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题目:
番茄采摘机械手结构设计及仿真
院系:
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20XX年05月
教务处制
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摘要
本文介绍了常用于番茄采摘的五自由度机械手的总体结构和具体结构,并进行了基于UG和ADAMS的运动学仿真。
根据本课题论文的要求,论文选择机械手的工作内容为番茄采摘机,根据机械手的工作内容即采摘机功能设置机械手的工作环境和性能要求。提出了采摘机机械手的课题研究计划和研究方案。设计方案包括将机器手的构成和自由度分配问题。确定机器手每个手臂的长度以及各个关节的旋转角度范围。
然后用UG对机械手的进行简单建模,并且利用ADAMS软件对机械手进行运动学仿真和ADAMS软件对各关节的运动进行分析,得到关节曲线图。通过对曲线图的分析和研究,从而证明了机械手的设计是合理的。最后,后对设计出来的机械手采摘机过程进行合理的归纳和总结。
关键词:五自由度;建模;采摘机;运动仿真
ABSTRACT
Thispaperdescribesthegeneralstructureandthespecificstructureofthe5-DOFmanipulatorcommonlyusedintomatopicking,andperformskinematicsimulationsbasedonUGandADAMS.
Accordingtotherequirementsofthedissertation,thepaperselectstherobot'sworkcontentasthetomatopicker,andsetstheworkingenvironmentandperformancerequirementsoftherobotaccordingtotheworkcontentoftherobot,ie,.
ThenuseUGtocarryonthesimplemodelingtothemanipulator,andusestheADAMSsoftwaretocarryonthekinematicssimulationtothemanipulatorandtheADAMSsoftwaretocarryontheanalysistoeachjointmovement,,,afterthedesignoftherobotpickerprocesstoconductareasonableinductionandsummary.
KEYWORDS:fivedegreesoffreedom;modeling;picker;motionsimulation
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目录
摘要 II
ABSTRACT III
1引言 1
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2采摘机机械手结构设计 3
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3采摘机机械手的三维建模 7
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IV
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4番茄采摘机械手运动学仿真 20
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5总结 27
致谢 28
参考文献 29
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设计(XXX)
1引言

机械手是集合了计算机、电子和人工智能等多学科先进技术的重要管理自动化设备,是一种重要的制造业的装备。使用机械手的意义如下:
使用机器手可以提高生产额效率。提高生产的效率是所有生产活动中最终的目标,生产效率的提高才能产生经济利益。只有从根本上解决采摘困难这个问题才能提高生产效率,而机械手的高精度采摘作业,往往能极大的提高工作效率。加快采摘速度的同时保证采摘质量。
二、为了改善工作条件,避免高温,高压,低温,低压,粉尘,噪音,气味,带有放射性或其他有毒污染和狭窄工作空间的人身事故在直接手动操作时是危险的或不可能的。机器手的应用取代了大量工作人员,改善了人们的工作环境。机器手将人们从简单且枯燥的操作中解放出来,操作机器人不仅可以避免因疲劳或疏忽造成的人身伤害,而且生产效率高。
三、机器人和人类生活的发展相互促进。它可以减少人力,促进操作者的节奏生产和应用,以取代人们的劳动。这是减少人力的第一个方面。另一方面,操纵者可以很好地工作,对人力资源进行投资。目前自动化机床的自动加工生产线几乎没有。这是为了减少人力,更准确地控制节拍的产生并促进节奏性的作品制作。

图1-1采摘机机械手
采摘生产中所应用的机械手,我们称之为“采摘机械手”。国内的机械手主要用于机床加工,铸造,锻造,热处理等,数量,品种和性能已不能满足采摘生产的发展需要,但在国内的应用范围主要是逐步扩大专注于铸造和热处理机械手的开发。降低劳动强度,改善劳动条件。
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设计(XXX)
它具有使用机械制造的能力,并且正在迅速发展。目前主要用于机床的装卸,水平冲压,点焊和喷漆。它可以根据指定的操作程序执行指定的操作。对串联机器人工作空间的研究一直是机器人研究的热点课题。它直接影响机器人的运动特性和协调能力。如果位置有轻微偏差,则可以进行纠正和自我检测。重点是视觉和触觉功能。目前已取得一些成绩。
目前,国外高端采摘机器人具有高精度,高速度,轻量化的发展趋势。定位精度已基本达到微米级。总系统负载超过1公斤。与此同时,随着机械手的小型化,其应用领域将突破传统的机械领域,并发展成电子信息,生物技术,生命科学和航空航天等高端产业。

本论文研究课题是采摘机械手手臂,我将采用迄今为止学到的UG和ADAMS技术来对采摘机械手手臂进行设计。这是一个五度自由度的机器人手臂,主要用于采摘工作中。分析各种关节机构与传统机构的区别,找出现有关节结构的创新点,验证机器手关节运动的合理性。对机械手关节零件的强度与刚度校核,并验证机械手的设计合理性。通过伺服电机带动蜗杆和齿轮轴,使大臂与小臂完成俯仰动作和腰部等位置的旋转动作,完成从番茄采摘到回收的全过程,并分析机械手在采摘全过程中的合理性。
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2采摘机机械手结构设计

这个主题的主要研究方向是使用一个机器手拿起西红柿并将其放入番茄回收站。第一台采摘机完成后,机器人手抓住番茄,再次将其发送到番茄回收站。以此类推待完成番茄采摘作业的机械过程。

番茄是一种草本植物,需要用木棍搭一个架子,从而适应番茄植物的生长。植株通常高约两米以下,通过科学的培养,。番茄采摘机械手工作环境一般都是多泥土和灰尘的番茄植株旁边。

1:工件负载>.5Kg;
2:自由度数:5;
3:末端抓取定位精度<3mm;
4:各关节转速<5rpm。

在这个项目中学****的采摘机机械手是一个五自由度机器人。它由一个基座,一个悬臂,一个臂,一个连杆机构和一个抓手部分组成。

本课题的采摘机机械手总共有五个自由度。如图2-1所示,在4+1形式中有五个关节构成五个自由度:4个旋转副和1个滑动副。
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图2-1番茄采摘机械手结构简图

然后建立坐标变换方程,并在连接的连接节点上建立一系列坐标。在装配机器人的车身设计中,一个非常重要的问题是如何确定装配机器人的链接参数,包括机器人的链接长度ai,链接扭转角度αi,链接距离di和链接角度θi。本文使用D-H参数方法。

使用D-H参数方法创建坐标系并指定以下内容:
(1)zi坐标轴沿i+1关节的轴线方向;
(2)xi坐标轴沿zi与zi-1轴之间的垂直线,并且离开Zi-1轴;
(3)y坐标轴不重要,但感应方向必须满足与其他两个轴形成右手直角坐标系的条件。
根据上面给出的条件,内置的捡拾机器人的链接坐标系如图2-3所示。
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图2-3连杆坐标系

连杆参数包括链路长度ai,连杆扭转角αi,链路距离di和连杆转角度θi,其定义如下:
(1)连杆的长度ai,ai是两个接头的轴线之间的垂直距离,即zi轴与zi-1轴的公垂线长度,沿xi轴方向测量。ai为正值,当两个关节的轴线平行时,ai=li,li为连杆的长度。当两个关节的轴线垂直时,ai=0。
(2)连杆扭转角αiαi是两个关节的轴线之间的角度,即即zi轴与zi-1轴之间的夹角。当两个关节的轴线平行时,αi=0;当两个关节的轴线垂直时,αi=90°。
(3)连杆角度θiθi-1是公垂线ai与ai-1之间的夹角,即xi轴与xi-1轴之间的夹角。对于旋转关节,θi为变量,对于移动关节,θi为常数。
(4)连杆角度θiθi-1是公垂线ai与ai-1之间的夹角,即xi轴与xi-1轴之间的夹角。对于旋转关节,θi是一个变量,对于移动关节,θi是一个常数。
机械手的连杆尺寸由四个参数决定,其中连杆本身的几何形状由参数ai和αi确定,尺寸由ai和αi轴之间的距离和角度确定;链接之间连接关系由参数di和θi确定,尺寸和大小由xi-1轴和xi轴之间的距离和角度确定。
根据上述参数的定义,选取机器人的参数如表2-1所示。
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