毕业设计（论文）-番茄采摘机器人的设计

毕业设计（论文）

课题名称：学生姓名：学号：指导教师：所在学院：专业名称：日期：年月日第1章绪论1.1国外机器人发展现状进入21世纪,农业劳动力不断向其他产业转移,农业劳动力结构性短缺和日趋老龄化渐已成为全球性问题。设施农业、精确农业和高新技术的快速发展,特别是人工作业成本的不断攀升,为农业机器人的进一步发展提供了新的动力和可能。如果蔬的采摘不仅季节性强、劳动量大,而且作业费用高,人工收获的费用通常占全程生产费用的50%左右,因此采摘机器人在日本、美国、荷兰等国家已有初步使用。法国研制的分拣机器人能在潮湿肮脏的环境里工作，把大个番茄和小粒樱桃加以区别，然后分别装运开来。它还可用来分拣不同大小的土豆，并且不会碰坏它们。德国科学家正在创建一个全自动化的农场，以解决农业工人日趋减少的问题。在这个农场，耕地、播种、浇水、施肥、喷药、收获全部由机器人来操作。科学家利用全球定位系统和经过专门改造的电子传感器，让犁地机器人从一块农田转到另一块农田，确保机器人之间不互相碰撞，并避开树木和电线杆之类的障碍物。机器人不仅能进行农作，而且能对农作物的生长情况进行监控，还能及时提供农作物生长状况、气候及农时等数据进行分析，并计算出所需的肥料和药剂的确切用量。另外，机器人还可提出种植何种作物效益最佳的建议。第一部农场机器人样品已经制成，预计在不久的将来，自动化农场将成为现实。MDARS项目和获取计划在美国和世界上受欢迎的机器人足球队也属于多移动机器人系统，大大促进多机器人技术研究。21个国际先进机器人技术计划会议报告,作为先进的机器人技术,移动机器人已广泛应用于生产领域,如日本和比利时发展排雷机器人，完整人道主义援助阿富汗、科索沃和重建,日本经济产业省合等移动机器人研究的一个2英尺英尺移动机制得到了较大的改善,机器人不仅可以适应不均匀地面,户外,在事件中倾覆了仿人机器人的情况,以避免损害本身,合2型机器人的整体流动性也有所改善,能够站在自己的。日本是一个王国的机器人,它有世界上最大的机器人。2005年5月10日的日本新能源产业技术开发机构(索技术开发机构)周(2005年6月9日,19日),在漫长的大厅内Morizokieeoro”机器人原型”展览会议中心,真正的机器演示5种机器人是移动机器人:有三种跳移动机器人“KOHARO”,脚轮式移动机器人“IMRt即厄尔”，和“AcMRS”两栖蛇形机器人。金属腰带KOHARO把三个戒指一个球,然后使用形状记忆合金制成的大约20从内部线圈连接。因为缩小线圈电流机器人后,球可以通过弹性变形成为扁球形。通过控制行动,可以旋转,移动或跳跃。因为光线和软,其特点是满足,甚至伤害的可能性也非常低,和生产成本只有约10000日圆,成本低。机器人由日本立命馆大学平理工学院实验室和东丽工程开发。根据是否内置的控制电路等配备多种。IMRtyPel是日本石川岛播磨重工业发达的机器人。使用castor高速走在平坦的地面,感人的步骤和三英尺走楼梯。设想的目的是在工厂等地方使用,所以需要穿越管道和电缆,和其他功能。分别的三脚走路时,身体和位于相同的两边的手臂部分。步行使用castor的顶部安装三英尺。走,结果身体和手臂前进。ACMRS是辽水獭的广泛工业大学研究生院实验室在东京,日本和日本研究所的生物信息学的发展部门蛇形机器人。机器人被分成多个类,每一天都是在圆柱形物体等六个鳍配件,最后再利用履带连接每一天。虽然小脚轮的鳍,castor不会产生动力,但是通过爬行或扭曲身体移动。另一大特点是强大的防水和能够在水中活动。在水里也可以蜿蜒穿过身体,或螺旋运动。图1.1国外番茄采摘机器人原理1.2国内机器人的发展现状我国已研制成功蔬菜嫁接机器人并成功进行了试验性嫁接生产。由中国农业大学研制的蔬菜机器人解决了蔬菜幼苗的柔嫩性、易损性和生长不一致性等难题，可以对蔬菜的砧木和穗木进行自动化嫁接，可广泛用于黄瓜、西瓜、甜瓜等菜苗的嫁接。目前，中国农业大学的科技人员对机器人的机器结构和控制软件进行了改进，提高了机器作业的可靠性及其操作的方便性。蔬菜嫁接机器人的研制成功，为我国发展温室栽培的蔬菜瓜果嫁接的规模化、产业化提供了一种先进的作业设备。我国还成功地研制出了采摘西红柿机器人。它带有彩色摄像头，能够判断果实的生熟。由于位置误差，它采摘的成功率约为75%，对于实际需要，这个数字是可以接受的。东北林业大学研制出林木球果采集机器人。机器人可以在较短的林木球果成熟期大量采摘种子，对森林的生态保护、森林的更新以及森林的可持续发展等方面都具有重要的意义，很好地解决了目前在林区仍主要采用人工上树手持专用工具来采摘林木球果的做法。伐根机器人主要用于收集森林采伐剩余物和培育优质工业用材林。它的应用有望克服我国的森林资源危机，改进我国的森林资源利用。国外农业机器人的研究成果： 发达国家对农业机器人的研制起步早、投资大、发展快,这些国家农业规模化、多样化、精确化和设施农业的快速发展,有效地促进了农业机器人与其他智能化农业机械的发展。自20世纪80年代开始,发达国家根据本国实际,纷纷开始农业机器人的研发,并相继研制出了嫁接机器人、扦插机器人、移栽机器人和采摘机器人等多种农业生产机器人。如澳大利亚的剪羊毛机器人,荷兰的挤奶机器人,法国的耕地和分拣机器人,日本和韩国的插秧机器人,丹麦的农田除草机器人,西班牙的采摘柑橘机器人,英国的采蘑菇机器人等。总体看来,在农业机器人的研发方面,日本居世界领先地位,现已研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获的多种可用于农业生产的机器人。但是由于农业生产环境、作业对象及使用者等与工业生产领域截然不同,发达国家已研发成功的农业机器人目前尚未实现商品化生产和大面积普及。针对目前国内有关番茄采摘机器人材料,爬树,爬墙机器人的一种形式,机器人我们爬墙机器人按照有关理论分析发展现状的人爬上杆。爬行机器人的研究已经取得了很大的进步,但是对于复杂的应用程序,还不令人满意。与日益复杂的系统和计算复杂度增加,计算设备能力的需求也日益提高,和大多数的便携式柔性机器人很难携带大量的计算设备。因此,单独的电脑和机器人,机器人的视觉信号和传感器信号,根据制定的标准合成,然后传播到遥远的计算机,通过强大的计算机操作分解和遥远,和机器人的驱动控制信号机制来控制机器人的行为,或由底层操作机器人完成避障,由遥远的高性能和高级操作机器,或远程控制在虚拟环境中完成。虚拟现实技术应用于移动机器人导航的研究是一种可行的方法。在智能系统中,使用一个单一的智能控制方法，往往不能获得令人满意的结果。良好的智能系统,三个层次应包括实施,协调、管理。各级应结合传统控制方法，可以获得良好的效果。神经网络和模糊推理是自主导航研究的两个重要工具，但样本集神经网络的完整性的研究尚未突破,活动空间一样网络学习样本明显是不可取的，模糊逻辑推理是专注于模糊规则的选择,但有些规则很难形式描述,或必须描述的很多规则,增加计算复杂度,从而偏离了初衷的模糊逻辑的应用，因此近年来神经网络和模糊逻辑相结合,应用于研究自主导航是机器人研究的热门话题。传感器融合技术近年来被引入机器人导航的研究,和令人鼓舞的结果，传统的传感器的移动机器人导航将成为工业机器人的主要方向。在一些复杂的地理条件，当然,视觉传感器检测范围以及视觉系统完成,现在一些高精度的导航是很困难的，因此开发新的传感器或根据一定的融合策略构建传感器阵列来弥补单一传感器的缺陷，提出了一种新的融合方法提高检测的结果将是一个重要的研究方向。视觉导航研究由于现有的计算机设备运行速度和存储容量限制和发展是缓慢的，但随着计算机图像处理能力和技术的提高，结合视觉导航有一个广泛的信号检测，目标信息完整的优势。另一个问题是,模块化的导航系统,由于一些机器人导航的工作可以分解为低,因此可以使机器人模块接口标准,减少低水平重复开发。移动机制的研究,尽管国内外开发了轮式腿,腿型,圆的类型,卡特彼勒和其他特殊形式的移动机器人,但到目前为止,无论国内还是国外,也符合下列移动机器人的性能尚未出现:(1)可以跨越战壕的车轮直径和高于车轮的半径的步骤;(2)机器人在软土,可以自动从软土地区,恢复正常的驾驶能力;(3)机的密封和压缩性好;(4)克服倾斜的坏影响到机器人移动能力;(5)传动效率:(6)可以在高速扩张的能力。性能(2)轮式移动机器人还没有出现,和性能(1)~(5)是一个行星探索等领域移动机器人运动系统应该有重要的性能。因此,开发新的和更好的机器人是移动机器人系统的综合性能,尤其是行星探索机器人研究中需要解决的问题之一。图1.2国内爬行机器人1.3采摘机器人机构研究机器人机械结构的选择和设计,是根据实际需要进行的。的机器人机制,结合机器人在各个领域和各种场合的应用,研究人员进行了丰富和创造性的工作。轮式机器人由于其简单的控制,稳定的运动和能量效率高,实际应用发展迅速。当前轮式机器人主要是一个圆,圆的,圆的五,六,八轮这些机器人。移动机器人是一个机构,电气和软件集成系统,它不是孤立的一部分。影响问题的控制算法和结构。近年来由于不断扩大的应用背景和研究加快智能机器人的移动运营商轮式机器人在国内外的研究也越来越多。根据对机器人运动的约束方程可分为两类:完整性约束和移动机器人的完整性约束。考虑一个机械系统与n的广义坐标,m的约束如下:如果约束方程的形式C=0)或积分可以变成C=0的形式,它代表了一个完整的约束。这是一个系统的完整性约束。非完整性约束的轮子,它只能在一个方向垂直于轮轴向前或向后,在不打滑的情况下没有横向运动的能力。在移动机器人平台,如果发现完整性约束方程的约束方程,或如果它没有车轮侧滑,那么它就是一个非完整约束的移动机器人。非完整约束是无处不在的在现实世界中,与传统轮属于非完整约束的轮子,但是研究晚了。非完整约束的移动机器人,在开放的姿态调整后的工作空间可以实现任意方向和位置,但是因为没有行动的能力,这项工作在一个紧凑的空间不再是适用的。非完整约束的移动机器人的运动能力和限制使这种系统和轨迹规划,轨迹跟踪问题,以添加一个约束条件成为困难。此外，条件下非完整约束的移动机器人运动学方程和动力学方程是一个非线性函数,使用传统的线性控制理论很难控制机器人,也不能成一个简单的线性系统。可见,为控制与非完整约束的移动机器人也有一定的困难,但是因为它的普遍性,目前很多学者致力于非完整约束的移动机器人运动控制研究。组成的完整约束轮移动机器人可以在身体姿势不变的前提下沿任意方向,可以实现全方位移动的功能。这种能力使得移动机器人路径规划和轨迹跟踪问题变得相对简单,它可以在狭小的空间工作很好完成任务。为了使移动全方位移动机器人的能力,不断研究完整性约束的轮子,所以出现几种代表性的全方位移动轮。更有影响力的是正交的全方位移动机器人。由移动机器人的结构相对于前两种数学模型结构简单,容易控制,全方位移动,等。现在仍有很多人致力于研究全方位移动轮,各种新型设备的特点。实际系统中使用的是什么结构的车轮和车轮轴承需求取决于地面的性质,车辆的数量,移动机器人的任务和其他因素。目前,另一个是轮式移动机器人,如脚型步行机器人,卡特彼勒和特种机器人的研究,但大多数还在实验阶段。1.4课题的研究意义机器人技术是近30年的迅速发展全面的学科。它结合力学机制、机械设计、计算机工程、自动控制、传感技术、电动液压传动技术、人工智能、仿生学等学科相关知识和最新的研究成果,代表了机电一体化的最高成就。机器人与机器人的发展,开发和发展,不断促进机器人技术的改进,扩大机器人的应用领域,机器人技术也极大地促进了控制技术、人工智能、传感器技术的发展,仿生和其他学科,机器人是一个新兴学科高新技术的集中体现。现代科学技术的飞速发展,特别是进入80年代,机器人技术的发展及其在各个领域的广泛应用,引起了专家、学者的关注来自世界各地。在许多发达国家已经把机器人技术的发展,国家高科技发展计划,研究机器人的研究和开发也逐渐增加。移动机器人作为机器人的一个重要分支,它的研究开始于1960年代。移动机器人是最成功的应用程序的自动化生产系统在材料处理、机床、机床和自动化仓库之间传输工件的工具。移动机器人的运动灵活性能,极大地提高了灵活性和自动化生产系统。第二章番茄采摘机器人设计参数选择与分析2.1设计目的和要求以及总体构想1.本次设计的要求和目的。番茄采摘机器人是一种电力驱动、具有狭小空间能够运行的车底检测工具，本设计主要针对于番茄采摘机器人结构系统进行设计，解决结构新颖、紧密、动作灵活、精度高的任务，最终在满足使用要求的前提下实现绿色制造。设计要求：1、整车结构图2、主要部件零件图；3、相应计算等2.对于本次的总体构想。番茄采摘机器人属于绿色设计、绿色交通，是国家大力提倡和扶持的，本设计是“番茄采摘机器人”设计一个课题，主要针对番茄采摘机器人结构系统设计，原则上满足结构简单、运动灵活、结构紧密、适应性强的任务要求，该设计首先要确定整车结构示意图，再次进行各个常用部件的选型、主要零部件的设计，最终确定整车的结构图。2.2番茄采摘机器人的结构概况番茄采摘机器人只有电池一个动力源，番茄采摘机器人的所有功率负荷都由电池承担。图2.1番茄采摘机器人动力系统结构图优点：（1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置；（2）系统部件少，有利于整车的轻量化；（3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。缺点：（1）电池功率大、成本高；（2）对电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求；（3）不能进行制动能量回收。2.3电机控制器番茄采摘机器人控制器是用来控制番茄采摘机器人电机的启动、运行、进退、速度、停止以及番茄采摘机器人的其它电子器件的核心控制器件，是番茄采摘机器人上重要的部件。番茄采摘机器人就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，番茄采摘机器人控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点。2.4电机番茄采摘机器人所用直流电机按电机本身类型可分成以下几类。普通永磁直流电动机。这类电机即为通常使用的永磁直流电动机。电机定子为铁氧体或钕铁硼永磁磁钢磁极，转子为普通直流电机转子，电机转速2000～4000r/min。这类电机需配备减速齿轮箱后才能用于电动自行车上。普通无刷直流电机。将有刷直流电机改为无刷直流电机，所不同的是定子为多相散嵌绕组，而转子为永磁磁极。这类电机转速设计的较低，一般不需减速机构，电机转速500～1000r/min。电机装于自行车的中轴上(习惯称中置电机)。由于采用无刷电机，因此这类电机通过驱动线路控制很容易实现调速。印制绕组、线绕盘式直流电机。采用这两种电机的主要目的是利用这类电机薄饼式结构特点，使电机整体便于在车上合理安放。这类电机转速较高，3000～4000r/min，电机功率较大。本类电机需要与减速齿轮机构相配才能用于电动自行车上。线绕盘式直流电机由于其绕组参数便于调整，因此设计上可使电机特性有较大的变化，能适应多种负载特性要求。2.5番茄采摘机器人的功能番茄采摘机器人之所以被冠之以多功能，是因为它实现了多种功能性要求：1.能够适应多种恶劣的环境，对番茄进行搬运采摘；2.可以用来代替人工，当遇到农忙季节时使用采摘机器人，减少了人工！3.当遇到自然灾难时，可以使用番茄采摘机器人进行抢收！减少损失；总之很明显，履带可以大幅减少路况对载重车辆的限制，从而提高采摘机器人在恶劣路况下的机动。大部分的机器人甚至坦克都使用履带.第三章番茄采摘机器人主要零件设计计算3.1电机选型计算初设番茄采摘机器人的总质量为250kg。m代机械设计手册表番茄采摘机器人质量g代机械设计手册表重力加速度u代机械设计手册表摩擦系数履带轮半径为0.05m，因此摩擦力矩M为:初步估算履带轮的速度为50r/min，电机的额定转速为1500r/min因此速比为：电机的扭矩根据以上计算为：电机的功率为：考虑到电机功率和实际中需要的留有一定余量，所以选择P=0.75kW的电机。y系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的系列产品。y系列电动机具有高效、节能、性能好、震动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等完全符合iec标准。采用b级绝缘、外壳防护等级为ip44,冷却方式ic411。y系列电动机，额定电压为380v,额定频率为50hz，3kw及以下为“y”接法，4kw及以上为“δ”接法。y系列电动机广范应用于机械设备、如农业机械、食品机械、分机、机床、搅拌机、空气压缩机等。Y系列(IP44)封闭式三相异步电动机，Y80M1-2查询机械设计手册，电机的主要参数如：0.75kWw=1500r/min0.753.2传动键的选择按结构特点和工作原理、按键可以分为平按键，半合并或楔按键，其他各种花键。平按键结构简单，容易制作的，好装拆，中性的方便，耐冲击和有负载。因而得到广泛的应用。半圆形的合并工作方面是从两个方面月牙键沟、轴挖深，轴的强度下降，固一般很少的扭矩传递。楔按键一般外部轴端固定或大齿轮皮带轮。连接时卡入槽内，关键的顶面和底部和车轮和轴之间的摩擦压迫传达扭矩，这个时候，2底的接触面画一条直线；键的两侧是非工作方面，车轮和键槽两侧间的空隙。花键轴连接可靠，接力的大扭矩，主轴部件花键轴移动，诱导性，中性也不错，所以在机器中广泛应用。两尺寸选择键，选择。根据关键结构特征的关键类型，使用条件和劳动条件，选择适当大小的关键根据标准规格和强度将可能需要。横截面尺寸的关键尺寸（通常是钥匙宽度和钥匙显示）和长度相同的升，选定标准轴的长度和宽度的长度，一般的轮毂长度是不同的。也就是说，关键是一个长或短，枢纽长度。在这里，轴的直径，指定的密钥长度的长度是符合标准的长度。锥齿轮轴的头在选择平键，B型66L=10GB1095：79。节点强度和接头强度的计算，各部分的应力分析。常见材料的主要失效形式的主要失效形式是由普通材料的组合使用，并根据普通平板键的标准尺寸选择。除非有严重超负荷，一般不会出现大截。因此，通常只在工作面应力强度的计算中。磨损失效的主要形式是接触滑动接触的工作与导向面和关键环节。因此，工作压力通常是根据计算的条件。该连接的平坦的关键传动扭矩，强度分析的所有部分连接。普通平键均与普通材料的组成和大小的选择标准，主要失效形式的工作压力，海态。除非出现严重超载，否则不会出现大的削减。因此，计算的应力强度的证明是正常的。导游的主要失效样式是主要失效样式的磨损和撕裂。因此，正常工作压力校核条件强度计算。根据要求，计算并校核了普通平板键连接的强度条件公式：因此有：显然所以强度足够。式中：T——传递的转矩，单位为；L——关键工作长度，单位为毫米，圆头平键平平键L=L，L=L，其中L是键的公称长度，单位为毫米；b为键的宽度，单位为mm。d——轴的直径，单位为mm；h——键的高度，单位为mm；——键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为；3.3行星齿轮传动的计算按照要求，减速器结构采用一级减速器结构，传动比的分配只需满足各级的传动比均大于等于10即可。下面即按照一级齿轮减速器进行计算。行星齿轮传动比符号及角标含义：1—固定件、2—主动件、3—从动件传动比=30，输入功率p，输入转速为1500r/min输出转速：=/=n/=1500/30=50r/min3.4轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。1.求后轮轴上的功率、转速和转矩取减速器传动的效率=0.7,则2.作用在车轮上的力3.初步确定轴的最小直径先按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取=95，于是得后轮轴的最小直径是安装轮辐处轴的直径d。由于轮辐与轴采用键联结，故d=10。4.轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案是：车轮、套筒、深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装；右端安装深沟球轴承、透盖、内轮辐、轴端挡圈从右端向左安装。2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列深沟球轴承。单列深沟球轴承6206，其尺寸为d×D×T=30mm×62mm×16mm，故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6206型轴承的定位轴肩高度h=3mm,因此，取。(2)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB894.1-8630,其尺寸为，故，。(3)取安装轮辐处的轴段Ⅵ的直径。轮辐的宽度为27mm,为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度3)轴上零件的周向定位车轮与轴的周向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面b×h=8mm×7mm,键槽长为25mm。轮辐与轴的配合为H8/h7。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1×45°，各轴肩处的圆角半径为R1。5.求轴上的载荷后轮轴上的受力分析。L1=L2=27.5mmL3=41mm1)在水平面上后轮轴的受力。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力三个集中力作用的截面上的弯矩分别为图3.3后轮轴的载荷分析图2)在垂直面上后轮轴的受力简图3.3c)。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力，，在段中，将截面左边外力向截面简化，得在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得(2-43)在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得计算A、B、C、D截面的总弯矩M(2-46)后轮轴上的转矩6.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面D）的强度。由式（15-5）得(2-47)其中，为折合系数，取=0.6为轴的抗弯截面系数，由表15-4得选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得因此，故安全。3.5履带式小车越障性分析番茄采摘机器人的越野通过性是指在不用任何辅助装置而能克服各种天然和人工障碍的能力，履带的通过性主要取决于履带本身的性能参数和几何参数。履带通过性的评价性能主要由跨越壕沟和克服垂直壁。对于不同结构形式的番茄采摘机器人，它们的越障性能也不同。一般来说多节式要比单节式具有更好的越障性能，下面分别进行分析。3.5.1单节履带式一、跨越壕沟1、跨越水平壕沟履带通过壕沟的宽度与履带的接地长度，重心位置有关。克服壕沟可以用静力法（即履带缓慢行驶）和动力法（履带高速行驶或利用动能来克服）。壕沟的静力克服受履带稳定性丧失的限制。稳定性的丧失是在履带的重力作用线超出负重面的界限的情况下发生。如果重力作用线是在车首和对面壕壁接触之前超出负重面的，那么番茄采摘机器人的前部就落入壕沟中。如果重力作用线还未到达对面的壕壁，而番茄采摘机器人的尾部已经和第一壁脱离，那么番茄采摘机器人的尾部就落入壕内。所以用静力法克服壕沟的可能性决定于番茄采摘机器人两端支撑点和履带重心在行驶平面上的投影间的距离。 （a） （b）图3-11番茄采摘机器人以静力法通过壕沟如图3-11所示，如果要克服宽为，且的壕沟时，当番茄采摘机器人前端尚未支撑在壕沟前缘时，番茄采摘机器人重心就早已离开壕沟后缘，于是番茄采摘机器人前端就落入壕沟中。如果企图克服宽为，且的壕沟时，当番茄采摘机器人尾部已失去壕沟后缘的支撑时，番茄采摘机器人中心尚未靠近壕沟之前缘，于是番茄采摘机器人尾端就落入壕沟中。为了能克服较宽的壕沟，在设计番茄采摘机器人时应尽量使其中心布置在履带接地段中心处。用动力法克服壕沟就是以较高的速度驶过壕沟，这样可以增加越壕的宽度。在履带高速通过壕沟时，当第一负重轮脱离支撑面后，车体便开始向沟底下倾。显然，如果履带的行驶速度越高，在同一距离内，履带车体前部向沟底下落的程度便越小。应用动力法克服壕沟两边缘的相互位置和形状有很大的关系，如果壕沟的前边缘比后边缘高则难以克服，反之则较容易克服。如果后边缘呈下坡的斜面，则不易通过。如呈上坡状斜面，则较易克服。 图3-12壕沟边缘呈坡状时的越壕2、上下坡时克服壕沟[49]现在只研究静力克服法。上坡克服壕沟的第一阶段(即履带前端跨过壕沟时)与克服水平地面上的壕沟比起来，车辆中心是不容易超过后边缘的。因此就第一阶段来说，履带能够克服的壕宽为式中——上坡坡度角；——番茄采摘机器人重心高度；可是在第二阶段，番茄采摘机器人尾端跨过壕沟时，番茄采摘机器人可以克服的壕宽将减少为：所以，履带在上坡时克服壕宽较在水平地面上要小。反之，履带在下坡时第一阶段能克服的壕宽较平地时要减小。 图3-13在上坡时越壕二、克服垂直壁番茄采摘机器人克服垂直壁的过程可以分为三个阶段，如图3-14所示：第一阶段——前轮升上壁缘；第二阶段——履带的重心前进至与垂直壁垂线重合的位置；第三阶段——履带平缓地与垂直壁的顶部平面接触。图3-14克服垂直壁时的三个阶段 图3-15第一阶段的受力分析图 3-16克服垂直壁时第二阶段的情况第一阶段：在这阶段内，履带先以低速与垂直壁在点相接触，然后番茄采摘机器人整体发生旋转运动，使履带前部沿垂直壁渐渐上移。此时决定于点的位置。当点低于点时，履带在触及垂直壁后车体将发生顺时针方向旋转，使履带克服垂直壁成为不可能。在现有履带中点高于点，因此当履带接近垂直壁时，应该猛烈加油，以使增加逆时针方向的旋转力矩，使履带尾部下沉而前部上升，将点升到点以上。当后负重轮平衡肘碰上行程限制器后，番茄采摘机器人车体将有两种运动；番茄采摘机器人重心的平移运动和车体的旋转运动。此时作用在番茄采摘机器人上有如下的力：番茄采摘机器人的重力，作用于点；地面法向反作用力，作用于点；地面切向反作用力,即附着力与地面变形阻力之差，作用于点；垂壁的反作用力，作用于点；沿垂壁的切向反作用力，其中和为垂壁与履带的附着系数和地面变形系数。沿垂壁的切向反作用力的方向可能朝上，也可能朝下，为使番茄采摘机器人能沿垂壁向上运动，该力的方向必须向上。第二阶段：这一阶段是指番茄采摘机器人由前轮轮轴置于垂壁棱边到番茄采摘机器人重力作用线与垂壁的垂线重合这段时间。根据这一阶段终了时番茄采摘机器人在垂直壁上的位置，很容易得出垂直壁高度和履带结构参数间的关系。 （3-63）式中H——垂直壁高度；——番茄采摘机器人重心至后主动轮轴间的纵向距离；——履带的倾斜角；——重心与主动轮轴心的高度差；——负重轮的动行程；——主动轮或诱导轮半径；——重心高度。由上式可知，愈长，则番茄采摘机器人可能克服的垂直壁愈高，番茄采摘机器人的倾斜角对克服垂直壁的高度也有影响。若＝30～35，则就已接近于所能克服的最大坡度值。一般说来，番茄采摘机器人能克服垂直壁的高度不是受第一阶段的限制，而是受第二阶段的限制。第三阶段：这一阶段是指番茄采摘机器人重力作用线越过垂壁壁线后番茄采摘机器人落于垂壁顶部平面上。此时应特别注意行动部分与地面的撞击，因此当番茄采摘机器人重心越过垂直壁线后而番茄采摘机器人前端开始下落时，必须停止供能，有时还要制动，使履带慢慢落于顶壁。3.5.3越障时的稳定性分析保持稳定性是行走装置完成既定任务和目标的基本要求。对于履带式行走装置其稳定性主要表现在其越障性和自复位性上。行走装置的稳定性有两种：静态稳定性和动态稳定性。下面分别介绍：（1）静态稳定性分析番茄采摘机器人的静态稳定性主要是指行走装置在斜坡上静止不动时能够抗翻、抗滑动时的稳定性。分析静态稳定性主要考虑的是稳定裕量角。所谓边界稳定裕量角就是指行走装置质心与支持边界构成的平面与支持域铅垂面的夹角；接触点和质心的连线与质心到支持域的垂足连线的夹角称为支持点的稳定裕量角；所有支持边界和支持点的稳定裕量角的最小值叫支持域的稳定裕量角。设为稳定附着区域，则;当时，行走装置不倾翻也不滑动；当时，行走装置滑动但不倾翻；当时，行走装置倾翻。（2）动态稳定性分析行走装置的动态稳定性分析包括在结构化环境（例如平地路面）以及非结构化环境（例如越障、爬楼梯、越壕沟等）。番茄采摘机器人在水平路面上主要有转弯和紧急制动时的动态稳定性分析。转弯时的稳定性主要与行走装置的转向半径、转向速度、地面摩擦力有关。紧急制动失稳主要与行走装置本体的重心位置、几何尺寸、路面条件等有关。番茄采摘机器人在越障时的稳定性主要与行走装置本体重心与履带后轮的水平距离有关。履带越障成功的必要条件是重心在行进方向上超越了翻越支点，即所谓的重心“超越”条件。重心位置越靠前，则越障高度越高，垂直重心越高，则越障能力越差。为了保证履带在爬楼梯时的动态稳定性，履带的长度一般要稍大于楼梯3个相邻尖角的宽度，这样在爬楼梯时就不容易发生颠簸，不致因附着力减小而出现不平稳甚至倾翻的现象，履带的长度一般要满足下列条件：其中为与地面接触的履带长度，为楼梯高度，为楼梯宽度。番茄采摘机器人所能跨越壕沟的宽度与机器人本体长度以及重心位置有关。为了提高越沟过程的稳定性，首先重心位置应保证在本体的中央位置，其次当行走装置接近壕沟的边沿时，行走装置重心的前部有效本体长度应当大于壕沟的宽度;当行走装置离开壕沟的左边沿时，行走装置重心后部的有效长度应当大于等于壕沟的宽度。为了使行走装置平稳通过，必须满足条件≤min(,L2),=时，能越过的壕沟宽度取最大值，即＝/2[15]。综合上述分析，降低行走装置的重心高度、增大两轮轴距均有利于行走装置本体的平稳。第4章采摘机械臂设计计算4.1番茄采摘机械臂部分设计计算番茄采摘机械臂部分主要有4个部分组成，分别为：驱动电机、轴承、制动器及传动轴等。4.1.1带动手抓旋转的电机：初选上升速度V=100mm/sP=1KW所以n=（100/6）×60=1000转/分y90s-4型电机的选择，我使用了一种异步电动机。B类绝缘和保护水平在冷却系统的I（44014）是密封自风扇冷却为380V，额定电压，额定功率，以50赫兹。如图3-4Y90S-4电动机技术数据所示：型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71000790.786.52.22.2图3-3Y90S-4电动机技术数据4.1.2驱动手肘的电机：初选转速W=60º/sn=1/6转/秒=10转/分n=900转/分选择Y90L-6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘。IP保护等级在第四冷却方式I（014）中的所有自风扇冷却为380V，额定电压，额定功率是以50Hz。如图3-5Y90S-6电动机技术数据所示：图3-4Y90L-6电动机技术4.1.3驱动肩部的电机计算：初选转速W=720º/sn=2转/秒=120转/分选择110BYG350DH-0501型步进电动机电动机采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为110~250V，额定功率为50HZ。如图2-5110BYG350DH-0501电动机技术数据所示：图3-5110BYG350DH-0501电动机技术4.1.4肩部轴的设计1、选择轴的材料，确定许用应力由已知条件：45钢的“表四参考标准齿轮轴的选择，“表14—4检查强度极限=600MPa，然后由表14–2得=55mpa弯曲应力：2、校核轴：a、受力分析图见图图3-6受力分析图(a)水平面内弯矩图(b)垂直面内的弯矩图(c)合成弯矩图(d)转矩图圆周力：==2×465.5/70=13.3N径向力：==13.3×tan=4.84N法向力：=/cos=13.3/cos=14.15Nb、作水平面内弯矩图（7-4a）。支点反力为：=/2=7.075N弯矩为：=7.075×68.25/2=241.43Nmm=7.075×33.05/2=116.9Nmmc、作垂直面内的弯矩图（7-4b），支点反力为：=/2=2.42N弯矩为：=2.42×68.25/2=82.58Nmm=2.42×33.05/2=39.99Nmmd、作合成弯矩图（7-4c）：==255.16Nmm==123.55Nmme、作转矩图(7-4d)：T=-=*（1+P）=0.8952×（1+6）=626.64N*mmf、求当量弯矩==2804.63Nmm=2795.7Nmmg、校核强度=/W=2804.63/0.1=2804.63/0.1×=16.23Mpa=/W=2795.7/0.1=2795.7/0.1×=16.18Mpa因此本结果完全满足=55Mpa的条件，所以我们设计的轴拥有足够的强度，并且还有一定的余量存在。4.1.5手抓轴承的设计计算标准的寿命，转速，轴承的径向力，轴向力。由上述条件试选轴承试选6004型轴承，查表16-2按额定动载荷计算由式对球轴承=3，查表13-6智能小车代入得故6004型轴承能满足要求。按额定静载荷校核由式查表13-8，选取=2代入上式，满足要求。4.1.6肩部轴承的设计计算要求轴承的寿命，转速，轴承的轴向载荷；径向载荷为。由上述给定条件试选轴承试选6206型轴承，查表15-19（脂润滑）按额定动载荷计算由式对球轴承，由查表15-19由查表15-19查表15-12智能小车代入得故6206型轴承能满足要求。按额定静载荷校核由式查表15-14，选取由查表15-19，时，得代入上式，满足要求。极限转速校核由查图15-5查图15-6代入满足要求。4.2电磁制动器的选择机器的运动停止或减速机配件。通常被称为制动，制动块和制动由控制装置，并建立制动。与制动间隙自动调整装置，制动力矩减小结构尺寸，为高速轴制动装置，然而，在大型设备支持高安全性的要求（如电梯、电梯等）必须安装在低速轴的设备操作。制动器已标准化系列及专业化，可供各厂家选择使用。在现代工业中理想的自动化执行元件的电磁制动器，从权力和控制功能，运动和分布的结构紧凑，操作简单，响应速度快，寿命长，本机的传动系统，使用方便、可靠、远程控制等优点。它是主电机和串联电机。广泛用于化工、食品、冶金、建筑、机械、包装机械、电梯、机械、电力、等，并在（防险）刹车灯。后面部分停止或减慢所需制动力矩的阻力矩，根据制动力矩大小设计制动器的形式和业务要求的决定。该湖采用摩擦材料，制动性能直接影响到击穿过程，性能的主要原因，造成工作温度和源可配备高速。摩擦材料，摩擦系数稳定，耐磨性好성。摩擦材料是金属的，非金属的，两种。耐磨铸铁、钢材、粉末冶金、摩擦材料等，并与后者、皮革、橡胶、木材、石棉等。电磁制动和电磁粉末制动器和先天电磁涡流制动电磁摩擦式制动器的各种形式。也有三个用于电磁制动，电磁制动，干膜，湿膜，和磁制动干燥。根据电磁制动器和单、电制动与电机制动电磁摩擦式制动器的制动系统的磁场，磁轭的功率，通过制动器法兰连接到轴电枢吸合电枢。电磁离合器制动器的结构和原理几乎相同，然后选择列表：表4.1具体尺寸参数如表3.3表3.6其机构图如下图3-7图3-7由上综述，选择电磁制动器为DZD10-0.4总结与展望两个多月的毕业设计在忙碌中就快要结束了,在这两个多月的时间里,在毕业设计之余还要兼顾找工作,所以,在这段时间里我觉得生活非常的充实.不但在毕业设计中巩固了以前的知识,并且在人生道路上学到在校园学不到的世界交际.毕业设计是一所学院三年的知识，它考虑到了三年的基础和专业知识，所以不同于以往的课程设计，研究生设计是一个质的飞跃的课程设计。在接到毕业设计项目后，首先要做的就是收集资料，对以往的课程设计都是由师长给予的，不要为自己担心。但毕业设计是不同的，它是一个全面的设计，有很多的信息，需要通过各种途径收集自己的数据。所以经常运行库。但组合机床的设计要找全库找不到。但是，我的设计是基于书上的设计方法做的，找不到绝对的是一个沉重的打击。幸运的是，在师长的指导和帮助下，在机械信息室找到了。在未来的设计中，《机械零件设计手册》起到了很大的作用，是我的毕业设计能否顺利完成的关键。下面的工作几乎和以前的课程设计相差不是太大,书面指令,图纸。但最终多了课程设计的没见过的,那就是绘制图纸。仅仅学习了理论知识的CAD,所以有点害怕实体。但是再难路还是得走下去,不能因为自己害怕就停下来,更重要的是,这是我的毕业设计的最后通过机会，所以面对这个困难的时期,我决定勇敢。然后去图书馆借了很多书的CAD、从书店购买书的实例分析研究。很多问题在制图的过程中,通过自己的探索,同学的帮助,并在师长的指导下,我竟然顺利完成了。我真的很开心,完成自然是自豪的