椰子采摘机的设计

椰子采摘机的设计海南大学毕业论文（设计）题目：椰了采摘机的设计学号：20150581310095姓名：李浩文年级：2015级学院：机电工程学院系另U ： 机械系专业：机械设计制造及其自动化指导教师：朱冬云完成日期：2015年5月10日对于本次要设计的椰子采摘机械手来说，前面对他的组成自由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由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由度，同时也是我们这个机械手的载体组成。因为对于一个机械手来说，其所有的重量以及运转的部件都是以此当做基础的。所以这样的要求对底座就需要具有强度和足够的刚度支撑。在前面的原理图中，我们已经确定了此第一个自由度具有360的回转能力。考虑到这点我们将第一个自由度定为蜗轮蜗杆结构。之所以选择涡轮蜗杆结构是因为其具有如下特性：1：作为机械手的底座结构不应该具有急回特性，而蜗轮蜗杆就不具有急回特性；2：蜗轮蜗杆具有转矩大、承受负载高的特性；3：输出转矩稳定，不会出现大幅度衰减的问题；4：蜗轮蜗杆制造难度低，制造成本合理；针对以上，底座结构选用的就是蜗轮蜗杆机构。从下图3-2我们可以看出，在结构上涡轮是通过键与涡轮轴进行连接的。当电机进行运转时，蜗杆将动力传递给涡轮，涡轮在通过键将动力传递给涡轮轴。这样电机的动力就能就能转化为涡轮轴的动能。而涡轮轴的的旋转也就是我们底座可以旋转的自由度组成。涡轮的下方设计有卡簧，其目的是对涡轮进行一个支撑。依据椰子采摘要求，初步设定如下参数：底座总高：237mm,动力源为涡轮蜗杆，旋转范围达到360度，此处选择的电机为步进电机，其功率为7. 5KW,联轴器的效率为0. 9.故输出功率：P输出=P额定 x 0.9 = 7.5 x 0.9 = 6.75KW额定功率为7. 5KW,查表得电机型号：Y132M2-6, n=800r/mino所以其转矩为：7； =9550x 金 = 9550x 竺= 80.5Nm 此处取 7； =80Nm7n8007底座结构图如下:图3-2底座内部结构示意图底座主轴3. 3. 2腰部结构设计在本小节中需要完成的设计就是构成此机械手的中间转接体的腰部结构。对于腰部结构在空间组成上，其定义就是为了转接底座主轴与大臂等机构。作为一个连接体，由于要跟底座主轴进行一个连接，所以在结构上将其设计成圆柱形状，连接的方式采用螺钉螺母进行连接，即底座主轴的动力是通过螺钉传递给腰部结构的。其次，既然腰部结构还要跟大臂等结构连接，那么我们在设计上考虑的是将其腰部结构的侧面也开几个螺纹孔，其目的一方面是为了连接大臂结构，另一方面是为了连接大臂结构的电机。为了能让大臂进行一个运转，电动机需要一个载体和大臂进行连接，这个载体选定为大臂轴来进行连接。动力上的传输原理如下：电动机将动力通过键传递给大臂轴，大臂轴又是和大臂通过连接螺钉进行固定的，这样就能将电动机的动力传递给大臂。针对这些，设计出如下示意图：图3-4腰部结构示意图完成了机械手的底座和腰部结构的设计之后，下面需要设计的一个机构就是刚才上面提到的和腰部机构进行连接的大臂机构。大臂机构从结构上来说应该是简单的，而且其连接形式也比较明确，就是下面连接腰部结构、上面连接凸台结构。因此对于这个大臂结构来说我们需要考虑的内容就是如何完成这两个位置处的定位问题。对于与腰部结构的定位，前面已经确定了，就是通过连接螺钉与大臂轴进行连接，这是周向定位，而对于轴向定位就采用键进行连接。同理对于与上面的凸台机构连接也是一样的道理。我们也是考虑了两个方向上的定位，轴向和周向。设计的大臂的结构形式如下图3-5所示。依据大臂在工作中的运动性质及底座蜗轮蜗杆的电机选型，本次大臂中电机型号选用：Y132S-4 P额定, n=1440r/min； = 0.9,故其转矩：5 5x0 9T, = 9550x= 32.8N m v 80N m1440大臂处的电机选择符合设计要求。大臂的长度最大值为：1000-237=76300,取565mmo大臂结构设计如图3-5所示：图3-5机械手大臂结构示意图3. 3.4连杆结构设计底座与腰部体的连接组成其第一个自由度，大臂机构组成其第二个自由度，而第三个自由度我们将其设计成连杆结构。由于大臂机构的长度已定，而为了连接的方便连杆结构也要与大臂的端部连接件凸台进行相同的连接，所以我们将此连杆拆分成三个进行说明：电动机带动驱动连杆1,通过中间连杆2将动力传递给连杆3,而连杆3也就是执行连杆，会将连杆2所传递过来的动力传递给与大臂相连的凸台机构。根据以上思路设计的连杆具体示意图参见下图3-6所示。根据上述几点设计思路，对整个连杆机构有了初步的设计方案，具体的参数计算如下：初步选择此处电机型号为Y132S1-2=5.5KW n=2900r/min = 0.98,计算得其转矩为：5 5x0 98T4 = 9550 x-=17.7N m 80N符合要求2900电机的选型完成后，开始设计大连杆的各项参数要求，从长度设计开始，大连杆的长度应满足以下要求：LK763mm, L2565mm, L3的长度选择无具体数据要求，只需满足大臂与连杆连接的配合要求即可。取Ll=290mm, L2=315mm。为了满足其刚度和硬度要求L1的厚度取13mm, L2的厚度取 20mm。四杆机构的结构示意图如下图3-6和3-7所示：(a)连杆1(b)连杆2图3-6连杆机构设计这三个连杆的连接也是通过两个方向上的定位。一是轴向定位，一是周向定位。具体的定位方式在前面的大臂机构设计中己经提到过了。根据以上设计条件，作出如下结构示意图：图3-7连杆机构连接设计3. 3.5伸缩结构设计第4个自由度即小臂部分，在结构上，我们想将其设计成可以伸缩的状态。那么，对于这样的状态常常使用的动力驱动形式有三种。气压、液压和电机。对于气压和液压来说，其密封性一直悬而未决，所以本次这个小臂结构依然采用电机进行提供动力，其具体的形式选用齿轮齿条进行伸缩，结构如下图所示：其中，齿轮的各项参数：m=3,齿数z=20o此处的齿条长度取227mm。3. 3.6手爪处结构的设计通过查阅相关的资料可以得知对于一个机械手来说，其执行部分的爪部结构常常有三种形式的存在：一种是类似于人手形状的抓取型的，另一种则是夹持型的，最后一种则是吸附型的。既然我们的机械手在作用上是用来进行椰子的采摘的，那么，本次设计的机械手的手爪部分就采用类似手爪形状的形式。具体的形状如下图3-9所示：图3-9手爪设计图从上面这个图上面，可以清楚的看出，本次设计的椰子采摘机械手的手爪部分是由4个类似手指的关节件组成。当控制系统下命令对椰子进行采摘时，机械手的其他相关结构进行一个自由度的空间位移变换。最后，手爪的松紧决定了椰子的抓取和放松。对于这个机械手的手爪来说，在结构上需要考虑其是如何进行固定的。参考下图3-10可以看出，这个机械手的手爪部分的动力装置也是由电动机进行提供的。在结构上，电动机的动力要传递到手爪轴上，则是通过键连接来传递动力。而手爪轴与手爪之间的固定方式为螺钉固定，这样一来当电动机运转的时候，就会带动手爪轴进行转动，手抓轴转动就会带动手爪结构的转动，动力的传动依次递进到手爪为止。由于如果手爪轴和手爪结构只是单一的纯机械连接的话可能会造成手爪结构在运转的时候阻力较大的情况发生。所以，针对这个问题，我们在手爪结构中设计了轴承来达到运转时候的润滑作用。轴轴承端盖图3T0手爪部分结构示意图(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)Tl、T2蜗杆及涡轮上的公称转矩;dl、d2蜗杆及涡轮的分度圆直径;3. 4.1圆柱蜗杆传动的强度校核1 .蜗杆的受力分析为了方便计算，将蜗轮蜗杆啮合过程中摩擦力的影响忽略不计，其他参数参照以下公式进行计算：Frl = Fr2 = Ft2tanaFn =cosaH cos ycosan cos y d2 cosaH cos/式中:Y蜗杆分度圆柱导程角，此处/=4 34, 26”图 3-12 (b)图 3-12 (a)图3.12蜗轮蜗杆传动受力分析示意图di2.蜗轮齿面接触疲劳强度校核：(3-5)查表得知=2. 6o根据设计的要求：Tt=8X104N - mm, T2=5X 104N mm,滑动速度0. 3m/s。蜗轮材料选灰铸钢 HT200,则Zf = 188.0, aH = S2MPa o K二KAKBKv。取 KA= 1, KP=1, Kv=1. 1。则K=1X1X1. 1=1. lo将相关数据代入式3-5得:，Llx5xl()4V 10?x 2.6 xl 88MPa aH = 182MPa综上所述，蜗轮符合齿面接触疲劳强度的要求。3.蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核KF2 y y y y 2KT? y y yyb Fa2 Sa2 5 * 7 一 么勺旧 E S2 e b(3-7)(3-7)(3-8)6AMPamm；月= 0； Ka = 1.5 ；= 3mm ； Kc = 7.0；= -0.016 :摘 要由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由度数为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计一一完成属于此机械手的各个自由度的介绍，各动力元器件的选型与计算。在上述几项设计完成了之后，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目的。关键词：机械手；步进电机；CAD；自由度K = 2.0； z= = y_ = 20,查齿形系数图3-13得：y二0.125,把以上数据代cos (3 cos 0入(4-2)式，得:2Tcos/3oa2x35.02xl03xcos0xl.5=35.4 lA/Pa7iz,m 3yK3.14x 20x33 x0.125x2x7实际的齿轮弯曲强度大小为300Mpa,所以此齿轮校核合格。3. 5本章小结在本章中，我们重点对这个椰子采摘机械手的结构进行了一个设计。在设计的过程中重点介绍了各个自由度是如何才能达到要求的。以及这个机械手在空间结构上是如何能进行运转的。这些设计的完成标志着此椰子采摘机械手的结构上的完结。但是光有机构的设计还是不够，在最后一些小章节我们又对一些关键部件如：蜗轮蜗杆、齿轮进行了一个强度校核。这些校核的目的是为了从侧面反映出设计的合理性。4底座设计与选型4.1引言本章主要对安置椰子采摘机械手的底盘小车进行设计，但由于底部小车不是整个采摘机械的主体部分，所以在此只进行简要叙述。4. 2整体结构设计4. 2. 1采摘工作运动环境本次设计的椰子采摘机主要会投放导种植椰子树的果园之中，众所周知，果园的种植地路面非平坦的水泥或者柏油马路，因此小车的运动环境也非平路，主要包括湿滑的泥泞路面、坑洼路段、斜度较小的上坡及下坡路段。4. 2. 2行走J!带设计由小车的运行环境可知，在椰子采摘工作中小车的车轮设计不能是如普通推车那样同一水平面的4个轮子来解决，它不仅仅是能运动就行，还要应对果园中可能出现的各种路面情况，因此，在本次设计中，将椰子自动采摘机的运动装置设计为履带。具体设计形状简图如下如所示:图4-1履带结构示意简图履带节距及履带板宽度计算：暂定整个采摘机械手的质量为50Kg,椰子筐装满椰子的总质量30Kg,则履带上方所承受的总质量为80Kg,由此可计算获得以下参数计算：履带节距，o=(1517.5)M = (1517.5)V5a(44.8552.325)mm； W0=50mni履带板宽度b：Z? = (0.9 1.1)x209 乂拓=(0.9 1.1)x209 乂婉 O (810.7 990.87)mm;取人= 900mm本次设计中，设定缠绕在驱动轮上的履带板数Z，为12,则驱动轮的齿数Z为：Z = 2Z=24驱动轮节圆直径：Dk=一193.2mm./18U、, zloUxsin() sin()Z， 12履带轨距 B： B = (3.5 4.5)8 = (3.5 4.5)x900 = 3150 4050;取B = 3500mm总结：综上所述履带的节圆直径为193. 2mm,履带节距50mm,履带板宽度900mm,履带轨距为3500mm,由于工作路面主要为泥泞路面，因此履带材料选择橡胶履带。基于以上参数，参考钻机底盘，选用七轮短支腿履带行走平台。4. 2.3支撑座设计要使整个椰子采摘机械能够移动，同时也保证手爪的高度能足够够到椰子树顶端，必须要设计一个能将机械手与运动车轮相连接的机构，因此，在设计中，增加了机械手与车轮相连接的支撑座。除此之外，采摘下的椰子需要运送到仓库，而这个搬运工作不解决就必须增加人力搬运。为了减少搬运椰子的人工消耗，在整个机械中增加一处能安置采摘下的椰子的地方，使椰子采摘与椰子搬运同时进行。我们将这个椰子安放地选择在支撑座上，支撑座安装机械手的同时，在另一侧设置一个椰子筐，以便采摘成功的椰子不至于无处安放，也减少搬运的劳动力。最后，由于要考虑到椰子树的高度以及底盘的牢固程度，因此，在加高的同时增加固定条来保证整体稳定。具体支撑座设计图如下:椰子框S G 仞图4-3支撑座设计图4. 3本章小结在本章节中，主要对椰子采摘机的底盘及车轮进行了简要叙述，通过这些整体上的完善，来达成椰子采摘机在果园的工作环境要求，确保在椰子采摘过程中整个机械的正常运动以及采摘工作的安全进行。5总结本次设计的装置是椰子采摘机械手，它的主要功能有以下几个方面：1：能够对目标椰子有一个准确的位置定位；2:能够将被抓取的椰子准确的放置到我们指定的管筐中去。这两个功能的完成主要的条件就是借助于机械手的多自由度，同时也借助于机械手的定位精度。本次主要研究工作可以归纳为以下几个方面：1:椰子采摘机械手的工作原理当我们需要进行椰子的采摘时，首先将机械手装置通过下面的小车推到指定的椰子采摘地点。然后，通过开启各个机械手的电机使机械手能顺利进行运转，当机械手的爪部运转到椰子跟前时，通过自身的定位性能进行一个定位。手部的手爪进行抓取，然后将采摘下的椰子通过一系列运转放到指定的萝筐中去。2:在结构上，此机械手是5个自由度组成的。底部有一个小车进行移动，小车上有专门放置椰子的框子，设置小车的目的是可以将机械手推到指定的采摘区域，减少人工搬运工作。5个自由度在组成上是一个滑动关节加上4个转动关节。3:本次设计主要对机械手的蜗轮蜗杆还有小臂轴进行了设计和校核。因为对于一个机械手来说各部件的强度和刚度校核成功与否直接关系到设计的合格性以及操作的合理性。致谢转眼间大学四年已经快要结束，毕业设计也临近尾声，在这个过程中，有过后悔，也有过庆幸。后悔在大一至大三过程中没有认真听好每一堂课，导致毕业设计过程中四处磕绊；庆幸碰到了一个负责任的导师，在别的同学抱怨导师不管他们时，我的导师定期催促一次进度，有问题时也会耐心解答。当导师布置课题时，得知我的课题是椰子自动采摘机，第一反应是应该不难吧，就摘椰子的。但真正开始做了才发现我根本无从下手，一次次搜索网络图片，一次次查询相似设计文档，最终才开始了毕设的第一步。在设计过程中，也会遇到很多困难，经过自己的努力，不断查询各种资料，也经过老师的解答，最终完成了本次毕业设计。最后，也通过本次毕业设计，向所有教导过我的老师们说一声谢谢！感谢你们的教导，让我从一个只知语数外物化生的高中生，蜕变到能独立完成一份设计的毕业生，在今后的人生旅途中，或许再无相遇的机会，但你们授予我的知识将终生受用。同时，也感谢在大学四年所有接触过的同学，感谢你们四年来的陪伴，期间或有争执，但终究和谐相处过完这最美好的四年。愿大家前程似锦，归来仁是少年。参考文献1 付永领，张桂英，李军.一种简化的机械手运动学分析方法及其仿真研究J.机床与液压，2004, (11)： 70-76.2 周斌，王效岳，张忠奎，颜世周.基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真J.机械工程与自动化，2011, 3(166)： 29-31.3 臧庆凯.六自由度机械手运动学与运动规划研究D.广西：广西工学院，2012.4 蒋新松.未来机械手技术发展方向的探讨刀.机械手，1996, 18(5)： 286-287.5 李泽胤.浅析工业机械手J.科学技术，2013, (3)： 88-90.6 郝立伟.在工业生产中关于气动机械手的设计J.民营科技，2013, (8)： 34.7 刘宏伟.基于ADAMS的五自由度机械手运动学仿真J.机电产品开发与创新，2008, 6(21)：42-44.8 廖红玲.多自由度机械手在装配生产线上的应用J.科技创新应用，2013, (20)： 59-60.9 水果采摘装置的现状及发展趋势，张莎冯聪利赵培陕西能源职业技术学院机电与信息工程学院.201910 WANG Xuan-yin, DING Yuan-Ming. Method for Work space Calculation of 6RSerial ManipulatorBased on Surface Enveloping and OverlayingJ . Washingtonian University and Ringer-Verb BerlinHeidelberg, 2010, 15 (5): 556-562.11 陈佩云，金茂菁.我国工业机械手发展现状J.机械手技术与应用，2001, (1)： 2-5.12 汪曾祥，魏先英，刘祥至.机械设计学习指南M.北京：机械工业出版，2002, 3-8.13 李仁.电器控制M.北京：机械工业出版社.2001, 4-12.14 刘松国.六自由度串联机械手运动优化与轨迹跟踪控制研究D.浙江：浙江大学，2009.15 周斌，王效岳，张忠奎，颜世周.基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真J.机械工程与自动化，2011, 3(166)： 29-31.16 丁彩红，张中，赖勇.主从机械手手爪设计与优化.东华大学机械工程学院，1001-3997. 2018. 12.AbstractBecause the picking process of pineapple is too complex, the picking ofpineapple has a negative impact on its sales to a certain extent. In view of thisproblem, this graduation project is mainly to complete the design of pineapple pickingmanipulator to reduce the labor loss in the process of pineapple picking. In the wholedesign, firstly, the concept of pineapple picking manipulator is described, and thedegree of freedom of the pineapple picking manipulator is determined to be 5.Secondly, the overall structure of the whole pineapple picking machine is roughlydesigned, followed by the structural design of the manipulator, the base and otherparts - the introduction of each degree of freedom belonging to the manipulator andthe power elements are completed. Selection and calculation of components. Afterthese designs have been completed, these structures are verified and checked by usingthe mechanical knowledge taught by the teachers in the four-year professional course.Finally, the whole pineapple harvester is drawn and processed by CAD software.Through this series of structural design and parameter calculation process, theultimate goal of the project design is achieved.Keywords: Manipulator;Stepper Motor;CAD;Degree of Freedom1绪论51.1课题研究目的及意义51.1.1课题研究目的51. 1.2课题研究意义51.2机械手国内发展形势51.3工业机械手应用于椰子采摘51. 4本章4、仑吉62总体方案的确定72. 1引言72. 1. 1椰子采摘机械手工作环境72. 1. 2原始参数确定72.2椰子采摘机械手的总体构成72. 2. 1机械手的本体组成 72.3本章小结83椰子采摘机械手的结构设计93. 1引言93. 2椰子采摘机械手总体外形设计93. 3椰子采摘机械手结构设计93. 3.2腰部结构设计113. 3.3大臂结构设计 113. 3.4连杆结构设计123. 3. 5伸缩结构设计143. 3.6手爪处结构的设计143.4关键零件强度校核153.4. 1圆柱蜗杆传动的强度校核 163.4. 2小臂处齿轮的校核183. 5本章小结204底座设计与选型214. 1引言214.2整体结构设计214. 2. 1采摘工作运动环境214. 2.2行走履带设计214. 2. 3支撑座设计224. 3本章小结225总结24致谢25参考文献261绪论1.1课题研究目的及意义1.1.1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。但是由于当初科技没那么发达，所以其动力装置不是现在的这样使用电机驱动，而是利用人工操作将绳索的势能转化成被投石的机械能，达到进攻敌军的目的。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。如上海目前已经开始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种，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，但结构复杂。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有被切割到。因此，选用第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目标。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计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。1. 4本章小结在本章中，重点介绍了机械手的国内外发展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2.1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lm左右高度的椰子所在起点位置A点，通过各关节自由度的运转放置到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计要求。2.1. 2原始参数确定本课题的主要研究内容设计一个可以用来在常见的环境中能完成采摘椰子任务的机械手装置。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几个方面：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5rpmo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由底座、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由度的设计，那必须要明确自由度的定义：即机构可运动的关节数目。因为对于工业采摘机械手来说一个可以运动的关节就是一个自由度，所以显而易见,增加机械手上的自由度数目，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由度的数量也多越好，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。所以在设定自由度的数量时，要跟及实际情况，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由度数量的利弊分析，最终决定将本椰子采摘机械手的自由度数量定义为五个：此5个自由度是由4个旋转副和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180转动；结构4是齿轮齿条机构，能够上下滑动，上下滑动的距离范围为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：04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计的椰子采摘机械手的各项技术参数的设计计算，最后对这个采摘机械手的5个自由度的分配进行一个详细叙述。下一章主要对此椰子采摘机械手进行一个参数化设计及验证校核。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计的角度，如设计、校核、选型等方面来设计计算机械手的各部分结构及电机的选型等。但由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计计算及校核。3. 2椰子采摘机械手总体外形设计在第二章中己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情况下可能遇到的工况情况，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由度组成。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：图3-1机械手总体外观结构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？以及部件的设计需要注意点是什么？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计如下：3. 3.1底座结构设计5 yq =L53X1E0448x0.962dd2mcosy 7 50 x 160x 4 c os436,26, *该蜗轮符合齿根弯曲疲劳强度的要求。4.蜗杆的刚度校核本设计中的蜗杆材料为45钢。为了防止特殊情况下蜗杆受到力的作用后发生较为明显的形变，从而造成应力集中，对蜗轮蜗杆的啮合产生影响，所以除了齿面接触疲劳