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1、基于蘋果采摘?dú)鈩訖C(jī)械手的設(shè)計分析1身份證號碼：44050719870802****;2身份證號碼：44142319820810****摘要：目前國內(nèi)果蔬采摘作業(yè)基木上都是手工進(jìn)行。但是隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成木也相應(yīng)提高，這樣會大大降低產(chǎn)品的市場競爭力。如何以低成木獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品是果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須重視和考慮的問題，而機(jī)器人正在或己經(jīng)替代人的繁重體力勞動，可以連續(xù)不問斷地工作,極大地提高了勞動生產(chǎn)率，是農(nóng)業(yè)智能化不可缺少的重要環(huán)節(jié)。大力發(fā)展機(jī)械的自動化收獲采摘技術(shù)，加快研發(fā)果蔬采摘機(jī)器人的步伐是解決該問題的有效措施,并且對我國農(nóng)業(yè)綜合水平的提高只有重要的意義。關(guān)

2、鍵詞:氣動機(jī)械手，蘋果采摘；設(shè)計1.氣動機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r氣動技術(shù)一這個被譽(yù)為工業(yè)自動化之“肌肉”的傳動與控制技術(shù)，在加工制造業(yè)領(lǐng)域越來越受到人們的重視,并獲得了廣泛應(yīng)用。目前，伴隨著微電子術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,氣動技術(shù)也不斷創(chuàng)新，以工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，得到了前所未有的發(fā)展。另一方面,氣動技術(shù)作為“廉價的自動化技術(shù)”，氣動機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。由于其元器件性能的不斷提高，生產(chǎn)成木的不斷降低,被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動化生產(chǎn)線上，幾乎都配有氣動系統(tǒng)。許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家的氣動

3、元件產(chǎn)值己接近液壓元件的產(chǎn)值，且仍以較大速度發(fā)展。完全可以想象，類同“家用電器”，將來會出現(xiàn)“家用氣動”這樣的名詞為人們熟知。隨著氣動技術(shù)獲得了快速發(fā)展,其中利用成木性能比低廉及同時只有許多優(yōu)點(diǎn)的氣動機(jī)械手設(shè)備來滿足社會牛.產(chǎn)實(shí)踐需要也越來越多的受到重視，氣動機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要實(shí)用技術(shù)。1.采摘機(jī)器人機(jī)構(gòu)選型原則由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性、不確定性和果實(shí)分布的隨機(jī)性,采摘機(jī)械手的選型既要遵循工業(yè)機(jī)械手的基本原則,又要考慮其作物的特殊性。歸納采摘機(jī)械手的選型原則為：2.1遵循工業(yè)機(jī)械臂的基本選型原則。工業(yè)機(jī)械臂主要有四種形式，其具體功能特點(diǎn)如下：(1)直角

4、坐標(biāo)型:該型機(jī)械臂前三個關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)，運(yùn)動方向垂直，其控制方案與數(shù)控機(jī)床類似,各關(guān)節(jié)之間沒有藕合，不會產(chǎn)生奇異位形，剛性好、精度高。缺點(diǎn)是占地面積大、工作空間小。(2)圓柱坐標(biāo)型:該型機(jī)械臂前三個關(guān)節(jié)為兩個移動關(guān)節(jié)和一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),這種形式的機(jī)器人占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單。(3＞極坐標(biāo)型:具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。該型機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。(4)關(guān)節(jié)坐標(biāo)型:前三個關(guān)節(jié)都是冋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是動作靈活,工作空間大、占地面積小，缺點(diǎn)是剛度和精度較差。就工業(yè)機(jī)器人而言，機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)型式的選擇取決于對機(jī)器人的活動范圍、靈活性、重復(fù)定位精度、持重能力和控制的難易的要

5、求。通常以直角坐標(biāo)型至圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型的順序來看，同一手臂尺寸綜合的機(jī)器人，其活動范圍和靈活度由小到大，控制難易的程度由易到難，而位置精度由高到低，負(fù)荷能力由大到小。2.2機(jī)械手的采摘能力要求(1)最優(yōu)的工作空間。工作空間越大，采摘范圍越廣，通用性也就越好。(2)具奮較好的避障能力。果實(shí)采摘過程中，機(jī)械手能避開障礙物。(3＞機(jī)構(gòu)設(shè)計合理。若機(jī)構(gòu)設(shè)計不合理，可能會出現(xiàn)運(yùn)動干涉或驅(qū)動裝置無法設(shè)置，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動等問題。在滿足要求的前提下，盡量采用特殊結(jié)構(gòu)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)，使相鄰運(yùn)動副的軸線相互平行或正交。(4＞農(nóng)業(yè)機(jī)器人要求操作簡單，成本低廉，因此盡量采用冗余度少、機(jī)構(gòu)簡單的形式

6、。1.果蔬采摘機(jī)器人在蘋果采摘中的應(yīng)用3.1機(jī)器人采摘蘋果的具體特點(diǎn)由以上調(diào)研數(shù)據(jù)可以分析得出蘋果采摘的一些具體特點(diǎn)：1）蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械手要具有相對較大的工作空間。2＞機(jī)器人避障性能的要求隨著蘋果栽培模式的改變以及蘋果果枝密度向著將會越來越小發(fā)展而降低3）蘋果采摘機(jī)械手因?yàn)樘O果質(zhì)量相對較小（0.18—0.25kg）,持重能力的要求相對降低很多。4＞在幵放的環(huán)境中，蘋果可隨果枝在風(fēng)中擺動，其本身位置不固定，所以在對采摘機(jī)器人提出位置精度要求的吋候5＞在保證以上要求的基礎(chǔ)上，盡量減少自由度的數(shù)03.2蘋果采摘機(jī)械手選型結(jié)論通過上面的分析，對于蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械手形式而言，得到一下選型結(jié)

7、論：1）機(jī)械手基體選擇關(guān)節(jié)型機(jī)械臂形式最為合適,其包括腰部、大臂，小臂共三個部分。其動作靈活,工作空間大、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)很適合蘋果的采摘作業(yè)。2）以關(guān)節(jié)坐標(biāo)型機(jī)械臂為基體，為擴(kuò)大機(jī)械臂的工作空間和增強(qiáng)機(jī)械手多路徑采摘的能力，在腰部添加了升降結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為連桿折疊機(jī)構(gòu)，在垂直方向上增加了機(jī)器人的作業(yè)空間，使得機(jī)器人擁有了采摘較高處蘋果的能九代替了人們用梯子或登高采摘蘋果。3）在小臂添加了伸縮關(guān)節(jié)，此關(guān)節(jié)不僅可以進(jìn)?-步擴(kuò)大機(jī)器人的工作空間而一I