论文总字数：19769字

摘 要

21世纪90年是当代我国从面向农业生产机械化发展到面向现代农业智能化两个发展方向不断进行重大转变的重要历史阶段。随着我国现代农业新鲜生产的进一步走向规模化、多元化和原料准备的日趋精确化,对于现代农业新鲜生产和蔬菜作业的技术要求逐步提高,许多现代农村蔬菜作业的生产项目均趋向属于农业劳动密集型,例如新鲜食用蔬菜和新鲜食用水果的原料选择与人工采摘、蔬菜苗的嫁接等,再加之对于适应时令气候变化的精确要求,保证现代农村蔬菜作业的生产质量已经逐渐成为十分重要的一个关键。另外,工业生产高新技术产业发展迅速,农业的生产劳动力将逐步向国民经济社会其他各个行业领域进行业务转移,随着当前我国城镇居民劳动人口的快速年轻化和我国农业生产劳动力人口数量的大幅减少,农业的实际生产成本也已经得到了可以相应地大幅提高,这样就可能会直接大大降低农农产品在当前我国的国际市场价和竞争力。果品的生产采摘加工作业被普遍认为已经是整个中国水果加工产业的全生态链中必不可少、最非常耗时和费力的一个环节。采摘采收耕种果实作物主要具有品种季节性强、劳动强度大、成本高。

这种新型机械系统前身是一种采用来自大谷六郎高自由度的新型机械手,该种新型机械手操作体系由机械基座、手臂、腕、指头等四个部分共同结合组成。硬件控制机械系统主要由6路数控伺服驱动电机、金属机械支撑伺服电机等主要零部件设计组成,对硬件机械系统设计中的六路机器人机械结构及其驱动舵机机械控制操作方法等关键因素问题进行了深入的科学理论研究探讨后,设计了6路运行半径十几公里的带有果实线和采摘线的机器人机械控制操作系统。

关键词：采摘机械臂；机械臂结构；模块化应用；有限元分析；运动学

Design of mechanical structure of an exoskeleton picking robot

Abstract

The 21st century is an important period for the transition from agricultural mechanization to intelligence. With the scale, diversification and accuracy of agricultural production, the requirements of agricultural production are gradually improving. Many of the operation projects are labor-intensive, such as the selection and picking of vegetables and fruits, the grafting of vegetables and so on. In addition to the seasonal requirements, ensuring the operation quality has become a very key problem; In addition, with the rapid development of industrial production, the agricultural labor force will gradually transfer to other industries in the society. With the aging of the population and the reduction of agricultural labor force, the cost of agricultural production will increase correspondingly, which greatly reduces the market competitiveness of products. Fruit picking is the most time-consuming and laborious link in the fruit production chain. Therefore, it is an important way to increase agricultural income to ensure timely harvest and reduce harvest cost. As an important type of agricultural robot, picking robot can make full use of the information perception function of robot to identify the maturity of the object to be picked, so as to ensure the quality of the fruit picked, and greatly improve the working efficiency of picking and reduce the labor of workers

Therefore, it has great development potential. Therefore, the large-scale application of agricultural picking robots will be a powerful measure to improve the level of Agricultural Mechanization in China.

The manipulator system is composed of four parts: base, arm, wrist and hand. The hardware mechanical system is mainly composed of six servo motors and metal support components. After in-depth theoretical research on the mechanical structure of the mechanical system and the control method of the steering gear, the control system of the six degree of freedom fruit picking manipulator is designed.

Key words: Picking mechanical arm; Mechanical arm structure; Modular application; Finite element analysis; kinematics

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1论文研究的背景和意义 1

1.1.1论文研究背景 1

1.1.2论文研究意义 1

1.2采摘外骨骼机的国内外研究现状 1

第二章 总体装配结构设计 4

2.1结构类型设计 4

2.2驱动方式选择 5

2.3主要技术参数 6

2.4结构原理图 6

2.5减速机类型选择 7

2.6部分零件的建模 8

2.6.1大臂的建模 8

2.6.2小臂的建模 9

2.6.3肘部的建模 9

2.6.4连杆的建模 10

2.6.5腕部的建模 10

第三章 零部件设计计算 12

3.1外骨骼机的总体设计 12

3.1.1外骨骼机的技术参数 12

3.1.2外骨骼机的外形和工作空间 12

3.2外骨骼机关键零部件的设计计算 13

3.2.1减速机的设计计算 13

3.2.2电机的设计计算 13

3.2.3同步齿形带的设计计算 14

3.2.4大臂和小臂连杆的强度计算 15

3.3部分零件的结构设计 17

3.3.1大臂的结构设计 17

3.3.2小臂的结构设计 17

3.3.3腕部的结构设计 18

3.4外骨骼有限元分析 19

3.4.1ANSYS软件介绍 19

3.4.2采摘外骨骼机运动环境分析 20

3.4.3结构导入及网格划分 20

第四章 结束语 23

致谢 24

参考文献 25

附录 26

引 言

1.1论文研究的背景和意义

1.1.1论文研究的背景

采摘是常见的农业体力劳动。人力的力量大小和持久时间都比不上机械。有些蔬果的采摘很难设计专用收割机械,因此有必要研究一种适合采摘作业的外骨骼。

机械人的外骨骼,其内部结构就是类似于其他昆虫的外半部骨骼那样,能够直接把它穿在别人身上,给予他们一些保护、额外的一些运动适应能力或是一些精神上的支持,增强了他们人体的生理机能.举此例如,若使一些据说腿部肌肉有病或者据说是身体残疾的美国人只要走就能自行徒步上楼,让这些美军士兵只要走就能保持健步如行,而且不会因为出现疲劳、不至于因为遭到攻击受伤.也就是我们可以通过考虑直接使用金属二段跳,机架上面的金属手套本身就能够具有一定的金属黏性,可以很好地直接吸附任何一种金属.这样就可以能够直接起到可以帮助那些人们同时可以自身跑得更快、跳得也就是跳的更高、能够同时随身携带到许多更重的金属物品和其他东西,并且这样能够起到帮助那些没有人们经历过任何困难的事和人们在军事战场、建筑工地或者其它没有危险的生活环境中可以生存了长久下来。

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