核桃采摘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（采摘機(jī)械手含CAD圖紙）

核桃采摘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（采摘機(jī)械手含CAD圖紙）,核桃,采摘,執(zhí)行機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),機(jī)械手,CAD,圖紙 核桃采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 核桃采摘機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本課題運(yùn)用制圖軟件對(duì)機(jī)械手采摘核桃進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿減速裝置，直齒減速裝置；升降機(jī)構(gòu)，氣壓缸升降裝置；擺臂機(jī)構(gòu)，氣壓裝置和四桿裝置；手抓機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置，手抓抓緊放開(kāi)裝置，手抓自轉(zhuǎn)裝置；PLC程控系統(tǒng)，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，主電路，PLC外部接線，梯形圖，指令語(yǔ)句表。用AutoCAD繪制機(jī)構(gòu)的二維圖形，用Pro/E繪制機(jī)構(gòu)的三維造型。熟練掌握AutoCAD和Pro/E繪圖，對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)電一體化有較深入的理解和認(rèn)識(shí)。 關(guān)鍵詞：核桃采摘、機(jī)械手、PLC程序控制系統(tǒng) Abstract This subject uses the software of making maps to pluck the tea-oil camellia and design the organization to the manipulator. Including the rotate organization, the worm gear worm decelerating device,the spur gear decelerating device;the hoist or lower organization, the barometric pressure cylinder hoists or lower device; the wave arm organization, atmospheric pressure device and four device ,the skids screw gearing,the hold organization , the slip spiral transmission device, the holding and unlock device, hold the rotation device ; PLC programme-controlled system, the relay - contact device control system.Main circuit, PLC exterior wiring, trapezoidal chart, instruction sentence table.Draw the two-dimentional figures of the organization with AutoCAD, draw the three-dimensional model of the organization with Pro/E. Grasp AutoCAD and Pro/E drawing skillfully, integrate deeper understanding and know to mechanism, machine design and integration of machinery. Key words: walnut seed 、the manipulator, the PLC procedure control system 目 錄 摘 要 １ Abstract ２ 目 錄 ３ 一、引 言 １ 1.1、核桃采摘機(jī)械手的作用 １ 1.2、機(jī)器人技術(shù) １ 1.3、機(jī)械手的廣泛應(yīng)用 １ 1.4果實(shí)采摘方式的選擇 ２ 二、核桃采摘機(jī)械手原理圖 ３ 三、核桃采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型 ５ 3.1、電動(dòng)機(jī)的選型 ５ 3.1.1、36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī) ５ 3.1.2、90SL55伺服電動(dòng)機(jī) ５ 3.1.3、70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ６ 3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu) ６ 3.2.1、第一級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 ７ 3.2.1、第一級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 ８ 3.2.2、第二級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 ８ 3.2.2、第二級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 ８ 3.2.3、直齒減速裝置 ９ 3.2.3、直齒減速裝置 ９ 3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速 １０ 3.3、氣 壓 升 降、擺 臂 機(jī) 構(gòu) １０ 3.3、氣缸裝置 １１ 3.3.1氣壓升降裝置 １１ 3.3.2氣壓擺臂裝置 １１ 3.4、手 抓 機(jī) 構(gòu) １２ 3.4.1、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置 １２ 3.4.2、手抓工作裝置 １２ 四、核桃采摘機(jī)械手的PLC程序控制系統(tǒng) １４ 4.1、主電路 １４ 4.2、PLC外部接線 １５ 4.3、梯形圖 １６ 4.4、指令語(yǔ)句表 １８ 五、抓拉式核桃果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)前景及總結(jié) １９ 5.1 抓拉式核桃果實(shí)采摘產(chǎn)品前景 １９ 5.2抓拉式核桃果實(shí)采摘機(jī)械總結(jié) １９ 參 考 文 獻(xiàn) ２１ 一、引 言 1.1、核桃采摘機(jī)械手的作用 采用人工核桃采摘，消耗的人力、時(shí)間比較大，采摘效率低，并且某些核桃難以采摘或采摘不到，對(duì)人體安全具有一定的威脅。采用核桃采摘機(jī)械手，可通過(guò)智能移動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)攝像頭、傳感器捕捉核桃，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、高效率的、安全的作業(yè)。 1.2、機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人技術(shù)是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程、人工智能、傳感器技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等學(xué)科為一體的一門綜合技術(shù)。機(jī)器人是一種知識(shí)密集、技術(shù)密集的機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品。機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、提高企業(yè)的應(yīng)變能力、促進(jìn)新產(chǎn)業(yè)的建立和發(fā)展、改變勞動(dòng)結(jié)構(gòu)以及促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，均發(fā)揮了重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此世界各國(guó)都很重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和機(jī)器人在生產(chǎn)中的運(yùn)用。 1.3、機(jī)械手的廣泛應(yīng)用 機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍；在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件；可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)；可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等；宇宙及海洋的開(kāi)發(fā)，軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 1.4果實(shí)采摘方式的選擇 要實(shí)現(xiàn)果實(shí)采摘，可以根據(jù)原理分為吸附式、剪切式、抓拉式等類型，其特點(diǎn)比較如表1所示。 表1 各類不同工作原理的采摘機(jī)構(gòu)及特點(diǎn) 類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 抓拉式 定位要求低、動(dòng)作靈敏 需要配備真空形成裝置，笨重不方便攜帶，造價(jià)較高。 剪切式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)果實(shí)和枝條的傷害較小 定位要求高，效率較低，不方便收集。 抓拉式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高 對(duì)枝條和花蕾傷害稍大 通過(guò)對(duì)核桃樹(shù)性狀研究，發(fā)現(xiàn)核桃樹(shù)枝條比較脆，花蕾和果實(shí)連接較為緊密，綜合比較之后，采用抓拉式采摘原理進(jìn)行設(shè)計(jì)較為合適。 1.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較??? 液動(dòng)執(zhí)行器推力最大，現(xiàn)在一般都是機(jī)電一體化的，但比較笨重，所以現(xiàn)在很少使用，比如三峽的船閥用的就是液動(dòng)執(zhí)行器。??? 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全防爆性能差，電機(jī)動(dòng)作不夠迅速，且在行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。盡管近年來(lái)電動(dòng)執(zhí)行器在不斷改進(jìn)并有擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢(shì)，但從總體上看不及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用得普遍。??? 氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩類?；钊叫谐涕L(zhǎng)，適用于要求有較大推力的場(chǎng)合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推力大，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，在化工，煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過(guò)程中有廣泛的應(yīng)用。??? 液壓、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理和特點(diǎn)??? 1.5.1液壓機(jī)構(gòu)??? 液壓機(jī)構(gòu)是以液壓油為動(dòng)力源來(lái)完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)要求和實(shí)現(xiàn)各種機(jī)構(gòu)功能的機(jī)構(gòu)。液壓機(jī)構(gòu)與純機(jī)械機(jī)構(gòu)和電力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：??? （1）在輸出同等功率的條件下，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕、慣性小。? （2）工作平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和噪音都較小，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的啟動(dòng)、換向，能夠完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和各種往復(fù)運(yùn)動(dòng)。? （3）操縱簡(jiǎn)單、調(diào)速方便，并能在大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速比可達(dá)5000。?（4）可實(shí)現(xiàn)低速大力矩傳動(dòng)，無(wú)需減速裝置。? 液壓機(jī)構(gòu)的不足之處是：油液的粘性受溫度變化的影響大，不宜用于低溫和高溫的環(huán)境中；液壓組件的加工和配合要求精度高，加工工藝?yán)щy，成本高。??? 1.5.2.氣動(dòng)機(jī)構(gòu)??? 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)的機(jī)構(gòu)。與液壓機(jī)構(gòu)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：??? （1）以空氣為工作介質(zhì)，用后可直接排到大氣中，處理方便。? （2）動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)問(wèn)題。? （3）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別是在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)振、潮濕、有輻射和溫度變化大的惡劣環(huán)境中工作時(shí)，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣機(jī)構(gòu)。??? 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的不足之處是：由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差，但采用氣液動(dòng)聯(lián)動(dòng)裝置會(huì)得到較滿意的結(jié)果；工作壓力低（一般為0.3～1.0MPa），難以獲得很大的輸出力；噪聲大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。??? 二、核桃采摘機(jī)械手原理圖 本機(jī)械手工作原理：底盤通過(guò)蝸輪蝸桿二級(jí)減速、圓柱直齒減速獲得轉(zhuǎn)速為4.35o/s，運(yùn)用兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)控制機(jī)械手左右擺動(dòng)120o的扇形區(qū)域內(nèi)；手臂升降通過(guò)氣缸行程為374mm，經(jīng)滑塊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)；擺臂通過(guò)氣缸行程為128mm，經(jīng)過(guò)四桿裝置實(shí)現(xiàn)沿水平上下擺幅為30o的運(yùn)動(dòng)；手抓抓緊、放開(kāi)通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)間為t=4s，經(jīng)滑動(dòng)螺母實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的夾緊、放松，并通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)手抓自轉(zhuǎn)達(dá)到脫落目標(biāo)的目的。 機(jī)械手總裝 機(jī)器人末端執(zhí)行器是安裝在機(jī)器人手腕上用于進(jìn)行某種操作或作業(yè)的附加裝置。機(jī)器人末端執(zhí)行器種類很多，以適應(yīng)機(jī)器人的不同作業(yè)及操作要求。 機(jī)器人可通過(guò)PLC可編程的控制去完成某些操作和移動(dòng)作業(yè)的機(jī)器人。人們力圖把這種機(jī)器人設(shè)計(jì)成具有仿人或動(dòng)物的某些局部功能，并使這些功能擴(kuò)大和延伸以代替人去工作。 本手抓機(jī)構(gòu)采用概念設(shè)計(jì)方式，其經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、可行性有待進(jìn)一步優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計(jì)。手抓夾緊裝置可運(yùn)用現(xiàn)在傳感器技術(shù)，對(duì)目標(biāo)實(shí)施的夾緊力控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，使夾緊力既不過(guò)小而不能起到夾緊的作用，也不過(guò)大而破壞目標(biāo)的不良結(jié)果。 三、核桃采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型 3.1、電動(dòng)機(jī)的選型 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 勵(lì)磁電壓V 控制電壓V 頻率 Hz 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m 空載轉(zhuǎn)速r/min 輸出功率W 機(jī)電時(shí)間常數(shù)m·s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 4 90SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14 3.1.1、36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī) 3.1.2、90SL55伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、沒(méi)有無(wú)線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)是由籠子轉(zhuǎn)子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內(nèi)嵌以二相繞組，一相為勵(lì)磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯(lián)或并聯(lián)，以適用于兩種電壓。 BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 相數(shù) 步距 （o） 電壓 V 靜態(tài) 電流 A 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩μN(yùn)·m 靜態(tài)力矩μN(yùn)·m 空載起動(dòng)頻率步/s 額定負(fù)載起動(dòng)頻率 步/s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 3.1.3、70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是將脈沖指令轉(zhuǎn)換為角位移或轉(zhuǎn)速的控制電動(dòng)機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)量嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它具有定位精度高，同步運(yùn)行特性好，調(diào)速范圍寬、能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等特點(diǎn)。廣泛用于開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)元件。 3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu) 蝸桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸間傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。通常，交錯(cuò)角Σ=90o.它的主要優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比大，工作較平穩(wěn)，噪音低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖。主要缺點(diǎn)：少頭數(shù)的蝸桿傳動(dòng)效率較低，常需要貴重的減摩性有色金屬。 根據(jù)課題需要選擇傳動(dòng)比較大的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)比大時(shí)及要求自鎖的傳動(dòng)，取z=1。蝸輪的齒數(shù)z一般取z=27～80。過(guò)少的z蝸輪齒將產(chǎn)生根切；z>80時(shí)，會(huì)導(dǎo)致模數(shù)過(guò)小而削弱輪齒的彎曲強(qiáng)度或使蝸桿軸剛度降低。 阿基米德圓柱蝸桿加工方便，應(yīng)用較廣泛，但導(dǎo)程角γ大時(shí)加工困難。傳動(dòng)效率較低（η=0.5～0.8），齒面磨損較快。因此，一般用于頭數(shù)較少，載荷較小，低速或不太重要的傳動(dòng)。 3.2.1、第一級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置： 表—普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)匹配 公稱傳動(dòng)比 參數(shù) 中心距 a mm 40 40 z/z 38/1 m 1.6 d 20 x -0.25 50 z/z 49/1 m 1.25 d 20 x -0.5 第一級(jí)蝸輪蝸桿公稱傳動(dòng)比取40，蝸桿頭數(shù)取z=1,中心距a取a=40mm。由表—普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)匹配，有z/z=38/1,蝸輪齒數(shù)z=38,模數(shù)m=1.6,蝸桿分度圓直徑d=20mm,蝸輪變位系數(shù)x=-0.25 在蝸桿的軸平面內(nèi)基準(zhǔn)齒廓、齒形角的尺寸參數(shù)為： 齒頂高 h=m=1.6mm, 工作齒高 h=2m=2×1.6=3.2mm, 軸向齒距 p=πm=3.14×1.6=5.024mm, 頂隙 c=0.2m=0.2×1.6=0.32mm, 齒根圓角 p=0.3m=0.3×1.6=0.48mm, 阿基米德蝸桿，軸向齒形角a=20o， 傳動(dòng)系統(tǒng)中，取γ=25o， 蝸桿齒頂圓直徑 d=d+2hm=20+2×1×1.6=23.2mm, 蝸桿齒根圓直徑 d=d－2m(h+c)=20－2×1.6×(1+0.2)=16.16mm, 蝸桿寬度 b(11+0.06z)m=(11+0.06×38)×1.6=21.248mm,取b=22mm, 蝸輪分度圓直徑 d=mz=1.6×38=60.8mm, 蝸輪喉圓直徑 d=d+2h=d+2m(h+x)=60.8+2×1.6×(1－0.25)=63.2mm, 蝸輪齒根圓直徑 d=d－2h=d－2m(h－x+c) =60.8－2×1.6×(1+0.25+0.2)=56.16mm, 蝸輪外圓直徑 dd+2m=63.2+2×1.6=66.4mm,取d=66mm, 蝸輪寬度 b0.75d=0.75×23.2=17.4mm,取b=17mm, 蝸輪齒頂圓弧半徑 R=0.5d－m=0.5×20－1.6=8.4mm, 蝸輪齒根圓弧半徑 R=0.5d+cm=0.5×23.2+0.2×1.6=11.92mm。 3.2.1、第一級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 3.2.2、第二級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 3.2.2、第二級(jí)蝸輪蝸桿減速裝置 第二級(jí)蝸輪蝸桿公稱傳動(dòng)比取50，蝸桿頭數(shù)取z=1,中心距a取a=40mm。由表—普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的參數(shù)匹配，有z/z=49/1,蝸輪齒數(shù)z=49,模數(shù)m=1.25,蝸桿分度圓直徑d=20mm,蝸輪變位系數(shù)x=-0.5 在蝸桿的軸平面內(nèi)基準(zhǔn)齒廓、齒形角的尺寸參數(shù)為： 齒頂高 h=m=1.25mm, 工作齒高 h=2m=2×1.25=2.5mm, 軸向齒距 p=πm=3.14×1.25=3.925mm, 頂隙 c=0.2m=0.2×1.25=0.25mm, 齒根圓角 p=0.3m=0.3×1.25=0.375mm, 阿基米德蝸桿，軸向齒形角a=20o， 傳動(dòng)系統(tǒng)中，取γ=25o， 蝸桿齒頂圓直徑 d=d+2hm=20+2×1×1.25=22.5mm, 蝸桿齒根圓直徑 d=d－2m(h+c)=20－2×1.25×(1+0.2)=17mm, 蝸桿寬度 b(8+0.06z)m=(8+0.06×49)×1.25=13.675mm,取b=14mm, 蝸輪分度圓直徑 d=mz=1.25×49=61.25mm, 蝸輪喉圓直徑 d=d+2h=d+2m(h+x)=61.25+2×1.25×(1－0.5)=62.5mm, 蝸輪齒根圓直徑 d=d－2h=d－2m(h－x+c) =61.25－2×1.25×(1+0.5+0.2)=57mm, 蝸輪外圓直徑 dd+2m=62.5+2×1.25=65mm,取d=65mm, 蝸輪寬度 b0.75d=0.75×22.5=16.875mm,取b=16.5mm, 蝸輪齒頂圓弧半徑 R=0.5d－m=0.5×20－1.25=8.75mm, 蝸輪齒根圓弧半徑 R=0.5d+cm=0.5×22.5+0.2×1.25=11.5mm。 3.2.3、直齒減速裝置 3.2.3、直齒減速裝置 主動(dòng)直齒輪寬度 b=16mm, 從動(dòng)直齒輪寬度 b=16mm, 主動(dòng)直齒輪齒數(shù) z=36, 從動(dòng)直齒輪齒數(shù) z=72, 主動(dòng)直齒輪分度圓直徑 d=20mm, 從動(dòng)直齒輪分度圓直徑 d=40mm. 3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速n=n·λ·λ·λ=n··· =2700××360×××=4.35o/s 3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部裝 3.3、氣 壓 升 降、擺 臂 機(jī) 構(gòu) 氣動(dòng)系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件四部分組成。 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便；便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送；動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問(wèn)題；工作環(huán)境適應(yīng)性好；成本低、過(guò)載能自動(dòng)保護(hù)。 氣缸是執(zhí)行元件之一。氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換成直線往返運(yùn)動(dòng)形式機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 3.3、氣缸裝置 3.3.1氣壓升降裝置 氣壓升降裝置氣缸的行程s=374mm,通過(guò)滑塊固定導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)3.3.2氣壓擺臂裝置 氣壓擺臂裝置通過(guò)氣缸行程為s=128mm,實(shí)現(xiàn)手臂沿水平線上下擺動(dòng)30o的運(yùn)動(dòng)。 3.4、手 抓 機(jī) 構(gòu) 3.4.1、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置 3.4.1、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)裝置 螺旋傳動(dòng)主要是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件的相互位置。也有將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。 根據(jù)手抓機(jī)構(gòu)要求，運(yùn)用傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋的梯形螺紋。梯形螺紋牙形角a=30o,螺紋副的大經(jīng)和小徑處有相等的徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好（可以用高生產(chǎn)率的方法制造）；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng)；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；但其效率較低。 螺紋中經(jīng) d=14.4mm, 螺紋外徑 d=16mm, 牙形角 a=30o, 螺距 p=3.2mm, 螺紋的工作高度 h=0.5p=0.5×3.2=1.6mm, 螺紋牙低寬度 b=0.65p=0.65×3.2=2.08mm, 整體式螺母的高度 H=ψ·d=2.5×14.4=36mm, 由驗(yàn)算 z===11.2510～12 符合要求。 選取步進(jìn)電機(jī)70BF1-3步距為1.5o， 初選螺母滑塊移動(dòng)距離 s=54mm,則手抓鎖緊、放開(kāi)時(shí)間 t=××=4.05s 最后選取手抓鎖緊、放開(kāi)時(shí)間t=4s,則螺母滑塊移動(dòng)距離s=53.3mm. 3.4.2、手抓工作裝置 手抓工作原理步驟：起動(dòng)70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊在絲桿經(jīng)導(dǎo)桿自由滑動(dòng)；內(nèi)手抓鈑金片通過(guò)滑塊圓柱臺(tái)階推動(dòng)快速夾緊核桃，隨后外手抓鈑金片通過(guò)滑塊錐形軌跡夾緊核桃枝條，通過(guò)時(shí)間繼電器經(jīng)過(guò)t=4s步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止；夾緊后內(nèi)手抓裝置通過(guò)36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在核桃枝條固定的同時(shí)核桃自轉(zhuǎn)脫落的功能。 3.4.2、手抓結(jié)構(gòu)裝置 手指的數(shù)目越少，夾持的穩(wěn)定性越差，多指的末端執(zhí)行器雖然夾持更為穩(wěn)定可靠，但機(jī)構(gòu)和控制的復(fù)雜性大大增加，同時(shí)在采摘過(guò)程中與果梗、枝葉的干涉現(xiàn)象也會(huì)隨之增多。? 如圖11所示的核桃采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該抓取機(jī)構(gòu)由4根夾持手指（直徑4mm的鋼絲，可以形變，手指外包有1cm厚的海綿）、2個(gè)滑軌（每個(gè)滑軌的一端固定在機(jī)械手本體上，另一端固定在夾持手指上）和雙向絲杠（帶螺母，每個(gè)螺母分別與夾持手指固定）組成。? 4根夾持手指兩兩相對(duì)（圖中僅能看到兩個(gè)），左面的兩個(gè)連在同一滑軌上，并與雙向絲桿的左螺母固定；右面的兩個(gè)連在同一滑軌上，并與雙向絲桿的右螺母固定。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)雙向絲杠，使左右兩個(gè)滑軌相向而行。蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比是1:10，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，雙向絲杠的兩個(gè)螺母沿相向方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為電機(jī)的1/10。當(dāng)螺母運(yùn)動(dòng)到定位果實(shí)的位置時(shí)，完成夾持動(dòng)作。而且，雙向絲杠的中間部分無(wú)螺紋結(jié)構(gòu)，于是，夾持手指的預(yù)緊力可以?shī)A持到設(shè)定的最小的核桃果實(shí)，以后絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而螺母原地不動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)螺母在連在其之間的回位彈簧張力的作用下，螺母向相反的方向運(yùn)動(dòng)隨雙向絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母重新回到絲杠的螺紋上，沿著螺紋向兩邊運(yùn)動(dòng)，從而完成松開(kāi)夾持的果實(shí)的動(dòng)作。? 該末端執(zhí)行器收獲核桃的范圍僅是3～6.5cm，作業(yè)時(shí)很容易造成遺漏掉果實(shí)，當(dāng)松開(kāi)夾持的果實(shí)時(shí)，回位彈簧降低了執(zhí)行器的整體穩(wěn)定。? 1.機(jī)械爪2.彈性材料硅膠3.連接桿4.止動(dòng)塊5.滑軌 ?6.轉(zhuǎn)盤.7.齒條.8.齒輪 四、核桃采摘機(jī)械手的PLC程序控制系統(tǒng) 可編程序控制器PC（Programmable Controller）又稱可編程邏輯控制器。 PLC（Programmable Logical Controller),是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微機(jī)處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。 4.1、主電路 PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備高速計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 4.2、PLC外部接線 4.3、梯形圖 4.4、指令語(yǔ)句表 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理? 一、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述? 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又稱執(zhí)行器，是一種自動(dòng)控制領(lǐng)?域的常用機(jī)電一體化設(shè)備（器件），是自動(dòng)?化儀表的三大組成部分（檢測(cè)設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)?備和執(zhí)行設(shè)備）中的執(zhí)行設(shè)備。主要是對(duì)一?些設(shè)備和裝置進(jìn)行自動(dòng)操作，控制其開(kāi)關(guān)和?調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。按動(dòng)力類型可分為氣?動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)、電液動(dòng)等幾類；按運(yùn)動(dòng)形?式可分為直行程、角行程、回轉(zhuǎn)型（多轉(zhuǎn)式）?等幾類。由于用電做為動(dòng)力有其它幾類介質(zhì)?不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此電動(dòng)型近年來(lái)發(fā)展最? 快，應(yīng)用面較廣。電動(dòng)型按不同標(biāo)準(zhǔn)又可分?為：組合式結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，電器控?制型、電子控制型、智能控制型（帶HART、?FF協(xié)議），數(shù)字型、模擬型，手動(dòng)接觸調(diào)試?型、紅外線遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們?對(duì)控制性能的要求和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展而?迅猛發(fā)展的。??早期的工業(yè)領(lǐng)域，有許多的控制是手動(dòng)和半?自動(dòng)的，在操作中人體直接接觸工業(yè)設(shè)備的?危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)介質(zhì)（固、液、氣三態(tài)的多種化學(xué)物質(zhì)和輻射物質(zhì)），極易造成對(duì)人的?傷害，很不安全；??設(shè)備壽命短、易損壞、維修量大；? ?采用半自動(dòng)特別是手動(dòng)控制的控制效率很低、? 誤差大，生產(chǎn)效率低下。?基于以上原因，執(zhí)行機(jī)構(gòu)逐漸產(chǎn)生并應(yīng)用于?工業(yè)和其它控制領(lǐng)域，減少和避免了人身傷? 害和設(shè)備損壞，極大的提高了控制精確度和?效率，同時(shí)也極大提高了生產(chǎn)效率。 五、抓拉式核桃果實(shí)采摘機(jī)構(gòu)前景及總結(jié) 5.1 抓拉式核桃果實(shí)采摘產(chǎn)品前景 對(duì)于此便攜式核桃果采收機(jī)構(gòu)分析并結(jié)合具體市場(chǎng)分析可知，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較巧妙，制造簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)可推測(cè)本產(chǎn)品的前景。目前我國(guó)核桃采收技術(shù)還比較落后，但我國(guó)核桃的產(chǎn)量又相當(dāng)可觀，而且核桃生長(zhǎng)于丘陵和山坡，這樣就給核桃果的采收工作帶來(lái)了極大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且我國(guó)目前大部分核桃的采收都是通過(guò)人工作業(yè)，由于各方面的原因?qū)е虏墒招势毡椴桓摺? 采摘是一個(gè)重要的難題，而便攜式核桃果采收機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)將極大的提高采收的效率，節(jié)省人力、物力和財(cái)力，給農(nóng)民帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)外暫無(wú)此類機(jī)構(gòu)的研究，國(guó)內(nèi)研究也還在起步階段，尚不成熟，而此機(jī)構(gòu)由于其可伸縮性、增力功能、攜帶方便、使用靈活等特性經(jīng)過(guò)實(shí)際投產(chǎn)和改進(jìn)之后必然會(huì)得到迅速的使用和推廣。 5.2抓拉式核桃果實(shí)采摘機(jī)械總結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)從采摘的方式上入手，先是考慮了剪切式采摘機(jī)構(gòu)，之后是考慮抓取式采摘，參考了核桃的一些知識(shí)，并根據(jù)自己采摘核桃的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)核桃果實(shí)和一般的果實(shí)有不同之處。核桃樹(shù)枝條韌性大，果實(shí)主要分布在核桃樹(shù)枝條的前端，在較高的核桃樹(shù)面前使用抓拉式采摘機(jī)構(gòu)最為方便實(shí)用。又考慮到可伸縮性和增力功能，最后確定可伸縮性用鋁合金管實(shí)現(xiàn)，增力功能則由動(dòng)刀片和拉桿杠桿作用及雙滑輪的省力作用實(shí)現(xiàn)。另外考慮到自動(dòng)定位功能，動(dòng)、定刀片采用半圓形來(lái)實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)從定位、增力、動(dòng)力傳送和可伸縮性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD軟件，繪制三維圖及二維圖；結(jié)合機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等知識(shí)，在饒老師的指導(dǎo)下來(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我發(fā)現(xiàn)真正地要設(shè)計(jì)一樣產(chǎn)品真不是一件簡(jiǎn)單的事情，從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)思路理念，對(duì)課本知識(shí)的深入運(yùn)用，繪圖軟件一些高級(jí)繪圖功能都是比較難的，需要花時(shí)間。知識(shí)儲(chǔ)備太少，而且不系統(tǒng)，又沒(méi)有多少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我想這是我以后應(yīng)該努力的方向，也是學(xué)院加強(qiáng)這方面教學(xué)條件的契機(jī)吧。 由于核桃果實(shí)種類較多，此次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)普通核桃，核桃果實(shí)采摘時(shí)，本產(chǎn)品只針對(duì)核桃樹(shù)較高果實(shí)的采摘，其高度適合范圍為1.8-3.6米，允許通過(guò)的最大核桃直徑為50mm。需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方應(yīng)該是將伸縮桿改小，，使該機(jī)構(gòu)更為簡(jiǎn)單實(shí)用。 參 考 文 獻(xiàn) 【1】、徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 【2】、楊明忠、朱家誠(chéng)主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001 【3】、曾志新、呂明主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004 【4】、陳奎生主編，液壓與氣壓傳動(dòng)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001 【5】、鄭文緯、吳克堅(jiān)主編，機(jī)械原理，北京：高等教育出版社，1997 【6】、劉鴻文主編，材料力學(xué)，北京：高等教育出版社，2004 【7】、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，理論力學(xué)，北京：高等教育出版社，2008 【8】、秦曾煌主編，電工學(xué)，北京，高等教育出版社，2004 【9】、曾光奇、胡均安主編，工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002 【10】、楊叔子、楊克沖等編著，機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002 【11】、鄧星鐘主編，機(jī)電傳動(dòng)控制，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000 【12】、丁玉蘭主編，人機(jī)工程學(xué)，北京：北京理工大學(xué)出版社，2007 【13】、陳立德主編，機(jī)械專業(yè)英語(yǔ)，上海：上海交通大學(xué)出版社，2001 【14】、于永泗、齊民主編，機(jī)械工程材料，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007 【15】、余桂英、郭紀(jì)林主編，AutoCAD2006中文版實(shí)用教程，大連：大連理工大學(xué)出版社，2006 【16】、邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教程，北京：清華大學(xué)出版社，2007 ２６