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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流快客摘果机器人采摘机构设计设计浙江科技学院毕业设计（论文）、学位论文版权使用授权书本人 毛永波 学号 106015063 声明所呈交的毕业设计（论文）、学位论文 “快客” 摘果机器人采摘机构设计 ，是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本毕业设计（论文）、学位论文作者愿意遵守浙江科技学院 关于保留、使用学位论文的管理办法及规定，允许毕业设计（论文）、学位论文被查阅。本人授权 浙
2、江科技学院 可以将毕业设计（论文）、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库在校园网内传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文）、学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日.精品文档.浙 江 科 技 学 院本 科 毕 业 设 计 (2010届)题 目 “快客” 摘果机器人采摘机构设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 车辆工程 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以
3、标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位
4、论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文
5、。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日“快客” 摘果机器人采摘机构设计摘 要机器人是自动执行工作的机械装置。随着科技的进步，机器人这一新兴科技产物逐步进入大众的视野。从一开始的展示台上逐步地走进人类的日常生活中。代替者人们进行一些高危工作或者高难度的作业。国防，工业，农业中，机器人的应用越来越多，机器人技术也越来越成熟。本文是选取第六届浙江省大学生机械设计大赛的题目凌空采果。我国是农业大国，农业是我国的重要产业，因此提高农业作业的效率和安全性是非常有必要的。这是一个针对高空危险采摘提出的课题。文章主要介绍“快客”号机器人抓手的设计，包括结构设计和尺
6、寸设计。其中还有手臂部分的设计。然后进行了一些传动部分的设计，包括传动比设计以及强度的校核。随后还对整个机械手的控制电路进行设计。最后，我们对“快客”号机器人的行进等其他机构进行了简单的介绍，方便大家更加透彻地了解机器人的整个运作过程。 关键词：机器人 农业机械 机械手The Design of “Kuaike” Robots ManipulatorStudent: Mao YongboAdvisor: Dr. Ruiming WuSchool of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and
7、 TechnologyAbstract.Robots are mechanical devices work automatically. With the advancement of technology, robot technology products in this emerging field of vision gradually into the public. From the beginning of the display stand on the step by step into the daily life of mankind. Instead of some
8、high-risk people who work or difficult work. Defense, industry, agriculture, application of more and more robots, robot technology is more mature.This article is based on the sixth selection mechanical design competition of Zhejiang Province, the subject of university students - volley fruit picking
9、. China is a big agricultural country. Agriculture is an important industry in China, thereby increasing the efficiency of agricultural operations and safety is necessary. It is a dangerous pick for the high-altitude issues raised. This article introduces the design of Kuaike robots grasps device ,
10、including structural design and dimensions. It is part of the design of the arm. Then some part of the design of transmission, including transmission ratio design and strength check. Then also the whole manipulator control circuit design. Finally, the Kuaike was moving robots and other agencies of t
11、he brief so as to facilitate a more thorough understanding of the entire operation of the robot.Keywords: Robot Agricultural machinery Manipulator目 录第一章 绪论11.1 选题的背景与意义11.2国内外农业机器人发展概况11.2.1 国内发展概况11.2.2 国外发展概况3第二章 设计思路42.1 设计题目42.2 设计目标与要求42.3 设计方案5第三章 机械手设计63.1 抓手尺寸设计计算63.2 传动系的设计计算及校核63.2.1 传动系的设
12、计计算63.2.1 传动系的强度校核83.3电机选择与速度校核103.4控制电路改进与调试10第四章 其他相关机构设计124.1 行进机构124.2 上升机构134.3 临时储果以及输果装置14第五章 设计创新及模型155.1 创新点155.1.1 外形上的创新155.1.2 摘取方式的创新155.1.3 输送果实的创新165.1.4 抓取机构在整个机器人中作用的创新165.2 展望17参考文献19致 谢20附录：实物图片21第一章 绪论1.1 选题的背景与意义从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展
13、，机器人技术也得到了飞速的发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。1.2国内外农业机器人发展概况1.2.1 国内发展概况1、机器人的发展现状和趋势世界上第一台机器人诞生于美国，在1954年。虽然它是一台试验的样机，然而它体现了现代工业广泛应用的机器人的主要特征。机器人产品在20世纪60年代问世，最具代表性的有美国Unimation公司的Unimate机器人和
14、美国AMF公司的Versatran机器人。从诞生以后，在相当长一段时间内，机器人主要停留在大学和研究所的实验室里。形成的生产能力和应用较少，难以得到充裕的资金用于研发。直到20世纪70年代，这种状况才得以改善。日本的机器人的历史不算长，一开始是引进美国的先进技术，消化并实用化。1967年，日本东京机械贸易公司首次引进Versatran机器人；1968年，川崎重工业公司引进Unimate机器人，并增加了视觉功能，使之成为具有就智能的机器人。这一成就引起了高度重视。日本政府在政策上和经济加以扶植。因此日本的工业机器人得到飞速发展，得到大量生产和应用。经过20世纪70年代的飞速发展，日本很快超过美国
15、成为当今世界第一的“机器人王国”。20世纪70年代，进入机器人的实用化时代。80年代进入普及时代。近几十年来，欧洲的德国，意大利，法国及英国机器人产业发展比较快。目前世界上的机器人无论从技术水平上，还是从已装备的数量上，优势都集中在以日美为代表的少数几个发达的工业化国家。我国的机器人起步于20世纪70年代，经历80年代的开发期，90年代进入实用化期。我国从1974年开始研制工业机器人，数十家研究单位和院校分别开发了固定程序、组合式、液压伺服型通用机器人，并开始了结构学、计算机控制和应用技术的研究。80年代的时候机器人技术得到政府的支持，步入了跨越式发展时期。1986年，我国开展了“七五”机器人
16、攻关计划，1987年，我国的“863”高技术计划将机器人的研究开发列入其中，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。为了跟踪国外高技术，在国家技术计划中安排了智能机器人的开发研究，包括水下无缆机器人、高功能装配机器人和各类特种机器人，进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工智能、机器视觉、高性能传感器及新材料及新材料等的应用研究。由于市场竞争的加剧，都20世纪90年代，一些企业认识到机器人等自动化设备的重要性，推进了机器人走向产业化。各种机器人如喷涂机器人、搬运机器人、装配机器人、各种特种机器人从汽车行业逐渐渗透到其他制造业和非制造业领域。2、机器人在农
17、业采摘上的应用1）西红柿采摘机器人西红柿每棵可长46个果实，而每个果实并不是同时成熟的。成熟的果实为红色，而不成熟的果实为绿色，因此通过彩色摄像机作为视觉传感器寻找和识别果实，同时利用终端握持器中的吸引器，把果实吸住，再用机械手的腕关节把果实拧下。为了降低西红柿的收获成本，目前已研制了用于收获樱桃西红柿的机器人，它采用双目立体成像技术来确定果实的位置，成功率约为70%。2）黄瓜采摘机器人利用CCD摄像机，根据黄瓜比其叶茎对红外光的反射率高的原理来识别黄瓜和叶茎。黄瓜和果梗的连接与番茄不同，采用拧摘方法较难，而是用剪断方法，先把黄瓜抓住，用接近觉传感器找出柄，然后剪断，采摘速度为16个s，由于黄
18、瓜是长条形，受到叶茎的影响更大，所以采摘的成功率较低，大约在60左右。同样，此机器人需要改进其机器手的结构、采摘工作方式和避障规划功能，以提高采摘成功率，提高采摘速度。3）柑桔采摘机器人西班牙科技人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成。能从果实的大小、形状和颜色判断是否成熟。它的工作效率很高。另外，该机器人通过装有视频器的机械手，能对采摘下来的果实按大小同时进行分类。5）结球菜收获机器人结球菜收获机器人主要是为选择、收获已成熟的菜球而研制的智能机器人。它收获部的机械手主要由;型下指、中指和上指，以及薄型切割刀等组成。V型下指用来分离菜球与菜的外叶，当视觉
19、部确定目标后，下指自动插到菜球与外叶之间，使菜球的根部完全暴露，再由切割刀切下菜球，菜球随下指上升到一定高度，由中指和上指把菜球从下指部取走，送到传送箱。该机器人大大节省了劳动力，减轻了劳动强度，提高了效率，当然它的不足之处是视觉系统的搜索时间较长，对菜球本身的紧度也有一定的要求，另外，它目前的成本也比较高。6）蘑菇收获机器人在1994年，由英国开发，用CCD黑白摄像机识别作业对象，再用直角坐标机械手进行收获。为了防止损伤蘑菇，机械手的执行部有衬垫，吸附后用捻的动作完成。该机的识别率达84%，收获率达80%，完整率达57%。7）西瓜收获机器人日本京都大学开发了一台西瓜收获机器人。大多数的机器人
20、采用电气驱动，但这种机器人是采用油压驱动。机械手有五个自由，除一个关节外都采用油缸控制。虽然精度较差，但省掉了减速机，降低了成本，这对于农业使用是有利的。另外它的果实检测是根据西瓜挂果的日期（开花日期）的不同，树立直径为40mm的不同颜色的标识球，这样就可以根据标识球的颜色和位置正确判断西瓜的位置和成熟度。为了便于判断，标识球的颜色有一定的限制3、农业机器人的特点（1）农业机器人作业对象的娇嫩性（2）农业机器人的作业环境的非结构性（3）农业机器人作业动作的复杂性（4）农业机器人的使用者（5）农业机器人的价格特性1.2.2 国外发展概况从机器人的另外一个角度看，世界上第个个关于机器人的法律也产生
21、了：据生活科学网站5月26日报道，日本经济产业省现在正在商讨制定一部机器人法律，这套规定将成为世界上第一部机器人法律，它至少要求机器人不能伤害人类。还有如Honda发布的新一代ASIMO可以在办公室等现实环境中作业，具有很高的运动能力。和以往相比，ASIMO可以和人手拉手走路等，强化了与人配合的行动能力，而且增加了利用手推车搬运物品的功能。此外，新开发出的对这些功能进行统一控制的综合控制系统，使ASIMO可以自行从事接待、向导、递送等服务。机器人是一种能适应各种工作环境的机械与电子等结合的产物，它不仅具有人类所不能完成的动作及各种以人们思维运行的状态，而具还可以根据人们的意愿进行合理的智能化设
22、计，这样一来，也就出现了智能机器人，他们可以学习人类的动作及语言，而且工作者们也给它们加上了传感神经系统。如现在机器人不仅可视、可听、能说、会学、而且还会有感觉等。在工业中，机器人用来代替人工作业，如在核工业中，机器人进入反应堆进行人们难以进行的动作操作，通过科学工作者的不断努力，将有更多更智能的机器人面世。第二章 设计思路2.1 设计题目第六届浙江省大学生机械设计竞赛主题：设计并制作“凌空采果”机器人（以下简称机器人），提交机械设计资料，参加理论设计答辨，参加实物竞赛，能够完成一组竞赛规定的采摘动作。2.2 设计目标与要求1机器人在收缩状态时，长+宽+高 1000mm；展开状态时尺寸不限。
23、2机器人重量不限，但应尽可能轻。 3机器人造价不限，但应尽可能低。 4机器人操控可采用线控或遥控方式；不建议机器人采用自动控制或智能控制 。 5机器人行进方式不限。 6机器人驱动可采用各种形式的原动机，但不允许使用人力直接驱动；若使用电动机驱动，其电源应为安全电源。（注：动力设备自备，比赛现场仅提供 220V 交流电源）。 图2.1 比赛场地示意图2.3 设计方案 按照我们开始的构思，打算采用传统的抓手设计由电机驱动“抓手”的“手指”抓住果实，然后将果实摘下。这样的采摘过程完全模仿人的采摘行为，具有很高的可行性。但是，机器人的控制并不能像人那样随心所欲，因此，从效率和可靠度上来考虑，这样的才采
24、摘动作可能不那么让人满意。因此，我们在抓取动作上稍做改进。将抓手设计为一个空心长方体，像一个笼子，我们称之为笼形抓手。如图2.1，比赛场地中果实的安放位置可以分为两类，树枝的上方和树枝的下方。考虑到摘取上下两类果实的方便，我们将笼子的上下两面各开一个60mm的圆孔，侧面则安装电机A驱动滑条来回滑动，控制“手“的开合。两个滑条一端分别固定在上下表面上，另一端用螺丝固定在滑块上。滑块的中心位置有一个螺纹孔，螺纹孔与螺杆配合，螺杆与电机相连，由侧面的A电机驱动其转动，从而带动滑条来回移动来控制抓手的开合。为了迅速而精确地控制抓手的位置，我们在手臂处设计安装了电机B和电机C，B电机控制抓手在水平面36
25、0的运动，C电机控制抓手在竖直方向的运动，由于电机的转速比较快，我们的传动系选择蜗轮蜗杆传动，这样的传动平稳，而且传动比大，能将输出转速大大降低。我们在笼形抓手的一面开一个45mm X 45mm的口子，连接一个塑料弹簧圈。弹簧圈下端连着临时存储机构。我们的“果实”采摘下来以后直接通过这一通道运送到下端，方便且迅速。下面我们简单描述一下我们摘取果实的整一套动作。第一步，由上升机构迅速将抓手上升到树枝的附近（位置不需要非常精确）；第二步，通过手臂上的电机B和电机C精确调整抓手位置，通过粗条和微调这两个过程我们已经将“果实”很可靠地“握”在手中；第三步，启动电机A驱动滑条，将手缩紧滑条相当于一个模拟
26、刀片，将“果实”切下，这样的动作不会对果实造成大的损伤，有利于果实的后期保养和销售；第四步，“果实”通过输送通道送至临时存储机构，方便进行下一个摘取动作。第三章 机械手设计3.1 抓手尺寸设计计算由于比赛规则的限制，我们的机器人必须设计地紧凑实用。因此，尺寸设计是非常重要的一步。比赛时果实的规格为，我们抓手的上下孔洞必须略大于这个尺寸，为了减少操作的难度，我们把孔洞的尺寸定为。基于上述考虑，我们把机械手的尺寸暂时定为，后来的实践证明，我们的尺寸是符合紧凑实用这一标准的。手臂的长度不宜过长，不然当机器人伸出手时会引起重心不稳，产生摇晃。因此我们暂时将手臂设计为250mm。具体结构尺寸如图3-1图
27、3-1 机器人手臂示意图 3.2 传动系的设计计算及校核3.2.1 传动系的设计计算为了便于控制，我们需要比较大的传动比。为此，我们决定选择采用蜗轮蜗杆传动。除了拥有较大的传动比以外，蜗轮蜗杆传动还有一个好处，有自锁的功能。这在实际作业中也是非常必要的。蜗杆传动设计：由于我们的传动对承载能力没有很高要求，仅仅要求尺寸结构紧凑，查简明机械设计手册（朱龙根主编）表11-23，蜗轮材料选择(铝青铜)，蜗杆材料选择45钢。选择模数m=1mm，头数=1，传动比，蜗轮变位因数，选择ZA型齿。因此，齿形角。蜗轮齿数蜗杆轴向齿距mm蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗杆齿顶高顶隙（一般取=0.2）蜗杆
28、齿根高蜗杆齿高蜗杆齿宽，查表11-29，因此，取蜗轮分度圆直径 中心距 蜗轮齿顶高蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆高蜗轮齿根圆直径蜗轮齿高蜗轮顶圆直径，那么我们的顶圆直径就取蜗轮齿宽，那么我们取蜗轮齿宽蜗轮弧顶圆半径蜗轮弧根圆半径蜗杆轴向齿厚蜗杆法向齿厚1.567mm蜗轮分度圆齿厚1.57蜗杆齿厚法向弦齿高蜗杆节圆直径蜗轮节圆直径3.2.1 传动系的强度校核圆柱蜗杆传动承载能力校核计算包括三部分：接触强度校核计算，弯曲强度校核计算，蜗杆轴挠度计算。其中接触强度校核采用式 （3-1）弯曲强度校核计算采用式 （3-2）蜗杆轴挠度的校核计算采用式 （3-3）其中蜗杆分度圆直径（mm）；蜗轮分度圆直径(mm)；
29、E蜗杆材料弹性模量，可取E=； 、蜗杆径向力和分度圆切向力（）；蜗杆中部界面的惯性矩，；使用因数；动载因数，蜗轮圆周速度时取，时取=1.11.2；载荷分布因数，载荷平稳时取=1.0，载荷变化时取=1.11.3；L蜗杆两端轴承的跨距（mm）；m模数；蜗轮轴传递的转矩（）；蜗轮轮齿的复合齿形因数，按及查图9-7；导程角影响因数，=1-；蜗杆许用挠度，=(0.0010.0025)(mm);弹性系数（），见表11-32；许用弯曲应力（Mpa），见表11-26；许用接触应力（Mpa），见表11-26和11-27。接触强度校核：查表11-32，蜗轮输出转矩初步估计使用因数查表11-31得动载因数载荷分布因
30、数查表11-27得250MPa因此根据式（3-1），接触强度符合要求弯曲强度校核：蜗轮轮齿的复合齿形因数：=10.05mm, =5.6导程角影响因数查表11-26得，根据式（3-2），因此 弯曲强度也符合要求蜗杆轴挠度校核： 蜗杆径向力：估算分度圆切向力：弹性模量E=蜗杆中部截面惯性矩初步估计L=40mm因此根据式（3-3）， 蜗杆轴挠度校核符合要求综上所述，我们所设计的传动系能够满足工作的要求（注意：以上设计均参考简明机械设计手册，朱龙根主编）。3.3电机选择与速度校核我们在摘取机构上设计共有三只电机：控制机械手在左右在水平方向上运动的电机A，控制机械手在竖直方向上下运动的电机B，控制机械手
31、开合摘取果实的电机C。在这三个电机的控制下，我们的机械手就可以触及树上任何一个部位，将果实采下。电机A和B：从速度上考虑，我们的电机A和B应该尽量选择转速大的电机，但是电机B和C的作用是对机械手的位置起一个“微调“的作用，转速过大会是控制困难，从而失去微调这一作用，位置就很难精确把握了。同时，由于机械手在是水平位置的运动范围较竖直方向大A电机的设计转速要比B电机稍大。为此，我们暂定A电机转速120r/min,B电机转速为100r/min经过蜗轮蜗杆较大的传动比减速后速度就可降到理想的控制速度范围内了。这样，我们的机械手在水平面内的运动角速度为：竖直平面内运动角速度为： 实践证明，这样的速度选择
32、是可行的。只是在速度上还是稍微有些吃亏。为此我们将电机B速度改为200r/min,C改为150r/min.电机C:抓手上的驱动螺杆初步估计螺圈数s为50，为了同时保证快速性和稳定性，我们初步选择电机转速600r/min。因此滑片来回一次所需时间为而实际工作中，我们的滑块不必移动到端点位置，时间会比计算时间略短。3.4控制电路改进与调试 仅仅具备良好的机构并不一定在比赛的时候能取得好的成绩，电路的设计，控制的难易也将影响采摘的效率以及比赛的成绩。因此控制电路的设计也是一个非常关键的环节。由于我们的采摘机构中总共有三只电机，因此我们的控制电路应该还是比较简单的。为了使三只电机的运行互不影响，我们的
33、电路采用并联结构，这样每只电机既能保持稳定的电压，又能独立运行。同时，由于工作中电机有三种状态：停止，正转，反转。因此我们的开关需要采用三相开关，这样就可以满足工作的需要了。 图3.2 模拟控制电路图如图3.2所示，当开关处于中间位置（位置1）时，该开关控制的支路上电流为零，电机处于停止状态；当开关处于左边位置（位置2）时，该支路上的电机正转；处于右边位置（位置3）时，该支路上的电机反转。这样就可以通过A、B电机控制抓手的位置，C电机控制抓手的开合，达到良好的配合，操纵机器人高效率地工作。第四章 其他相关机构设计4.1 行进机构考虑到机器人的工作环境，我们打算采用履带式行进机构。在底座前端加上
34、一个诱导轮，与下面的水平底座形成一个角度，将皮带支撑起来并且起到张紧的作用，既能防止运行的时候皮带打滑，又可以使机器人比较轻松的爬上有坡度的山坡（在比赛中便于爬过台阶进入2号场地） 。具有优良的通过性和场地适用性（如图4.1）。图4.1 行进机构以及工作时的状态4.2 上升机构剪叉式升降机是用途广泛的高空作业专用设备。它的剪叉机械结构，使升降台起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大。它使高空作业效率更高，安全更保障。“快客”号采用两排的剪叉式上升机构使上升更平稳，而且迅速。且在收缩状态时能尽量减小机器人尺寸，达到比赛要求（如图4.2）。图4.2 收缩和伸展状态的
35、上升机构4.3 临时储果以及输果装置我们输送果子的过程分为三步，一个是自上而下的输送过程，然后是在机器人底部的临时储存过程，然后是将果实从机器人的“临时仓库”转移到果实的存放容器内，比如框子。这样的话我们的输送装置也必须由三部分组成（如图4.3）：（1）连接在抓手处的塑料弹簧圈可以自由伸缩，轻巧，不会占用很大的空间。将果实从“手”中往下输送（后来比赛时发现这样的机构有缺陷，采用布制小圆筒会更好）；（2）安装在机器人底座上的临时存储机构由四根细金属棒围成一个空间，从顶部输送下来的果实可以一个一个地按顺序存放在里面，这样可以避免由于挤压对果实造成的损伤；（3）临时存储机构中的果实输出机构 采用电机
36、驱动螺杆旋转带动螺母前后移动从而将果实推出，转移至指定容器内。图4.3 临时储果装置以及输果机构第五章 设计创新及模型5.1 创新点我们的抓取机构采用笼形“抓手”（如图5.1）。图5.1 “快客”机器人的抓手如图所示，我们的“抓手”打破了传统观念对手形以及摘取动作的束缚。5.1.1 外形上的创新由于现实中我们摘取果子的时候需要保持果实的完整性和无损伤性，我们改变了传统抓手的形状。采用笼形，摘取果实的时候将果实整个包含在里面，避免了抓住果实时候的用力对果实造成损伤。摘取下来以后也会被很好的保护住，而且有很高的可靠度。5.1.2 摘取方式的创新也是考虑到对果实完整性的保护，我们是摘取动作也做了少许
37、改进，摒弃了一惯的抓住果实，然后依靠手力将果实拽下的方法。我们采用的是通过电机驱动，带动螺杆旋转，从而使上下切片往复运动，达到切下果实的目的，这样做大大减小了生拉硬拽对果实造成的损伤。5.1.3 输送果实的创新摘下的果实存放在哪里？这也是我们面临的一个比较大的问题。通常大家都会想到在抓手处安装一个临时的存储机构，这样摘下的果实就可以很方便的放在其中了。但是这样的设计会带来另一个问题，在摘取高空果实的时候，我们的重心太高会使我们的机器人不稳定，产生左右摇摆，甚至侧翻。这样就严重影响了我们摘取效率和效果。为了解决这个问题，我们决定将摘下的果实即时往下输送，存储在底部的存储机构中，这样既解决了果实的
38、存储问题，又排除了机器人稳定性的问题。5.1.4 抓取机构在整个机器人中作用的创新一般人会认为抓取机构仅仅只有摘取果实的作用，但是我们的摘取机构还充当一个非常重要的角色重心调节者。由于比赛时设计的坡度达到45，机器人在上坡的时候易重心偏高引起翻滚。抓取机构可以解决这一问题。如图 5.2所示图 5.2 机械手的另一作用5.2 展望机器人设计完以后，参加了比赛，虽然在比赛中发挥了应有的水平。但是取得的成绩并不是那么让人满意，主要是前期的一些设计上存在漏洞。比如因为尺寸问题（开赛前的“体检”显示尺寸有一些超出），还有果实卡在塑料弹簧圈内导致无法正常往下输送等等。但是，这些通过我们的努力都已经一一解决
39、，而且我们通过进一步优化各个机构的设计及尺寸，相信我们的机器人将会更加实用可靠。逐步由实验室走向果园。第六章 总结长达数月的毕业设计即将结束，对此，感慨万分。有遇到困难的沮丧，也有解决问题的欣喜，还有临答辩的紧张。总之，在这个阶段学到了很多。毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，在这次比较完整的机械系统设计过程中，我完全摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得
40、到了锻炼，经验得到了丰富。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在通过以上步骤的方案布置分析优化、参数计算和零部件型号的选择，比较完整地确定了机器人的主要结构形式，运行方式。尽量使得机器人的性能达到最优。总的来说，通过此次毕业设计论文题目的研究，使我对摘果机器人整体布置有了比较深入的研究，对设计的一般规程有了更深入的了解，加深了对各种机构零部件的认识和选择的方法，也了解了对各种调速或者安全性能的计算方法，同时对农业机器人的发展也有了一个大致的了解。通过本课题的研究，大致上设计出了一个零部件布置最合理、成本最低、空间位置最优化的机器人。在部分细节方面可能还存在一些缺陷或者不足，比如说
41、零部件的选择方面或者是整体机构的布置方案上还可以得到进一步的改进。在这几个月的设计过程中，我觉得自己获益匪浅,在设计过程中，我对以前所学过得知识进行复习，并随着设计过程得深入，不断接触到新知识，进一步丰富了自己。非常感谢学校老师给我们提供的这个机会。参考文献1 郑文纬,吴克坚,机械原理 M，北京：高等教育出版社; 1997 2 朱龙根. 机械设计 M，北京：机械工业出版社，2006.06 3 谢存禧，张铁.机器人技术及其应用M，北京：机械工业出版社，2005.074 孙玉芹，袁夫彩.机械精度设计基础M，北京：科学出版社，20075 张伯鹏，张昆，徐家球.机器人工程基础M，北京：机械工业出版社，
42、19896 赵明岩.大学生机械设计竞赛指导M，杭州：浙江大学出版社，2008.087 近藤直. 农业机器人M，北京：中国农业大学出版社，2009.058 张伯鹏，张昆，徐家球.机器人工程基础M，北京：机械工业出版社，19899 王天然.机器人M.北京：化学工业出版社，200010 刘广瑞.机器人创新制作M，西安：西北工业大学出版社11 张福学.机器人技术及其应用M，北京：电子工业出版社，200012 陈立定，吴玉香，苏开才电气控制与可编程控制器M，广州：华南理工大学出版社，2001.213 刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，2004.114 Henten, V., Hemming, J
43、., Tuijl, B., Kornet, J., Meuleman, J.,Montsema, J., & Os, E. (2003).An autonomous robot for harvestingcucumbers in greenhouses. Autonomous Robots, 13(3), 241258. 15 Iida,M., Namikawa, K., Furube, K., Umeda, M., & Tokuda,M. (1995).Development of watermelon harvesting robot (II) Watermelonharvesting
44、gripper. Proceedings Symposium on Automation andRobotics in Bioproduction and Processing, 2, 1724.致 谢在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有许多可敬的师长、同学、朋友从精神上和行动上给了我无言的帮助，在这里请接受我最诚挚的谢意！首先要感谢吴瑞明老师，因为本课题在设计过程中得到吴老师无私的帮助和指导。从选材到方案优化以及改进，都有凝聚着老师心血。在这里我要感谢与我一起参加第六届浙江省大学生机械设计大赛的二位朋友，徐俊峰、唐仲智在这个课题上做的前期工作。感谢学校这四
45、年为我提供一个良好的学习和生活环境。在这四年中，我学到了许多收获了许多，为我在将来的路上走得更远打下了基础。我还要感谢我的父母。他们给了我一切，感谢他们在生活上、学习上给予的极大支持、鼓励，使我顺利、圆满地完成学业。没有他们的含辛茹苦就没有今天的我。 毛永波于西蜜湖畔 二零壹零年五月附录：实物图片下面我们将展示我们的作品，方便大家对我们的设计一个更全面，更直观的了解图一 “快客”机器人整体外观图二 “快客”在爬坡图三 机械手摘取“果实”图5.4 “快客”比赛时的场景学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）： 年 月 日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论