2.L2原始参数确定本课题的主要研究内容设讣一个可以用来在常见的环境中能完成采摘椰子任务的

12、机械手装置。通过对被采摘对象一一单个椰子的具体情况了解，我们拟定本次的机械手的相关参数为以下儿个方面：1：采摘机械手总高度不超过1.5m;2:机械手自由度定为：5个；3:各关节转速V5rp11h所设计的椰子采摘机械手必须满足以上三个参数，以保证椰子采摘机械手在工作过程中能正常运行。2.2椰子采摘机械手的总体构成2. 2.1机械手的本体组成本次设计的椰子采摘机械手山底座、腰部、大臂、连杆机构、小臂、手腕和手爪等多个部分组成，形成一个五自由度采摘机械手。2. 2.2机械手自由度的分配既然要进行自山度的设计，那必须要明确自由度的定义：即机构可运动的关节数U。因为对于工业采摘机械手来说一个可以运动的关

13、节就是一个自山度，所以显而易见，增加机械手上的自山度数U,在一定程度上可以增加这个采摘机械手的灵活性和能动性。但这么说也不是就意味着自山度的数量也多越好，就比如大家买金银首饰，纯度越高的同时价格会越贵。机械手的自由度也一样，数量的增多有利有弊，自由度多时机械手运作更灵活，但同时它控制起来也会越困难，再往现实一点说，制造的成本也越高，这样就不符合设计中节约成本的原则。所以在设定自山度的数量时，要跟及实际惜况，符合条件即可，在能达到采摘工作中各项要求的同时，秉持节约制造成本的原则。针对上述关于机械手自山度数量的利弊分析，最终决定将本椰子采摘机械手的自山度数量定义为五个：此5个自山度是山4个旋转副和

14、1个直线副组成，同时，通过电动机来驱动每一个关节的运转。机械臂各部分结构介绍如下：结构1是底座，可进行360。转动；结构2是大臂，可进行180。转动；结构3是连杆机构，与大臂一样能进行180O转动；结构4是齿轮齿条机构，能够上下滑动，上下滑动的距离范用为0240mm:机构5为腕部结构。采摘机械手的端部我们就采用手爪的形式来进行当做抓取的形式，本次设计的具体形式如下图2-1所示：图2-1采摘机械手结构简图2. 3本章小结在本章中，主要依据果园中椰子采摘过程实际工作环境的限制来完成本次设讣的椰子采摘机械手的各项技术参数的设汁计算，最后对这个采摘机械手的5个自山度的分配进行一个详细叙述。下一章主要对

15、此椰子采摘机械手进行一个参数化设汁及验证校核。3椰子采摘机械手的结构设计3.1引言本章主要从机械设汁的角度，如设讣、校核、选型等方面来设ilil算机械手的各部分结构及电机的选型等。但山于机械手的小部件太多，结构复杂，因此在本次设计中只对主要结构进行设汁计算及校核。3. 2椰子采摘机械手总体外形设计在第二章中已经确定了此椰子采摘机械手的执行机构的自由度数，确定了这个椰子采摘机械手在正常的工作的悄况下可能遇到的工况IW况，确定了这个椰子采摘机械手的自由度是如何进行的一个分配，确定了此椰子机械手的各自山度组成。所以针对这些内容我们设计出的符合此抓取机械手的原理图如下图3-1所示：3. 3椰子采摘机械手结构设计外观的设计对于机械设计中来说是一个先决条件也是一个重要前提。但是，虽然外观设计能够满足需求，实际上细化到每个部件的时候还需要考虑各方面的因素。如：部件的选型是否合适？部件的加工工艺水平能否达到我们需要的点？以及部件的设汁需要注意点是什么？这些都是我们需要进一步考虑的内容。针对这些，需要对此椰子采摘机械手进行结构部件细化设汁如下：3. 3.1底座结构设计对于本次要设汁的椰子采摘机械手来说，前面对他的组成自山度以及结构有了一个整体的规划。那么在本小章节我们要先对组成这个机械手的第一个自山度也就是底座的组成。地做结构使我们这个机械手的第一个自山度，同时也是我们这个机