畢業(yè)設計（論文）-蘋果分類包裝機械手傳送機構(gòu)及抓取部分設計

1、<p>　　蘋果分類包裝機械手傳送機構(gòu)及抓取部分設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文從生產(chǎn)實際要求出發(fā)，在對蘋果生物學特性及傳送方式進行深入研究的基礎上完成了蘋果傳送機構(gòu)和四自由度蘋果分類搬運機械手抓取部分的結(jié)構(gòu)設計。選取了合理的傳送電機，確定了傳送機構(gòu)的主要尺寸，選擇了機械手的坐標形式；設計了機械手的手部結(jié)構(gòu)；選擇了機械

2、手的傳動方式；使用了合理的手指結(jié)構(gòu)；根據(jù)各部分氣缸所需的驅(qū)動力，確定出手指主要尺寸。對單、雙支點回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差分析比較后，選用單支點回轉(zhuǎn)型手指；在手部驅(qū)動桿運動時，通過兩次夾持不同直徑的蘋果來確定手部滑槽的長度。研究設計完成后的系統(tǒng)減小了對蘋果表皮的損傷，智能化程度較高。機械手具有運動靈活，占地面積小，操作簡便等優(yōu)點，因此，適宜于中小規(guī)模的水果分類搬運。</p><p>　　關鍵詞：蘋果包裝；機械手；傳送機

3、構(gòu)</p><p><b>　　]</b></p><p>　　DESIGN OF TRANSPORT AND GRASPING MECHANISM OF MANIPULATOR FOR APPLES CATEGORISE PACKING</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><

4、p>　　This paper set out from the practical production,completed the design of structure of apple transport mechanism and the four freeness degree manipulator which used to class and transit apples on the base of doing

5、deeply study to apple’s biologic characteristic and carrying style. Selected a reasonable Motors for transmission, Calculated and determined main size of the transmission body. Chosen the coordinate form, designed the ha

6、nd frame and selected the transmission way of the　manipulator;made </p><p>　　Key Words：Packaging of apple，Manipulator，Transport mechanism</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b

7、>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章　緒論1</b></p><p>　　1.1蘋果分類包裝機械的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2機

8、械手的概述1</p><p>　　1.3機械手的組成及其分類2</p><p>　　1.4系統(tǒng)的工作任務4</p><p>　　1.5研究目的和意義6</p><p>　　第二章　機械手的功能分析及總體設計方案7</p><p>　　2.1機械手的坐標型式與自由度的選用7</p><p&

9、gt;　　2.2機械手的結(jié)構(gòu)方案設計7</p><p>　　2.3機械手的驅(qū)動方案設計7</p><p>　　2.4機械手的主要參數(shù)8</p><p>　　2.5蘋果表面受力參數(shù)9</p><p>　　第三章　機械手手部設計11</p><p>　　3.1手部的種類及設計注意事項11</p>

10、<p>　　3.2手指的抓取機能及手指尺寸的計算13</p><p>　　3.3滑槽尺寸的確定21</p><p>　　3.4手部夾緊氣缸的選擇23</p><p>　　第四章 蘋果傳送機構(gòu)的設計32</p><p>　　4.1傳送帶的設計32</p><p>　　4.2電機的選擇：33</

11、p><p>　　第五章 結(jié)論與展望36</p><p>　　5.1主要結(jié)論36</p><p><b>　　5.2展望36</b></p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致 謝38</b><

12、/p><p><b>　　第一章　緒論</b></p><p>　　1.1蘋果分類包裝機械的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前我國使用的選果機大部分是從日本、韓國進口的，不但耗費大量外匯，而且由于成本較高，在國內(nèi)的推廣使用受到了限制。為改變這一現(xiàn)狀，我國設計工作者在對國外機型進行消化、吸收和改造的基礎上，研究開發(fā)了機型小、性能優(yōu)、造價低，適宜國營場

13、圃、批發(fā)市場和販運大戶使用的國產(chǎn)系列化新機型。國產(chǎn)選果機的占地面積一般為3~15，體積一般在2~15。工作時需要較大的動力，并產(chǎn)生一定幅度的振動，這就對選果機的使用提出了一些硬性要求，如：較大的工作空間，相對固定的工作場所和高成本安裝維護等。因此，國產(chǎn)選果機的使用也受到了一定的制約。蘋果生產(chǎn)是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。2003年，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，我國蘋果產(chǎn)量占世界蘋果總產(chǎn)量的36.4%，蘋果的主要生產(chǎn)地在山東，陜西和東北，以小規(guī)

14、模農(nóng)戶分散種植為主要生產(chǎn)方式。由于產(chǎn)量相對較小，使用選果機進行蘋果的分類將會很不經(jīng)濟，但人工分類又存在分類精度的不確定性，因此，果農(nóng)在蘋果采摘后往往只能進行粗糙的分類，這種分類方式不但效率低，而且會使得大量的蘋果遭到降級的厄運從而使得蘋果的整體的銷售價格水平下降，這無形中就損害了廣大果農(nóng)的利益，挫傷了他們的生產(chǎn)積極性，影響了他們生</p><p><b>　　1.2機械手的概述</b><

15、;/p><p>　　機械手是模仿人手的動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動機械裝置。機械手能夠代替人完成人力所不及或人所不適宜的工作。隨著機械手在各個領域的應用，對其綜合性能提出了更高的要求：專業(yè)性更強，實用性更高，經(jīng)濟性要求也已經(jīng)擺到了人們的面前，因此結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能滿足功能要求又具有一定的可靠性的小型機械手需求量越來越大。我國從50年代開始搞固定動作機械手（行程開關控制），60年代開始

16、搞數(shù)控機械手70年代末開始搞機器人。工業(yè)機器人與智能機器人已進入我國的八.五、九.五科技發(fā)展計劃及863高技術規(guī)劃，受到各方而越來越多的重視。機械手的研究和應用在我國尚屬起步階段，但已顯示出許多特殊的優(yōu)點，展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。對于機械手在我國的研究和應用主要有：</p><p>　?。?）機械手基礎性能的試驗以及基礎理論研究，解決制造技術存在的問題。</p><p>　　（2）針對笨重

17、、高溫、有毒、高粉塵，易燃易爆、單調(diào)等惡劣勞動環(huán)境，有計劃有步驟地推廣應用和研制多種機械手，用于鑄、鍛、焊以及噴漆等工業(yè)作業(yè)中。</p><p>　?。?）提高機械手精度和運動速度，以適應高生產(chǎn)率和生產(chǎn)節(jié)拍的需要。要研究解決蘋果包裝抓取搬運機械手的研究機械手的運動速度和緩沖、定位技術。解決機械手的定型設計、定點、定量生產(chǎn)以及配套件的生產(chǎn)和供應問題，推進機械手設計制造中的現(xiàn)代化（CAD/CAM）、標準化、系列化。隨

18、著工業(yè)技術的發(fā)展，國內(nèi)外研制了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應用。</p><p>　　1.3機械手的組成及其分類</p><p>　　1.3.1機械手的組成</p><p>　　機械手一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)

19、、控制系統(tǒng)等部分組成。各系統(tǒng)相互之間的關系如圖1-1所示。</p><p><b>　　執(zhí)行機構(gòu)：</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)是機械手完成握持工件實現(xiàn)所需的各種運動的機械部件，包括如分：</p><p>　?。?）手部：即與物件接觸的部件。根據(jù)與物件接觸的不同形式，可分為夾附式。</p><p>　?。?）手腕

20、：是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位。的機械手，也有不設手腕部件，將手部直接裝在手臂部件的端部。</p><p>　?。?）手臂：是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置。</p><p>　?。?）機身：是機械手中用來支撐手臂的部件，安裝驅(qū)動裝置和其他裝置</p><p>　　1.3.1.2驅(qū)

21、動系統(tǒng)</p><p>　　驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機械手執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置，通常由動力源、控置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械種形式。</p><p>　　1.3.1.3控制系統(tǒng)</p><p>　　控制系統(tǒng)是通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作其正確與否的一些裝置。一般包括程序控制部分和行程檢測反饋部分。<

22、/p><p>　　1.3.2機械手的分類：</p><p>　　1.3.2.1按用途分：</p><p>　　機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種：</p><p>　?。?）專用機械手：它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點大批量的自動化生產(chǎn)。（2）通用機械手：它是

23、一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。</p><p>　　1.3.2.2按驅(qū)動方式分</p><p>　?。?）液壓傳動機械手：是以液體的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)

24、構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置否則油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作（2）氣壓傳動機械手：是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手特點是：介質(zhì)來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。</p><p

25、>　?。?）機械傳動機械手：由機械傳動機構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、等）驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工作的。它的主要特點是運動準確可靠，動作頻率大，但結(jié)構(gòu)龐大，動作程序不可被用于工作主機的上、下料。</p><p>　　（4）電力傳動機械手：有特殊結(jié)構(gòu)的感應電動機、直線電機或功率步進電動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其機機械手的運動速度快和

26、行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，發(fā)展前途。</p><p>　　1.3.2.3按機械手的臂力大小分</p><p>　　按臂力（即被傳送物件的重量）的大小，可將機械手分為如下四類：</p><p>　?。?）微型機械手，臂力小于1公斤。</p><p>　?。?）小型機械手，臂力為1-10公斤。</p><p

27、>　　（3）中型機械手，臂力為10-30公斤。</p><p>　?。?）大型機械手，臂力大于30公斤。</p><p>　　1.4系統(tǒng)的工作任務</p><p>　　1.4.1整個系統(tǒng)的工作任務如下：</p><p>　　由傳送帶將待分類的蘋果輸送到機械手的工作半徑上（此時機械手應該在傳送帶的正上方，以確保整個機械手的工作過程所用時間

28、最短）。機械手按指定的命令完成以下動作執(zhí)行任務：下降（由立柱的升降氣缸控制，下降過程中手指始終張開一定的角度，以損傷蘋果）—抓取蘋果（由手部夾緊氣缸完成，通過視覺來確定蘋果的分類）—上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸共同完成，將對應的傳送帶上方）—下降（由立柱升降氣缸實現(xiàn)，將蘋果送至傳送帶上）—并放下蘋果（該過程由手部夾緊氣缸完成）—上升并旋轉(zhuǎn)（由立柱升降氣缸和共同完成，機械手臂還原至初始位置）。上述內(nèi)容僅為一個工作流程機械手所需完成

29、的動作，本設計要對不同尺寸分類搬運，故整個系統(tǒng)應采用多工位設計。</p><p>　　整個工作流程如圖1-2所示</p><p><b>　　圖１-２</b></p><p>　　1.4.2研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本機械手是通過主力臂的回轉(zhuǎn)、升降、伸縮以及手指的夾持和手腕的轉(zhuǎn)動來取搬運任務。本論文主要研究機械

30、手結(jié)構(gòu)控制設計，故僅對單工位進行設計。為械手準確、快速的完成上述動作，本文需完成以下設計內(nèi)容：</p><p>　?。?）根據(jù)實際需要，選取機械手的坐標型式和自由度。確保其能準確、迅速各項任務。為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部設計為可更換結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（2）根據(jù)蘋果的有關參數(shù)對機械手進行結(jié)構(gòu)設計，包括對手部的計算，確定出適合各部分工作的氣缸。</p>&

31、lt;p><b>　　1.4.3創(chuàng)新點</b></p><p>　　根據(jù)蘋果的生物特性，對機械手手部的夾持誤差進行分析，選用較合理結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.5研究目的和意義</p><p>　　在我國，“三農(nóng)”問題成為全黨和全國工作的重中之重，社會各界普遍關注主義新農(nóng)村建設中如何進一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械化的作用，從而推進新農(nóng)村建設，們所面

32、臨的新課題。我國雖是一個農(nóng)業(yè)大國，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；⒍鄻踊?，某些地域呈現(xiàn)出勞動力不足現(xiàn)象，再加之蘋果的分類挑選是一項勞動密集以及蘋果生產(chǎn)對時令的要求，勞動力問題很難解決。我國農(nóng)村廣大果農(nóng)也因不準確的對蘋果進行分類包裝而在蘋果生產(chǎn)中處于相當不利的地位，正是基于這蘋果分類搬運機械手的課題得以提出。蘋果分類搬運機械手的應用可以提高率，解決勞動力不足問題；改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，防止農(nóng)藥、化肥等化學藥品傷害；提高勞動作業(yè)質(zhì)量等。與傳統(tǒng)自動選果

33、機相比較，蘋果分類搬運機械手具有占地面積小，結(jié)構(gòu)簡自如，操作靈活，升降平穩(wěn)等優(yōu)點。因此，它對于我國農(nóng)村蘋果分類時出現(xiàn)的擁擠，工作地點變化頻繁和工作量小等不利現(xiàn)況都有很強的適應性。此外它還改變自身的軟硬件來滿足不同種類水果的分類工作，具有很強的通用性。蘋果機械手具有投資小，回報大和使用簡單等特點，在我國農(nóng)村的水果分類包裝工起到提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，改善勞動條件的重要作用。</p><p>　　第二章　機械手的功能

34、分析及總體設計方案</p><p>　　對氣動機械手的基本要求是能快速、準確的拾、放和搬運蘋果，這就要求它精度高、反應快、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度以及在任意能自動定位等特性。設計氣動機械手的原則是：充分考慮作業(yè)對象的作業(yè)技術要求，擬定較為合業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件；明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特位精度要求，抓取、搬運時的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對結(jié)構(gòu)及運行控制的

35、要求；盡量選用定型的標準組件，簡化設計制造過程，兼顧通專用性。</p><p>　　本次設計的機械手是蘋果分類搬運機械手，是一種適用于成批或中、小批量生可以改變動作程序的自動搬運和操作設備，它可用于操作環(huán)境惡劣，勞動強度大單調(diào)頻繁的生產(chǎn)場合。</p><p>　　2.1機械手的坐標型式與自由度的選用</p><p>　　考慮機械手手臂的不同運動形式及組合情況，本機械

36、手在上下料時具有手臂的回轉(zhuǎn)運動，手腕的回轉(zhuǎn)運動及手指在夾持物件時的開閉運動。所以，設計中機械標型式采用圓柱坐標型式，相應的機械手具有四個自由度。</p><p>　　2.2機械手的結(jié)構(gòu)方案設計</p><p>　　為了使機械手的通用性更強，把機械手的手部結(jié)構(gòu)設計成V型槽式可更換結(jié)用的是夾持式手部?？紤]到手腕需滿足回轉(zhuǎn)運動的工作要求。因此，手腕設計成回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)為回轉(zhuǎn)氣缸。手臂

37、的回轉(zhuǎn)和升降運動是通過立柱來實現(xiàn)的，立柱的橫向移動即為手臂的橫臂的各種運動均由相應的氣缸來實現(xiàn)。</p><p>　　2.3機械手的驅(qū)動方案設計</p><p>　　常見的驅(qū)動方式主要有電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動和氣壓驅(qū)動。他們各有各的優(yōu)缺點：</p><p>　　電機驅(qū)動具有無間隙、摩擦小、機械剛度高等優(yōu)點，可以實現(xiàn)高速、高精度的位置控制和微小力，缺點是容易受載荷的影響，

38、速度調(diào)節(jié)不靈活。</p><p>　　液壓驅(qū)動具有以下優(yōu)點：</p><p>　?。?）容易獲得比較大的扭矩和功率；　 （2）功率/重量比大，可以減小執(zhí)行裝置的體積；　 （3）剛度高，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度的位置控制；　 （4）通過流量控制可以實現(xiàn)無級變速。</p><p><b>　　同時又有缺點：　 </b></p>&l

39、t;p>　?。?）必須對油的溫度和污染進行控制，穩(wěn)定性較差；?。?）有因漏油而發(fā)生火災的危險；?。?）液壓油源和進油、回油管路等附屬設備占空間較大。</p><p><b>　　氣動驅(qū)動的優(yōu)點：</b></p><p>　　（1）利用氣缸可以實現(xiàn)高速直線運動；　</p><p>　?。?）利用空氣的可壓縮性容易實現(xiàn)力控制和緩沖控制；

40、 （3）無火災危險和環(huán)境污染； （4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　?。?） 由于空氣的可壓縮性，高精度的位置控制和速度控制都比較困難，驅(qū)動剛性比較差； （2）雖然撞停等簡單動作速度較高，但在任意位置上停止的動作速度很慢；</p><p><b>　?。?）噪音

41、大；</b></p><p>　　由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉蘋果抓取載荷較輕，因此，本機械手采用氣壓傳動方式。</p><p>　　2.4機械手的主要參數(shù)</p><p><b>　　主要參數(shù)如下：</b></p><p>　　（1）主參數(shù)機械手的最大抓重是其規(guī)格的主參

42、數(shù)，最大抓重定為1千克。</p><p>　?。?）基本參數(shù)運動速度是機械手主要的基本參數(shù)。操作節(jié)拍對機械手速度回轉(zhuǎn)范圍0°～240°要求，設計速度過低限制了它的使用范圍。而影響機械手動作快慢的主要因臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度。</p><p>　　（3）該機械手最大移動速度設計為1.2 m/s，最大回轉(zhuǎn)速度設計為120 0/s。動速度為l m/s，平均回轉(zhuǎn)速度為90 0/s。

43、</p><p>　?。?）除了運動速度以外，機械手的基本參數(shù)還有工作半徑。大部分機械手設當于人工坐著或站著且略有走動操作的空間。過大的工作半徑，必然引起偏增大而使剛性降低。根據(jù)統(tǒng)計和比較，該機械手手臂的最大工作半徑約為60手臂回轉(zhuǎn)行程范圍定為240°。手臂升降行程約為300mm。</p><p>　?。?）定位精度也是基本參數(shù)之一，該機械手的定位精度為±0.5mm。2

44、.6機械手的技術參數(shù)列表</p><p>　　設計技術參數(shù)主要有：</p><p>　　·夾持式手部抓重1kg</p><p>　　·自由度數(shù)4個自由度</p><p><b>　　·坐標型式圓柱坐標</b></p><p><b>　　·手臂運動

45、參數(shù)</b></p><p>　　最大回轉(zhuǎn)速度1200/s</p><p>　　·定位方式行程開關或可調(diào)機械擋塊等</p><p><b>　　·驅(qū)動方式氣壓傳動</b></p><p>　　2.5蘋果表面受力參數(shù)</p><p>　　本文所討論的蘋果表面受力參數(shù)，

46、主要是蘋果的硬度。根據(jù)蘋果的成熟期，一般早熟品種硬度為6.5kg（面受力，下同）；中熟品種硬度為7.5kg；晚熟品種硬度為8kg。孫驪等人通過試驗研究，提出了蘋果硬度計算公式：</p><p>　　HD =8.554-5.785×10T　　　　　（２-１）</p><p>　　式中：HD－蘋果的硬度（kg）；T－蘋果的存放天數(shù)。</p><p>　　上式表

47、明，隨著存放天數(shù)T值的增大，蘋果的硬度HD值將逐漸減小。本設計中機械手為抓取分類機械手，它主要于蘋果采摘后分類裝箱。此時的蘋果存放時間較短，為保證有足夠的安全系數(shù)，可取T=30。按上式計算得HD =6.82kg。綜上所述，在設計中，取蘋果的硬度值為6.5kg。</p><p>　　第三章　機械手手部設計</p><p>　　機械手的手部是用來直接抓取物件的機構(gòu)，是機械手的重要組成部件之一。

48、由手指、傳力（或增力）機構(gòu)和驅(qū)動裝置組成。根據(jù)被抓取物件的材質(zhì)、形狀、尺寸、重量以及其它一些特性（如易碎性、導磁性、表面光潔度等）的不同，手部的種類也不一樣。</p><p>　　3.1手部的種類及設計注意事項</p><p>　　3.1.1手部的種類</p><p>　　3.1.1.1根據(jù)手指的種類不同分類</p><p><b>

49、;　?。?）夾持式手部</b></p><p><b>　　（2）吸附式手部</b></p><p>　　3.1.1.2根據(jù)手指的多少分類</p><p>　?。?）單指手部是由各種單個吸盤所組成的手部。</p><p>　　（2）多指手部是由多個機械式手指或多個吸盤所組成的手部，其中由兩個機械式手指所組成的

50、手部用的較多。</p><p>　　手部分類圖如圖3-1所示：</p><p>　　夾持式是較常見的一種手部形式，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式：按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式和外夾式兩種；按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉(zhuǎn)型，二支點回轉(zhuǎn)型和移動型，其中以二支點回轉(zhuǎn)型為基本型式。當二支點回轉(zhuǎn)型手指的兩個回轉(zhuǎn)支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉(zhuǎn)型手指；同理，當二支

51、點回轉(zhuǎn)型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型?；剞D(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應用廣泛。因此，本系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)型兩指式外夾持手部。</p><p>　　3.1.2手部設計要求</p><p>　?。?）手指間應具有一定的開閉角</p><p>　　兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應能保證被抓物件順利進入或脫開，其大小

52、直接與工件和手指的形狀、尺寸及手部接近被抓物件的路線等因素有關，同時還要注意路線周圍的環(huán)境。若夾持不同直徑的物件，采用較大的開閉范圍會增大驅(qū)動裝置的行程和結(jié)構(gòu)尺寸，而且會增加手指開閉時間，所以手指開閉范圍不宜設計的過大；但對回轉(zhuǎn)型手指來說，手指要有足夠的張開與閉合角度。圖3-2即為其結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。圖中表示松開物件時的情形。</p><p>　　在圖3-2中，有A-D>C</p><p&

53、gt;　　式中：A－手指松開物件后的最大尺寸；</p><p>　　D－被抓取物件表面的最大尺寸；</p><p>　　C－手指張開或閉合后與物件之間保持的最小間隙。</p><p>　?。?）手指夾緊力的大小要適宜</p><p>　　握力過大，可能損壞物件，還需要較大的動力源和較大結(jié)構(gòu)，不經(jīng)濟；握力過小，由于物件的自重以及傳送過程中的慣性

54、力和振動等因素的影響而抓不住物件。在通常情況下，所需要的握力是物件重量的2～3倍。</p><p>　?。?）各構(gòu)件要有足夠的剛度和強度，而自重要輕。</p><p>　　（4）結(jié)構(gòu)簡單，修理方便。</p><p>　　（5）動作準確、迅速、靈活。</p><p>　　3.2手指的抓取機能及手指尺寸的計算</p><p&g

55、t;　　3.2.1手指的抓取機能</p><p>　　手指的抓取機能是由被抓取物件和手指共同決定的。被抓取物件的大小、形狀、重量、材質(zhì)和受外力的約束程度及運動情況，決定了手指能抓取的極限尺寸、手指對物件的約束和握緊程度、抓取精度等。它們之間的關系如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 手指抓取機能與手指，被抓取物的關系</p><p>　　3.2.2本系統(tǒng)

56、手部的具體情況</p><p>　　3.2.2.1指端的形狀</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是帶V型槽的回轉(zhuǎn)型手指，它是一種常用的夾持結(jié)構(gòu)，適應夾持不同尺寸和形狀物件的需要。其特點是夾持平穩(wěn)可靠，夾持誤差小，并能快速地夾持物件，適用于夾持圓柱形或類球狀物體。V型體是單獨制造，用螺釘固定在手指上，這樣在指面磨損后便于迅速更換手指。</p><p>　　3.2.2.2

57、指面型式</p><p>　　指面型式的確定取決于物件形狀、大小及被夾持部位材質(zhì)軟硬、表面性質(zhì)等的不同。本系統(tǒng)采用柔性指面，指面鑲襯橡膠、泡沫塑料、石棉等物。這樣可以增加摩擦力，并起到保護蘋果表面的作用。</p><p>　　3.2.2.3手指的材料</p><p>　　手指材料的恰當選用，對機械手的使用效果影響很大。為了符合手部的結(jié)構(gòu)尺寸，同時保證手指有足夠的強度

58、，本系統(tǒng)手部材料選用硬鋁合金（LY）。</p><p>　　3.2.3手指的夾持誤差分析</p><p>　　手指的夾持誤差或抓取精度，是指以手指的某一點（如回轉(zhuǎn)支點）為基準點到物件被抓取表面上的某個基準點的距離變化的最大偏差量（隨被抓取表面尺寸的變化而變化）。該偏差量越小，抓取精度就越高，而夾持誤差就越小；反之，如該偏差量越大，抓取精度就越低，而夾持誤差就越大。手指的夾持誤差是手指抓取技

59、能的重要指標之一，所以是設計時考慮的重點問題。</p><p>　　3.2.3.1單支點回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差</p><p>　　圖3-4為單支點回轉(zhuǎn)型手部簡圖。</p><p>　　圖3-4 單支點回轉(zhuǎn)型手指筒圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　l－手指長度，

60、即手指的回轉(zhuǎn)支點A到V型槽頂點B的距離；</p><p>　　2θ－V型槽的夾角；</p><p>　　β－偏轉(zhuǎn)角，即V型槽的角平分線BC與手指AB間的夾角；</p><p><b>　　R－物件半徑。</b></p><p>　　從圖中可以明顯地看出：如果手指只抓取及這兩種固定尺寸的物件時，其抓取誤差為零。這是因為C與

61、C重合，對于支點A沒有變化。但當該手指所抓取的物件尺寸在及之間變化時，物件中Cx對手指的回轉(zhuǎn)支點A是有變化的，即夾持誤差。設物件的軸心位置C與手指回轉(zhuǎn)支點A間的距離為x，通過三角形△ABC利用余弦定理可得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　而由直角三角形△B CD得</p><p><b>　　Ｌ＝<

62、/b></p><p><b>　　所以有</b></p><p>　　ｘ＝　　　?。ǎ?１）</p><p>　　為了便于看出物件半徑R的變化對夾持誤差△X的影響，可將（3-1）式簡化成</p><p>　　-＝１　　　　　（３-２）</p><p>　　這是一個雙曲線方程。分析該雙曲線方

63、程可得</p><p>　?。剑蘳inθcosβ　　　　　　　　　　　　　?。ǎ?３）</p><p>　　此時，有最小的x值為</p><p>　?。剑蘳inβ　　　　　　　　　　　　　　　（3-4）</p><p>　　而且x的變化是以為分界，左右對稱的。</p><p>　　當Ｌ、θ、β給定后，通過公式（3-2

64、）即可找出x隨R的變化關系。設l =120mm，2θ=120°，β=54°44′，根據(jù)公式（3-2）畫出x與R的關系曲線，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 物件圓心到手指回轉(zhuǎn)支點距離x與半徑R的關系曲線</p><p>　　只要夾持物件尺寸有一定的變化范圍，總會有夾持誤差存在。若物件的半徑由變化到時，x值的最大變化量即為夾持誤差。當＜＜時，即和分別在對稱點

65、的兩側(cè)，夾持誤差△x為△x和△x中的較大者。</p><p><b>　　即有</b></p><p>　　△ｘ＝?。蘳in （3-5）</p><p>　　△x=?。蘳in （3-6）</p><p>　　取△x=max（△x，△x） （3-7）</

66、p><p>　　根據(jù)圖3-5分析可知，當夾持誤差最小時，有</p><p>　　R= （3-8）</p><p><b>　　式中：－平均半徑；</b></p><p>　　根據(jù)（3-3）式，可得最佳偏轉(zhuǎn)角為=cos

67、 （3-9）</p><p>　　手部設計時，是按給定的R和R來確定手部各部分尺寸的。為了減小夾持誤差，一方面可以加長手指長度L，但手指過長，整個手部機構(gòu)就要增大；另一方面可以選取適合的偏轉(zhuǎn)角β，使夾持誤差最小，這時的偏轉(zhuǎn)角稱為最佳偏轉(zhuǎn)角。</p><p>　　3.2.3.2雙支點回轉(zhuǎn)型手部的夾持誤差</p><p>　　雙支點回

68、轉(zhuǎn)型手指工作簡圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 雙支點回轉(zhuǎn)型手指筒圖</p><p>　　圖中：L－手指長度，即手指的回轉(zhuǎn)支點A到V型槽頂點B的距離；</p><p>　　2θ－V型槽的夾角；</p><p><b>　　β－偏轉(zhuǎn)角；</b></p><p>　　2 s－兩回轉(zhuǎn)支點

69、間距離；物件軸心位置到手指兩支點連線的垂直距離用x表示。根據(jù)幾何關系，可得</p><p>　?。健　?（3-10）</p><p>　　兩端平方并整理移項后，得</p><p>　　–＝１　 （3-11）</p><p>　　該方程亦為雙曲線方程，故可用與單支點回轉(zhuǎn)型手部同樣的分析方法，得到以下幾</p>&l

70、t;p><b>　　點結(jié)論：</b></p><p>　　當R==Lsinθcosβ時，有最小的X值，即</p><p>　　x= 　　 (3-12)</p><p>　　X的變化以R為分界，左右兩部分是對稱的。</p><p>　?。?）當＜＜時，夾持誤差△x為△

71、x和△x中的較大者，即</p><p>　　△x＝－　　　?。ǎ?１３）</p><p>　　△x＝－　　　　（３-１４）</p><p>　　取△ｘ＝ｍａｘ（△ｘ，△ｘ） （3-15）</p><p>　　此處的s雖與其它參數(shù)之間沒有直接函數(shù)關系，但它既影響夾持誤差大小，又影響允許的最

72、小夾持尺寸，故一般不能取很大。</p><p>　　（3）當手指只抓取R和R兩種固定尺寸的物件時，若偏轉(zhuǎn)角＝cos則其抓取誤差仍為零。當雙支點回轉(zhuǎn)型手指s值較大時，因為在抓取半徑較小的物件時，兩手指中的和平行，握不緊物件，如圖3-6所示。故其偏轉(zhuǎn)角β不宜按使抓取誤差取最小時的條件確定。</p><p>　　對于單支點具有偏轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)型手指，偏轉(zhuǎn)角β按最佳值選取，一般不會出現(xiàn)上述問題。所以本

73、系統(tǒng)手部結(jié)構(gòu)采用單支點回轉(zhuǎn)型手指。</p><p>　　3.2.4確定手指各主要尺寸</p><p>　　根據(jù)上一節(jié)所討論的采用單支點回轉(zhuǎn)型手指的夾持誤差分析，來確定手指的主要參數(shù)</p><p><b>　　L－手指長度；</b></p><p>　　β－偏轉(zhuǎn)角，要求手指夾持誤差△x ≤1mm。</p>

74、<p>　　按《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準》，除三級蘋果外，果實橫切面最大直徑要大于或等于70mm。這里設機械手所抓取的蘋果直徑在70mm～110mm之間，故取蘋果半徑為35mm≤R≤55mm，則由式（3-8）得</p><p>　　R== =45 （3-16）</p><p>　　3.2.4.1求最佳偏轉(zhuǎn)角β的表達式</p><p>　　取V型

75、槽的夾角2θ=1200，根據(jù)式（3-9）求得最佳偏轉(zhuǎn)角為</p><p>　　=cos= cos= cos （3-17）</p><p><b>　　cos=</b></p><p>　　sin= （3-18）</p><p>　　3.2.4.2求夾持誤差△ｘ的表達式</p><p&g

76、t;　　在雙曲線上，由于R和R關于R對稱，所以x=x，即有△ｘ = x=x，由式（3-5）、（3-6）、（3-7），以及（3-17）和（3-18）得</p><p><b>　　△ｘ=-Lsin </b></p><p><b>　　=－Ｌ</b></p><p>　　即 △ｘ=- （3-

77、19）</p><p>　　3.2.4.3求手指L的長度</p><p>　　對手指的夾持誤差要求不超過1mm，根據(jù)式（3-19），可寫出約束條件為</p><p>　　L-2566.48≥0</p><p><b>　　L＞0</b></p><p><b>　　-≤1</b&g

78、t;</p><p>　　計算得 L≥84.07mm。</p><p>　　為了減小夾持誤差，設計中可加長手指的長度L，但手指過長，整個手部結(jié)構(gòu)就要</p><p>　　增大。在這里，為了進一步減小誤差，而且使計算簡便，取L=90mm。</p><p>　　此時，根據(jù)式（3-16）和（3-19）有<

79、/p><p><b>　　△ｘ= -</b></p><p><b>　　=0.9≤1mm</b></p><p>　　β=cos= cos=54.73</p><p>　　表3-1列出了當V型槽夾角2θ=1200，手指長度l與平均半徑R為不同比值時的最佳偏轉(zhuǎn)角β。</p><p&g

80、t;　　當l=90mm，R=45 mm時，m===2。此時計算出β的值恰好與表中β的</p><p>　　值近似，符合偏轉(zhuǎn)角最佳。此時，手指長度l=90mm，β=54.73°。此時有</p><p><b>　　X==</b></p><p><b>　　=73.5mm</b></p><p&

81、gt;　　表3-1最佳偏轉(zhuǎn)角β（當2θ=1200時）</p><p>　　3.2.4.4利用夾持誤差圖表進行驗證</p><p>　　圖3-7 夾持誤差圖</p><p>　　圖3-7表示了當M=為不同比值時，K=與相對誤差ε=的關系。利用此圖，可求出具有偏轉(zhuǎn)角手指的夾持誤差。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，因為

82、 K===1.57</p><p>　　而 M===2</p><p>　　從橫坐標K=1.57對應于m=2的曲線，在縱坐標上可查得相對夾持誤差為</p><p><b>　　ε==0.02</b></p><p>　　所以，夾持誤差為x= 0.02 R=

83、0.0245=0.9mm，結(jié)果與計算法相吻合。</p><p>　　從上面的計算法和圖解法的驗證結(jié)果可以看出，實際的夾持誤差小于要求的夾持誤差，所以以上對手指各主要尺寸所確定的數(shù)值是合適的，此方案是可行的。</p><p>　　3.3滑槽尺寸的確定</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是單支點回轉(zhuǎn)型滑槽式手部結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。若O點固定驅(qū)動桿向下推時手指夾緊，

84、向上拉時則手指張開?；凵纤艿尿?qū)動力P和P在回轉(zhuǎn)支點和夾緊點之間，杠桿的動力臂c總是小于阻力臂b，即c/b＜1，又因為Nb=Pc，因此傳力比N/P較小，但開閉范圍相對較大。</p><p>　　圖3-8單支點回轉(zhuǎn)型滑槽式手部結(jié)構(gòu)</p><p>　　E為圓柱銷所在處，此時，要計算出當手部從夾持R=45 mm到極限位置R=55 mm</p><p>　　時，圓柱銷沿

85、OA方向移動的長度。R=45 mm與R=55 mm時的手部結(jié)構(gòu)尺寸簡圖如3-9所示。</p><p>　　圖3-9 夾持式手部結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　規(guī)定手部夾持R=45 mm的蘋果時，圓柱銷在距A點OA/4長度處。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-9（a）所示，即有</p><p>　　AE=-AE==13.12</p><p>　　OE=AO-A

86、E=53.13-13.12=40.57</p><p>　　當夾持R=55 mm的蘋果時，結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-9（b）所示。</p><p>　　根據(jù)圖3-7，當驅(qū)動桿上下運動時，圓柱銷上的E點距中心軸線的距離是不變的。所以，在圖3-8中即有＝，則</p><p>　　OE=OEcos =40.57cos14.54=39.46mm</p><p>

87、;　　故圓柱銷沿OA方向移動長度為</p><p>　　EE=OE-OE=40.57-39.46=1.11mm</p><p>　　計算上述相對位置即手部夾持極限位置R=35 mm到R=45 mm的蘋果時，圓柱銷沿OA方向移動的長度與EE =1.11mm相接近。</p><p>　　因此，取滑槽的長度為20mm。此時，能保證手指有足夠大的角度變化范圍。</p&

88、gt;<p>　　3.4手部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　3.4.1氣缸的分類</p><p>　　氣缸的種類很多。一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向、結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來分類。氣缸的類型及安裝形式見表3-2。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　普通氣缸的結(jié)構(gòu)組成見圖3

89、-10。主要由前蓋、后蓋9、活塞 6、活塞桿 4、缸筒 5其他一些零件組成。</p><p>　　圖3-10 普通氣缸</p><p>　　1—組合防塵圈；—前端蓋；3—軸用 YX密封圈；4—活塞桿；5—缸筒；</p><p>　　6—活塞；7—孔用 YX密封圈；8—緩沖調(diào)節(jié)閥；9—后端蓋</p><p>　　夾持式手部的驅(qū)動裝置較多采

90、用的是作往復直線運動的氣缸。在結(jié)構(gòu)上，單桿活塞缸應用最多。所以，本課題中夾緊氣缸采用雙向作用的單桿活塞缸。雙向作用單桿活塞缸活塞兩側(cè)的有效面積不等，在氣壓相等時，活塞上所受推力P>拉力P，如圖3-11所示。設計時，將夾緊氣缸的缸體作為手腕回轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)軸，從而達到結(jié)構(gòu)緊湊、減小重量的目的。</p><p>　　圖3-9氣壓雙向作用單桿活塞缸</p><p>　　3.4.2手部驅(qū)動力的計

91、算</p><p>　　本課題氣動機械手的手部結(jié)構(gòu)采用的是雙向作用的單桿活塞缸，V形手指的角度2θ=120°，如圖3-8所示，蘋果依靠的是兩個手指下部的斜面被托住。經(jīng)實際測量得，R=55 mm的蘋果，質(zhì)量為0.4kg，本文取蘋果質(zhì)量的設計值m =0.5kg。</p><p>　　3.4.2.1求單個手指所需握力N</p><p>　　以手指夾持蘋果的中心為

92、平衡點，結(jié)構(gòu)受力如圖3-12（a）所示：</p><p><b>　　圖3-12（a）</b></p><p><b>　　其力的平衡條件為</b></p><p><b>　　=0</b></p><p>　　所以有 2 -G=0

93、 （3-20）</p><p>　　式中：—單個手指的計算握力（N）；</p><p>　　故 =，G=mg（g取10m/s）；</p><p><b>　　又有 =. </b></p><p>　　式中：－單個手指所需握力（N）；</p><p>　　—安全系數(shù)（=1.1

94、～1.5）；</p><p>　?。ぷ髑闆r系數(shù)，主要考慮慣性力等的影響（=1.1～2.5）；</p><p>　　η－手部的機械效率（η=0.85～８0.9）。</p><p>　　該處取K=1.3，K=2.0，η=0.85。則有</p><p>　　N=N==21.4N</p><p>　　因為蘋果硬度設計值為6.

95、5kg，遠大于手指所需握力。因此，符合蘋果的表面受力要求。</p><p>　　3.4.2.2求滑槽對圓柱銷的支撐力P</p><p>　　對O點，手指由靜力矩的平衡條件=0</p><p>　　得 =0</p><p>　　有 P===37.7N</p><p>　　3.4.2.3求實際驅(qū)

96、動力</p><p>　　對O點，結(jié)構(gòu)受力如圖3-12（b）所示，據(jù)受力平衡條件：</p><p><b>　　∑F=0</b></p><p>　　得 2Pcos-=0</p><p>　　式中：—夾緊氣缸所需的驅(qū)動力（N）；則有：</p><p>　　= 2Pcos=2=75N&

97、lt;/p><p>　　因此，取其設計值為80N。</p><p>　　3.4.3手部夾緊氣缸的選擇</p><p>　　手部夾緊氣缸的選擇主要指對氣缸的內(nèi)徑（活塞直徑）、氣缸的長度等參數(shù)的選擇。這些尺寸可以由手部所需的輸出力等來確定，根據(jù)這些參數(shù)從而選出氣缸型號。</p><p>　　3.4.3.1氣缸內(nèi)徑的計算</p><

98、p>　　該手部結(jié)構(gòu)為“推夾緊”外夾式手部，采用“推夾緊”的結(jié)構(gòu)有利于縮小氣缸的直徑。對于活塞，由平衡條件得</p><p><b>　　-SP=0</b></p><p>　　式中：－氣缸所需的輸出力（N）；</p><p>　　S－氣缸有效工作面積，該處S=（cm）；</p><p>　　P－氣缸工作壓力（MPa

99、）；</p><p>　　η－總阻力的損失效率，一般取0.7～0.8，當移動速度由0.1 m/s增大到0.2 m/s時，η將由0.8減小到0.7。</p><p>　　該處取工作壓力P =0.2MPa，η=0.7；</p><p>　　所以有D===27mm</p><p>　　查《液壓氣動手冊》，選取缸筒內(nèi)徑32mm>27mm，故取D

100、=32mm。</p><p>　　3.4.3.2氣缸長度L的確定</p><p>　　氣缸長度L應根據(jù)所需要的行程長度來確定。從制造上考慮，只要不大于其內(nèi)徑的20～30倍即可。在這里根據(jù)工作機構(gòu)的行程要求，取氣缸長度L=50 mm。</p><p>　　3.4.3.3氣缸型號的確定</p><p>　　根據(jù)以上計算結(jié)果，最后確定氣缸型號為：Q

101、GAⅡ3250。</p><p>　　該氣缸由煙臺氣動元件廠生產(chǎn)。</p><p>　　第四章 蘋果傳送機構(gòu)的設計</p><p><b>　　4.1傳送帶的設計</b></p><p>　　排隊機構(gòu)將蘋果推到傳送帶上后，傳送帶轉(zhuǎn)動將蘋果送至平臺上，等待機械手夾持。傳送帶由如圖4-1所示部件組成。傳送帶(6)采用高強低伸

102、化纖材料，具有強度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內(nèi)，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當旋轉(zhuǎn)螺柱上折板外側(cè)的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側(cè)加裝了上下?lián)醢?。傳送帶寬度應稍大于蘋果直徑，太寬蘋果容易傾斜，這里取傳送帶</p><p>　　圖4-1 傳送帶實物圖<

103、;/p><p>　　1.電機支架2.步進電機3.傳送帶支撐架4一卜擋板5.上擋板.6傳送帶.</p><p>　　7滾動軸承8.張緊裝置</p><p>　　寬度為120mm。傳送帶的長度由蘋果直徑和傳送蘋果個數(shù)決定，這里取其長度為1200mm，長度大于傳送帶寬度。</p><p><b>　　4.2電機的選擇：</b>&l

104、t;/p><p>　　4.2.1電機的分類</p><p>　　1．按工作電源分類 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。  2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。 　　同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。 

105、;異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 　　直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、

106、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 　　3．按起動與運行方式分類 電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。 　　4．按用途分類 電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。 驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、</p><p>　　4.2.2步進電機的選擇 </p>

107、<p>　　由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點。根據(jù)設計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進電機使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關，主要由蘋果的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然

108、傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下:</p><p>　　F=mng M=FL</p><p>　　其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為蘋果的質(zhì)量，為蘋果與傳送帶</p><p>　　的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強低伸化纖材料，由表查得 =0.8。傳送帶最多可以放置10個蘋果，則n=10，每個蘋果的質(zhì)量

109、約為.03kg，可得：F=23.52N</p><p>　　L為牽引力作用在電機軸上得力臂，L=0.02m;</p><p><b>　　則有:</b></p><p>　　M=FL==nmg=0.4704</p><p>　　轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和滾輪的直徑有關，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，滾輪直徑為

110、D=400mm，</p><p><b>　　則根據(jù)公式計算得:</b></p><p>　　n==30r/min</p><p>　　步進電機的頻矩特性曲線如圖4-3所示：</p><p>　　則由曲線可得:當n=30r/min時，f=100HZ。</p><p>　　根據(jù)計算結(jié)果我們選擇電機型

111、號為：57BYJ250C</p><p>　　第五章 結(jié)論與展望</p><p><b>　　5.1主要結(jié)論</b></p><p>　　本文以直徑在70～110mm范圍內(nèi)的蘋果為研究對象，采取理論分析與數(shù)值計算相結(jié)合的方法，對蘋果分類搬運機械手進行了設計研究。在研究中本論文得出以下結(jié)論：</p><p>　?。?

112、）根據(jù)蘋果的生物特性，對機械手手部的夾持誤差進行分析，設計的機械手定位精度在±0.5mm，包裝抓取搬運機械手的手指對蘋果表面擠壓力可控制在允許值以內(nèi)。保證了機械手具有通用性，對處于抓取區(qū)域內(nèi)的蘋果，手指都可以準確、順利的實現(xiàn)抓取任務。腕部具有運動靈活、可靠性好等特點。</p><p>　?。?）根據(jù)包裝抓取搬運機械手的結(jié)構(gòu)特點，采用氣壓傳動，使機械手動作迅速，反應靈敏，便于自動控制。氣壓傳動對工作環(huán)境適

113、應性好，不會因環(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會污染環(huán)境，同時成本低廉。 </p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　蘋果抓取搬運機械手工作要求較高。本研究僅為初步探討，加之時間較短，系統(tǒng)尚</p><p><b>　　存在許多不足之處。</b></p><

114、p>　　根據(jù)研究，認為今后有以下幾方面工作需要繼續(xù)研究：</p><p>　　（1）作為蘋果分類自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，本文所做的工作只是其中的一部分。此外，本系統(tǒng)中傳感器的選型與匹配、視覺識別系統(tǒng)等與機械手相關的內(nèi)容有待于進一步研究。</p><p>　　（2）為了提高機械手的靈活性和工作效率，可對具有冗余自由度機械手進一步研究。</p><p>　?。?）為了使機

115、械手的通用更強，可根據(jù)包裝機械手抓取水果的不同來選取不同型號的氣缸，以更好地滿足中小型蘋果分類作業(yè)裝置的要求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 孟艷玲，汪景彥．我國水果產(chǎn)量和進出口貿(mào)易簡況．中國果樹[J]，2004，6：34-35．</p><p>　　[2] 余達太，馬香峰．工業(yè)機器人應用工程[M]．

116、北京：治金工業(yè)出版社，1999．</p><p>　　[3] 蔡自興．機器人學[M]．北京：清華大學出版社，2000．</p><p>　　[4] 趙錫芳．機器人動力學[M]．上海：上海交通大學出版社，1992．</p><p>　　[5] 周伯英．工業(yè)機器人設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1995．</p><p>　　[6] 王承義．機

117、械手及其應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1981．</p><p>　　[7] 孫驪，鞠建偉，吳競爽等．蘋果貯存的接觸面積和蠕變特性[J]．西北農(nóng)業(yè)大學學報，1996，2：</p><p>　　[8] 陸祥生．機械手—理論及應用[M]．北京：中國鐵道出版社，1985．</p><p>　　[9] 成大先．機械設計圖冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社．1988．<

118、/p><p>　　[10] 林文坡．氣動傳動及控制[M]．西安：西安交通大學出版社，1992．</p><p>　　Grip．P．M，The Computer-Aided Design of Modular Fixturing Systems[J]．The International</p><p>　　Journal of Advanced Manufacturing