畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-蘋(píng)果分類包裝機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)及抓取部分設(shè)計(jì)

1、<p>　　蘋(píng)果分類包裝機(jī)械手傳送機(jī)構(gòu)及抓取部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文從生產(chǎn)實(shí)際要求出發(fā)，在對(duì)蘋(píng)果生物學(xué)特性及傳送方式進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上完成了蘋(píng)果傳送機(jī)構(gòu)和四自由度蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手抓取部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選取了合理的傳送電機(jī)，確定了傳送機(jī)構(gòu)的主要尺寸，選擇了機(jī)械手的坐標(biāo)形式；設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)；選擇了機(jī)械

2、手的傳動(dòng)方式；使用了合理的手指結(jié)構(gòu)；根據(jù)各部分氣缸所需的驅(qū)動(dòng)力，確定出手指主要尺寸。對(duì)單、雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差分析比較后，選用單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指；在手部驅(qū)動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)兩次夾持不同直徑的蘋(píng)果來(lái)確定手部滑槽的長(zhǎng)度。研究設(shè)計(jì)完成后的系統(tǒng)減小了對(duì)蘋(píng)果表皮的損傷，智能化程度較高。機(jī)械手具有運(yùn)動(dòng)靈活，占地面積小，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此，適宜于中小規(guī)模的水果分類搬運(yùn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：蘋(píng)果包裝；機(jī)械手；傳送機(jī)

3、構(gòu)</p><p><b>　　]</b></p><p>　　DESIGN OF TRANSPORT AND GRASPING MECHANISM OF MANIPULATOR FOR APPLES CATEGORISE PACKING</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><

4、p>　　This paper set out from the practical production,completed the design of structure of apple transport mechanism and the four freeness degree manipulator which used to class and transit apples on the base of doing

5、deeply study to apple’s biologic characteristic and carrying style. Selected a reasonable Motors for transmission, Calculated and determined main size of the transmission body. Chosen the coordinate form, designed the ha

6、nd frame and selected the transmission way of the　manipulator;made </p><p>　　Key Words：Packaging of apple，Manipulator，Transport mechanism</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b

7、>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章　緒論1</b></p><p>　　1.1蘋(píng)果分類包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2機(jī)

8、械手的概述1</p><p>　　1.3機(jī)械手的組成及其分類2</p><p>　　1.4系統(tǒng)的工作任務(wù)4</p><p>　　1.5研究目的和意義6</p><p>　　第二章　機(jī)械手的功能分析及總體設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度的選用7</p><p&

9、gt;　　2.2機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.4機(jī)械手的主要參數(shù)8</p><p>　　2.5蘋(píng)果表面受力參數(shù)9</p><p>　　第三章　機(jī)械手手部設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1手部的種類及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)11</p>

10、<p>　　3.2手指的抓取機(jī)能及手指尺寸的計(jì)算13</p><p>　　3.3滑槽尺寸的確定21</p><p>　　3.4手部夾緊氣缸的選擇23</p><p>　　第四章 蘋(píng)果傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.1傳送帶的設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.2電機(jī)的選擇：33</

11、p><p>　　第五章 結(jié)論與展望36</p><p>　　5.1主要結(jié)論36</p><p><b>　　5.2展望36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致 謝38</b><

12、/p><p><b>　　第一章　緒論</b></p><p>　　1.1蘋(píng)果分類包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前我國(guó)使用的選果機(jī)大部分是從日本、韓國(guó)進(jìn)口的，不但耗費(fèi)大量外匯，而且由于成本較高，在國(guó)內(nèi)的推廣使用受到了限制。為改變這一現(xiàn)狀，我國(guó)設(shè)計(jì)工作者在對(duì)國(guó)外機(jī)型進(jìn)行消化、吸收和改造的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)了機(jī)型小、性能優(yōu)、造價(jià)低，適宜國(guó)營(yíng)場(chǎng)

13、圃、批發(fā)市場(chǎng)和販運(yùn)大戶使用的國(guó)產(chǎn)系列化新機(jī)型。國(guó)產(chǎn)選果機(jī)的占地面積一般為3~15，體積一般在2~15。工作時(shí)需要較大的動(dòng)力，并產(chǎn)生一定幅度的振動(dòng)，這就對(duì)選果機(jī)的使用提出了一些硬性要求，如：較大的工作空間，相對(duì)固定的工作場(chǎng)所和高成本安裝維護(hù)等。因此，國(guó)產(chǎn)選果機(jī)的使用也受到了一定的制約。蘋(píng)果生產(chǎn)是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。2003年，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)量占世界蘋(píng)果總產(chǎn)量的36.4%，蘋(píng)果的主要生產(chǎn)地在山東，陜西和東北，以小規(guī)

14、模農(nóng)戶分散種植為主要生產(chǎn)方式。由于產(chǎn)量相對(duì)較小，使用選果機(jī)進(jìn)行蘋(píng)果的分類將會(huì)很不經(jīng)濟(jì)，但人工分類又存在分類精度的不確定性，因此，果農(nóng)在蘋(píng)果采摘后往往只能進(jìn)行粗糙的分類，這種分類方式不但效率低，而且會(huì)使得大量的蘋(píng)果遭到降級(jí)的厄運(yùn)從而使得蘋(píng)果的整體的銷售價(jià)格水平下降，這無(wú)形中就損害了廣大果農(nóng)的利益，挫傷了他們的生產(chǎn)積極性，影響了他們生</p><p><b>　　1.2機(jī)械手的概述</b><

15、;/p><p>　　機(jī)械手是模仿人手的動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。機(jī)械手能夠代替人完成人力所不及或人所不適宜的工作。隨著機(jī)械手在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)其綜合性能提出了更高的要求：專業(yè)性更強(qiáng)，實(shí)用性更高，經(jīng)濟(jì)性要求也已經(jīng)擺到了人們的面前，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、能滿足功能要求又具有一定的可靠性的小型機(jī)械手需求量越來(lái)越大。我國(guó)從50年代開(kāi)始搞固定動(dòng)作機(jī)械手（行程開(kāi)關(guān)控制），60年代開(kāi)始

16、搞數(shù)控機(jī)械手70年代末開(kāi)始搞機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人與智能機(jī)器人已進(jìn)入我國(guó)的八.五、九.五科技發(fā)展計(jì)劃及863高技術(shù)規(guī)劃，受到各方而越來(lái)越多的重視。機(jī)械手的研究和應(yīng)用在我國(guó)尚屬起步階段，但已顯示出許多特殊的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于機(jī)械手在我國(guó)的研究和應(yīng)用主要有：</p><p>　?。?）機(jī)械手基礎(chǔ)性能的試驗(yàn)以及基礎(chǔ)理論研究，解決制造技術(shù)存在的問(wèn)題。</p><p>　　（2）針對(duì)笨重

17、、高溫、有毒、高粉塵，易燃易爆、單調(diào)等惡劣勞動(dòng)環(huán)境，有計(jì)劃有步驟地推廣應(yīng)用和研制多種機(jī)械手，用于鑄、鍛、焊以及噴漆等工業(yè)作業(yè)中。</p><p>　?。?）提高機(jī)械手精度和運(yùn)動(dòng)速度，以適應(yīng)高生產(chǎn)率和生產(chǎn)節(jié)拍的需要。要研究解決蘋(píng)果包裝抓取搬運(yùn)機(jī)械手的研究機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和緩沖、定位技術(shù)。解決機(jī)械手的定型設(shè)計(jì)、定點(diǎn)、定量生產(chǎn)以及配套件的生產(chǎn)和供應(yīng)問(wèn)題，推進(jìn)機(jī)械手設(shè)計(jì)制造中的現(xiàn)代化（CAD/CAM）、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。隨

18、著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研制了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.3機(jī)械手的組成及其分類</p><p>　　1.3.1機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

19、、控制系統(tǒng)等部分組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如圖1-1所示。</p><p><b>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)：</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手完成握持工件實(shí)現(xiàn)所需的各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括如分：</p><p>　　（1）手部：即與物件接觸的部件。根據(jù)與物件接觸的不同形式，可分為夾附式。</p><p>　?。?）手腕

20、：是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位。的機(jī)械手，也有不設(shè)手腕部件，將手部直接裝在手臂部件的端部。</p><p>　　（3）手臂：是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。</p><p>　?。?）機(jī)身：是機(jī)械手中用來(lái)支撐手臂的部件，安裝驅(qū)動(dòng)裝置和其他裝置</p><p>　　1.3.1.2驅(qū)

21、動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，通常由動(dòng)力源、控置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械種形式。</p><p>　　1.3.1.3控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作其正確與否的一些裝置。一般包括程序控制部分和行程檢測(cè)反饋部分。<

22、/p><p>　　1.3.2機(jī)械手的分類：</p><p>　　1.3.2.1按用途分：</p><p>　　機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：</p><p>　?。?）專用機(jī)械手：它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。（2）通用機(jī)械手：它是

23、一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)合使用統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。</p><p>　　1.3.2.2按驅(qū)動(dòng)方式分</p><p>　　（1）液壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以液體的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)

24、構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置否則油的泄漏對(duì)機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作（2）氣壓傳動(dòng)機(jī)械手：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手特點(diǎn)是：介質(zhì)來(lái)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。</p><p

25、>　?。?）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手：由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、等）驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)龐大，動(dòng)作程序不可被用于工作主機(jī)的上、下料。</p><p>　?。?）電力傳動(dòng)機(jī)械手：有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和

26、行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，發(fā)展前途。</p><p>　　1.3.2.3按機(jī)械手的臂力大小分</p><p>　　按臂力（即被傳送物件的重量）的大小，可將機(jī)械手分為如下四類：</p><p>　?。?）微型機(jī)械手，臂力小于1公斤。</p><p>　?。?）小型機(jī)械手，臂力為1-10公斤。</p><p

27、>　　（3）中型機(jī)械手，臂力為10-30公斤。</p><p>　?。?）大型機(jī)械手，臂力大于30公斤。</p><p>　　1.4系統(tǒng)的工作任務(wù)</p><p>　　1.4.1整個(gè)系統(tǒng)的工作任務(wù)如下：</p><p>　　由傳送帶將待分類的蘋(píng)果輸送到機(jī)械手的工作半徑上（此時(shí)機(jī)械手應(yīng)該在傳送帶的正上方，以確保整個(gè)機(jī)械手的工作過(guò)程所用時(shí)間

28、最短）。機(jī)械手按指定的命令完成以下動(dòng)作執(zhí)行任務(wù)：下降（由立柱的升降氣缸控制，下降過(guò)程中手指始終張開(kāi)一定的角度，以損傷蘋(píng)果）—抓取蘋(píng)果（由手部夾緊氣缸完成，通過(guò)視覺(jué)來(lái)確定蘋(píng)果的分類）—上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸共同完成，將對(duì)應(yīng)的傳送帶上方）—下降（由立柱升降氣缸實(shí)現(xiàn)，將蘋(píng)果送至傳送帶上）—并放下蘋(píng)果（該過(guò)程由手部夾緊氣缸完成）—上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸和共同完成，機(jī)械手臂還原至初始位置）。上述內(nèi)容僅為一個(gè)工作流程機(jī)械手所需完成

29、的動(dòng)作，本設(shè)計(jì)要對(duì)不同尺寸分類搬運(yùn)，故整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)采用多工位設(shè)計(jì)。</p><p>　　整個(gè)工作流程如圖1-2所示</p><p><b>　　圖１-２</b></p><p>　　1.4.2研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本機(jī)械手是通過(guò)主力臂的回轉(zhuǎn)、升降、伸縮以及手指的夾持和手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)取搬運(yùn)任務(wù)。本論文主要研究機(jī)械

30、手結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)，故僅對(duì)單工位進(jìn)行設(shè)計(jì)。為械手準(zhǔn)確、快速的完成上述動(dòng)作，本文需完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)容：</p><p>　?。?）根據(jù)實(shí)際需要，選取機(jī)械手的坐標(biāo)型式和自由度。確保其能準(zhǔn)確、迅速各項(xiàng)任務(wù)。為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)為可更換結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）根據(jù)蘋(píng)果的有關(guān)參數(shù)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括對(duì)手部的計(jì)算，確定出適合各部分工作的氣缸。</p>&

31、lt;p><b>　　1.4.3創(chuàng)新點(diǎn)</b></p><p>　　根據(jù)蘋(píng)果的生物特性，對(duì)機(jī)械手手部的夾持誤差進(jìn)行分析，選用較合理結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.5研究目的和意義</p><p>　　在我國(guó)，“三農(nóng)”問(wèn)題成為全黨和全國(guó)工作的重中之重，社會(huì)各界普遍關(guān)注主義新農(nóng)村建設(shè)中如何進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化的作用，從而推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，們所面

32、臨的新課題。我國(guó)雖是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、多樣化，某些地域呈現(xiàn)出勞動(dòng)力不足現(xiàn)象，再加之蘋(píng)果的分類挑選是一項(xiàng)勞動(dòng)密集以及蘋(píng)果生產(chǎn)對(duì)時(shí)令的要求，勞動(dòng)力問(wèn)題很難解決。我國(guó)農(nóng)村廣大果農(nóng)也因不準(zhǔn)確的對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行分類包裝而在蘋(píng)果生產(chǎn)中處于相當(dāng)不利的地位，正是基于這蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手的課題得以提出。蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用可以提高率，解決勞動(dòng)力不足問(wèn)題；改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等化學(xué)藥品傷害；提高勞動(dòng)作業(yè)質(zhì)量等。與傳統(tǒng)自動(dòng)選果

33、機(jī)相比較，蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手具有占地面積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)自如，操作靈活，升降平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。因此，它對(duì)于我國(guó)農(nóng)村蘋(píng)果分類時(shí)出現(xiàn)的擁擠，工作地點(diǎn)變化頻繁和工作量小等不利現(xiàn)況都有很強(qiáng)的適應(yīng)性。此外它還改變自身的軟硬件來(lái)滿足不同種類水果的分類工作，具有很強(qiáng)的通用性。蘋(píng)果機(jī)械手具有投資小，回報(bào)大和使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在我國(guó)農(nóng)村的水果分類包裝工起到提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件的重要作用。</p><p>　　第二章　機(jī)械手的功能

34、分析及總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確的拾、放和搬運(yùn)蘋(píng)果，這就要求它精度高、反應(yīng)快、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是：充分考慮作業(yè)對(duì)象的作業(yè)技術(shù)要求，擬定較為合業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的

35、要求；盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通專用性。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手是蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手，是一種適用于成批或中、小批量生可以改變動(dòng)作程序的自動(dòng)搬運(yùn)和操作設(shè)備，它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　　2.1機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度的選用</p><p>　　考慮機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及組合情況，本機(jī)械

36、手在上下料時(shí)具有手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及手指在夾持物件時(shí)的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)。所以，設(shè)計(jì)中機(jī)械標(biāo)型式采用圓柱坐標(biāo)型式，相應(yīng)的機(jī)械手具有四個(gè)自由度。</p><p>　　2.2機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成V型槽式可更換結(jié)用的是夾持式手部?？紤]到手腕需滿足回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作要求。因此，手腕設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。手臂

37、的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的，立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫臂的各種運(yùn)動(dòng)均由相應(yīng)的氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。他們各有各的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有無(wú)間隙、摩擦小、機(jī)械剛度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的位置控制和微小力，缺點(diǎn)是容易受載荷的影響，

38、速度調(diào)節(jié)不靈活。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）容易獲得比較大的扭矩和功率；　 （2）功率/重量比大，可以減小執(zhí)行裝置的體積；　 （3）剛度高，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的位置控制；　 （4）通過(guò)流量控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。</p><p><b>　　同時(shí)又有缺點(diǎn)：　 </b></p>&l

39、t;p>　?。?）必須對(duì)油的溫度和污染進(jìn)行控制，穩(wěn)定性較差；?。?）有因漏油而發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)；?。?）液壓油源和進(jìn)油、回油管路等附屬設(shè)備占空間較大。</p><p><b>　　氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）利用氣缸可以實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)；　</p><p>　?。?）利用空氣的可壓縮性容易實(shí)現(xiàn)力控制和緩沖控制；

40、 （3）無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)和環(huán)境污染； （4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　?。?） 由于空氣的可壓縮性，高精度的位置控制和速度控制都比較困難，驅(qū)動(dòng)剛性比較差； （2）雖然撞停等簡(jiǎn)單動(dòng)作速度較高，但在任意位置上停止的動(dòng)作速度很慢；</p><p><b>　?。?）噪音

41、大；</b></p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉蘋(píng)果抓取載荷較輕，因此，本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。</p><p>　　2.4機(jī)械手的主要參數(shù)</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　（1）主參數(shù)機(jī)械手的最大抓重是其規(guī)格的主參

42、數(shù)，最大抓重定為1千克。</p><p>　?。?）基本參數(shù)運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對(duì)機(jī)械手速度回轉(zhuǎn)范圍0°～240°要求，設(shè)計(jì)速度過(guò)低限制了它的使用范圍。而影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。</p><p>　　（3）該機(jī)械手最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)為1.2 m/s，最大回轉(zhuǎn)速度設(shè)計(jì)為120 0/s。動(dòng)速度為l m/s，平均回轉(zhuǎn)速度為90 0/s。

43、</p><p>　　（4）除了運(yùn)動(dòng)速度以外，機(jī)械手的基本參數(shù)還有工作半徑。大部分機(jī)械手設(shè)當(dāng)于人工坐著或站著且略有走動(dòng)操作的空間。過(guò)大的工作半徑，必然引起偏增大而使剛性降低。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和比較，該機(jī)械手手臂的最大工作半徑約為60手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為240°。手臂升降行程約為300mm。</p><p>　?。?）定位精度也是基本參數(shù)之一，該機(jī)械手的定位精度為±0.5mm。2

44、.6機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表</p><p>　　設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要有：</p><p>　　·夾持式手部抓重1kg</p><p>　　·自由度數(shù)4個(gè)自由度</p><p><b>　　·坐標(biāo)型式圓柱坐標(biāo)</b></p><p><b>　　·手臂運(yùn)動(dòng)

45、參數(shù)</b></p><p>　　最大回轉(zhuǎn)速度1200/s</p><p>　　·定位方式行程開(kāi)關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等</p><p><b>　　·驅(qū)動(dòng)方式氣壓傳動(dòng)</b></p><p>　　2.5蘋(píng)果表面受力參數(shù)</p><p>　　本文所討論的蘋(píng)果表面受力參數(shù)，

46、主要是蘋(píng)果的硬度。根據(jù)蘋(píng)果的成熟期，一般早熟品種硬度為6.5kg（面受力，下同）；中熟品種硬度為7.5kg；晚熟品種硬度為8kg。孫驪等人通過(guò)試驗(yàn)研究，提出了蘋(píng)果硬度計(jì)算公式：</p><p>　　HD =8.554-5.785×10T　　　　?。ǎ?１）</p><p>　　式中：HD－蘋(píng)果的硬度（kg）；T－蘋(píng)果的存放天數(shù)。</p><p>　　上式表

47、明，隨著存放天數(shù)T值的增大，蘋(píng)果的硬度HD值將逐漸減小。本設(shè)計(jì)中機(jī)械手為抓取分類機(jī)械手，它主要于蘋(píng)果采摘后分類裝箱。此時(shí)的蘋(píng)果存放時(shí)間較短，為保證有足夠的安全系數(shù)，可取T=30。按上式計(jì)算得HD =6.82kg。綜上所述，在設(shè)計(jì)中，取蘋(píng)果的硬度值為6.5kg。</p><p>　　第三章　機(jī)械手手部設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的手部是用來(lái)直接抓取物件的機(jī)構(gòu)，是機(jī)械手的重要組成部件之一。

48、由手指、傳力（或增力）機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置組成。根據(jù)被抓取物件的材質(zhì)、形狀、尺寸、重量以及其它一些特性（如易碎性、導(dǎo)磁性、表面光潔度等）的不同，手部的種類也不一樣。</p><p>　　3.1手部的種類及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)</p><p>　　3.1.1手部的種類</p><p>　　3.1.1.1根據(jù)手指的種類不同分類</p><p><b>

49、;　　（1）夾持式手部</b></p><p><b>　?。?）吸附式手部</b></p><p>　　3.1.1.2根據(jù)手指的多少分類</p><p>　?。?）單指手部是由各種單個(gè)吸盤(pán)所組成的手部。</p><p>　　（2）多指手部是由多個(gè)機(jī)械式手指或多個(gè)吸盤(pán)所組成的手部，其中由兩個(gè)機(jī)械式手指所組成的

50、手部用的較多。</p><p>　　手部分類圖如圖3-1所示：</p><p>　　夾持式是較常見(jiàn)的一種手部形式，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式：按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式和外夾式兩種；按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指；同理，當(dāng)二支

51、點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。因此，本系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)型兩指式外夾持手部。</p><p>　　3.1.2手部設(shè)計(jì)要求</p><p>　　（1）手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角</p><p>　　兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)能保證被抓物件順利進(jìn)入或脫開(kāi)，其大小

52、直接與工件和手指的形狀、尺寸及手部接近被抓物件的路線等因素有關(guān)，同時(shí)還要注意路線周圍的環(huán)境。若夾持不同直徑的物件，采用較大的開(kāi)閉范圍會(huì)增大驅(qū)動(dòng)裝置的行程和結(jié)構(gòu)尺寸，而且會(huì)增加手指開(kāi)閉時(shí)間，所以手指開(kāi)閉范圍不宜設(shè)計(jì)的過(guò)大；但對(duì)回轉(zhuǎn)型手指來(lái)說(shuō)，手指要有足夠的張開(kāi)與閉合角度。圖3-2即為其結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。圖中表示松開(kāi)物件時(shí)的情形。</p><p>　　在圖3-2中，有A-D>C</p><p&

53、gt;　　式中：A－手指松開(kāi)物件后的最大尺寸；</p><p>　　D－被抓取物件表面的最大尺寸；</p><p>　　C－手指張開(kāi)或閉合后與物件之間保持的最小間隙。</p><p>　?。?）手指夾緊力的大小要適宜</p><p>　　握力過(guò)大，可能損壞物件，還需要較大的動(dòng)力源和較大結(jié)構(gòu)，不經(jīng)濟(jì)；握力過(guò)小，由于物件的自重以及傳送過(guò)程中的慣性

54、力和振動(dòng)等因素的影響而抓不住物件。在通常情況下，所需要的握力是物件重量的2～3倍。</p><p>　?。?）各構(gòu)件要有足夠的剛度和強(qiáng)度，而自重要輕。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修理方便。</p><p>　?。?）動(dòng)作準(zhǔn)確、迅速、靈活。</p><p>　　3.2手指的抓取機(jī)能及手指尺寸的計(jì)算</p><p&g

55、t;　　3.2.1手指的抓取機(jī)能</p><p>　　手指的抓取機(jī)能是由被抓取物件和手指共同決定的。被抓取物件的大小、形狀、重量、材質(zhì)和受外力的約束程度及運(yùn)動(dòng)情況，決定了手指能抓取的極限尺寸、手指對(duì)物件的約束和握緊程度、抓取精度等。它們之間的關(guān)系如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 手指抓取機(jī)能與手指，被抓取物的關(guān)系</p><p>　　3.2.2本系統(tǒng)

56、手部的具體情況</p><p>　　3.2.2.1指端的形狀</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是帶V型槽的回轉(zhuǎn)型手指，它是一種常用的夾持結(jié)構(gòu)，適應(yīng)夾持不同尺寸和形狀物件的需要。其特點(diǎn)是夾持平穩(wěn)可靠，夾持誤差小，并能快速地夾持物件，適用于夾持圓柱形或類球狀物體。V型體是單獨(dú)制造，用螺釘固定在手指上，這樣在指面磨損后便于迅速更換手指。</p><p>　　3.2.2.2

57、指面型式</p><p>　　指面型式的確定取決于物件形狀、大小及被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同。本系統(tǒng)采用柔性指面，指面鑲襯橡膠、泡沫塑料、石棉等物。這樣可以增加摩擦力，并起到保護(hù)蘋(píng)果表面的作用。</p><p>　　3.2.2.3手指的材料</p><p>　　手指材料的恰當(dāng)選用，對(duì)機(jī)械手的使用效果影響很大。為了符合手部的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)保證手指有足夠的強(qiáng)度

58、，本系統(tǒng)手部材料選用硬鋁合金（LY）。</p><p>　　3.2.3手指的夾持誤差分析</p><p>　　手指的夾持誤差或抓取精度，是指以手指的某一點(diǎn)（如回轉(zhuǎn)支點(diǎn)）為基準(zhǔn)點(diǎn)到物件被抓取表面上的某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的距離變化的最大偏差量（隨被抓取表面尺寸的變化而變化）。該偏差量越小，抓取精度就越高，而夾持誤差就越?。环粗?，如該偏差量越大，抓取精度就越低，而夾持誤差就越大。手指的夾持誤差是手指抓取技

59、能的重要指標(biāo)之一，所以是設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。</p><p>　　3.2.3.1單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差</p><p>　　圖3-4為單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手部簡(jiǎn)圖。</p><p>　　圖3-4 單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指筒圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　l－手指長(zhǎng)度，

60、即手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)A到V型槽頂點(diǎn)B的距離；</p><p>　　2θ－V型槽的夾角；</p><p>　　β－偏轉(zhuǎn)角，即V型槽的角平分線BC與手指AB間的夾角；</p><p><b>　　R－物件半徑。</b></p><p>　　從圖中可以明顯地看出：如果手指只抓取及這兩種固定尺寸的物件時(shí)，其抓取誤差為零。這是因?yàn)镃與

61、C重合，對(duì)于支點(diǎn)A沒(méi)有變化。但當(dāng)該手指所抓取的物件尺寸在及之間變化時(shí)，物件中Cx對(duì)手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)A是有變化的，即夾持誤差。設(shè)物件的軸心位置C與手指回轉(zhuǎn)支點(diǎn)A間的距離為x，通過(guò)三角形△ABC利用余弦定理可得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　而由直角三角形△B CD得</p><p><b>　?。蹋?lt;

62、/b></p><p><b>　　所以有</b></p><p>　　ｘ＝　　　?。ǎ?１）</p><p>　　為了便于看出物件半徑R的變化對(duì)夾持誤差△X的影響，可將（3-1）式簡(jiǎn)化成</p><p>　　-＝１　　　　?。ǎ?２）</p><p>　　這是一個(gè)雙曲線方程。分析該雙曲線方

63、程可得</p><p>　?。剑蘳inθcosβ　　　　　　　　　　　　　?。ǎ?３）</p><p>　　此時(shí)，有最小的x值為</p><p>　?。剑蘳inβ　　　　　　　　　　　　　　?。?-4）</p><p>　　而且x的變化是以為分界，左右對(duì)稱的。</p><p>　　當(dāng)Ｌ、θ、β給定后，通過(guò)公式（3-2

64、）即可找出x隨R的變化關(guān)系。設(shè)l =120mm，2θ=120°，β=54°44′，根據(jù)公式（3-2）畫(huà)出x與R的關(guān)系曲線，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 物件圓心到手指回轉(zhuǎn)支點(diǎn)距離x與半徑R的關(guān)系曲線</p><p>　　只要夾持物件尺寸有一定的變化范圍，總會(huì)有夾持誤差存在。若物件的半徑由變化到時(shí)，x值的最大變化量即為夾持誤差。當(dāng)＜＜時(shí)，即和分別在對(duì)稱點(diǎn)

65、的兩側(cè)，夾持誤差△x為△x和△x中的較大者。</p><p><b>　　即有</b></p><p>　　△ｘ＝?。蘳in （3-5）</p><p>　　△x=　－Ｌsin （3-6）</p><p>　　取△x=max（△x，△x） （3-7）</

66、p><p>　　根據(jù)圖3-5分析可知，當(dāng)夾持誤差最小時(shí)，有</p><p>　　R= （3-8）</p><p><b>　　式中：－平均半徑；</b></p><p>　　根據(jù)（3-3）式，可得最佳偏轉(zhuǎn)角為=cos

67、 （3-9）</p><p>　　手部設(shè)計(jì)時(shí)，是按給定的R和R來(lái)確定手部各部分尺寸的。為了減小夾持誤差，一方面可以加長(zhǎng)手指長(zhǎng)度L，但手指過(guò)長(zhǎng)，整個(gè)手部機(jī)構(gòu)就要增大；另一方面可以選取適合的偏轉(zhuǎn)角β，使夾持誤差最小，這時(shí)的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。</p><p>　　3.2.3.2雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手部的夾持誤差</p><p>　　雙支點(diǎn)回

68、轉(zhuǎn)型手指工作簡(jiǎn)圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指筒圖</p><p>　　圖中：L－手指長(zhǎng)度，即手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)A到V型槽頂點(diǎn)B的距離；</p><p>　　2θ－V型槽的夾角；</p><p><b>　　β－偏轉(zhuǎn)角；</b></p><p>　　2 s－兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)

69、間距離；物件軸心位置到手指兩支點(diǎn)連線的垂直距離用x表示。根據(jù)幾何關(guān)系，可得</p><p>　?。健　?（3-10）</p><p>　　兩端平方并整理移項(xiàng)后，得</p><p>　　–＝１　 （3-11）</p><p>　　該方程亦為雙曲線方程，故可用與單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手部同樣的分析方法，得到以下幾</p>&l

70、t;p><b>　　點(diǎn)結(jié)論：</b></p><p>　　當(dāng)R==Lsinθcosβ時(shí)，有最小的X值，即</p><p>　　x= 　　 (3-12)</p><p>　　X的變化以R為分界，左右兩部分是對(duì)稱的。</p><p>　?。?）當(dāng)＜＜時(shí)，夾持誤差△x為△

71、x和△x中的較大者，即</p><p>　　△x＝－　　　?。ǎ?１３）</p><p>　　△x＝－　　　?。ǎ?１４）</p><p>　　取△ｘ＝ｍａｘ（△ｘ，△ｘ） （3-15）</p><p>　　此處的s雖與其它參數(shù)之間沒(méi)有直接函數(shù)關(guān)系，但它既影響夾持誤差大小，又影響允許的最

72、小夾持尺寸，故一般不能取很大。</p><p>　?。?）當(dāng)手指只抓取R和R兩種固定尺寸的物件時(shí)，若偏轉(zhuǎn)角＝cos則其抓取誤差仍為零。當(dāng)雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指s值較大時(shí)，因?yàn)樵谧ト“霃捷^小的物件時(shí)，兩手指中的和平行，握不緊物件，如圖3-6所示。故其偏轉(zhuǎn)角β不宜按使抓取誤差取最小時(shí)的條件確定。</p><p>　　對(duì)于單支點(diǎn)具有偏轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)型手指，偏轉(zhuǎn)角β按最佳值選取，一般不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。所以本

73、系統(tǒng)手部結(jié)構(gòu)采用單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指。</p><p>　　3.2.4確定手指各主要尺寸</p><p>　　根據(jù)上一節(jié)所討論的采用單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差分析，來(lái)確定手指的主要參數(shù)</p><p><b>　　L－手指長(zhǎng)度；</b></p><p>　　β－偏轉(zhuǎn)角，要求手指夾持誤差△x ≤1mm。</p>

74、<p>　　按《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，除三級(jí)蘋(píng)果外，果實(shí)橫切面最大直徑要大于或等于70mm。這里設(shè)機(jī)械手所抓取的蘋(píng)果直徑在70mm～110mm之間，故取蘋(píng)果半徑為35mm≤R≤55mm，則由式（3-8）得</p><p>　　R== =45 （3-16）</p><p>　　3.2.4.1求最佳偏轉(zhuǎn)角β的表達(dá)式</p><p>　　取V型

75、槽的夾角2θ=1200，根據(jù)式（3-9）求得最佳偏轉(zhuǎn)角為</p><p>　　=cos= cos= cos （3-17）</p><p><b>　　cos=</b></p><p>　　sin= （3-18）</p><p>　　3.2.4.2求夾持誤差△ｘ的表達(dá)式</p><p&g

76、t;　　在雙曲線上，由于R和R關(guān)于R對(duì)稱，所以x=x，即有△ｘ = x=x，由式（3-5）、（3-6）、（3-7），以及（3-17）和（3-18）得</p><p><b>　　△ｘ=-Lsin </b></p><p><b>　　=－Ｌ</b></p><p>　　即 △ｘ=- （3-

77、19）</p><p>　　3.2.4.3求手指L的長(zhǎng)度</p><p>　　對(duì)手指的夾持誤差要求不超過(guò)1mm，根據(jù)式（3-19），可寫(xiě)出約束條件為</p><p>　　L-2566.48≥0</p><p><b>　　L＞0</b></p><p><b>　　-≤1</b&g

78、t;</p><p>　　計(jì)算得 L≥84.07mm。</p><p>　　為了減小夾持誤差，設(shè)計(jì)中可加長(zhǎng)手指的長(zhǎng)度L，但手指過(guò)長(zhǎng)，整個(gè)手部結(jié)構(gòu)就要</p><p>　　增大。在這里，為了進(jìn)一步減小誤差，而且使計(jì)算簡(jiǎn)便，取L=90mm。</p><p>　　此時(shí)，根據(jù)式（3-16）和（3-19）有<

79、/p><p><b>　　△ｘ= -</b></p><p><b>　　=0.9≤1mm</b></p><p>　　β=cos= cos=54.73</p><p>　　表3-1列出了當(dāng)V型槽夾角2θ=1200，手指長(zhǎng)度l與平均半徑R為不同比值時(shí)的最佳偏轉(zhuǎn)角β。</p><p&g

80、t;　　當(dāng)l=90mm，R=45 mm時(shí)，m===2。此時(shí)計(jì)算出β的值恰好與表中β的</p><p>　　值近似，符合偏轉(zhuǎn)角最佳。此時(shí)，手指長(zhǎng)度l=90mm，β=54.73°。此時(shí)有</p><p><b>　　X==</b></p><p><b>　　=73.5mm</b></p><p&

81、gt;　　表3-1最佳偏轉(zhuǎn)角β（當(dāng)2θ=1200時(shí)）</p><p>　　3.2.4.4利用夾持誤差圖表進(jìn)行驗(yàn)證</p><p>　　圖3-7 夾持誤差圖</p><p>　　圖3-7表示了當(dāng)M=為不同比值時(shí)，K=與相對(duì)誤差ε=的關(guān)系。利用此圖，可求出具有偏轉(zhuǎn)角手指的夾持誤差。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，因?yàn)?

82、 K===1.57</p><p>　　而 M===2</p><p>　　從橫坐標(biāo)K=1.57對(duì)應(yīng)于m=2的曲線，在縱坐標(biāo)上可查得相對(duì)夾持誤差為</p><p><b>　　ε==0.02</b></p><p>　　所以，夾持誤差為x= 0.02 R=

83、0.0245=0.9mm，結(jié)果與計(jì)算法相吻合。</p><p>　　從上面的計(jì)算法和圖解法的驗(yàn)證結(jié)果可以看出，實(shí)際的夾持誤差小于要求的夾持誤差，所以以上對(duì)手指各主要尺寸所確定的數(shù)值是合適的，此方案是可行的。</p><p>　　3.3滑槽尺寸的確定</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽式手部結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。若O點(diǎn)固定驅(qū)動(dòng)桿向下推時(shí)手指夾緊，

84、向上拉時(shí)則手指張開(kāi)。滑槽上所受的驅(qū)動(dòng)力P和P在回轉(zhuǎn)支點(diǎn)和夾緊點(diǎn)之間，杠桿的動(dòng)力臂c總是小于阻力臂b，即c/b＜1，又因?yàn)镹b=Pc，因此傳力比N/P較小，但開(kāi)閉范圍相對(duì)較大。</p><p>　　圖3-8單支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型滑槽式手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　E為圓柱銷所在處，此時(shí)，要計(jì)算出當(dāng)手部從夾持R=45 mm到極限位置R=55 mm</p><p>　　時(shí)，圓柱銷沿

85、OA方向移動(dòng)的長(zhǎng)度。R=45 mm與R=55 mm時(shí)的手部結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖如3-9所示。</p><p>　　圖3-9 夾持式手部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　規(guī)定手部夾持R=45 mm的蘋(píng)果時(shí)，圓柱銷在距A點(diǎn)OA/4長(zhǎng)度處。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-9（a）所示，即有</p><p>　　AE=-AE==13.12</p><p>　　OE=AO-A

86、E=53.13-13.12=40.57</p><p>　　當(dāng)夾持R=55 mm的蘋(píng)果時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-9（b）所示。</p><p>　　根據(jù)圖3-7，當(dāng)驅(qū)動(dòng)桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓柱銷上的E點(diǎn)距中心軸線的距離是不變的。所以，在圖3-8中即有＝，則</p><p>　　OE=OEcos =40.57cos14.54=39.46mm</p><p>

87、;　　故圓柱銷沿OA方向移動(dòng)長(zhǎng)度為</p><p>　　EE=OE-OE=40.57-39.46=1.11mm</p><p>　　計(jì)算上述相對(duì)位置即手部夾持極限位置R=35 mm到R=45 mm的蘋(píng)果時(shí)，圓柱銷沿OA方向移動(dòng)的長(zhǎng)度與EE =1.11mm相接近。</p><p>　　因此，取滑槽的長(zhǎng)度為20mm。此時(shí)，能保證手指有足夠大的角度變化范圍。</p&

88、gt;<p>　　3.4手部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　3.4.1氣缸的分類</p><p>　　氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來(lái)分類。氣缸的類型及安裝形式見(jiàn)表3-2。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)圖3

89、-10。主要由前蓋、后蓋9、活塞 6、活塞桿 4、缸筒 5其他一些零件組成。</p><p>　　圖3-10 普通氣缸</p><p>　　1—組合防塵圈；—前端蓋；3—軸用 YX密封圈；4—活塞桿；5—缸筒；</p><p>　　6—活塞；7—孔用 YX密封圈；8—緩沖調(diào)節(jié)閥；9—后端蓋</p><p>　　夾持式手部的驅(qū)動(dòng)裝置較多采

90、用的是作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。在結(jié)構(gòu)上，單桿活塞缸應(yīng)用最多。所以，本課題中夾緊氣缸采用雙向作用的單桿活塞缸。雙向作用單桿活塞缸活塞兩側(cè)的有效面積不等，在氣壓相等時(shí)，活塞上所受推力P>拉力P，如圖3-11所示。設(shè)計(jì)時(shí)，將夾緊氣缸的缸體作為手腕回轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)軸，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、減小重量的目的。</p><p>　　圖3-9氣壓雙向作用單桿活塞缸</p><p>　　3.4.2手部驅(qū)動(dòng)力的計(jì)

91、算</p><p>　　本課題氣動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)采用的是雙向作用的單桿活塞缸，V形手指的角度2θ=120°，如圖3-8所示，蘋(píng)果依靠的是兩個(gè)手指下部的斜面被托住。經(jīng)實(shí)際測(cè)量得，R=55 mm的蘋(píng)果，質(zhì)量為0.4kg，本文取蘋(píng)果質(zhì)量的設(shè)計(jì)值m =0.5kg。</p><p>　　3.4.2.1求單個(gè)手指所需握力N</p><p>　　以手指夾持蘋(píng)果的中心為

92、平衡點(diǎn)，結(jié)構(gòu)受力如圖3-12（a）所示：</p><p><b>　　圖3-12（a）</b></p><p><b>　　其力的平衡條件為</b></p><p><b>　　=0</b></p><p>　　所以有 2 -G=0

93、 （3-20）</p><p>　　式中：—單個(gè)手指的計(jì)算握力（N）；</p><p>　　故 =，G=mg（g取10m/s）；</p><p><b>　　又有 =. </b></p><p>　　式中：－單個(gè)手指所需握力（N）；</p><p>　　—安全系數(shù)（=1.1

94、～1.5）；</p><p>　?。ぷ髑闆r系數(shù)，主要考慮慣性力等的影響（=1.1～2.5）；</p><p>　　η－手部的機(jī)械效率（η=0.85～８0.9）。</p><p>　　該處取K=1.3，K=2.0，η=0.85。則有</p><p>　　N=N==21.4N</p><p>　　因?yàn)樘O(píng)果硬度設(shè)計(jì)值為6.

95、5kg，遠(yuǎn)大于手指所需握力。因此，符合蘋(píng)果的表面受力要求。</p><p>　　3.4.2.2求滑槽對(duì)圓柱銷的支撐力P</p><p>　　對(duì)O點(diǎn)，手指由靜力矩的平衡條件=0</p><p>　　得 =0</p><p>　　有 P===37.7N</p><p>　　3.4.2.3求實(shí)際驅(qū)

96、動(dòng)力</p><p>　　對(duì)O點(diǎn)，結(jié)構(gòu)受力如圖3-12（b）所示，據(jù)受力平衡條件：</p><p><b>　　∑F=0</b></p><p>　　得 2Pcos-=0</p><p>　　式中：—夾緊氣缸所需的驅(qū)動(dòng)力（N）；則有：</p><p>　　= 2Pcos=2=75N&

97、lt;/p><p>　　因此，取其設(shè)計(jì)值為80N。</p><p>　　3.4.3手部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　手部夾緊氣缸的選擇主要指對(duì)氣缸的內(nèi)徑（活塞直徑）、氣缸的長(zhǎng)度等參數(shù)的選擇。這些尺寸可以由手部所需的輸出力等來(lái)確定，根據(jù)這些參數(shù)從而選出氣缸型號(hào)。</p><p>　　3.4.3.1氣缸內(nèi)徑的計(jì)算</p><

98、p>　　該手部結(jié)構(gòu)為“推夾緊”外夾式手部，采用“推夾緊”的結(jié)構(gòu)有利于縮小氣缸的直徑。對(duì)于活塞，由平衡條件得</p><p><b>　　-SP=0</b></p><p>　　式中：－氣缸所需的輸出力（N）；</p><p>　　S－氣缸有效工作面積，該處S=（cm）；</p><p>　　P－氣缸工作壓力（MPa

99、）；</p><p>　　η－總阻力的損失效率，一般取0.7～0.8，當(dāng)移動(dòng)速度由0.1 m/s增大到0.2 m/s時(shí)，η將由0.8減小到0.7。</p><p>　　該處取工作壓力P =0.2MPa，η=0.7；</p><p>　　所以有D===27mm</p><p>　　查《液壓氣動(dòng)手冊(cè)》，選取缸筒內(nèi)徑32mm>27mm，故取D

100、=32mm。</p><p>　　3.4.3.2氣缸長(zhǎng)度L的確定</p><p>　　氣缸長(zhǎng)度L應(yīng)根據(jù)所需要的行程長(zhǎng)度來(lái)確定。從制造上考慮，只要不大于其內(nèi)徑的20～30倍即可。在這里根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的行程要求，取氣缸長(zhǎng)度L=50 mm。</p><p>　　3.4.3.3氣缸型號(hào)的確定</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，最后確定氣缸型號(hào)為：Q

101、GAⅡ3250。</p><p>　　該氣缸由煙臺(tái)氣動(dòng)元件廠生產(chǎn)。</p><p>　　第四章 蘋(píng)果傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1傳送帶的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　排隊(duì)機(jī)構(gòu)將蘋(píng)果推到傳送帶上后，傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)將蘋(píng)果送至平臺(tái)上，等待機(jī)械手夾持。傳送帶由如圖4-1所示部件組成。傳送帶(6)采用高強(qiáng)低伸

102、化纖材料，具有強(qiáng)度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點(diǎn)。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動(dòng)軸承的螺紋孔內(nèi)，再穿過(guò)折板上的光孔，折板固定在工作臺(tái)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺柱上折板外側(cè)的螺絲時(shí)，與滾動(dòng)軸承固定在一起的支架向外移動(dòng)，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側(cè)加裝了上下?lián)醢濉魉蛶挾葢?yīng)稍大于蘋(píng)果直徑，太寬蘋(píng)果容易傾斜，這里取傳送帶</p><p>　　圖4-1 傳送帶實(shí)物圖<

103、;/p><p>　　1.電機(jī)支架2.步進(jìn)電機(jī)3.傳送帶支撐架4一卜擋板5.上擋板.6傳送帶.</p><p>　　7滾動(dòng)軸承8.張緊裝置</p><p>　　寬度為120mm。傳送帶的長(zhǎng)度由蘋(píng)果直徑和傳送蘋(píng)果個(gè)數(shù)決定，這里取其長(zhǎng)度為1200mm，長(zhǎng)度大于傳送帶寬度。</p><p><b>　　4.2電機(jī)的選擇：</b>&l

104、t;/p><p>　　4.2.1電機(jī)的分類</p><p>　　1．按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。  2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。 　　同步電動(dòng)機(jī)還可分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同電動(dòng)機(jī)。 

105、;異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 　　直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)又分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、

106、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。 　　3．按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類 電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為電容起動(dòng)式電動(dòng)機(jī)、電容盍式電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)和分相式電動(dòng)機(jī)。 　　4．按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。 驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為電動(dòng)工具（包括鉆孔、</p><p>　　4.2.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 </p>

107、<p>　　由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由蘋(píng)果的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來(lái)確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動(dòng)摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動(dòng)摩擦系數(shù)很小，雖然

108、傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來(lái)的滑動(dòng)摩擦力卻很小，故忽略不計(jì)。計(jì)算過(guò)程如下:</p><p>　　F=mng M=FL</p><p>　　其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為蘋(píng)果的質(zhì)量，為蘋(píng)果與傳送帶</p><p>　　的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強(qiáng)低伸化纖材料，由表查得 =0.8。傳送帶最多可以放置10個(gè)蘋(píng)果，則n=10，每個(gè)蘋(píng)果的質(zhì)量

109、約為.03kg，可得：F=23.52N</p><p>　　L為牽引力作用在電機(jī)軸上得力臂，L=0.02m;</p><p><b>　　則有:</b></p><p>　　M=FL==nmg=0.4704</p><p>　　轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和滾輪的直徑有關(guān)，工作時(shí)傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，滾輪直徑為

110、D=400mm，</p><p><b>　　則根據(jù)公式計(jì)算得:</b></p><p>　　n==30r/min</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖4-3所示：</p><p>　　則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時(shí)，f=100HZ。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們選擇電機(jī)型

111、號(hào)為：57BYJ250C</p><p>　　第五章 結(jié)論與展望</p><p><b>　　5.1主要結(jié)論</b></p><p>　　本文以直徑在70～110mm范圍內(nèi)的蘋(píng)果為研究對(duì)象，采取理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)蘋(píng)果分類搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。在研究中本論文得出以下結(jié)論：</p><p>　?。?

112、）根據(jù)蘋(píng)果的生物特性，對(duì)機(jī)械手手部的夾持誤差進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)的機(jī)械手定位精度在±0.5mm，包裝抓取搬運(yùn)機(jī)械手的手指對(duì)蘋(píng)果表面擠壓力可控制在允許值以內(nèi)。保證了機(jī)械手具有通用性，對(duì)處于抓取區(qū)域內(nèi)的蘋(píng)果，手指都可以準(zhǔn)確、順利的實(shí)現(xiàn)抓取任務(wù)。腕部具有運(yùn)動(dòng)靈活、可靠性好等特點(diǎn)。</p><p>　?。?）根據(jù)包裝抓取搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用氣壓傳動(dòng)，使機(jī)械手動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，便于自動(dòng)控制。氣壓傳動(dòng)對(duì)工作環(huán)境適

113、應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)成本低廉。 </p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　蘋(píng)果抓取搬運(yùn)機(jī)械手工作要求較高。本研究?jī)H為初步探討，加之時(shí)間較短，系統(tǒng)尚</p><p><b>　　存在許多不足之處。</b></p><

114、p>　　根據(jù)研究，認(rèn)為今后有以下幾方面工作需要繼續(xù)研究：</p><p>　?。?）作為蘋(píng)果分類自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，本文所做的工作只是其中的一部分。此外，本系統(tǒng)中傳感器的選型與匹配、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)等與機(jī)械手相關(guān)的內(nèi)容有待于進(jìn)一步研究。</p><p>　?。?）為了提高機(jī)械手的靈活性和工作效率，可對(duì)具有冗余自由度機(jī)械手進(jìn)一步研究。</p><p>　　（3）為了使機(jī)

115、械手的通用更強(qiáng)，可根據(jù)包裝機(jī)械手抓取水果的不同來(lái)選取不同型號(hào)的氣缸，以更好地滿足中小型蘋(píng)果分類作業(yè)裝置的要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孟艷玲，汪景彥．我國(guó)水果產(chǎn)量和進(jìn)出口貿(mào)易簡(jiǎn)況．中國(guó)果樹(shù)[J]，2004，6：34-35．</p><p>　　[2] 余達(dá)太，馬香峰．工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程[M]．

116、北京：治金工業(yè)出版社，1999．</p><p>　　[3] 蔡自興．機(jī)器人學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000．</p><p>　　[4] 趙錫芳．機(jī)器人動(dòng)力學(xué)[M]．上海：上海交通大學(xué)出版社，1992．</p><p>　　[5] 周伯英．工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995．</p><p>　　[6] 王承義．機(jī)

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