毕业设计（论文）-多功能农业机械手结构设计.docx

本科毕业设计多功能农业机械手结构设计学院专业_学生班级_姓名.学号_指导教师单位_指导教师姓名_指导教师职称2022年4月原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属广西城市职业大学。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。设计（论文）作者签名：日期：年月日关于学位论文使用授权的声明本设计（论文）属于：保密（），在年解密后适用授权。不保密（）（请在以上相应方框内打“）设计（论文）作者签名：导师签名：日期：年月日多功能农业机械手结构设计自动化专业2020级XXX指导教师×××摘要本文在充分了解研究了解国内外农业采摘果的相关设备的基础上,对农业采摘果实自动操作采集机械手的主要机械手组成部分功能进行了深入分析研究。主要分析了各种果实采摘机械手的主要功能及结构组成、各组成结构的具体作用及工作原理、工作系统等基本功能设计。主要设计内容包括利用转动的机械腕和手关节、大臂、小臂、腕和末端自动采摘果实的执行器。该机械手部分需要具有较好的自动采集工作系统运用空间、运动学等技术特性。能够充分完全满足农业果实采摘自动操作的技术要求,并对其进行运动学分析及力学计算分析归纳。并应用三维软件进行三维数模的建立。希望为未来的多功能农业机械手设备提供可靠的参考依据。关键词：农业；机械手；运动学分析；三维数模Structuredesignofmulti-functionalagriculturalmanipulatorAbstractInthispaper,onthebasisoffullunderstandingofthedomesticandforeignagriculturalpickingfruitrelatedequipment,theagriculturalpickingfruitautomaticoperationacquisitionmanipulatorofthemainpartofthefunctionofthemanipulatorhasbeendeeplyanalyzed.Thispapermainlyanalyzesthemainfunctionandstructurecompositionofvariousfruitpickingmanipulator,thespecificfunctionandworkingprincipleofthestructure,thebasicfunctiondesignoftheworkingsystem.Themaindesignincludesanactuatorthatautomaticallypicksfruitbyrotatingmechanicalwristandhandjoint,bigarm,forearm,wristandend.Themanipulatorpartneedstohaveagoodautomaticacquisitionworksystemusingspace,kinematicsandothertechnicalcharacteristics.ltcanfullymeetthetechnicalrequirementsofautomaticoperationofagriculturalfruitpicking,andcarryoutkinematicsanalysisandmechanicalcalculationanalysisandinduction.Andthree-dimensionalsoftwareisusedtoestablishthree-dimensionalmathematicalmodel.Hopetoprovideareliablereferenceforthefuturemulti-functionalagriculturalmanipulatorequipment.Keywords:agriculture;Manipulator;Kinematicanalysis;Threedimensionalmathematicalmodel目录第一章绪论11.1 研究的背景及意义11.2 多功能农业机械手国外现状21.3 多功能农业机械手国内现状4第二章电动多功能农业机械手总体方案设计52.1 多功能农业机械手外形设计52.2 多功能农业机械手总体方案设计5第三章多功能农业机械手方案设计73.1 多功能农业机械手机构选型原则73.2 多功能农业机械手综合分析83.3 传动方式的选择9第四章驱动电机的选择134.1 腰关节电机选型计算分析134.1.1 腰部关节传动系统的设计144.2 大臂关节传动系统的设计144.3 小臂关节传动系统的设计154.4 手腕关节传动系统的设计164.4.1 手腕转动关节的计算164.4.2 手腕摆动关节的设计及计算19第五章电动多功能农业机械手的3D打印205.1部件3D建模20参考文献23致谢25第一章绪论1.1 研究的背景及意义进入21世纪,随着工业的迅速发展,其各种果蔬采摘都是属于一种农业劳动密集型采摘作业。在各种果蔬采摘期间操作人员所进行的时间投入占整个各种生产果蔬经营劳动过程的50%70%o而且在各种果蔬采摘作业采摘收取作业的过程中,人工种植采摘果蔬经常都会因为需要操作人员双脚弯腰或伸手屈臂或者借助各种采摘梯子用以进行采摘登高作业。因此各种果蔬采摘作业采摘收取作业不仅仅它指的是一项劳动强度大、消耗农业劳力大和时间长,而且它也是一种并且具有一定农业劳动性和危险性的一种农业劳动密集型的作业。随着我们现代社会操作人员对于日常生活农业生产劳动质量的不断逐步提高,操作人员也急切地需要从这种高强度农业劳动作业中脱离出来，降低人工成本。图I-I米摘机械手因此代替工人采摘果蔬的生产过程已经变得越来越迫切,研究解决现代农业果蔬采摘果实合理回收果蔬采摘合理利用机器人相关技术问题具有重要的技术现实意义。在古代时期我国，苹果栽培产业各类栽培苹果生产果蔬有着悠久的种植发展利用历史,是目前作为我国主要具有优势的进出口苹果农产品之一。图1-2采摘机械手结构我们发展全国主要地区苹果各类栽培果蔬生产在累计发展我国世界主要地区苹果各类栽培果蔬产业中一直以来占有举足轻重的重要战略地位。据统计,2010年我国累计发展我国主要地区苹果栽培产业各类栽培果蔬种植区总面积187.7万公顷、产量2367.5万吨,分别每年累计占据了发展世界主要地区苹果栽培产业各类裁培果蔬种植区总面积41.5%和我国苹果果蔬产量的37,5%o近10多来年,我国对苹果推动乃至世界各地我国苹果人工采摘摘取产量持续快速增长的主要劳动贡献率高达84%,但是一直到目前,苹果的全部人工采摘摘取加工生产作业都还没有需要再依靠我国苹果全部人工摘取采摘技术来进行辅助加工完成。因此,研究工作人员自主开发设计出的我国苹果全部人工摘取采摘生产作业管理机器人不仅不但同样可以有效率地减轻劳动强度、提高我国苹果采摘生产线的管理效率,而且同样可以具有广阔的产业应用性及市场性和广泛应用发展前景O1.2 多功能农业机械手国外现状1968年,美国学者Brown首次提出应用机器人进行果蔬的的思想R草莓等新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人目前在美国、法国、日本等在世界我国国内已有大量应用研究,其中包括利用采摘机器人都是自主开发研制的新型采摘苹果工业果园内的采摘操作工业管理机器人7,利用新型苹果采摘工业果园采摘管理机器人的六个半自由度动力转动机械手臂作为进行采摘苹果机械手手臂操作时的主体，手臂内部位于苹果整体内部可在一个转动架子上自由转动手臂进行各种具有横向水平和竖直两种操作方向的苹果旋转操作移动,在需要进行大苹果园内的采摘管理作业时,机械手由另外一台电动苹果拖拉机操作手臂进行牵弓I,其中的采摘机器人操作手臂位于整体内部由于占地面积较大,机械手手臂整体内部重量相对较重,且采摘操作管理成本相对较高，只能合适于各种苹果植株较矮小的各种大型苹果树。图13米摘机械手机器人主要由机械手、视觉传感器、移动机构组成,该采摘机器人采用了7自由度机械手臂。机器人主要由四个移动机械手、视觉精确定位控制传感器、移动臂等四个机构行走系统部分组成,该大型水果果实采摘试验车的四个机器人主要组成采用了7自由度长的移动机械操作移动臂和手臂。图14米摘机械手我国对农业采摘机器人的研究始于20世纪90年代中期，比发达国家晚。然而，许多大学和研究机构正在进行采摘机器人和智能农业机械的研究。东北林业大学陆怀民研发的树锥采摘机器人进行了采摘试验。该机器人由五自由度机械手、液压驱动系统和单片机控制系统组成。图1-6米摘机械手采摘时,机器人大臂需要将停在一个位置距离对准目标一棵母树3-5m的远处,操纵回转驱动马达机械手大臂使用控制回转齿轮驱动马达对准目标一棵新的果树。然后,单片机通过控制回转驱动马达系统控制回转驱动马达机械手大、小臂同时转动进行柔性加速运动并使升起，当果树达到一定所需要的海拔高度,采摘爪同时自动张开并继续左右加速摆动,对准原来不需要再次球果采集的对准目标一棵树枝,大小臂同时柔性加速运动,使得用电机带动采摘爪沿着对准目标一棵树枝上部球果生长的路线的一条方向左右移动速度趋近1.5-2m,然后通过带动电机采摘爪的两个上部梳状齿和牙齿自动夹紧电机寻找一个新的目标果枝,大小臂同时柔性带动并使电机再次采集爪按键从而沿原路从前向后依次移动返风梳下枝上部的一棵球果,完成一次球果树的采摘。这种新型采摘机器人带动采摘爪的效率一般来说是500kg天,是人工的30-50倍。果实采摘时对准目标一棵母树的草壤土质环境破坏较小,采净率高。第二章电动多功能农业机械手总体方案设计2.1 多功能农业机械手外形设计市场上看到的各种多功能农业机械手，随着时代的进步和目标需求的变化,多功能农业机械手已经能够更加精致和独特。如图所示2-1多功能农业机械手外形。图2-1农业机械手外形2.2 多功能农业机械手总体方案设计通过对市场上多功能农业机械手的研究分析,综合所学习的知识。运用三维建模软件,设计出图2-2所示的多功能农业机械手总体方案设计。图2-2本次设计多功能农业机械手外形第三章多功能农业机械手方案设计3.1 多功能农业机械手机构选型原则由由于中国农业生产环境的高度复杂性、不确定性和由于采摘后的果实不同数量之间分布的巨大性和随机性,采摘通用工业机械手的基本产品选型既要严格要求遵循采取通用采摘工业机械手的基本产品选型功能原则，又也因为需要同时充分考虑其所要采摘的农作物的自然地理性和特殊性。首先我们归纳一下关于采摘通用工业机械手的基本产品选型及其功能基本原则我个人认为主要必须遵循的是通用采摘工业机械臂的基本选型原则产品选型及其功能基本原则。目前通用工业机械臂主要应用产品选型有四种基本选型功能形式,其具体产品选型基本功能及其选型特点我现介绍全文如下(1)直角横向运动平行坐标型：由于该机床型号的运动机械臂前三个横向运动坐标关节连接处均设置为机械横向平行移动时的平行坐标关节,运动臂与平行关节方向完全保持垂工作空间占用大和空间小。(2)移动圆柱形四坐标型:采用该型号的机械臂前三个控制关节被分为两个纵向移动控制关节和一个横向转动控制关节,这种坐标形式的移动机器人手臂占用人体空间小,结构简单。(3)极坐标型:人体具有两个纵向转动灵活关节和一个横向移动灵活关节。使用该型移动机器人的主要优点之一是移动灵活性好，占地面积小,但转动刚度、精度较差。(4)活动关节双向坐标型:前三个活动关节都用的是双向回转式的关节,特点主要是关节动作灵活,工作部位空间大、占地面积小,缺点主要是机械刚度和工作精度较差。（八）直角坐标筌(a) Rectangularcoordinatestype(b)圆柱坐标型(b) Cylindricalcoordinatetype(c)极坐标型(c) Polarcoordinatestype(d)关节坐标型(d) Jointcoordinatestype图3-1机械臂类型3.2 多功能农业机械手综合分析通过上面的案例分析,对于目前苹果草莓采摘用的机器人采用机械手臂的形式而言,得到一下现在选型上的结论：1）采摘苹果采取机械采摘手臂的主要基体工作形式及其选择以采摘人工无关节型式的苹果采摘机械臂为其基体工作形式最为合适,其主要基体形式包括采摘人的肩和腰部、大臂,小臂共三个主要工作支撑部分。其基体具有人手动作灵活,工作使用范围广和空间大、占地面积小的主要功能优点很广泛,它适合各种种类苹果的采摘人工收割采摘或者收割加工作业。2）以一个两人半膝关节式四维三坐标型移动采摘苹果机械臂为腰部工作活动基体,为充分发挥扩大操作人员利用采摘机械臂的快速腰部移动工作力和活动能力空间和大大限度增强操作人员利用采摘机械手可以进行上下多路径快速移动采摘的腰部工作活动能力,在每个两人关节腰部两侧分别添加了一个新的升降工作活动方向结构,此处的升降活动结构为一个连杆式或者可移动折叠式的升降活动机构,在两个垂直面的升降活动方向上分别同时增加了两个采摘机器人的快速腰部移动作业力和活动能力空间,使得两个采摘机器人同时也能拥有了快速移动采摘较高处新鲜采摘苹果的腰部工作活动能力,代替了以前由于操作人员用旧的玻璃梯子或者木栏杆进行登高而下楼梯快速采摘过的新鲜苹果。3）在机械手小臂内部添加了一个伸缩活动关节,此伸缩关节不仅不但可以进一步有效扩大手术机器人的手部工作活动空间而且它还可以与其他末端手术执行器械相配合，以本手术机械手特有的、被手术命名者称为Eyes-in-hand执行轨迹的自动避障控制方式自动进行果枝采摘，以尽量大地降低了本机械臂在手术端与两侧果枝之间碰撞的发生机率。f7711T77图3-2农业机械手机构原理3.2传动方式的选择带传动：带传动通常是由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带所组成的。当主动轮回转时，依带与带轮接触面间的摩擦力拖动从动轮一起回转，从而传递一定的运动和动力。带传动具有的优点:有良好的挠性和弹性，有吸振和缓冲作用，因而使带传动平稳、噪声小；有过载保护作用，当过载时引起带在带轮上发生相对滑动，可防止其他零件的损坏；此时，当传递同样大的圆周力时，与啮合传动相比轴上的压力较大:结构尺寸较大，不紧凑；传动寿命较短；传动带与带轮之间会产生摩擦放电现象；不宜用于有爆炸危险的场合。现在一些新型带传动形式，如高速带传动、同步带传动、多楔带传动己经克服了以上大部分的缺点。齿轮传动：齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，常用的渐开线齿轮传动具有以下一些主要特点:传动效率高，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的。齿轮传动的主要缺点有:对齿轮制造、安装要求高；齿轮制造常用插齿机和滚齿机等专用机床及专用工具；通常的齿轮传动为闭式传动，需要良好的维护保养，因此齿轮传动成本和费用高；并且齿轮传动不适合中心距较大的两轴间的动力传递。蜗杆传动：蜗杆传动是一种空间齿轮传动，能实现交错角为90度的两轴间动力和运动传递。蜗杆传动与圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动相比具有结构紧凑、传动比大、传动平稳和可以自锁等显著特点。蜗杆传动的主要缺点是:齿面摩擦力大，发热量高，传动效率低。蜗杆传动通常用于中、小功率非长时间连续工作的应用场合。本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在本文中主要用于腰关节、肩关节和肘关节的传动。齿形带传动原理如图3.1所示。齿轮带的传动比计算公式为i="=k(3.1)%z2齿轮带的平均速度V,为Va=Zi111=Z2tn?(3.2)图3.1齿形带传动原理谐波齿轮轮传动：谐波波形传动系统包括三个基本传动构件：柔轮、刚轮的泵和波形的发生器。如下面简图所示。三个传动构件中一只可以任意从外固定一个,其余两个一个固定,一个从内移动,可以任意实现差动减速或谐波增速(固定谐波传动减速比)，也就是可以被转换成两个谐波输入、一个谐波输出，组成谐波差动减速传动。谐波减速传动主要是应用于国防军工、精密仪器设备生产、医疗器械、起重机、机器人等。谐波传动减速器应用见构件简图3.2、3.3o图3.2谐波传动原理图图3.3谐波传动减速器机构简图谐波齿轮传动的特点如下：1）齿轮承载能力低在高谐波齿轮传动中，齿与轮和齿的重叠啮合主要是与齿面积的接触,加上同时啮齿配合到的齿数（又称重叠啮合系数）比较多，因而每个单位的齿面积传动载荷小,承载能力较其他谐波传动系统形式高。2）高速传动比大单级电磁谐波传动齿轮高速传动的最大传动功率比，可达mi=70"500o3）体积小、重量轻。4）传动效率高、寿命长。5）机械传动平稳、无外力冲击,无噪音,运动测量精度高。6）由于各种柔轮需要承受较大的交变传动载荷，因而对各种柔轮结构材料的机械抗疲劳和耐强度、加工和机械热处理工艺要求相对较高,工艺复杂。如下表3.2列出了各种柔轮传动量和形式的柔轮传动量和效率：表3.2主要传动形式的效率传动方式传动效率带传动0.90.98链传动0.930.97圆柱齿轮传动0.90.99圆锥齿轮传动0.880.98蜗杆传动0.40.98谐波齿轮传动0.70.9丝杠传动0.850.95本次齿轮传动系统设计主要有两部分分别采用了带有减速带的齿轮驱动曲轴减速传动和齿轮减速带驱动齿轮曲轴传动。减速器驱动机构主要为驱动齿轮齿式减速驱动机构和谐振滤波驱动减速器两种机构。第四章驱动电机的选择4.1腰关节电机选型计算分析腰关节的传动是由电机通过齿形带，再通过同步带带动腰部及整个机器人本体转动。总的传动比160。腰关节驱动电机选择步进电机，型号为：42BYGIO1；保持转矩：0.17Nm;步距角:0.9°；质量：0.2依。机器人的受力情况如图3.1所示：图3.1机器人受力情况腰关节的负载转动惯量/（以下所计算的转动惯量均为折算到电机轴上的转动惯量）外部负载的转动惯量：乙即大小臂、手腕、夹持重物的转动惯量：222m1ri+m2r2+m3r377%z小、%分别表示同步带和齿轮传动的效率，1=0.8、%=0.98把数字代入上式得：20×0.62+10×l.l2+10×1.8272Jl=5kgm10.8×0.98×1602=2.576l0%m2大臂关节传动系统的转动惯量：估算得乙=3.5×105m2由谐波减速器的选择知：人=3.0xl4g.疗/=/+J谐+(=3.2×W3kg.m2假设电机从O加速到3000rmin所用的时间为0.25s，则角加速度2勿?N60,2x3.14x300060×0.25rad1S2=1256rad/s2负载折算到电机轴上的转矩：由电动机的选择知/°=1.2x10-3左g./T=(JO+J)。=(8.2×104+3.2×l3)×1256Nm=5.53Nm折算到电机轴上的负载转矩T=5.53Nm电机的额定转矩TN=7.5Nm所以电机的选择符合要求。4.1.1 腰部关节传动系统的设计腰部的支承结构：1)采用普通轴承的机器人腰部支承结构。这种结构的优点是构造简单、成本低、安装调整方便。缺点是腰部尺寸较高。2)采用环形轴承的机器人腰部支承结构。环形轴承精度高、刚度大、复合力大、装配简单方便，可以承受径向力、轴向力及倾覆力矩，许多机器人都采用这种轴承作为腰部支承元件。环形轴承种类很多，有用滚球的，也有用滚柱的。在本次设计中采用的正是环形轴承，由于采集机械手对精度要求很高，所以采用这种结构。采用薄壁密封交叉滚子轴承在机械设计手册中查得应该采用的是CRB20025,其参数为d=200三t,D=260mm,B=25mm0腰部的传动是由电动机通过谐波减速器的减速后，再带动薄壁密封交叉滚子轴承转动从而使腰座回转体转动，实现机械手的转动。4.2大臂关节传动系统的设计大臂关节的传动主要是由电动机通过同步带与齿轮的啮合带动大臂转动的。大臂关节驱动电机选择步进电机。设物体的最大当量回转半径R=75mm,设末端执行器的最大当量回转半径R=20mm,回转装置及物体的重心到回转中心的距离R=100mm,腕部惯量折算到负载端，则腕部摆动时其转动惯量：2J1=-m1R2=0A×2×0.0752=0.0045左gm2J2=m2R2=×l×0.022m2=0.000133m2J3=m3R2=-×5×0.12m2=Q.125kgm2其中：叫、根2、外为物体、末端执行器以及腕部摆动部分的折算质量。设机器人腕部俯仰角速度从力=Oomin力口速至=180°min所需时间”0.1s则腕部俯仰角加速度：a,=CD兀/(18()=18°"rad/Y=31Arad/s23180×0.1负载启动惯性矩(静摩擦力矩忽略不计)：(Jl+J2+J2)3=0.129x31.4N=4.07N取两级圆柱齿轮传动装置的传动比为2o圆柱齿轮的传动效率均取=0.97o由于进电机不具有瞬时过载能力，故取安全系数为2(下同)，则步进电机输出的启动转矩：2×4.07a7一TCT/Nm=4.19NmdL0.97×2所以，选择如下二相混合式步进电机，型号：57BYG306；最大静转矩：4.5N.m,步距角：0.9°；质量：0.65kg。4.3小臂关节传动系统的设计小臂关节的传动同样是由电动机通过同步带与齿轮的啮合带动小臂转动的。初选电机：选择异步电机，型号为42BYGIO1、保持转矩0.17Nm;步距角:0.9°；质量：0.20kgo折算到电机轴上的负载静转矩刀：m2gr2+m3gr3=:10×9.8×l.l+10×9.8×1.8Z=Nm0.8×100=3.55Nm折算到电机轴上的负载加速转矩7；：Ta=(Jl+，2+/0),122_m2r2+m3r3i210×l.l2+10×1.820.8×1002=5.56x10-3kg.m10为电机的转动惯量:Jo=I.2l(f3kg.m2假设电机从Or/min加速到1500/min所用的时间为0.25S,则角加速度radI=628radIs221111N2×3.14x1500at60t60×0.25Ta=(5.56×103+1.8×103+1.2×103)×628N加=5.3757Nm折算到电机轴上的总的转矩T=TI+Tcc=3.55+5.3757Nm=8.9257Nm<电机额定转矩Tn=16Nm电机的选择符合要求。4.4手腕关节传动系统的设计441手腕转动关节的计算手腕转动关节的传动是由电动机通过谐波减速器，再通过齿轮来实现传动要求。总的传动比，=80。D手腕转动关节驱动电机的选择：初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-70>额定功率P=0.1KW>额定转矩5=0.33Nm,额定转速孔N=3000rmin,峰值转矩Max，.47Vm,谐波减速器选择：型号为XB-40,输出转矩T=16Nm,il=80,输出转速=37.5rmin,重物的最大1转半径r=150mm,折算到电机轴上的腕部负载静转矩T/由下式可知THiqgr10×9.8×0.15Z八一7Tz=-=Nm=0.234N机%i0.8×0.98×80折算到电机轴上的转动惯量4=4.5×105kgm2_加3成_lox。.。？1y12i20.8×0.98×802其它传动系统的转动惯量相对于腕部负载的转动惯量很小，所以忽略不计。假设电机从Or/min加速到3000rmin所用的时间为0.25S，则角加速度lmNt60t2x3.14x300060×0.25rad/s2=1256rad/s2折算到电机轴上的腕部负载加速转矩Taa=J1a=0.000045×1256=0.056Nm所以这算到电机轴上的总的腕部负载转矩T=T/+，=0.234+0.0565=0.29Nm电机额定转矩A=O.33Nm0电机的选择符合要求。2)手腕转动关节谐波减速器的计算初选谐波减速器:谐波减速器选择型号为XB-40、输出转矩T=16Nm,z=80,输出转速=37.5rmin,腕部负载静转矩刀=m3gr=10×9.8×0.15m=14.7Nr11o腕部负载转动惯量z=m3r2=10×0.152N加=0.225Nm假设小臂关节从0加速到90。所用的时间为0.4s,则角加速度CD9090×3.14S.”a=一=rad/s-3.925rad/St180/180×0.4负载加速转矩Ta=JIa=0.225x3.925=0.883N机总的负载转矩T=T#北=(14.7+0.883)Nm=15.58NmV谐波减速器的输出转矩T=I6Nm.所以谐波减速器的选择符合要求。3)手腕转动关节传动齿轮的设计(1)要求分析主动轮转速：=375rmin(谐波减速器的输出转速)齿数比=1由于谐波减速器输出的转矩7；为L6x1()4n.zwi,所以主动轮的转矩也为1.6×104Nmm。(2)选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力主动齿轮：45号钢，调质处理，硬度为230-255HBS；从动齿轮：45号钢，调质处理，硬度为230-255HBS。确定许用应力：a.确定极限应力b"iim和CTplim齿面硬度：主动齿轮按230HBS,从动齿轮按230/ffiS。查文献得m血1=11iim2=5S0MPa；bpiimi=CrPIim2=22OMPab.计算应力循环次数N,确定寿命系数Zn、YNN1=N2=60an1r=60×l×37.5×(10×300×16)=1.08×IO8(3.20)查文献得Z'=Zn2=1;Yni=L=IC.计算许用应力查文献取SHnIm=1，Sbmm=L4-°HP2='"nl=lMPa=5S0MPa21)'Hmincfp1=o-fp2=c%M"i=22：/XlMQa_34.28MP.(3.22)3/minI，(3)初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸选用直齿圆柱齿轮，齿轮精度等级选用8级23)初选参数：z1=z2=50>Xl=X2=0、为=0.18由于选用软齿面齿轮，所以d1d2,(2.45×189.8×0.8)2(2×1.424×16000)×(1+1)_.9"DtAzOrTuTT5802×0.18×lm=-'"S=1i86mm,取标准模数根=1.5mm0zl50d=d?=mZ=1.5mm×50=r75mm,a=0.5m(1+z2)=75mm，b=ddx=0.18×75mm=13.5mm?取=15mm?bi=2=15mmo(4)验算齿轮弯曲强度条件按弯曲强度条件验算查文献得丫.=/2=2.37，。1=丫皿=168,取工=0.75。计算弯曲应力FlX2.37X1.68X0.75"P2×1.424×1600015×75×1.5=80.64AfPaVm=pp2计算结果表明该设计满足强度要求。直齿圆锥齿轮的设计：圆锥齿轮起到换向作用，传动比i=2,轴交角=9(齿轮均选用45号钢并调质处理，强度230-255HBS,取硬度为230HBS。齿轮加工精度为6级。通过计算得出下列结果：表3.1手腕回转圆锥齿轮的计算结果参数m/mmdm/mmZblmmRMmm手腕回转二级传动锥齿轮一2.060301267.1手腕回转二级传动锥齿轮二2.0120604.4.2手腕摆动关节的设计及计算手腕摆动关节的传动是由电动机通过谐波减速器，再带动整个手腕的转动。总的传动比，=120,其中力=80%=0.75,z3=2oD手腕摆动关节驱动电机的选择初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-70、额定功率P=O.1KW、额定转矩A=OIN"、额定转速n=3000H11、峰值转矩ui=2.4N小。谐波减速器选择：型号为XB-40、输出转矩7=16N加、力=80、输出转速11=37.5rmin。设法兰盘及重物的最大0转半径r=15Omm。加3且产%F2F3i折算到电机轴上的腕部负载静转矩（：=0.159Nm10×9.8×0.15MNm0.8×0.98×0.98×120加3,7%Z3/折算到电机轴上的转动惯量人：kg-m2=0.2×104kgm210×0.1520.8×0.98×0.98×1202其它传动系统的转动惯量相对于腕部负载的转动惯量很小，所以忽略不计。假设电机从0加速到3000rmin所用的时间为0.25s,则角加速度radIS1=1256rad/s12加N2×3.14×3000a=t60t60×0.25折算到电机轴上的腕部负载加速转矩TaTa=J1a=0.2×l04X1256Nm=0.025lNm所以折算到电机轴上的总的腕部负载转矩T=TJTa=(0.159+0.251)N=0.184NmV电机额定转矩Tn-0.33Nm。电机的选择符合要求。2）手腕摆动关节谐波减速器的计算手腕摆动关节的谐波减速器的计算和前面所说的内容非常相似，这里不再详细算。谐波减速器选择：谐波减速器选择型号为XB-40,输出转矩T=16Nm,，=80,输出转速=37.5rmin°经过计算符合使用要求。第五章电动多功能农业机械手的3D打印5.1部件3D建模先对各个重要零部件进行设计，完成之后对其他零部件进行设计，最后进行装配。图5-1D建模一图5-2D建模二图5-3D建模三参考文献：1方传青.尹丽娟.仿真设计(ADAMS)在农业机械手设计中的应用JL农业装备与车辆工程，2008(02):20-22.：2郑岳智,崔志鹏,采摘机械手在农业方面研究分析JL现代园艺，2016,000(002):207.3姚金,一种农业摘果机械手：CN208047328UP.2018.：4:黄浩乾.采摘机械手的设计及其控制研究D.南京农业大学.5陈树人.戈志勇.王新忠.基于MATLAB的番茄采摘机械手运动学仿真研究C/中国农业机械学会学术年会.2006.：6黎波.辜松.初麒.等.叶菜椰糠培育种苗移植机械手设计与试验简JL农业工程学报.2017.：7姬伟.程风仪.赵德安.等.基于改进人工势场的苹果采摘机械手机械手避障方法J.农业机械学报,2013,44(011):253-259.：8张望岐.机械手花生谷物机:，CN2144914YP.1993.：9周小燕.农业机械手无碰运动规划技术的研究D.浙江工业大学，2009.10赵东辉.农业机械手的设计与分析JL农机化研究，2010,32(010):75-77,82.11钏相艳.一种农业机械手：.12王玉荣.刘云泉，潘荣晴.农业农业采摘机械手机械手设计JL电视技术.2019.043(015):73-75.13龚智强.杨冲.周智文.一种多功能农业采摘机械手：CN206686628UP.2017.：14郭甜甜.一种具有控制器的农业浇注机械手臂：，CN107309417AP.2017.15刘凡,杨光友.杨康,农业采摘机械手柔性机械手研究J.中国农机化学报，2019,040(003):173-178.16谢黎.基于3D的椰子采摘机械手设计J.数码设计(上)，2018,000(009):111.17常新.采摘机械手结构设计分析J科技尚品，2016(4).18李永强.黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究D.吉林大学.致谢由于本人所学程度和实际工作经验方向的限制，在这次设计仍然存在这样的或是那样的缺点问题，希望能得到老师和同学们的批评指正，在设计过程中，指导老师和其他老师对我给予了精心的指导和悉心帮助，在此对他们表示深深的致谢。在此过程中，也学习到了很多新知识，学习了绘图软件，并且分别对应了三维设计和二维设计,熟悉了软件的基本操作技巧和操作要求,在本次设计过程中，使用绘图软件绘制图纸，在得到学习锻炼的同时提高了自己对图形的表达能力，在一些细节处理上虽然不太严谨，但也督促了我日后学习要秉承着严谨的心态去对待每一次设计。在老师的细心指导下，问题可以很快得到解决。所以在这里,我再对老师说一遍:老师，非常感谢您!时间过得真快。转眼间，又到了大学的毕业季。那是一团分散的火，天上聚集的星星。离校的时间逐渐提前，毕业论文的完成也逐渐结束。一开始，导师选择进入选题才能顺利完成论文，这确实验证了师傅介绍门的那句话，而实践则要看个人。在完成毕业设计的过程中，老师给予我设计上的指导，同学帮助我解决设计过程中发现的困难，室友协助我完善细节上的不足。非常感谢他们对我的帮助！毕业最终时刻,衷心感谢老师对我的栽培，感谢教书育人不劳辛苦的您，感谢您的教诲与付出！