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)，滑動螺旋傳動裝置，手抓抓緊放開裝置，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。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Abstract目 錄一、引 言1.1、核桃采摘機(jī)械手的作用1.2、機(jī)器人技術(shù)1.3、機(jī)械手的廣泛應(yīng)用1.4果實(shí)采摘方式的選擇二、核桃采摘機(jī)械手原理圖三、核桃采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型3.1、電動機(jī)的選型3.1.1、36SL5E2伺服電動機(jī)3.1.2、90SL55伺服電動機(jī)3.1.3、70BF1-3步進(jìn)電動機(jī)3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu)3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.3、直齒減速裝置3.2.3、直齒減速裝置3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速3.3、氣 壓 升 降、擺 臂 機(jī) 構(gòu)3.3、氣缸裝置3.3.1氣壓升降裝置3.3.2氣壓擺臂裝置3.4、手 抓 機(jī) 構(gòu)3.4.1、滑動螺旋傳動裝置3.4.2、手抓工作裝置四、核桃采摘機(jī)械手的PLC程序控制系統(tǒng)4.1、主電路4.2、PLC外部接線4.3、梯形圖4.4、指令語句表五、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5.2抓拉式核桃果實(shí)采摘機(jī)械總結(jié)參 考 文 獻(xiàn) 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，對人體安全具有一定的威脅。采用核桃采摘機(jī)械手，可通過智能移動平臺，通過攝像頭、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，對提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、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)揮了重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此世界各國都很重視機(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)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件；可在勞動條件差，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；可在危險(xiǎn)場合下工作，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)簡單，操作方便，對果實(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)簡單、操作方便、效率高對枝條和花蕾傷害稍大通過對核桃樹性狀研究，發(fā)現(xiàn)核桃樹枝條比較脆，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執(zhí)行器。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全防爆性能差，電機(jī)動作不夠迅速，且在行程受阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。盡管近年來電動執(zhí)行器在不斷改進(jìn)并有擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢，但從總體上看不及氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用得普遍。氣動執(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，適用于要求有較大推力的場合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。由于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，輸出推力大，動作平穩(wěn)可靠，并且安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，在化工，煉油等對安全要求較高的生產(chǎn)過程中有廣泛的應(yīng)用。液壓、氣動機(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)是以液壓油為動力源來完成預(yù)定運(yùn)動要求和實(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、振動和噪音都較小，易于實(shí)現(xiàn)頻繁的啟動、換向，能夠完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和各種往復(fù)運(yùn)動。（3）操縱簡單、調(diào)速方便，并能在大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速比可達(dá)5000。（4）可實(shí)現(xiàn)低速大力矩傳動，無需減速裝置。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.氣動機(jī)構(gòu)氣動機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動力和控制信號的機(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）動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)問題。（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，但采用氣液動聯(lián)動裝置會得到較滿意的結(jié)果；工作壓力低（一般為0.31.0MPa），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：底盤通過蝸輪蝸桿二級減速、圓柱直齒減速獲得轉(zhuǎn)速為4.35/s，運(yùn)用兩個(gè)行程開關(guān)控制機(jī)械手左右擺動120的扇形區(qū)域內(nèi)；手臂升降通過氣缸行程為374mm，經(jīng)滑塊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動；擺臂通過氣缸行程為128mm，經(jīng)過四桿裝置實(shí)現(xiàn)沿水平上下擺幅為30的運(yùn)動；手抓抓緊、放開通過步進(jìn)電動機(jī)時(shí)間為t=4s，經(jīng)滑動螺母實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的夾緊、放松，并通過伺服電動機(jī)帶動內(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PLC可編程的控制去完成某些操作和移動作業(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)，使夾緊力既不過小而不能起到夾緊的作用，也不過大而破壞目標(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、電動機(jī)的選型 SL系列交流伺服電動機(jī)型號和主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號勵(lì)磁電壓V控制電壓V頻率Hz堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Nm空載轉(zhuǎn)速r/min輸出功率W機(jī)電時(shí)間常數(shù)ms外形尺寸 mm總長機(jī)殼外徑軸徑36SL5E23636/18501102700186236490SL552202205030002700253014090143.1.1、36SL5E2伺服電動機(jī)3.1.2、90SL55伺服電動機(jī)交流伺服電動機(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)簡單、運(yùn)行可靠、沒有無線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。 SL系列交流伺服電動機(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)電動機(jī)型號和主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號相數(shù)步距（）電壓V靜態(tài)電流A額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩Nm靜態(tài)力矩Nm空載起動頻率步/s額定負(fù)載起動頻率步/s外形尺寸 mm總長機(jī)殼外徑軸徑70BF1-333/1.52731000-10001127083.1.3、70BF1-3步進(jìn)電動機(jī)BF系列步進(jìn)電動機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動機(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、反轉(zhuǎn)和制動等特點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動元件。3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu)蝸桿傳動用于交錯(cuò)軸間傳動運(yùn)動及動力。通常，交錯(cuò)角=90.它的主要優(yōu)點(diǎn)：傳動比大，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)課題需要選擇傳動比較大的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。傳動比大時(shí)及要求自鎖的傳動，取z=1。蝸輪的齒數(shù)z一般取z=2780。過少的z蝸輪齒將產(chǎn)生根切；z80時(shí)，會導(dǎo)致模數(shù)過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)程角大時(shí)加工困難。傳動效率較低（=0.50.8），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。3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置： 表普通圓柱蝸桿傳動的參數(shù)匹配公稱傳動比參數(shù)中心距 a mm4040z/z38/1m1.6d20x-0.2550z/z49/1m1.25d20x-0.5第一級蝸輪蝸桿公稱傳動比取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=21.6=3.2mm,軸向齒距 p=m=3.141.6=5.024mm,頂隙 c=0.2m=0.21.6=0.32mm,齒根圓角 p=0.3m=0.31.6=0.48mm,阿基米德蝸桿，軸向齒形角a=20，傳動系統(tǒng)中，取=25，蝸桿齒頂圓直徑 d=d+2hm=20+211.6=23.2mm,蝸桿齒根圓直徑 d=d2m(h+c)=2021.6(1+0.2)=16.16mm,蝸桿寬度 b(11+0.06z)m=(11+0.0638)1.6=21.248mm,取b=22mm,蝸輪分度圓直徑 d=mz=1.638=60.8mm,蝸輪喉圓直徑 d=d+2h=d+2m(h+x)=60.8+21.6(10.25)=63.2mm,蝸輪齒根圓直徑 d=d2h=d2m(hx+c) =60.821.6(1+0.25+0.2)=56.16mm,蝸輪外圓直徑 dd+2m=63.2+21.6=66.4mm,取d=66mm,蝸輪寬度 b0.75d=0.7523.2=17.4mm,取b=17mm,蝸輪齒頂圓弧半徑 R=0.5dm=0.5201.6=8.4mm,蝸輪齒根圓弧半徑 R=0.5d+cm=0.523.2+0.21.6=11.92mm。3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置第二級蝸輪蝸桿公稱傳動比取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=21.25=2.5mm,軸向齒距 p=m=3.141.25=3.925mm,頂隙 c=0.2m=0.21.25=0.25mm,齒根圓角 p=0.3m=0.31.25=0.375mm,阿基米德蝸桿，軸向齒形角a=20，傳動系統(tǒng)中，取=25，蝸桿齒頂圓直徑 d=d+2hm=20+211.25=22.5mm,蝸桿齒根圓直徑 d=d2m(h+c)=2021.25(1+0.2)=17mm,蝸桿寬度 b(8+0.06z)m=(8+0.0649)1.25=13.675mm,取b=14mm,蝸輪分度圓直徑 d=mz=1.2549=61.25mm,蝸輪喉圓直徑 d=d+2h=d+2m(h+x)=61.25+21.25(10.5)=62.5mm,蝸輪齒根圓直徑 d=d2h=d2m(hx+c) =61.2521.25(1+0.5+0.2)=57mm,蝸輪外圓直徑 dd+2m=62.5+21.25=65mm,取d=65mm,蝸輪寬度 b0.75d=0.7522.5=16.875mm,取b=16.5mm,蝸輪齒頂圓弧半徑 R=0.5dm=0.5201.25=8.75mm,蝸輪齒根圓弧半徑 R=0.5d+cm=0.522.5+0.21.25=11.5mm。3.2.3、直齒減速裝置3.2.3、直齒減速裝置主動直齒輪寬度 b=16mm, 從動直齒輪寬度 b=16mm,主動直齒輪齒數(shù) z=36,從動直齒輪齒數(shù) z=72,主動直齒輪分度圓直徑 d=20mm,從動直齒輪分度圓直徑 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=n =2700360=4.35/s3.2.4、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；動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題；工作環(huán)境適應(yīng)性好；成本低、過載能自動保護(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,通過滑塊固定導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的升降運(yùn)動3.3.2氣壓擺臂裝置 氣壓擺臂裝置通過氣缸行程為s=128mm,實(shí)現(xiàn)手臂沿水平線上下擺動30的運(yùn)動。3.4、手 抓 機(jī) 構(gòu)3.4.1、滑動螺旋傳動裝置3.4.1、滑動螺旋傳動裝置 螺旋傳動主要是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，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)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的。根據(jù)手抓機(jī)構(gòu)要求，運(yùn)用傳力螺旋和傳動螺旋的梯形螺紋。梯形螺紋牙形角a=30,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，對中性好，不易松動；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=30, 螺距 p=3.2mm,螺紋的工作高度 h=0.5p=0.53.2=1.6mm,螺紋牙低寬度 b=0.65p=0.653.2=2.08mm,整體式螺母的高度 H=d=2.514.4=36mm,由驗(yàn)算 z=11.251012 符合要求。選取步進(jìn)電機(jī)70BF1-3步距為1.5，初選螺母滑塊移動距離 s=54mm,則手抓鎖緊、放開時(shí)間 t=4.05s最后選取手抓鎖緊、放開時(shí)間t=4s,則螺母滑塊移動距離s=53.3mm.3.4.2、手抓工作裝置手抓工作原理步驟：起動70BF1-3步進(jìn)電動機(jī)，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊在絲桿經(jīng)導(dǎo)桿自由滑動；內(nèi)手抓鈑金片通過滑塊圓柱臺階推動快速夾緊核桃，隨后外手抓鈑金片通過滑塊錐形軌跡夾緊核桃枝條，通過時(shí)間繼電器經(jīng)過t=4s步進(jìn)電動機(jī)停止；夾緊后內(nèi)手抓裝置通過36SL5E2伺服電動機(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)在采摘過程中與果梗、枝葉的干涉現(xiàn)象也會隨之增多。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（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。通過電機(jī)帶動雙向絲杠，使左右兩個(gè)滑軌相向而行。蝸輪蝸桿的傳動比是1:10，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動時(shí)，雙向絲杠的兩個(gè)螺母沿相向方向運(yùn)動，運(yùn)動速度為電機(jī)的1/10。當(dāng)螺母運(yùn)動到定位果實(shí)的位置時(shí)，完成夾持動作。而且，雙向絲杠的中間部分無螺紋結(jié)構(gòu)，于是，夾持手指的預(yù)緊力可以夾持到設(shè)定的最小的核桃果實(shí)，以后絲杠轉(zhuǎn)動而螺母原地不動；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)動隨雙向絲杠的轉(zhuǎn)動，螺母重新回到絲杠的螺紋上，沿著螺紋向兩邊運(yùn)動，從而完成松開夾持的果實(shí)的動作。該末端執(zhí)行器收獲核桃的范圍僅是36.5cm，作業(yè)時(shí)很容易造成遺漏掉果實(shí)，當(dāng)松開夾持的果實(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、指令語句表電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理一、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領(lǐng)域的常用機(jī)電一體化設(shè)備（器件），是自動化儀表的三大組成部分（檢測設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備）中的執(zhí)行設(shè)備。主要是對一些設(shè)備和裝置進(jìn)行自動操作，控制其開關(guān)和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。按動力類型可分為氣動、液動、電動、電液動等幾類；按運(yùn)動形式可分為直行程、角行程、回轉(zhuǎn)型（多轉(zhuǎn)式）等幾類。由于用電做為動力有其它幾類介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢，因此電動型近年來發(fā)展最快，應(yīng)用面較廣。電動型按不同標(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，手動接觸調(diào)試型、紅外線遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們對控制性能的要求和自動控制技術(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和半自動的，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；采用半自動特別是手動控制的控制效率很低、誤差大，生產(chǎn)效率低下?；谝陨显?，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 對于此便攜式核桃果采收機(jī)構(gòu)分析并結(jié)合具體市場分析可知，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較巧妙，制造簡單，操作方便，成本低廉，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)可推測本產(chǎn)品的前景。目前我國核桃采收技術(shù)還比較落后，但我國核桃的產(chǎn)量又相當(dāng)可觀，而且核桃生長于丘陵和山坡，這樣就給核桃果的采收工作帶來了極大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且我國目前大部分核桃的采收都是通過人工作業(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)民帶來經(jīng)濟(jì)效益。目前國外暫無此類機(jī)構(gòu)的研究，國內(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)過實(shí)際投產(chǎn)和改進(jìn)之后必然會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，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。核桃樹枝條韌性大，果實(shí)主要分布在核桃樹枝條的前端，在較高的核桃樹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)。另外考慮到自動定位功能，動、定刀片采用半圓形來實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)從定位、增力、動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，在饒老師的指導(dǎo)下來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我發(fā)現(xiàn)真正地要設(shè)計(jì)一樣產(chǎn)品真不是一件簡單的事情，從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)思路理念，對課本知識的深入運(yùn)用，繪圖軟件一些高級繪圖功能都是比較難的，需要花時(shí)間。知識儲備太少，而且不系統(tǒng)，又沒有多少實(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)主要是針對普通核桃，核桃果實(shí)采摘時(shí)，本產(chǎn)品只針對核桃樹較高果實(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)更為簡單實(shí)用。參 考 文 獻(xiàn)【1】、徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992【2】、楊明忠、朱家誠主編，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，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，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
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