1、番茄采摘机器人机械结构设计 答辩人：学 号：汇汇 报报 提提 纲纲 一一 课题背景及研究的目的意义课题背景及研究的目的意义 二二 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 三三 番茄采摘机器人的总体方案设计番茄采摘机器人的总体方案设计 四四 番茄采摘机器人机械结构设计番茄采摘机器人机械结构设计 五五 三维模型效果图三维模型效果图 六六 结论结论*东北电力大学 一、课题背景及研究的目的意义 随着人口老龄化和农业劳动力的减少，采用传统的人工采摘番茄已经显得力不从心，一般番茄的成熟期在阳光温度适宜的时候大约是7-10天左右，但在这个期间不尽快采摘，很容易使番茄坏掉，从而影响番茄产量。为此人们必需尽快
2、的在这个期间把番茄给采摘下来，这个过程是非常紧迫和劳累。若是大规模的种植将不利于采摘工作的进行，因此我们需要设计一个代替人工作业的机器人*番茄采摘机器人机械机构设计 二、本课题的主要研究内容 番茄采摘机器人总体方案设计及主要结构参数的确定：小车的番茄采摘机器人总体方案设计及主要结构参数的确定：小车的设计，支撑柱设计，基座设计，大臂设计，小臂设计，旋转臂设计，支撑柱设计，基座设计，大臂设计，小臂设计，旋转臂设计，上下摆臂设计，末端执行器设计，截断机构设计；设计，上下摆臂设计，末端执行器设计，截断机构设计；传动机构的设计：采用行星齿轮减速器用来传动传动机构的设计：采用行星齿轮减速器用来传动 按照主
3、要承受载荷的要求，对于关键易损零件，进行强度校核按照主要承受载荷的要求，对于关键易损零件，进行强度校核；对采摘机器人进行三维建模。对采摘机器人进行三维建模。*番茄采摘机器人机械机构设计 三、番茄采摘机器人手腕的方案设计(a)旋转式手腕(b)上下摆动式(c)单自由度手腕(d)双自由度手腕(e)三自由度手腕 方案一：单自由度手腕机构设计。结构单自由度手腕机构设计。结构简单，只是转动副传动，提供的运动太单简单，只是转动副传动，提供的运动太单一，无法完成复杂的动作要求。一，无法完成复杂的动作要求。方案二：双自由度手腕机构设计。能够双自由度手腕机构设计。能够完成比较复杂的运动，工作范围广泛，在完成比较复
4、杂的运动，工作范围广泛，在工作范围上比单自由度的结构要大。工作范围上比单自由度的结构要大。方案三：三自由度手腕机构设计。它的三自由度手腕机构设计。它的工作的范围广，能够完成各种复杂的动作工作的范围广，能够完成各种复杂的动作*番茄采摘机器人机械机构设计 三、番茄采摘机器人机械臂的方案设计 方案一：直角坐标手臂直角坐标手臂,设计简单，定位精度高的设计简单，定位精度高的，采摘半径大，尺寸也大。它的缺点在采摘作业时比，采摘半径大，尺寸也大。它的缺点在采摘作业时比较笨重，它使末端执行器出现工作盲区，末端执行器较笨重，它使末端执行器出现工作盲区，末端执行器无法摘取果实。该结构无法摘取数量密度较大的番茄无法
5、摘取果实。该结构无法摘取数量密度较大的番茄。方案二：圆柱坐标手臂，这种机构设计简单，定位精圆柱坐标手臂，这种机构设计简单，定位精度高，工作时绕度高，工作时绕Z Z轴旋转和轴旋转和X X滑动，这种设计全部增加滑动，这种设计全部增加了手臂的到达范围，产生的惯性比较大。了手臂的到达范围，产生的惯性比较大。方案三：极坐标手臂。这种机构它是由多种自由度极坐标手臂。这种机构它是由多种自由度构成的，当然机械机构的刚度也很高。体积也很小。构成的，当然机械机构的刚度也很高。体积也很小。他带动的末端执行器采摘质量大，对应更小的惯性。他带动的末端执行器采摘质量大，对应更小的惯性。还是这种机构的躲开障碍的能力也不高。
6、非常容易被还是这种机构的躲开障碍的能力也不高。非常容易被番茄给阻碍上。而且在运动系统也不容易控制，对应番茄给阻碍上。而且在运动系统也不容易控制，对应的采摘精度低，容易损伤番茄。的采摘精度低，容易损伤番茄。方案四：多关节机械手臂。多关节手臂的自由度多，多关节机械手臂。多关节手臂的自由度多，对应的手臂的灵活度也常灵敏，对应的角度也非常广对应的手臂的灵活度也常灵敏，对应的角度也非常广，机构非常紧凑各个手臂的干涉也和小，当然对应的，机构非常紧凑各个手臂的干涉也和小，当然对应的工作区域也很广，可以在空间上各个区域运动。番茄工作区域也很广，可以在空间上各个区域运动。番茄也对机械手臂的影响很小。也对机械手臂
7、的影响很小。(a)直角坐标手臂(b)圆柱坐标手臂(c)极坐标手臂(d)多关节手臂*番茄采摘机器人机械机构设计 三、番茄采摘机器人末端执行器的方案设计 末端执行器设计 方案一：旋转手指的打开和关闭基旋转手指的打开和关闭基于手指根部的旋转运动。仅具有一于手指根部的旋转运动。仅具有一个支点称为单一回类型个支点称为单一回类型;具有两个支具有两个支点的称为双支回转型。此种设计的点的称为双支回转型。此种设计的机构外观上设计简单实用机构外观上设计简单实用。方案二：平移手指的开合是基于手平移手指的开合是基于手指的平行移动，适用于夹紧夹板和指的平行移动，适用于夹紧夹板和方形物体，当不同直径的果实夹紧方形物体，当
8、不同直径的果实夹紧时，中心位置不转向，手指拧紧误时，中心位置不转向，手指拧紧误差也不会太大，但这些结构类型的差也不会太大，但这些结构类型的弱点是其结构复杂，体积庞大，加弱点是其结构复杂，体积庞大，加工精度要求高。工精度要求高。*番茄采摘机器人机械机构设计 三、机器人基座和传动机构的方案设计(a)基座(b)基座传动机构(c)手臂传动机构 传动部分主要采用行星轮系，采用太阳轮传动动力，行星轮固定，行星轮传动部分主要采用行星轮系，采用太阳轮传动动力，行星轮固定，行星轮的功能只改变方向，就是一个惰轮。行星轮固定在连接动力源的部件上，内齿的功能只改变方向，就是一个惰轮。行星轮固定在连接动力源的部件上，内
9、齿轮固定在被传动部件上。轮固定在被传动部件上。*番茄采摘机器人机械机构设计 三、采摘机器人方案选定 机器人方案选定 01 02 03 手臂选用多关节手臂 末端执行器选用两自由度手腕 末端执行器选用双支回转型*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人小车结构设计 小车设计效果图*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人基座设计 基座设计效果图*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人手臂设计 手臂设计效果图*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人手腕结构设计 手腕设计效果图*番茄采摘机器人机械机构设计 末端执行器设计效果图 四、采摘机器人末端执行器设计*番茄采摘机器人机械机构设计 四、
10、采摘机器人截断机构设计 截断机构设计效果图*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人传动机构设计 行星轮系减速器设计*番茄采摘机器人机械机构设计 四、采摘机器人手腕和末端执行器装配设计 手腕与末端执行器装配图*番茄采摘机器人机械机构设计 五、三维模型 爆炸图*番茄采摘机器人机械机构设计 五、整机三维模型 *番茄采摘机器人机械机构设计 完成了番茄采摘机器人的总体方案及整机的结构设计，完成了番茄采摘机器人的总体方案及整机的结构设计，小车的设计，支撑柱设计，基座设计，大臂设计，小臂设计小车的设计，支撑柱设计，基座设计，大臂设计，小臂设计，旋转臂设计，上下摆臂设计，末端执行器设计，截断机构，旋转臂设计，上下摆臂设计，末端执行器设计，截断机构设计。设计。完成完成CADCAD绘图。绘图。对关键零部件进行了强度校核。对关键零部件进行了强度校核。应用应用catiacatia软件对整体结构进行了三维建模。软件对整体结构进行了三维建模。六、结 论*东北电力大学 感谢各位老师提出宝贵意见！
