全自动摘果机的设计与创新-水果采摘机械手【13张CAD图纸+毕业论文】【三维SW】全自动摘果机的设计与创新-水果采摘机械手【13张CAD图纸+毕业论文】【三维SW】

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折叠 全自动摘果机的设计与创新【13张CAD图纸+毕业论文】.zip全自动摘果机的设计与创新【13张CAD图纸+毕业论文】.zip
折叠 SW三维图SW三维图
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传感器.sldprt
伸缩轴.sldprt
全自动摘果机的设计与创新.IGS
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全自动摘果机的设计与创新.SLDASM
减速机.sldprt
前轮1.sldprt
前轮2.sldprt
前轮主轴.sldprt
前轮胎.sldprt
同步带.sldprt
后轮2.sldprt
后轮主轴.sldprt
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大臂.sldprt
套筒.sldprt
小臂伸缩板.sldprt
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弹簧连杆.sldprt
方向保持架.sldprt
滑动轴承1.sldprt
电控柜.sldprt
电机1.sldprt
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电机架1SLDPRT.sldprt
电机轴盖板.sldprt
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盖子.sldprt
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缓冲弹簧.sldprt
车灯.sldprt
车面垫板.sldprt
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转向齿.sldprt
转法兰.sldprt
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连杆1.sldprt
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全自动摘果机的设计图纸汇总.dwg
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大臂枝干2.dwg
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小臂底板.dwg
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装配图.dwg
设计说明书.doc---(点击预览)
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毕业设计(论文)题目全自动摘果机的设计与创新学号学生姓名专业班级学院指导教师(签字)职称讲师指导教师单位设计地点起止日期年月日至年月日I摘要摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术,充满机遇和挑战。目前,国际上摘果机市场大概有80亿至100亿,其中工业摘果机占的比重最大。2025年,整个摘果机市场将达到500亿,服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台,特种摘果机(如农业摘果机、排爆摘果机、医疗摘果机等)的呼声也越来越高。另外,微软等IT企业,丰田、奔驰等汽车公司,甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。本课题来源农业相关摘果机摘果机。随着摘果机技术的发展国内外开始探索相关技及先进成果应用在农业领域,其中果实采摘收割摘果机是农业领域中相对大的比重,相关摘果机随着技术进步及相关经验的成熟会为人们解放劳动力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。本文运用大学所学知识,设计了一款轮式摘果机,本摘果机通过轮式底部结构可自由行进并用5轴式机械臂结构可有效采摘果树上的苹果。为进一步探索苹果采摘相关摘果机的研发提供了相关经验及依据,并对进一步论证相关技术有了实验的摘果机。关键字摘果机、农业,苹果采摘,轮式摘果机IIABSTRACTROBOTICSISUNDOUBTEDLYASTRATEGICHIGHTECHFUTURE,FULLOFOPPORTUNITIESANDCHALLENGESCURRENTLY,THEINTERNATIONALMARKET,THEREAREABOUTROBOT8TO10BILLION,WHICHACCOUNTSFORTHELARGESTPROPORTIONOFINDUSTRIALROBOTS2025,THEENTIREROBOTMARKETWILLREACH50BILLION,THESERVICEROBOTFROMTHEORIGINALMORETHAN300MILLIONUNITSTO12MILLIONUNITS,SPECIALROBOTEGAGRICULTURALROBOTS,EODROBOTS,MEDICALROBOTS,ETCAREINCREASINGLYVOCALINADDITION,MICROSOFTANDOTHERITCOMPANIES,TOYOTA,MERCEDESBENZANDOTHERCARCOMPANIES,ANDEVENFURNITURE,SANITARYWAREENTERPRISESHAVEINVOLVEDINTHEDEVELOPMENTOFTHEROBOTTHESOURCESOFAGRICULTURERELATEDTOPICSROBOTAPPLEPICKINGROBOTSWITHTHEDEVELOPMENTOFROBOTTECHNOLOGYATHOMEANDABROADBEGANTOEXPLORETHEAPPLICATIONOFRELEVANTTECHNOLOGIESANDADVANCEDACHIEVEMENTSINTHEFIELDOFAGRICULTURE,WHERETHEFRUITHARVESTPICKINGROBOTISAGRICULTURERELATIVELYLARGEPROPORTIONOFTHERELEVANTROBOTASTECHNOLOGYADVANCESANDEXPERIENCEOFMATUREPEOPLEWILLLIBERATELABORFORCEIMPROVEWORKEFFICIENCYANDSOHAVEIMMEASURABLEPROSPECTSINTHISPAPER,THEUNIVERSITYISKNOWLEDGE,DESIGNEDAWHEELEDROBOTAPPLEPICKING,APPLEPICKINGTHISWHEELEDROBOTSCANTRAVELFREELYANDBOTTOMSTRUCTUREWITHA5AXISROBOTARMSTRUCTURECANEFFECTIVELYPICKINGAPPLESFRUITTREESTOFURTHEREXPLORETHEDEVELOPMENTOFAPPLEPICKINGROBOTPROVIDESRELEVANTANDINACCORDANCEWITHRELEVANTEXPERIENCE,ANDFURTHERRELATEDTECHNOLOGYDEMONSTRATIONEXPERIMENTSWITHROBOTSKEYWORDSROBOT,AGRICULTURE,APPLEPICKING,WHEELEDROBOTIII目录摘要IABSTRACTII1引言111课题的来源与研究的目的和意义112摘果机的用途213采摘果机的特点214本课题研究的内容315UG设计基础42摘果机的创新设计621摘果机的总体方案图822摘果机的工作原理103摘果机部分零部件选型及校核12231部分电机计算14232联轴器的选型16233轴承的选型计算184摘果机的三维建模1941总体结构三维建模2042底部轮式车三维建模2043电动气缸的三维建模21结论22致谢23参考文献2411引言11课题的来源与研究的目的和意义摘果机与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业,是拟建的江苏?。ǔV荩┕ひ导际跹芯吭旱姆竦牟岛诵暮脱蟹⒌牟盗⒆愕?。直接影响生活最优化和智能化的摘果机技术是摘果机与智能装备产业的技术核心,推进着未来摘果机与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。摘果机技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展,摘果机技术在工业生产领域得到了广泛的应用,极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一,摘果机技术具有前瞻性、先导性的特点,对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。目前,相关领域的技术突破,从根本上为提升摘果机技术的学术研究提供了必要的支持,为摘果机的应用范围拓宽了道路,已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活,一场新的摘果机技术研究高潮和发展契机业已到来。摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术,充满机遇和挑战。目前,国际上摘果机市场大概有80亿至100亿,其中工业摘果机占的比重最大。2025年,整个摘果机市场将达到500亿,服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台,特种摘果机(如排爆摘果机、医疗摘果机等)的呼声也越来越高。另外,微软等IT企业,丰田、奔驰等汽车公司,甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。美国和日本多年来引领国际摘果机的发展方向,代表着国际上摘果机领域的最高科技水平。目前,日本除了比较关注特种摘果机和服务摘果机以外,还注重中间件的研制。然而,近年来日本基本上在做模仿性的工作,突破性技术比较少。而美国在摘果机领域的技术开发方面,一直保持着世界领先地位。再有,美国主要做高附加值的产业,比如军用摘果机,目前世界销售的9000台军用摘果机之中,有60来自美国。比如美国最近研制成功的BIGDOG军用摘果机,能负重100公斤,行进速度跟人相当,每小时达到五公里,还能适应各种地形,即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。在各种摘果机中,工业摘果机应用较早,发展最为成熟。同时,技术的不断进步一直在牵引着摘果机学科的发展,使摘果机的应用领域从工业摘果机扩展到特种摘果机和服务摘果机等。摘果机技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。摘果机不但将在工厂、实验室与人一起工作,还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。摘果机还将步入千家万户,为老人端茶送水,护理伤病人等等。未来摘果机将会越来越广泛地进入人类社会,人类对摘果机的依赖会如同现时对待计算机一样,即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。摘果机化是先进制造领域的重要标志和关键技术,针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题,尤其是在汽车产业中,摘果机得到了广泛的应用。如在毛坯制造冲压、压铸、锻造等、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,摘果机都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有摘果机密度最高的行业,如2004年德国制造业2中每1万名工人中拥有摘果机的数量为162台,而在汽车制造业中每1万名工人中拥有摘果机的数量则为1140台;意大利的这一数值更能说明问题,2004年意大利制造业中每1万名工人中拥有辅助操作的摘果机数量为123台,而在汽车制造业中每1万名工人中摘果机的拥有数量则高达1600台。在国外,应用于制造业的摘果机取得了较显著进展,已成为一种标准设备而得到工业界广泛应用,从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名摘果机公司。如德国的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测,摘果机产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会UNECE和国际摘果机联合会IFR的统计,2002年至2004年,世界摘果机市场年增长率平均在10左右,2005年达到创纪录的30,2007年全球摘果机实际安装量达到650万台,摘果机安装量比2006年增加3,达到了114365台。据统计,近年来全球摘果机行业发展迅速,2008年全球摘果机行业总销售量比2006年增长25%。而无论在使用、生产还是出口方面,日本一直是全球领先者,目前日本已经有130余家专业的摘果机制造商。世界各国主要行业对摘果机的需求详见图1所示。(图1世界各国主要行业对摘果机的需求分布)由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握,一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割,视野狭窄,不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局,并且缩小技术交流的范围,阻碍新技术的出现和技术整体的进步,对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭,考虑问题过专,在协同工作时配合协调困难,也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始,又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论,拓宽专业领域,合并分化过细的专业。综合专业分化再综合的反复循环,是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识,又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌,才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾;在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中,包括社会科学、自然科学和工程技术,也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。12摘果机的用途3本文所设计摘果机虽然尚无法取代人工作业,但是对摘果机应用到农业采摘相关技术奠定了实践基础,并对进一步实验带来了可操作的实验平台,对累积相关制作技术有很好的验证作用。13摘果机特点本文所设计摘果机是一种电机驱动轮式5轴摘果机,整体结构包括两自由度的移动载体和三自由度带夹持器的机械臂。摘果机主体使用铝板材料和工程塑料组装成摘果机机体,结构轻巧,方便在车体上增加???。移动底盘为了适应多变的开放式的苹果园地面环境,选用农用拖拉机式移动小车作为移动底盘。上面加装了主控电路板,采摘辅助装置,多种传感器,电源??榈?。传动结构主要包括机械手腰部,大臂,小臂部分。其转动均采用交流伺服电机作为驱动源,选用行星齿轮减速器对电机进行减速,同时提高最终的输出扭矩。直接选用电动推杆作为小臂伸缩的部件,在伸出杆的末端通过螺丝连接相应旋转法兰盘组件与末端执行器固连。末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧并采摘。14本课题研究的内容本论文主要研究运用UG对全自动摘果机进行设计。在设计过程中,了解UG的各种功能。UG公司成立于1993年,由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起,总部位于马萨诸州的康克尔郡(CONCORD,MASSACHUSETTS)内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套UG三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处,并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年,UG被法国达索(DASSAULTSYSTEMES)公司收购,作为达索中端主流市场的主打品牌。UG软件是世界上第一个基于WINDOWS开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,UG公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得UG每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在19951999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予UG最佳编辑奖,以表彰UG的创新、活力和简明。至此,UG所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。由于UG出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将UG全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的UG以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。UG三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了WINDOWSOLE技术、直观式设计技术、先进的PARASOLID内核(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术。UG成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示,目前全球发4放的UG软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上,每年来自全球4,300所教育机构的近145,000名学生通过UG的培训课程。据世界上著名的人才招聘网站检索,与其它3DCAD软件相比,UG相关的招聘广告比其它软件的总合还要多,这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用UG三维软件,越来越多的企业需要UG人才。UG软件功能强大,易于操作,界面人性化,技术创新,组件繁多是UG的五大特点。使得UG三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。UG在设计时能够为用户提供不同的设计方案,通过方案的筛选,工程师能从中选择合适的方案,从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,UG是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统,同时对每个工程师和设计者,乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。UG软件是世界上第一个基于WINDOWS开发的三维CAD系统,由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,UG公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得UG每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在19951999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名;从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖,其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予UG最佳编辑奖,以表彰UG的创新、活力和简明。至此,UG所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。由于UG出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将UG全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的UG以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司,UG三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。由于使用了WINDOWSOLE技术、直观式设计技术、先进的PARASOLID内(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术,UG成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示,目前全球发放的UG软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上,每年来自全球4,300所教育机构的近145,000名学生通过UG的培训课程。据世界上著名的人才网站检索,与其它3DCAD系统相比,与UG相关的招聘广告比其它软件的总和还要多,这比较客观地说明了越来越多的工程师使用UG,越来越多的企业雇佣UG人才。据统计,全世界用户每年使用UG的时间已达5500万小时。在美国,包括麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学等在内的著名大学已经把UG列为制造专业的必修课,国内的一些大学(教育机构)如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用UG进行教学。UG软件功能强大,组件繁多。UG有功能强大、易学易用和技术创新三大特点,这使得UG成为领先的、主流的三维CAD解决方案。UG能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。UG不仅提供如此强大的功能,而且5对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。UG在现今社会阶段逐渐广泛应用,并且UG公司对中国市场重点开发,日后UG应用将会更加完善,更加普遍。通过前文对UG的深入了解后,往后会对UG进行个别应用的分析,如建模,装配,工程图,力学分析等。UG软件功能强大,组件繁多。UG有功能强大、易学易用和技术创新三大特点,这使得UG成为领先的、主流的三维CAD解决方案。UG能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。UG不仅提供如此强大的功能,而且对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。2摘果机的创新设计21摘果机的总体方案图根据设计要求及自己确定的总体结构简图如图1。图1其中设备总体分10部分,1部分为控制部分、2传感器组件、3行走小车组件、4摘果机腰部组件、5大臂辅助组件、6大臂组件、7小臂之电动伸缩组件、8小臂组件、9旋转法兰组件、10末端执行器。各部分由电机驱动并通过通过齿轮、轴、电动缸等进行有效链接配合产生作用。其中控制部分中含有蓄电池和集中控制线路由通过传感器接受信息并处理运动、工作、执行命令相关动态信息及时指挥摘果机采摘苹果。22摘果机的工作原理为了达到摘果机采摘苹果的目的,个人制作了两种方案并比较。61方案1方案简图动力源摘果机伺服驱动系统的作用是为摘果机提供动力并且控制其按照运动控制器的指令到达预定位置。因为交流伺服电动机具有无电刷和换向器、惯量小、适应于高速大转矩的优点,所以,摘果机的4个关节均采用交流伺服电动机作为驱动源。综合考虑使用性能和经济性,选用日本安川公司∑Ⅱ系列交流伺服系统。传动方式的选择摘果机关节需要的是低转速、大转矩的动力,而交流伺服电动机驱动系统输出的是高转速、低转矩的动力。因此,摘果机的腰关节、小臂和腕部均采用交流伺服电动机串接谐波减速器结合齿轮机构的传动方式。为了增加传动稳定性,和控制灵活度,固增加连杆机构,辅助程序控制。连杆机构也是配以伺服电机进行控制。末端执行器接近机构设计由直线步进电动机的丝杠螺母结构、机架、滑块和导杆构成。夹持机构直线步进电动机的丝杠螺母结构、滑块和机架旋转采摘机构由安装于腕部的减速步进电动机、连接件Ⅰ和连接件Ⅱ构成。减速步进电动机机体通过连接件Ⅰ与机架Ⅱ固联,减速步进电动机输出轴通过连接件Ⅱ与机架Ⅰ固联,减速步进电动机旋转带动连接件Ⅱ相对连接件Ⅰ转动。减速步进电动机旋转角度通过设定脉冲数实现,电动机的最大扭矩可达6NM。72方案2方案简图传统摘果机结构简图整体结构包括两自由度的移动载体和三自由度带夹持器的机械臂。摘果机主体使用网孔铝板材料和工程塑料组装成摘果机机体,结构轻巧,方便在车体上增加???。移动底盘为了适应多变的开放式的苹果园地面环境,选用履带式移动小车作为移动底盘。上面加装了主控电路板,采摘辅助装置,多种传感器,电源??榈?。传动结构主要包括机械手腰部,大臂,小臂部分。其转动均采用交流伺服电机作为驱动源,选用行星齿轮减速器对电机进行减速,同时提高最终的输出扭矩。直接选用电动推杆作为小臂伸缩的部件,在伸出杆的末端通过螺丝连接相应法兰盘与末端执行器固连。末端执行器末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧,再利用剪刀将果柄剪断,这种方法需要精确的检测果柄的位置,之后通过精确调整末端执行器的位置和姿态,其系统的控制难度稍难。其主要通过动力源,切割机构,接近机构,夹持机构,传感控制系统组成。接近机构设计8由电动机的丝杠螺母结构、机架、滑块和导杆构成。夹持机构电动机的丝杠螺母结构、滑块和机架切割机构由刀架和双面刀片组成。3方案比较上述两种方案中,方案1采用了传统的机械手臂结构,为底盘支持机构腰关节肩关节肘关节末端执行器的传动方案。相比较来讲,方案2采用的是底盘支持机构大臂小臂末端执行器的方式,而通过连杆辅助大臂的方式,使其控制能力更灵活。方案1的传动过程比较复杂,包括了3个阶段,而且稳定性不如方案2,同时对于3个传动关节的程序控制也要求更高。而方案2采用的是连杆辅助,只有2个传动关节,大臂和小臂,对控制系统要求更低,同时,在连杆的辅助下,其稳定性更强,控制能力也更高。另外1点不同在于末端执行器的采摘方式不同,方案1采用的是旋转采摘法,通过机构系统夹持果实,再通过旋转的方式使果实与果柄分离,从而完成果实采摘。而方案2首先通过夹持机构将果实夹紧,之后利用切割机构,通过刀片对果柄进行切割,使果实与果柄分离,从而完成果实采摘。2种方案都需要对果实的具体位置进行精确判断,但是方案1不需要对果柄的位置进行仔细判断,而方案2需要,从这点上来讲,方案2对传感系统的要求更高。但是方案1通过旋转采摘容易造成果实损伤,而方案2通过切割机构可以保证果实本身的完整性,从这点上来讲,方案2更优。同时旋转采摘的成功率明显没有切割采摘的高,因为每个果实的连接程度不同,这样导致了旋转次数和强度如果固定在一个范围内不能保证果实采摘成功率。因此综上考虑,选择方案2比较好。所选定方案2工作原理方案2主要包括机械手腰部,大臂,小臂部分。其转动均采用交流伺服电机作为驱动源,选用行星齿轮减速器对电机进行减速,同时提高最终的输出扭矩。直接选用电动推杆作为小臂伸缩的部件,在伸出杆的末端通过螺丝连接相应旋转法兰盘组件与末端执行器固连。末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧并采摘。23抛磨机主要零部件选型及强度校核计算231大臂,小臂及连杆伺服电机设计首先,摘果机共有5个自由度腰部升降,腰部转动,大臂俯仰,小臂摆动,小臂伸缩等五个自由度,是一种五自由度串联关节型摘果机,自由度配置为PRRRP?;凳殖叽绱笾鹿娓袢缦?1)题设中给出,苹果的重量为1KG,工作最高高度为3M即B为3M,工作半径为15M从图中可以初步定义,小车高度,腰部,大臂,小臂,伸缩行程,末端执行器的长度依次为D1,L2,L3,L4,D5和LM,具体实际情况和摘果机学原理可知根据仿生学原理,大臂长度应等于小臂加上末端执行器长度03,因此L3L4LML403M由于结构限制,小臂伸缩的行程应小于或等于小臂长度的一半,再加上伸缩其他结构长度D51/2L4045M由于摘果机具体参数需要通过MATLAB仿真,这里初步算出D1068ML3062ML212ML409D50452)而苹果的重量为1KG。末端执行器及旋转法兰组件重量为4KG。其中减速机减速比K为100、电机转速N为100,则根据扭矩与功率公式???KTP95小臂的最大转矩为T(09045)9856615NM由此带入可得P04KW电机,安全系数选S2S04KW??KNT950根据国标,安全系数选2,可选用1台3000转04KW司服电机,减速比100的减速机。苹果、末端执行器、旋转法兰组件小臂重量为10KG。大臂的最大转矩为10T(0904512)98102499NM由此带入可得P04KW电机,安全系数选S2S08KW???KNT5根据国标,安全系数选2,可选用1台3000转伺服1KW,MSMJ102电机,减速比100的减速机。232驱动轮电机设计驱动电机的功率由摘果机质量M、运行速度V、驱动轮直径来确定27。计算和分析摘果机受力情况时,假设摘果机在平地上直线加速行驶,不考虑摘果机在行驶过程中的产生空气阻力。采用分离法建立驱动轮的受力模型如图23。其中,1M为作用于驱动轮的驱动力矩,P1为驱动轮上的载荷,G1为驱动轮的重力,N1为地面对驱动轮的法向反作用力,F1为地面对驱动轮的切向反作用力,F1为驱动轴对驱动轮的阻力。假设在加速过程中,轮子作瞬时纯滚动??梢缘贸銮值牧Φ钠胶夥匠涛?1实际驱动力要克服三种部分阻力,即由驱动轴传来的阻力、驱动轮本身的滚动阻力和驱动轮本身的加速阻力。而后者而后者又由平移质量产生的加速阻力和由旋转质量产生的加速阻力组成。从动轮受力模型如图24。其中,P2为从动轮上的载荷,G2为从动轮的重力,N2为地面对从动轮的法向反作用力,F2为地面对从动轮的切向反作用力,F2从动轮的推力??梢缘贸龃佣值牧Φ钠胶夥匠涛梢缘贸龀堤宓牧Φ钠胶夥匠涛梢陨系氖?2、24和25三个方程,联立锝由此可知,摘果机的驱动力用来克服车轮的滚动阻力、摘果机平移质量的加速阻力和车轮旋转质量的加速阻力。因此驱动力必须大于滚动阻力才能加速行驶,若驱动力小于滚动阻力摘果机则无法启动,所以有12上式中、N1,N2是地面作用在轮子上的法向作用力,M1由轮子、车体的质量决定,根据此关系式可以确定电机锝输出转矩。由此确定电机的功率,其中,K为安全系数。取小车车体60KG,驱动轮直径为280MM,预计行走速度为1M/S,安全系数K为2,则可选择电机的功率约为横向轨道驱动电机所带动重量为G总588NGM?1轮子需要克服摩擦力为1176NF?总阻力F???KNTP950其中T17?1阻力RMN?移动速度约为1M/S,两驱动轮的直径为280MM,则后轮的转速为计算得68R/MIN,电机实际转速为3000RPM,因此传动比约为45,因此选择型号为26/1S451的减速箱S40W???KNTP950根据实际需求和结构要求,选择FAULHABER电机产品中的2657系列直流电机,所选电机型号为2657W024CRIE2512。该电机参数如表21所示,表21电机参数表型号2657W024CR额定电压24V输出转矩35NM输出转速6400RPM13空载电流0058A转速常数286RPM/V转矩常数348MNM/A233轴承选型轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素,还要考虑到轴承的性能,一般要考虑到其寿命、可靠度(指该轴承达到或超过规定寿命的概率)、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性(一般磙子轴承的刚性大于球轴承)、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大,轴向载荷小,而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题,所以选用调心滚子轴承,因为调心磙子轴承主要承受径向载荷,也可同时承受少量的双轴向载荷,而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用(双列向心)圆锥磙子轴承,有双内圈,并是可分离的轴承,根据D32MM,由参考资料2P7-356表7-2-78带紧定套的调心滚子轴承(GB/T2881994),选用22218CK/W33H318轴承,其基本额定载荷为240KN,322KN,根据轴承选用配套的轴承RC0R座,参考资料2P743表72105适用圆锥孔的异径孔滚动轴承座GB/T78131998SNK型轴承座,可选用SNK316型的轴承。3摘果机三维建模31总体的三维建模141532底部轮式车的三维建模1633电动缸的三维建模17结论在最近一段时间的毕业设计,使我们充分把握设计方法和步骤,不仅复习所学的知识,而且还获得新的经验与启示,在各种软件的使用找到的资料或图纸设计,会遇到不清楚的作业,老师和学生都能给予及时的指导,确保设计进度,本文所设计的是全自动摘果机的设计与创新,通过初期的定稿,查资料和开始正式做毕设,让我系统地了解到了所学知识的重要性,从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易,需要不断钻研,不断进取才可做得好,总之,本设计完成了老师和同学的帮助下,在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学,是大家的帮助才使我的论文得以通过。18致谢至此在论文完成之际,向我的导师表示由衷的感谢真心的感谢我的导师这几年来对我的谆谆教导,感谢我敬爱的老师,您不仅在学习学业上给我以精心的指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解,给予我人生的启迪,使我在顺利地完成大学阶段的学业同时,也学到了很多有用的做人的道理,明确了人生目标。知道自己想要什么了,不再是从前那个爱贪玩的我了。导师严谨求实的治学态度,锐意创新的学术作风,认真加负责,公而忘私的敬业精神,豁达开朗的宽广胸怀,平易近人。经过近半年努力的设计与计算,查找了各类的全自动摘果机的设计资料,论文终于可以完成了,我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的,也不是最好的,但是在我心里,它是我最珍惜的,因为我自己已经尽力的做了,它是我用心、用汗水成就的,也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活,不仅丰富了我的知识,而且锻炼了我的个人能力,更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识,在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意,谢谢各位同学老师。19参考文献1金清肃,机械设计课程设计(第一版)M武汉华中科技大学出版社,2007102濮良贵,纪名刚机械设计第八版M北京高等教育出版社,200653吴宗泽,机械设计使用手册(第二版)北京化学工业出版社,2003104吴宗泽,罗圣国机械设计课程设计手册第三版北京高等教育出版社,200655张春林,曲继方,张美麟机械创新设计机械工业出版社,200146曾孔庚全自动摘果机的发展趋势全自动摘果机技术与应用论坛。7高微,杨中平,赵荣飞等全自动摘果机结构优化设计机械设计与制造20061。8孙兵,赵斌,施永辉全自动摘果机的研制中国期刊全文数据库。9马光,申桂英全自动摘果机的现状及发展趋势中国期刊全文数据库2002年。10李如松全自动摘果机的应用现状与展望中国期刊全文数据库1994年第4期。11李明全自动摘果机的设计制造技术与机床2005年第7期。12李杜莉,武洪恩,刘志海全自动摘果机的运动学分析煤矿机械2007年2月13HIROHIKOARAI,KAZUOTANIE,ANDSUSUMUTACHIDYNAMICCONTROLOFAMANIPULATORWITHPASSIVEJOINTSINOPERATIONALSPACE
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全自动 摘果机 设计 创新 立异 13 cad 图纸 毕业论文
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摘   要


    摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术,充满机遇和挑战。目前,国际上摘果机市场大概有80亿至100亿,其中工业摘果机占的比重最大。2025年,整个摘果机市场将达到500亿,服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台,特种摘果机(如:农业摘果机、排爆摘果机、医疗摘果机等)的呼声也越来越高。另外,微软等IT企业,丰田、奔驰等汽车公司,甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。

    本课题来源农业相关摘果机——摘果机。随着摘果机技术的发展国内外开始探索相关技及先进成果应用在农业领域,其中果实采摘收割摘果机是农业领域中相对大的比重,相关摘果机随着技术进步及相关经验的成熟会为人们解放劳动力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。

    本文运用大学所学知识,设计了一款轮式摘果机,本摘果机通过轮式底部结构可自由行进并用5轴式机械臂结构可有效采摘果树上的苹果。为进一步探索苹果采摘相关摘果机的研发提供了相关经验及依据,并对进一步论证相关技术有了实验的摘果机。

关键字:摘果机、农业,苹果采摘,轮式摘果机


Abstract

    Robotics is undoubtedly a strategic high-tech future, full of opportunities and challenges. Currently, the international market, there are about robot 8 to 10 billion, which accounts for the largest proportion of industrial robots. 2025, the entire robot market will reach 50 billion, the service robot from the original more than 300 million units to 12 million units,Special robot (eg: agricultural robots, EOD robots, medical robots, etc.) are increasingly vocal. In addition, Microsoft and other IT companies, Toyota, Mercedes-Benz and other car companies, and even furniture, sanitary ware enterprises have involved in the development of the robot.    

    The sources of agriculture-related topics robot - apple picking robots. With the development of robot technology at home and abroad began to explore the application of relevant technologies and advanced achievements in the field of agriculture, where the fruit harvest picking robot is agriculture relatively large proportion of the relevant robot as technology advances and experience of mature people will liberate labor force improve work efficiency and so have immeasurable prospects.

    In this paper, the university is knowledge, designed a wheeled robot apple picking, apple picking this wheeled robots can travel freely and bottom structure with a 5-axis robot arm structure can effectively picking apples fruit trees. To further explore the development of apple picking robot provides relevant and in accordance with relevant experience, and further related technology demonstration experiments with robots.

Key words: Robot,Agriculture,Apple picking ,Wheeled robot

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目  录

摘要I

AbstractII

1 引言1

   1.1课题的来源与研究的目的和意义1

   1.2摘果机的用途2

   1.3采摘果机的特点2

   1.4本课题研究的内容3

   1.5 UG设计基础4

2 摘果机的创新设计6

   2.1摘果机的总体方案图8

   2.2摘果机的工作原理10

3 摘果机部分零部件选型及校核12

     2.3.1部分电机计算14

     2.3.2联轴器的选型16

     2.3.3轴承的选型计算18

4 摘果机的三维建模19

   4.1总体结构三维建模20

   4.2底部轮式车三维建模20

   4.3电动气缸的三维建模21

结论22

致谢23

参考文献24









1引言

1.1课题的来源与研究的目的和意义

摘果机与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业,是拟建的江苏?。ǔV荩┕ひ导际跹芯吭旱姆竦牟岛诵暮脱蟹⒌牟盗⒆愕?。直接影响生活最优化和智能化的摘果机技术是摘果机与智能装备产业的技术核心,推进着未来摘果机与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。

摘果机技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展,摘果机技术在工业生产领域得到了广泛的应用,极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一,摘果机技术具有前瞻性、先导性的特点,对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。目前,相关领域的技术突破,从根本上为提升摘果机技术的学术研究提供了必要的支持,为摘果机的应用范围拓宽了道路,已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活,一场新的摘果机技术研究高潮和发展契机业已到来。

摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术,充满机遇和挑战。目前,国际上摘果机市场大概有80亿至100亿,其中工业摘果机占的比重最大。2025年,整个摘果机市场将达到500亿,服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台,特种摘果机(如:排爆摘果机、医疗摘果机等)的呼声也越来越高。另外,微软等IT企业,丰田、奔驰等汽车公司,甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。

美国和日本多年来引领国际摘果机的发展方向,代表着国际上摘果机领域的最高科技水平。目前,日本除了比较关注特种摘果机和服务摘果机以外,还注重中间件的研制。然而,近年来日本基本上在做模仿性的工作,突破性技术比较少。而美国在摘果机领域的技术开发方面,一直保持着世界领先地位。再有,美国主要做高附加值的产业,比如军用摘果机,目前世界销售的9000台军用摘果机之中,有60%来自美国。比如:美国最近研制成功的Big Dog军用摘果机,能负重100公斤,行进速度跟人相当,每小时达到五公里,还能适应各种地形,即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。

在各种摘果机中,工业摘果机应用较早,发展最为成熟。同时,技术的不断进步一直在牵引着摘果机学科的发展,使摘果机的应用领域从工业摘果机扩展到特种摘果机和服务摘果机等。摘果机技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。摘果机不但将在工厂、实验室与人一起工作,还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。摘果机还将步入千家万户,为老人端茶送水,护理伤病人等等。未来摘果机将会越来越广泛地进入人类社会,人类对摘果机的依赖会如同现时对待计算机一样,即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 

摘果机化是先进制造领域的重要标志和关键技术,针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题,尤其是在汽车产业中,摘果机得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,摘果机都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有摘果机密度最高的行业,如2004年德国制造业中每1万名工人中拥有摘果机的数量为162台,而在汽车制造业中每1万名工人中拥有摘果机的数量则为1140台;意大利的这一数值更能说明问题,2004年意大利制造业中每1万名工人中拥有辅助操作的摘果机数量为123台,而在汽车制造业中每1万名工人中摘果机的拥有数量则高达1600台。

在国外,应用于制造业的摘果机取得了较显著进展,已成为一种标准设备而得到工业界广泛应用,从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名摘果机公司。如德国的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测,摘果机产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际摘果机联合会(IFR)的统计,2002年至2004年,世界摘果机市场年增长率平均在10%左右,2005年达到创纪录的30%,2007年全球摘果机实际安装量达到650万台,摘果机安装量比2006年增加3%,达到了114365台。据统计,近年来全球摘果机行业发展迅速,2008年全球摘果机行业总销售量比2006年增长25%。而无论在使用、生产还是出口方面,日本一直是全球领先者,目前日本已经有130余家专业的摘果机制造商。世界各国主要行业对摘果机的需求详见图1所示。

            (图1 世界各国主要行业对摘果机的需求分布)

由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握,一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割,视野狭窄,不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局,并且缩小技术交流的范围,阻碍新技术的出现和技术整体的进步,对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭,考虑问题过专,在协同工作时配合协调困难,也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始,又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论,拓宽专业领域,合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环,是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识,又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌,才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾;在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中,包括社会科学、自然科学和工程技术,也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。

1.2摘果机的用途

本文所设计摘果机虽然尚无法取代人工作业,但是对摘果机应用到农业采摘相关技术奠定了实践基础,并对进一步实验带来了可操作的实验平台,对累积相关制作技术有很好的验证作用。

1.3 摘果机特点

本文所设计摘果机是一种电机驱动轮式5轴摘果机,整体结构包括两自由度的移动载体和三自由度带夹持器的机械臂。摘果机主体使用铝板材料和工程塑料组装成摘果机机体,结构轻巧,方便在车体上增加???。

移动底盘:

为了适应多变的开放式的苹果园地面环境,选用农用拖拉机式移动小车作为移动底盘。上面加装了主控电路板,采摘辅助装置,多种传感器,电源??榈?。

传动结构:

主要包括机械手腰部,大臂,小臂部分。其转动均采用交流伺服电机作为驱动源,选用行星齿轮减速器对电机进行减速,同时提高最终的输出扭矩。直接选用电动推杆作为小臂伸缩的部件,在伸出杆的末端通过螺丝连接相应旋转法兰盘组件与末端执行器固连。末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧并采摘。

1.4本课题研究的内容

 本论文主要研究运用UG对全自动摘果机进行设计。在设计过程中,了解UG的各种功能。

 UG公司成立于1993年,由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起,总部位于马萨诸州的康克尔郡(Concord,Massachusetts)内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套UG三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处,并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年,UG被法国达索(Dassault Systemes)公司收购,作为达索中端主流市场的主打品牌。UG软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,UG公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得UG每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予UG最佳编辑奖,以表彰UG的创新、活力和简明。至此,UG所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。

 由于UG出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将UG全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的UG以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。UG三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。

 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核(由


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本文标题:全自动摘果机的设计与创新-水果采摘机械手【13张CAD图纸+毕业论文】【三维SW】
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