毕业设计（论文）-多功能农业机械手结构设计.docx

本科毕业设计多功能农业机械手结构设计学院专业_学生班级_姓名.学号_指导教师单位_指导教师姓名_指导教师职称2022年4月原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西城市职业大学。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。设计（论文）作者签名：日期：年月日关于学位论文使用授权的声明本设计（论文）属于：保密（），在年解密后适用授权。不保密（）（请在以上相应方框内打“）设计（论文）作者签名：导师签名：日期：年月日多功能农业机械手结构设计自动化专业2020级XXX指导教师×××摘要本文在充分了解研究了解国内外农业采摘果的相关设备的基础上,对农业采摘果实自动操作采集机械手的主要机械手组成部分功能进行了深入分析研究。主要分析了各种果实采摘机械手的主要功能及结构组成、各组成结构的具体作用及工作原理、工作系统等基本功能设计。主要设计内容包括利用转动的机械腕和手关节、大臂、小臂、腕和末端自动采摘果实的执行器。该机械手部分需要具有较好的自动采集工作系统运用空间、运动学等技术特性。能够充分完全满足农业果实采摘自动操作的技术要求,并对其进行运动学分析及力学计算分析归纳。并应用三维软件进行三维数模的建立。希望为未来的多功能农业机械手设备提供可靠的参考依据。关键词：农业；机械手；运动学分析；三维数模Structuredesignofmulti-functionalagriculturalmanipulatorAbstractInthispaper,onthebasisoffullunderstandingofthedomesticandforeignagriculturalpickingfruitrelatedequipment,theagriculturalpickingfruitautomaticoperationacquisitionmanipulatorofthemainpartofthefunctionofthemanipulatorhasbeendeeplyanalyzed.Thispapermainlyanalyzesthemainfunctionandstructurecompositionofvariousfruitpickingmanipulator,thespecificfunctionandworkingprincipleofthestructure,thebasicfunctiondesignoftheworkingsystem.Themaindesignincludesanactuatorthatautomaticallypicksfruitbyrotatingmechanicalwristandhandjoint,bigarm,forearm,wristandend.Themanipulatorpartneedstohaveagoodautomaticacquisitionworksystemusingspace,kinematicsandothertechnicalcharacteristics.ltcanfullymeetthetechnicalrequirementsofautomaticoperationofagriculturalfruitpicking,andcarryoutkinematicsanalysisandmechanicalcalculationanalysisandinduction.Andthree-dimensionalsoftwareisusedtoestablishthree-dimensionalmathematicalmodel.Hopetoprovideareliablereferenceforthefuturemulti-functionalagriculturalmanipulatorequipment.Keywords:agriculture;Manipulator;Kinematicanalysis;Threedimensionalmathematicalmodel目录第一章绪论11.1 研究的背景及意义11.2 多功能农业机械手国外现状21.3 多功能农业机械手国内现状4第二章电动多功能农业机械手总体方案设计52.1 多功能农业机械手外形设计52.2 多功能农业机械手总体方案设计5第三章多功能农业机械手方案设计73.1 多功能农业机械手机构选型原则73.2 多功能农业机械手综合分析83.3 传动方式的选择9第四章驱动电机的选择134.1 腰关节电机选型计算分析134.1.1 腰部关节传动系统的设计144.2 大臂关节传动系统的设计144.3 小臂关节传动系统的设计154.4 手腕关节传动系统的设计164.4.1 手腕转动关节的计算164.4.2 手腕摆动关节的设计及计算19第五章电动多功能农业机械手的3D打印205.1部件3D建模20参考文献23致谢25第一章绪论1.1 研究的背景及意义进入21世纪,随着工业的迅速发展,其各种果蔬采摘都是属于一种农业劳动密集型采摘作业。在各种果蔬采摘期间操作人员所进行的时间投入占整个各种生产果蔬经营劳动过程的50%70%o而且在各种果蔬采摘作业采摘收取作业的过程中,人工种植采摘果蔬经常都会因为需要操作人员双脚弯腰或伸手屈臂或者借助各种采摘梯子用以进行采摘登高作业。因此各种果蔬采摘作业采摘收取作业不仅仅它指的是一项劳动强度大、消耗农业劳力大和时间长,而且它也是一种并且具有一定农业劳动性和危险性的一种农业劳动密集型的作业。随着我们现代社会操作人员对于日常生活农业生产劳动质量的不断逐步提高,操作人员也急切地需要从这种高强度农业劳动作业中脱离出来，降低人工成本。图I-I米摘机械手因此代替工人采摘果蔬的生产过程已经变得越来越迫切,研究解决现代农业果蔬采摘果实合理回收果蔬采摘合理利用机器人相关技术问题具有重要的技术现实意义。在古代时期我国，苹果栽培产业各类栽培苹果生产果蔬有着悠久的种植发展利用历史,是目前作为我国主要具有优势的进出口苹果农产品之一。图1-2采摘机械手结构我们发展全国主要地区苹果各类栽培果蔬生产在累计发展我国世界主要地区苹果各类栽培果蔬产业中一直以来占有举足轻重的重要战略地位。据统计,2010年我国累计发展我国主要地区苹果栽培产业各类栽培果蔬种植区总面积187.7万公顷、产量2367.5万吨,分别每年累计占据了发展世界主要地区苹果栽培产业各类裁培果蔬种植区总面积41.5%和我国苹果果蔬产量的37,5%o近10多来年,我国对苹果推动乃至世界各地我国苹果人工采摘摘取产量持续快速增长的主要劳动贡献率高达84%,但是一直到目前,苹果的全部人工采摘摘取加工生产作业都还没有需要再依靠我国苹果全部人工摘取采摘技术来进行辅助加工完成。因此,研究工作人员自主开发设计出的我国苹果全部人工摘取采摘生产作业管理机器人不仅不但同样可以有效率地减轻劳动强度、提高我国苹果采摘生产线的管理效率,而且同样可以具有广阔的产业应用性及市场性和广泛应用发展前景O1.2 多功能农业机械手国外现状1968年,美国学者Brown首次提出应用机器人进行果蔬的的思想R草莓等新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人目前在美国、法国、日本等在世界我国国内已有大量应用研究,其中包括利用采摘机器人都是自主开发研制的新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人7,利用新型苹果采摘工业果园采摘管理机器人的六个半自由度动力转动机械手臂作为进行采摘苹果机械手手臂操作时的主体，手臂内部位于苹果整体内部可在一个转动架子上自由转动手臂进行各种具有横向水平和竖直两种操作方向的苹果旋转操作移动,在需要进行大苹果园内的采摘管理作业时,机械手由另外一台电动苹果拖拉机操作手臂进行牵弓I,其中的采摘机器人操作手臂位于整体内部由于占地面积较大,机械手手臂整体内部重量相对较重,且采摘操作管理成本相对较高，只能合适于各种苹果植株较矮小的各种大型苹果树。图13米摘机械手机器人主要由机械手、视觉传感器、移动机构组成,该采摘机器人采用了7自由度机械手臂。机器人主要由四个移动机械手、视觉精确定位控制传感器、移动臂等四个机构行走系统部分组成,该大型水果果实采摘试验车的四个机器人主要组成采用了7自由度长的移动机械操作移动臂和手臂。图14米摘机械手我国对农业采摘机器人的研究始于20世纪90年代中期，比发达国家晚。然而，许多大学和研究机构正在进行采摘机器人和智能农业机械的研究。东北林业大学陆怀民研发的树锥采摘机器人进行了采摘试验。该机器人由五自由度机械手、液压驱动系统和单片机控制系统组成。图1-6米摘机械手采摘时,机器人大臂需要将停在一个位置距离对准目标一棵母树3-5m的远处,操纵回转驱动马达机械手大臂使用控制回转齿轮驱动马达对准目标一棵新的果树。然后,单片机通过控制回转驱动马达系统控制回转驱动马达机械手大、小臂同时转动进行柔性加速运动并使升起，当果树达到一定所需要的海拔高度,采摘爪同时自动张开并继续左右加速摆动,对准原来不需要再次球果采集的对准目标一棵树枝,大小臂同时柔性加速运动,使得用电机带动采摘爪沿着对准目标一棵树枝上部球果生长的路线的一条方向左右移动速度趋近1.5-2m,然后通过带动电机采摘爪的两个上部梳状齿和牙齿自动夹紧电机寻找一个新的目标果枝,大小臂同时柔性带动并使电机再次采集爪按键从而沿原路从前向后依次移动返风梳下枝上部的一棵球果,完成一次球果树的采摘。这种新型采摘机器人带动采摘爪的效率一般来说是500kg天,是人工的30-50倍。果实采摘时对准目标一棵母树的草壤土质环境破坏较小,采净率高。第二章电动多功能农业机械手总体方案设计2.1 多功能农业机械手外形设计市场上看到的各种多功能农业机械手，随着时代的进步和目标需求的变化,多功能农业机械手已经能够更加精致和独特。如图所示2-1多功能农业机械手外形。图2-1农业机械手外形2.2 多功能农业机械手总体方案设计通过对市场上多功能农业机械手的研究分析,综合所学习的知识。运用三维建模软件,设计出图2-2所示的多功能农业机械手总体方案设计。图2-2本次设计多功能农业机械手外形第三章多功能农业机械手方案设计3.1 多功能农业机械手机构选型原则由由于中国农业生产环境的高度复杂性、不确定性和由于采摘后的果实不同数量之间分布的巨大性和随机性,采摘通用工业机械手的基本产品选型既要严格要求遵循采取通用采摘工业机械手的基本产品选型功能原则，又也因为需要同时充分考虑其所要采摘的农作物的自然地理性和特殊性。首先我们归纳一下关于采摘通用工业机械手的基本产品选型及其功能基本原则我个人认为主要必须遵循的是通用采摘工业机械臂的基本选型原则产品选型及其功能基本原则。目前通用工业机械臂主要应用产品选型有四种基本选型功能形式,其具体产品选型基本功能及其选型特点我现介绍全文如下(1)直角横向运动平行坐标型：由于该机床型号的运动机械臂前三个横向运动坐标关节连接处均设置为机械横向平行移动时的平行坐标关节,运动臂与平行关节方向完全保持垂工作空间占用大和空间小。(2)移动圆柱形四坐标型:采