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系统的设计 1
设计的采摘机械
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采摘机械系统的结构设计任务书姓名学号毕业届别专业毕业设计（论文）题目采摘机械系统的结构设计指导教师学 历职 称 一、具体要求：(1) 深入研究采摘机械系统的工作原理，得到其工作原理示意性图示;(2) 在采摘机械系统的工作原理基础上,提出具体机械结构方案；(3) 将采摘机械系统设计方案细化，得到零部件图纸、装配图； (4) 翻译一篇不少于2000字的英文文献，最终形成毕业论文；（5）图纸工作量要求满足毕业设计要求。二、进度安排：分析课题、阅读资料、撰写开题报告 3周熟悉采摘机械系统的工作原理 3周采摘机械系统的整体方案的确定 2周采摘机械系统方案拟定、细化，详细设计 5周编写设计计算说明书编写（初、终稿） 2周评阅答辩 1周 指导教师签字： 年 月 日教研室意见： 教研室主任签字： 年 月 日题目发出日期2015.12设计（论文）起止时间2015.12-2016.6注： 华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称采摘机械系统的结构设计课题来源B课题类型Y导 师学生姓名学 号专 业机械设计制造及自动化一、课题研究的背景采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%一50%，采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益1。目前国内外对采摘机械的研究主要是采摘机械手，70年代末，计算机及控制技术的迅速发展，萌生了人们对各种农业机器人的研究3。1983年，美国研制出第一台采摘机械番茄采摘机，至今人们对农业机器人的研究与试验已三十多年2。一些发达国家如日本、美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国成功研制及试验出多种采摘机器人，如苹果、番茄、西瓜、黄瓜等人工智能型机器人。我国对采摘机械的研究开始于20世纪70年代，起初研制的采摘机械都是人工辅助型机械，所研制的与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、气囊式采果器和手持电动采果器可以很好的保护果实不被损坏，但其效率低下4。80年代，我国开始研制切割型采摘机械，取得一定的效果。90年代开始，国内对采摘机器人技术进行研究，随着技术的不断发展和科技的创新，国内许多院校的学者开始深入研究采摘机器人技术。中国农业大学的张铁中教授在草莓、黄瓜、茄子、西红柿等果蔬采摘方面做了大量的研究，并成功研制出一系列试验机5。目前，我国对采摘机器人仍处于初级阶段。采摘机器人主要由行走装置、机械手、末端执行器、控制系统及视觉识别系统组成，末端执行器类似于人们的手指，大多末端执行器采用仿生学，根据采摘对象的特征，决定末端执行器的结构，手指数量和外形根据采摘对象的外形特征设计7。对于采摘方式，目前国内外主要有剪断式、拧断式、吸盘式。荷兰农业环境工程研究所（IMAG）发明了一种电极切割法，利用特殊电极产生高温（1000）切割，可防止断口的感染6。日本京都大学的NoboruKawamura等人在80年代首先研制了五自由度关节型机械手，这种机械手自由度较低，末端执行器的可操作度低，采摘效率低。日本岗山大学NaoshiKondo等人于90年代在番茄采摘机器人上使用了具有7个自由度的能够指定采摘姿态的机械手，自由度越高，其手部运动越灵活，控制越复杂。行走装置有车轮式、履带式、人形结构，其中车轮式应用最广泛。车轮式行走机构具有转弯半径小、转向灵活等特点，但其对于松软地面和坡陡地面适应性差，影响机器手的运动精度。履带式的特点刚好相反，对地面适应性强，缺点是转弯半径过大，转向不灵活。机器视觉系统解决果实的识别和定位。二、技术发展前景随着计算机技术及自动化技术的不断发展，农业机器人将深入渗透农业生产的各个方面，农业机器人正朝着智能化和自动化迅速发展8。提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着农业从业者的减少及老龄化趋势不断加大，采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。农业机器人将在解决劳动力不足、工人劳动力强度大等问题上体现出其绝对的优势，农业机器人也可提高工人劳动的舒适性及减轻农业化肥和农药对工人的危害，提高采摘质量、降低采摘效率、减小采摘成本，极大提高劳动生产率，能保证果蔬的适时采收9。提高农产品的国际地位，为我国的经济发展增强生命力。三、课题研究的目的与意义通过对采摘机械系统的结构设计，了解国国内外对采摘机械的研究现状及发展前景，深刻理解机械原理等所学知识，运用于设计过程，了解基本的运动结构并运用于设计中，熟悉建模软件的使用。采摘机械在现代农业扮演着及其重要的角色，可解放劳动力，提高劳动生产率和农产品在国际社会的地位。采摘机器人结构设计奠定了采摘机械研究的基础，为机器视觉和控制技术提供载体，是采摘机器人系统中必不可少的组成部分。机械结构使得机器视觉和控制技术有了作用对象。通过对机械结构的改善，方便机器视觉和控制技术的实施。四、研究的内容本课题要深入研究机械手的结构原理、行走装置的结构特点、执行末端的结构设计。包括：选择合适的基本机构形式用于行走装置中，使其具备所要求的功能和特点；机械手自由度的确定及机械结构的设计；末端执行器的功能及选用合适的驱动、合理的采摘方式、执行末端的结构优化等，研究的主要内容如下：1采摘机械的研究背景1.1采摘机械国外研究进展1.2采摘机械国内研究进展1.3采摘机械的研究现状，今后研究的方向2 采摘机械的结构设计2.1采摘机械总体设计方案2.2行走装置类型选择和结构设计2.3机械手自由度的确定及结构设计2.4末端执行器的结构设计2.5电机的选择及传动装置的设计2.6零件的设计及校核2.7零件的装配关系及功能实况2.8采摘机械的三维装配与运动仿真3 采摘机械的装配图和零件图4 编写计算说明书五、实施计划与预期目的第1-2周 搜集资料，撰写开题报告；第2-5周 阅读文献资料，学习几种典型的采摘机械结构方案，为自己提供思路第6周 完成采摘机械的具体方案 第7-10周 设计采摘机械零件，并用三维软件ProE建模、装配及运动仿真 第10-11周 校核部分零件的性能指标，绘制装配图和工程图第12-13周 编写计算说明书，准备好材料交老师初审五、参考文献1梁喜凤，苗香雯，崔绍荣，等果实采摘机械手机构设计与工作性能分析1423农机研究所2 Tanigaki,Kanae. Fujiura, Tateshil. Akase, Akira. Cherry-harvesting robotJ. Computers and Electrocs in Agriculture, 2008,63(1): 65-72.3方建军.移动式采摘机器人研究进展J.农业工程学报,2004,20(2):273-278.4Christopher Earls Brennen编 潘中永译.泵流体力学M.江苏：江苏大学出版社，2012.64张洁,李艳文.果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策J.机械设计，2010,27（6）：1-3.5汤修映,张铁中.果蔬收获机器人研究综述.机器人,2005,27(1):90-95.6张盛,李艳聪,郑爽爽等.浅析果蔬采摘机械人研究现状J.科技创新,2015，30：48,.7易中懿，胡志超.农业机器人概括与发展J.江苏农业科学，2010(2):390-393.8崔玉结,张祖立,白晓虎.采摘机器人的研究进展与现状分析J.农机化研究，2007(2):4-7.9立彬.农业机器人的主要应用领域和关键技术J.浙江工业大学学报,2002(30):36-411指导老师签名： 日期：注：课题类型请填写相应代码，如AY，BX等，其中（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究；（2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题。本科毕业设计（论文）指导教师评分表学生姓名学号专业年级设计（论文）题目采摘机械系统的结构设计序号评价指标满分评分标准ABCDE1选题难度、综合性及完成的工作量2020-1817-1615-1413-1211-02调研、资料收集与整理、图纸、程序、设计、试验等工作完成质量2020-1817-1615-1413-1211-03研究过程中表现出的理论水平、分析问题和解决问题的能力1010-98765-04研究过程中反映出来的创造性（改进或独立见解）、以及组织能力或团队合作能力等1010-98765-05研究过程中的工作态度、严谨的科学精神等1010-98765-06说明书、论文、试验报告等书写质量（内容完整性和结构合理性、图表规范性、语句通顺性等）2020-1817-1615-1413-1211-07外文翻译（数量和质量）1010-98765-0是否同意该设计（论文）提交答辩：是（ ） 否（ ）总分补充说明：指导教师（签名）： 年 月 日指导教师姓名职称或学位工作单位主要讲授课程或研究方向注：1、请给出每项评价指标的得分（整数），并计算总分；2、总分优秀（90分）比例原则上不超过20%，优良（80分）比例原则上不超过60%；3、总分低于60分，或评价指标1、2、6中有一项为E级得分时，不得提交答辩；4、补充说明栏不够用时可另加附页。本科毕业设计（论文）评阅人评分表学生姓名学号专业年级设计（论文）题目采摘机械系统的结构设计序号评价指标满分评分标准ABCDE1选题难度、综合性及完成的工作量2525-2322-2019-1716-1514-02调研、资料收集与整理、图纸、程序、设计、试验等工作完成质量2525-2322-2019-1716-1514-03毕业设计（论文）中表现出的理论水平、分析问题和解决问题的能力2020-1817-1615-1413-1211-04毕业设计（论文）中反映出来的创造性（改进性或先进性）1010-98765-05说明书、论文、试验报告等书写质量（内容完整性和结构合理性、图表规范性、语句通顺性等）2020-1817-1615-1413-1211-0是否同意该设计（论文）提交答辩：是（ ） 否（ ）总分补充说明：评阅人（签名）： 年 月 日评阅人姓名职称或学位工作单位主要讲授课程或研究方向注：1、请给出每项评价指标的得分（整数），并计算总分；2、总分优秀（90分）比例原则上不超过20%，优良（80分）比例原则上不超过60%；3、总分低于60分，或评价指标1、2、5中有一项为E级得分时，不得提交答辩；4、补充说明栏不够用时可另加附页。本科毕业设计（论文）答辩委员会评分表（小组答辩使用）学生姓名学号专业年级设计（论文）题目采摘机械系统的结构设计序号评价指标满分评分标准ABCDE1自述：条理性、正确性2020-1817-1615-1413-1211-02问题回答的能力：正确性、概括性、逻辑性2020-1817-1615-1413-1211-03毕业设计（论文）质量：方案的合理性、内容的正确性、结论的可靠性3030-2726-2423-2120-1817-04完成的工作量3030-2726-2423-2120-1817-0是否同意或推荐参加学院公开答辩 是（ ） 否（ ）答辩成绩答辩委员会特殊说明：负责人（签章） 年 月 日注：1、本表填写答辩小组各成员给出的平均成绩；2、分项分数保留一位小数，答辩成绩由各分项成绩求和后四舍五入取整数；3、指导教师或评阅人之一不同意提交答辩者，不得进行小组答辩；根据整改情况和个人申请，答辩委员会应做出是否同意其参加学院公开答辩的决定。毕业设计（论文）最终成绩（参加公开答辩的同学不填写本表）指导教师评定成绩（40%）评阅人评定成绩（30%）答辩成绩（30%）百分制成绩（ ）优秀总评成绩原则上应90分，且人数应控制在专业总人数的20%以内（ ）良好总评成绩原则上应80分，且优良率应控制在专业总人数的60%以内（ ）中等总评成绩原则上应70分（ ）及格总评成绩60分（ ）不及格总评成绩60分或答辩成绩60分答辩委员会主席（签章）采摘机械系统的结构设计摘要目前，全世界面临人口老龄化问题，农业劳动力向其他行业转移，从事农业的劳动力严重不足。果蔬主要依靠人工采摘，采摘工作劳动强度大，成本高，效率低。采摘机械可对果蔬适时采摘，提高采摘效率和质量，降低成本，还可大量解放从事农业的劳动力。本设计在查阅一定文献的基础上，结合各类采摘机械的优势，自行设计灵活度较高、适应性较强的采摘系统的机械结构。主要研究内容如下：移动机构能够增加采摘机械的自由度，是采摘机械实现大面积工作的组成部分。本设计采用具有两轮转向、四轮并进、四轮转向和原地转向模式的移动机构。此机构能够适应工作范围狭窄的果蔬行间工作，其能够实现灵活转向，提高采摘工作效率。自由度是衡量机械手运动柔性的尺度，本设计采用具有6自由度的多关节机械手，6自由度的机械手可将末端执行器移动到三维空间内适当的位置，并可处于良好的姿势。末端执行器采用自主设计的无夹持执行末端，通过对现有的执行末端的研究，发现现有末端执行器取果方式上大多采用夹持式，因为夹持力大小不能根据不同果实的柔软程度作调整，所以会对果实造成损伤，降低采摘质量。本设计摒弃传统夹持式执行末端，最大限度减少对果实的损伤，提高采摘质量。运用有限元分析方法，基于ANSYS Workbench 15.0平台对锥齿轮箱进行静力学分析，对其结构进行了优化。关键词：采摘机械，移动机构，机械手，末端行执器，结构设计IAbstractStructure design of picking machine systemAbstractCurrently, the world is facing the problem of aging population, the agricultural laborers transfer to other industries, a serious shortage of labor force engaged in agriculture. Fruits and vegetables mainly rely on artificial picking, picking work labor intensity, high cost, low efficiency. Picking machine can timely picking fruits and vegetables, improve harvesting efficiency and quality, reduce costs, and a large number of the liberation of the labor force in agriculture.This design on the basis of a certain literature, combined with the advantages of various types of harvesting machinery, design flexibility, high adaptability of the mechanical structure of the picking system. The main research contents are as follows:mobile mechanism can increase the degree of freedom of the picking machine, it is a component of the large area of the harvesting machinery. The design adopts a mobile mechanism with two wheel steering, four wheel steering, four wheel steering and steering mode. This mechanism can work a narrow range of fruit and vegetable lines which can realize flexible steering, improve the work efficiency of picking.degrees of freedom is a measure of the scale of flexible manipulator motion. This design adopts with 6 degrees of freedom multi joint manipulator, the six degree of freedom manipulator can be the end effector moves to three-dimensional space place, and can be in a good position.The end effector using the no clamping end effector of autonomous design , through research on the implementation of the existing end effector, It is found that the conventional end effector is using the clip to pick fruit, because of the clamping force size cannot be adjusted according to the different fruit softness, so it will cause damage to the fruit, reduce the picking quality. This design abandons the traditional clamping type of the end of the implementation, to minimize the damage to the fruit, improve the quality of picking.Based on ANSYS Workbench 15.0 software was carried out on the bevel gear box statics analysis, the structure is optimizedKey words: picking machine, moving mechanism, mechanical arm, end effector, structure designII目录目录第一章 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 国外采摘机械的研究进展11.3 国内采摘机械的研究进展21.4 存在的问题及解决方案2第二章 采摘机械结构方案设计42.1 采摘机械总体方案42.2 行走机构方案52.2.1 方案确定52.2.2 结构说明72.2.3 功能实现82.3 机械手臂方案82.3.1 方案确定82.3.2 结构说明92.3.3 功能实现112.4 末端执行器方案122.4.1 方案确定122.4.2 结构说明122.4.3 功能实现142.5 结构特点14第三章 部分零部件的计算与校核163.1 电机的选择163.1.1 直流伺服电机负载校核163.1.2 步进电机的负载校核163.2 机械手尺寸的确定173.3 齿轮设计及强度校核17第四章 三维模型的建立与装配204.1 零件模型的建立204.1.1 零件的建模204.1.2 标准件的建模254.2 零件的装配274.2.1 行走机构装配过程274.2.2 机械臂的装配过程284.2.3 末端执行器装配过程284.2.4 整体装配29第五章 锥齿轮箱的有限元分析305.1 锥齿轮箱的静力分析305.2 锥齿轮箱的模态分析34第六章 工程经济分析38总结39参考文献40致谢41附录A 外文翻译原文42附录B 外文翻译译文47IV第一章 绪论第1章 绪论1.1 课题研究背景与意义我国是农业大国，幅员辽阔，果蔬种类繁多，其中苹果、柑橘和梨是我国水果的主要种植品种，种植面积大，产量多，由于我国水果种植区域多为山区或丘陵地带，大面积机械化种植与收获阻力巨大，所以，目前仍然采用人工种植与采摘的方式。人工采摘采摘效率低，采摘质量低，不能满足市场对果蔬时令性和新鲜度的要求1。改革开放以来，我国经济结构不断改善，从事农业的劳动力大量流入工业、制造业和服务行业。同时，我国人口老龄化问题日益凸显，劳动力紧缺，果蔬采摘作业是果蔬生产过程中最费时和繁琐的环节，有些采摘作业还具有一定的危险性，果蔬采摘劳动强度大，采摘效率低，采摘质量差，这些因素都阻碍了我国农业经济的发展，因此研发一种能够自动采摘的采摘机器人是解决这些困难的“最优解”。采摘机械能够提高采摘效率和采摘质量，保证果蔬及时采摘，大幅度降低果农的劳动强度和生产成本。随着计算机技术和自动化技术的发展，采摘机械的自动化采摘不再是理论。果蔬采摘机械是一类针对水果和蔬菜可通过编程实现采摘的自动化收获系统,涉及机械结构，机器视觉，图像处理，计算机技术等领域2。国外对采摘机械的研究已近半世纪，研究水平已非常高，我国的研究进展较慢，需要继续加大力度研究本土化的采摘机械，对提高我国的国际竞争力具有重要的意义。1.2 国外采摘机械的研究进展上世纪80年代开始，美国、日本、法国、荷兰等发达国家开始在收获机器人上做了大量的研究3-7。1983年，在美国诞生了第一台采摘机械人8。接着开发了如苹果收获机器人，番茄收获机器人，柑橘收获机器人等9。法国苹果收获机器人采用3自由度的圆柱坐标式机械手，有两个直动关节和一个旋转关节，直动关节采用齿轮齿条来实现上下和水平移动，旋转关节可绕着竖直方向旋转一定角度使得末端执行器到达指定位置。其末端执行器采用多个柔性手指，当末端执行器接近果实时，手指向后张开，到达时，手指向前聚拢，果实被收拢，将其收获。日本京都大学的柑橘收获机器人采用极坐标式3自由度机械手，采用液压装置驱动手腕的左右、上下旋转和手腕的直线运动。机械手安装在液压升降平台上，升降平台保证机械手能够到达果树的最高点。末端执行器包括三个橡胶手指、一把剪刀和两个气缸。橡胶手指与橡胶执行机构用钢丝相连，当执行机构收缩时，通过钢丝的拉动将橡胶手指弯曲以抓住果实，此时，气缸1驱动剪刀伸出至果柄位置，气缸2驱动剪刀剪断果柄。荷兰黄瓜收获机器人由行走机构、机械手、视觉系统和末端执行器四部分组成。行走机构主要用于机械手和末端执行器的定位，通过视觉系统反馈的信号控制机器人的动作。该机械手主体采用三菱RV-E2型六自由度机械手，在此基础上增加了一个直动关节，使得该机械手具有7自由度。末端执行器由手爪和切割器组成，手爪力度保持适中，保证果实在机械手运动过程中不掉落，更不能损坏黄瓜的表皮。切割器采用电极切割法，产生高温将果梗烧断，高温使得果梗形成一个封闭的疤口，可相对锁住水果水分，减慢熟化程度。1.3 国内采摘机械的研究进展我国在采摘机械方面的研究始于20世纪90年代中期，由于起步较晚，我国研究者主要研究方向为机器视觉及图像处理和控制系统、算法等较核心部分。机械结构主要借鉴如美国、日本、荷兰、英国等发达国家较成熟的经验，相应作出本土化的改进。中国农业大学张铁中教授首先在我国空缺的自动嫁接技术上做大量研究，先后开发了自动插接法、自动旋切贴合法嫁接技术。东北林业大学的陆怀民研制出的林木球果采摘机器人已经做了实体采摘，该机器人工作效率高，采摘质量好，每天能够采摘500kg，约为人工采摘的40倍。南京农业大学的张瑞合运用双目立体视觉技术对番茄做定位，能够将番茄与周围环境分离，定位效果十分突出。江苏大学纪良文、吴春笃在喷药机器人在视觉系统方面做了研究,他们运用超声测距技术辅助机器人视觉，取得良好的效果10。相对于国外，我们起步晚，投资少，发展慢。我国目前仍处于起步阶段，但随着技术的不断发展，我国许多科研院校的研究深入，也取得一定的的研究成果，同类型的采摘机器人也在不断地更新，本土化。1.4 存在的问题及解决方案虽然国外发达国家对采摘机械做了大量的研究，但是，采摘机械仍然无法在市场上推广，采摘机械只能在实验室内发挥它的科研价值。目前仍有一些问题阻碍了采摘机械的市场推广11。1 采摘环境的非结构性采摘环境是自然环境，存在许多非确定性因素，采摘环境十分复杂，复杂性越强，其对采摘机械系统的干扰性越强，比如天气情况不好时，树枝的摇晃方向不定，摇晃程度不定，这种情况对采摘机械手的避障能力提出巨大的考验，地域的差异性大，同一种机械手对不同区域的自然环境适应程度不同。这些都阻碍了采摘机械的推广。2 采摘机械的制造和维修成本高采摘机械系统庞大，涉及多领域，其成本较高，而农业的利润相对较小，季节性工作，农业从业者具备较少专业知识，这就要求采摘机械系统必须结构简单，操作方便，智能化程度高，可靠性强，这些要求都会使采摘机械系统的制造成本增加。3 果实的损伤率较高末端执行器都是刚体，弹性低，而果实往往因富含水分而变得柔软易伤。目前，人们通过在末端执行器上安装传感器感知抓取力度以防止伤果，但仍然无法避免抓取过程中对果实的损伤。以上问题都是阻碍采摘机械发展的主要的问题，事物的发展都是发现问题和解决问题的过程，问题的发现为我们提供了研究的方向。为了能够更好的解决这些问题，清除采摘机械发展的障碍，可以从以下几个方面进行探索研究：1. 为降低果蔬采摘环境的非结构性，可以研究适合采摘机械工作的果蔬栽培管理模式，同时优化采摘机械手的结构，增强其避障能力，增加柔软度，开发合适的控制程序，使得机械手灵活度增强。2. 采摘机械成本必须低于同结构的工业机械，才能被市场接受，在机械结构方面，可以优化结构，同时对部件进行拓补优化，减少材料的使用，但又满足设计要求。开发开放式的控制程序，降低成本。3. 深入研究末端执行器的结构，研发出减少对果实损伤的末端执行器。51第二章 采摘机械结构方案设计第2章 采摘机械结构方案设计2.1 采摘机械总体方案农业采摘机械主要由移动机构、采摘机械臂、末端执行器、视觉系统和控制系统组成。根据论文的任务要求，本文只设计采摘机械的机械结构部分，即移动机构、采摘机械臂和末端执行器这三部分。如图2-1所示是本设计的结构简图。图2-1 采摘机械结构简图1.车轮 2.转向装置 3.电脑显示屏 4.DGPS 5.旋转装置 6.机械臂 7.双目摄像机8.末端执行器 9.机架 10.平移装置 11电源系统 12控制系统 13.57式步进电机 14直流伺服电机本设计是全自动控制采摘机械，工作过程中由双目摄像机7获取实时图像，传输至视觉系统进行图像处理，对果实进行识别和定位，当视觉系统判定果实成熟且确定其三维坐标后，将信息导入控制系统，控制系统经过计算，规划行走机构的行走路线和机械臂6的运动路径，将末端执行器8移送到采摘位置，最后末端执行器8执行采摘动作，完成一次采摘过程。采摘成功后，果实暂时保存在末端执行器的储果仓中，由于储果仓的体积只能容纳大约三个果实，所以在连续采摘三次后，需要将末端执行器移到水果收集箱的位置，将采摘后的水果放入其中。根据现场调查，脐橙果树的高度约2m左右，脐橙的直径在5080mm不等。赣南脐橙多种植在丘陵地带，具有一定坡度。根据实际情况与采摘需要，采摘机械的各项性能指标与相关参数如下表2-1所示。表2-1 采摘机械性能指标与相关参数参数数值外形尺寸（长宽高）mm15259601081.5行走机构电机总功率/w280行走速度/ms-11.256机械臂最大伸长高度/mm1490机械臂采摘半径/mm1201爬坡角度/30整机重量/kg3002.2 行走机构方案 2.2.1 方案确定由于植株是固定位置生长在土壤中，所以采摘机械需要主动移动接近植株，同时采摘目标存在于空间固定位置，必须将机械手臂移送到相应的采摘位置，才能执行采摘任务。采摘机械需要有自己的移动装置，才能实时移动到目标位置。移动机构主要有车轮式、履带式和人形结构。车轮式移动机构转弯半径小，转向灵活，但对于松软地面适应性差；履带式移动机构对地面适应性强，但转向不灵活，转弯半径大；人形移动机构在粗糙底面有很好的移动性和避免大型障碍物的能力，但其机构复杂，控制难，不稳定且速度低。本设计以脐橙为采摘目标，脐橙的生长环境主要在山地，地面较硬，有一定坡度，根据其生长环境本设计采用车轮式移动机构，为增强其转向的灵活性，适应植株间狭窄的空间环境，本设计采用四轮转向的方式。行走机构的动力电机选用型号为57BL-0730N1-LS-B直流伺服电机，其相关参数如表2-2所示。由于电机提供的转速太大及电机输出转矩不能满足要求，所以需要对电机输出转速进行减速，选用减速比大且体积小的行星减速器，减速器的相关参数如表2-3所示。转向装置中的直齿齿轮传动比为2，其参数为(模数m，齿数z，齿宽b)：小齿轮：m=2, z=40, b=30；大齿轮：m=2, z=80, b=35。转向电机选用57式步进电机，其基本参数如图2-4所示。行走部分中的锥齿轮传动比为1，其参数为：m=2, z=30, b=30。车轮选用减震效果好的橡胶轮胎，车轮直径D=400mm。机架选用框架式结构，用3030（mm）空心铝合金方管焊接而成，铝合金材料质量轻，强度高。表2-2 直流电机参数型号额定功率/w额定电压/v额定转速/r/min额定转矩/nm最大转矩/nm定位转矩/nm质量/kg57BL-0730N1-LS-B702430000.230.460.010.8表2-3 行星减速器参数传动比输入轴径(mm)输出轴径(mm)尺寸(mm)1:50814575776表2-4 步进电机参数型号相数歩距角/保持转矩/nm定位转矩/nm电压/VDC转动惯量/g2质量/kg57BYG350BL-060130.6/1.20.450.0724701000.5转向装置由57式步进电机提供动力，齿轮转向部分组成，转向装置安装在每个车轮上，每个车轮都单独具有转向能力，使得本移动机构具有两轮转向、四轮并进、四轮转向和原地转向模式。由于转向装置分散，导致移动机构的行走动力装置也分散至每个车轮。动力装置由24V的直流伺服电机、行星减速器组成。移动机构的底盘采用框架式结构，由不锈钢方管焊接而成，不锈钢框架式结构不仅能够保证强度设计要求，还能最大限度提高材料的利用率，减少材料的浪费。移动机构的刹车装置采用电磁制动器，电磁制动器具有响应快，结构简单的优点，按控制方式分为通电式制动和断电式制动。为确保在突发状况或电源异常导致断电情况下的安全，本设计使用断电式电磁制动器。如图2-2是行走机构结构简图。图2-2 行走机构简图1.车轮 2.直流伺服电机 3.直齿轮 4.57式步进电机 5.机架，6.平移机构 7.行星减速器 8.传动轴 9.锥齿轮箱体 10.锥齿轮 11.电磁制动器 12.转动轴 13.轴承 14.螺栓 15.机架支撑 2.2.2 结构说明行走机构的行走部分由直流伺服电机2、行星减速器7、传动轴8、锥齿轮10、锥齿轮箱体9、轴承13、电磁制动器11、转动轴12和机架支撑15组成。转向部分由57式步进电机4、直齿轮3、支架支撑15组成。平移机构由57式步进电机4和平移导轨组成。它们之间是这样连接的：直流伺服电机2与行星减速器7通过螺栓固定连接，电机输出轴与行星减速器输入轴过盈配合。行星减速器7和锥齿轮箱体9通过螺栓固定在机架支撑15上。行星减速器输出端与传动轴8的中心孔配合，通过键连接实现转动轴与输出轴间的周向固定。轴承内圈通过轴肩固定在转动轴8上，内圈需承受一定轴向载荷，所以内圈与轴采用过渡配合，外圈需承受一定的旋转载荷，所以外圈与锥齿轮箱体9孔采用过盈配合，外圈与孔采用阶梯轴套的轴向固定方式固定。锥齿轮10通过轴肩实现轴向定位，锥齿轮另一端用螺母固定，采用键连接实现周向固定。电磁制动器制动端通过螺栓连接固定在机架支撑15上，电磁制动器的活动端通过转动轴12上的弹性挡圈实现轴向固定，周向固定采用键连接。转动轴12与车轮1的轮毂采用螺栓连接固定。这样通过螺栓固定的方式将整个行走部分固定安装在机架支撑15上，机架支撑的一端安装直齿轮3，直齿轮与机架支撑采用螺栓固定的方式连接，这样，整个行走部分的转动就能与直齿轮同步。机架支撑15上安装有轴承，轴承内圈采用阶梯轴肩方式轴向定位，内圈与轴过盈配合，外圈与机架5也采用阶梯轴肩方式轴向固定，外圈与机架5过盈配合。机架5上固定安装57式步进电机，电机输出轴与直齿轮3过盈配合。平移机构由57式步进电机4提供动力，固定安装在机架5上，平移导轨也安装在机架5上，导轨滑动件用螺栓固定安装有底板，用以支撑机械臂。导轨与滑动件采用螺纹连接，螺纹杆通过联轴器与电机输出轴连接，将驱动转矩传送到导轨上。 2.2.3 功能实现行走机构受控制系统控制执行，当控制系统发出工作信号之后，四个车轮以相同的速度转动，当行驶到一定距离快要到达指定采摘位置时，电机停转，同时，控制系统发出断电信号，触发电磁制动器，使其工作，使得采摘机械停在采摘位置进行采摘工作，当需要改变前进方向时，控制系统向每个转向装置发送信号，转向的动力由步进电机提供，所以控制系统向每个步进电机发送相同或不同脉冲信号，使得步进电机按照脉冲信号转动相同或不同角度，最后控制每个转向装置转向预定的角度，实现转向，根据控制系统发送不同信号，就能实现两轮转向、四轮并进、四轮转向和原地转向模式。2.3 机械手臂方案 2.3.1 方案确定机械手是具有类似人类上肢的功能，使工作对象能在空间内移动的机构。机械手包括关节和杆件。在农业采摘机器人中，机械手的任务就是将末端执行器移送到采摘目标果实位置，使其完成采摘。要求能够将执行末端移动到每一个目标果实处。机械手可分为直角坐标、圆柱坐标、极坐标和多关节型机械手。自由度是衡量机械手运动柔性的尺度，它表示机械手所具有的能够独立运动的数量。一般来说，机械手自由度越多，灵活度越高，但质量大，机构变复杂，控制难度加大。一般6自由度机械手就可以将末端执行器移动到三维空间内适当的位置，故选用6自由度的关节型机械手。机械手臂具有一个平移自由度、两个旋转自由度和三个摆动自由度。如图2-3为机械手臂示意图。基座的高度为289mm，大臂的长度为300mm，小臂的长度为375mm。大臂俯仰的角度范围为-100100，小臂的摆动范围为-110110。平移的范围为-100mm100mm。旋转的角度范围为-180180。机械手臂的动力由步进电机提供，设计中根据不同部位的不同需求选用了两种大小不同的步进电机，其相关参数如表2-5所示。机械臂的平移自由度由滑动导轨机构实现，购买符合要求的滑动导杆组，具体结构如图2-4所示。基座的旋转自由度通过电机与齿轮实现。齿轮组的参数如下：传动比为2.25小齿轮：m=2, z=40, b=35; 大齿轮：m=2, z=90, b=40。大臂和小臂的摆动自由度也是通过电机和锥齿轮实现，大臂和小臂的锥齿轮均使用相同的尺寸且传动比均为1。其参数如下：m=2,z=45,b=35。图2-3 机械手示意图图2-4 滑动导轨组表2-5 步进电机相关参数型号相数歩距角/保持转矩/nm定位转矩/nm电压/VDC转动惯量/g2质量/kg57BYG350BL-060130.6/1.20.450.0724701000.528BYG250C-007120.9/1.80.090.00624120.15 2.3.2 结构说明机械手臂由基座，大臂和小臂组成，机械臂结构如图2-5所示。基座部分有：基座底板4、圆锥滚子轴承5、固定板6、定位筒7、内齿圈8、基座筒9、基座上盖10、57式步进电机11、小齿轮12、电机支架13组成。平移机构用螺栓固定在机架上，平移机构的滑动块上安装固定板。基座底板4采用螺栓连接的方式固定在滑动板，基座底板4的圆筒上安装圆锥滚子轴承5，轴承内圈与基座底板4的圆筒过盈配合，轴承外圈与固定板6也是过盈配合，固定板6采用阶梯轴肩的方式固定轴承外圈。定位筒7通过螺栓固定在固定板6上，定位筒7成“几”型，下端与基座底板采用间隙较大的间隙配合。内齿圈8与基座筒9通过螺栓一起固定在固定板6上，基座筒9与基座上盖10用螺栓固定。电机支架下端用螺栓固定在滑动板上，上端固定57式步进电机11，电机的输出轴与小齿轮12采用过盈配合。大臂部分有：大臂组成板14、支撑件15、螺钉16、深沟球轴承17、锥齿轮19、花键轴20、57式步进电机11组成。支撑件15通过螺钉将两块大臂组成板14固定。大臂组成板的下端是花键孔，与花键轴20配合安装，花键轴20两端与深沟球轴承17内圈过盈配合，内圈定位于花键轴20的阶梯轴肩处，轴承外圈与轴承座采用过渡配合，外圈定位于轴承座的阶梯轴肩处。锥齿轮19中一个安装在花键轴20上，通过轴肩定位，在锥齿轮与大臂组成件间套上套筒，实现锥齿轮的轴向固定，锥齿轮的周向固定采用键连接。锥齿轮19的另一个安装在57式步进电机11上，与电机输出轴过盈配合。电机固定在基座上盖10上。小臂部分有：小臂组成件24、支撑件15、57式步进电机11、电机固定板18、深沟球轴承21、圆锥齿轮22、花键轴23组成。支撑件15通过螺钉将两块小臂组成板24固定。小臂组成板的下端是花键孔，上端是轴承孔。花键孔与花键轴23配合安装，花键轴23两端与深沟球轴承21内圈过盈配合，内圈定位于花键轴23的阶梯轴肩处，轴承外圈与轴承孔采用过渡配合，外圈定位于轴承孔的阶梯轴肩处。锥齿轮22中一个安装在花键轴23上，通过轴肩定位，小臂组成件24与锥齿轮配合，实现锥齿轮的轴向固定，锥齿轮的周向固定采用键连接。步进电机11通过电机固定板安装在大臂组成板上，它们之间都采用螺栓连接。电机输出轴与锥齿轮22过盈配合。旋转关节部分有：28式步进电机25深沟球轴承26十字接头27、C型板28、旋转筒29、圆锥滚子轴承30、十字接头31、固定板32组成。28式步进电机25用螺栓固定在小臂组成板24上，十字接头27一端是“十”字柱，一端是空心圆柱。电机输出轴与十字接头27的空心圆柱孔过盈配合，十字接头的“十”字柱端与C型板28的十字空心柱过盈配合，使得电机轴的转动直接带动C型板28的转动。深沟球轴承26的内圈与十字接头27过盈配合，并通过十字接头上的阶梯轴肩定位。轴承外圈与小臂组成板的轴承孔过盈配合，通过轴承孔上的阶梯轴肩定位。电机25输出轴与十字接头31的空心圆柱孔过盈配合，十字接头的“十”字柱端与C型板28的十字空心柱过盈配合，在这里,C型板是固定不转的，电机的转动，使得电机机身转动，电机25固定在固定板32上，即转动的是固定板32。固定板32与旋转筒29通过螺栓连接，旋转筒29与圆锥滚子轴承30的外圈过盈配合，圆锥滚子轴承30的内圈与十字接头过盈配合，采用阶梯轴肩定位。 a 整体结构图 b 基座结构图 c 手臂结构图 d 大臂关节结构图 e 小臂关节结构图f 旋转关节结构图图2-5 机械臂结构图1. 基座 2.大臂 3.小臂 4.基座底板 5.圆锥滚子轴承 6.固定板 7.定位筒 8.内齿轮 9.基座筒 10.基座上盖 11.57式步进电机 12.小齿轮 13.电机支架 14.大臂组成板 15.支撑件 16.螺钉 17.深沟球轴承 18.电机固定板 19.圆锥齿轮 20.花键轴 21.深沟球轴承 22.圆锥齿轮 23.花键轴 24.小臂组成板 25.28式步进电机 26.深沟球轴承 27.十字接头 28.C型板 29.旋转筒 30.圆锥滚子轴承 31.十字接头 32.固定板 2.3.3 功能实现机械手臂的运动是复杂的，通过控制系统控制每个电机的运转情况来控制机械臂的运动。通常，当视觉系统处理图像后得知采摘目标的三维坐标值后，控制系统通过这个坐标值进行计算，自动规划机械臂的运行轨迹，根据轨迹信息，对控制每个自由度的电机发送信号，电机根据信号做出相应的运动，控制系统发送一系列脉冲信息，信息包含电机转动的起始时间、方向、速度等，电机便可做出相应的动作，最后使得机械臂达到预定的姿态，完成采摘任务。2.4 末端执行器方案 2.4.1 方案确定末端执行器是机器人用来直接执行各种操作和任务的器件，作为采摘机械，其末端执行器就是执行采摘工作的机械部分，由于果蔬水分高且外表柔软,而它的形状大小及生长状况复杂,因此末端执行器的设计通常被认为是农业机器人的核心技术之一12。如何在提高末端执行器的采摘能力的同时减少对脆弱的果实的损伤，是目前有关末端执行器设计的方向。根据采摘对象，设计符合要求的末端执行器，采摘机械的采摘对象是脐橙，其形状似椭圆状，一般分布在中部树梢，果实体积较大，一般在50mm80mm之间，容易成串生长。本设计采用切断的方式采摘，但使用旋转嘴将果实捞拢的方式使果实定位。本设计设有临时储果仓，连续采摘三次后再将果实放入果实收集箱中，以提高采摘效率。末端执行器的动力由28式步进电机提供，以皮带传动的方式将动力传输到执行部分，皮带传动比为1。旋转嘴的一端设有齿形槽，方便果梗落入槽内切断。临时储果仓内可容纳34个果实，储果仓的底部设有舱门，舱门与储果仓用弹簧合页连接，储果仓的后部安装有电磁锁，弹簧合页和电磁锁如图2-6所示。图2-6 弹簧合页和电磁锁 2.4.2 结构说明末端执行器结构如图2-7所示，末端执行器由采摘部分和储果部分组成。采摘部分有：28式步进电机5、电机固定架6、皮带轮7、皮带8、挡板9、短轴10、皮带轮11深沟球轴承12、旋转支架13、轴承座14、切刀槽15、切刀片16。它们是这样连接的： 28式步进电机5用螺栓固定在电机固定架6上，皮带轮直接安装在电机输出轴，与电机输出轴过盈配合。电机固定架也用螺栓固定在临时储果仓仓体1上。旋转支架13与电机支架6安装在同一水平面上，两者相距200mm，通过螺栓固定在临时储果仓仓体1上，旋转支架的轴承孔安装深沟球轴承12，轴承外圈与轴承孔采用无间隙配合，挡片9通过螺钉安装在旋转支架13上，轴承外圈通过挡片定位。轴承内圈与短轴10过盈配合，内圈通过轴肩定位。短轴13的小端安装皮带轮11，皮带轮与短轴之间过盈配合，短轴的大端用螺栓连接固定旋转嘴3。旋转嘴3的另一端也与短轴螺栓连接固定，短轴通过轴承和轴承座14固定在与旋转支架对齐的仓体1的另一边，轴承座与临时储果仓仓体1用螺栓固定，轴承座与轴承外圈过盈配合，轴承内圈与短轴过盈配合，采用轴肩定位。切刀槽15用螺栓固定在临时储果仓仓体1上，切刀槽与仓体上表面成120，安装在旋转嘴的齿形槽方向，切刀片安装在切刀槽的槽内，用螺钉固定。临时储果仓部分有：临时储果仓仓体1、隔层4、弹簧合页17、仓门18、电磁锁19组成。它们是这样连接的：隔层4焊接在仓体的中间，用以隔开电机和储果仓。仓体的下部设有仓门18，仓门18用两个弹簧合页17安装在仓体上，在仓体的后部，用螺钉安装电磁锁19.末端执行器通过固定架20固定在机械手臂上。a 末端执行器整体视图b 内部结构图c 末端执行器正视图图2-7 末端执行器结构图1. 临时储果仓仓体 2.上盖 3.旋转嘴 4.隔层 5.28式步进电机 6.电机固定架 7.皮带轮 8.皮带 9.挡片 10.短轴 11.皮带轮 12.深沟球轴承 13.旋转支架 14. 轴承座 15.切刀槽 16.切刀片 17.弹簧合页 18.仓门 19.电磁锁 20.固定架 2.4.3 功能实现末端执行器的工作过程大致是：当视觉系统检测识别目标果实时，控制系统控制采摘机械到达指定采摘位置，此时控制系统向末端执行器发送采摘信号，在电机的驱动下及通过皮带的传动，旋转嘴逆时针旋转，其动作像是捞拢状，将果实捞入旋转嘴中，为减小对果实的损伤，旋转嘴采用柔软的橡胶材料。同时，果梗也落入旋转嘴的齿形槽内，随着旋转嘴的转动，果梗距离切刀片的位置越来越近，当齿形槽与切刀槽形成30时，控制系统给步进电机发送密度更大的脉冲，使得步进电机以更快的速度旋转，将果梗快速切断。当果实被摘下时，果实将顺着仓口滚入大小合适的临时储果仓，此时舱门被电磁锁牢牢锁住，使得仓内是个封闭的环境。当连续采摘三次后，临时储果仓里接近饱和状态，此时暂停采摘动作，将采摘机械手移动到水果收集箱，控制系统给电磁锁断电，电磁锁失去磁力，仓门因水果重力而被打开，水果顺势落入水果收集箱。当所有水果均落入水果收集箱后，弹簧合页利用弹簧弹力将仓门合上。当仓门被合上后，控制系统给电磁锁通电，恢复其磁力。一次完整的采摘过程结束。2.5 结构特点本设计在借鉴前人设计经验的基础上，对采摘机械关键部件进行优化设计，主要创新点有：1.一般采摘机械直接选用拖拉机或者卡车，行走机构主要为前轮转向的转向方式，转弯半径大，在狭小的果树行间无法灵活转向。为此，本设计摒弃前轮转向的方式，改进为四轮转向，即每个轮子都有转向功能，每个轮子具有单独的动力。控制系统通过控制电机的转动量，从而控制轮子的转动角度，协调四个轮子的转动角度就可实现两轮转向、四轮并进、四轮转向和原地转向模式，从而可以在狭小的空间里灵活转向。2.末端执行器是采摘系统的关键部位，针对不同采摘对象，往往会有不同末端执行器，现有末端执行器取果方式上大多采用夹持式，因为夹持力大小不能根据不同果实的柔软程度作调整，所以会对果实造成损伤，降低采摘质量。本设计摒弃传统夹持式执行末端，最大限度减少对果实的损伤，提高采摘质量。设计一种无夹持末端执行器，旋转嘴在旋转过程对果实固定和剪切果梗。设有临时储果仓，连续采摘数次后将果实放入指定框，可极大提高采摘效率。第三章 部分零部件的计算与校核第3章 部分零部件的计算与校核3.1 电机的选择 3.1.1 直流伺服电机负载校核采摘机械属于移动机构，其工作环境和工作性质要求，采用直流电源供电，所以电机选用直流伺服电机作为行走机构的驱动电机。查机械设计手册表25-1-15知，行走机构负载功率为： （3-1）其中：摩擦因数F作用在摩擦表明的垂直压力，N 物体运转角速度，rad/s r轴承旋转半径，m 传动装置效率。 由前面可知，F=2940/4=735N.rad/s.由机械设计手册查得。r=0.041m. .所以=0.026kw 直流伺服电机的额定功率所选电机能够满足设计要求。 3.1.2 步进电机的负载校核假设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量为,根据平行轴定理可得绕第一关节轴的转动惯量为： （3-2）上述方程中，忽略。则绕第一关节轴的转动惯量简化为：同理可得小臂及腕部绕第二关节轴的转动惯量：其中为小臂的重心距第二关节轴的水平距离，为腕部的重心距第二关节轴的水平距离。假设主轴速度为2rad/s,则旋转开始时的转矩为.则所需启动力矩为：上面所得的启动力矩乘上安全系数K后的值与步进电机的最大静转矩比较，我们取安全系数为1.2，则电机的选用符合要求。3.2 机械手尺寸的确定采摘机械的采摘目标为赣南脐橙，脐橙果树呈伞状，高度约2m左右，脐橙的直径在5080mm不等。采摘机械在工作时，希望小车在移动到脐橙树冠边缘时机械手的工作范围能够覆盖果实分布的一半剖面。这样，当采摘机械在行走的过程中，采摘范围就能覆盖整个脐橙分布的范围。定义机械手的基座、大臂、小臂和执行机构的长度为.其中基座的长度=0.35m，根据相关机器人学原理，机械臂类似于人类手臂，大臂的长度与小臂和末端执行器的长度之和相等。对于本采摘机械，由于末端执行器具有临时储果的功能，所以其长度相对会比较长，脐橙由于重力的原因，会将树枝压弯使得脐橙的位置降低，这样，机械手采摘的位置就会降低，为使机械手的工作范围向下扩展，将小臂的长度适度的增大些。故综合这些因素，将大臂、小臂和末端执行器的长度定为3.3 齿轮设计及强度校核转向装置的齿轮传动的设计和校核，根据设计要求，转向的速度设为3.75r/min.传动比i=2.1. 选择齿轮材料：a) 小齿轮：45钢 硬度220HBb) 大齿轮：45钢 硬度170HB2. 确定齿轮许用应力查阅机械设计手册，查得查得为：.根据设计要求，齿轮的工作年限设定为10年，根据具体工作情况，采摘具有季节性，所以每年工作时间大概为2个月。每天工作八小时。所以其应力循环数为：查阅机械设计手册，得：许用应力为：3. 按齿面接触疲劳强度设计小齿轮所传递的扭矩为：计算载荷系数:由机械设计图10-8查得动载荷系数;直齿轮，;由表10-2查得使用系数为;由表10-4用差值法查得，则载荷系数由表10-6查得材料的弹性影响系数为取标准模数4. 校核齿根弯曲疲劳强度查取齿形系数：由表10-5查得查取应力矫正系数：由表10-5查得载荷系数计算大小齿轮的,并加以比较。大齿轮的数值大。对比计算结果，齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，齿轮直径主要取决于齿面接触疲劳强度所决定的承载能力。取模数为2即满足齿根弯曲疲劳强度要求，使用由齿面接触疲劳强度计算出的齿轮直径又满足齿面接触疲劳强度。由于篇幅的原因，其他齿轮的计算过程将略去，根据相同的计算方法和过程，计算其他齿轮传动。基座旋转机构的齿轮传动设计：关节轴转动齿轮传动设计： 驱动齿轮设计：第四章 三维模型的建立与装配第四章 三维模型的建立与装配近年来，随着信息化的高速发展，很多三维建模软件在国内应用广泛，这些三维建模软件主要有：SolidWorks、pro/E、CATIA、UG等，这些软件都有其独特的特点。pro/E是全国高效普遍学习使用的三维建模软件，Pro/ENGINEER系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。参数化设计是Pro/ENGINEER系统最重要的特点。所谓参数化设计是指零件和装配件的物理形状由特征属性值（主要尺寸）来驱动，用户可以随时修改特征尺寸和其他属性。4.1 零件模型的建立采摘机械是个相对复杂的机械系统，机械系统的零件数量较大，有些零件是根据设计要求自行设计，有些零件使用国家标准零件。下面将分别说明这两类零件的三维建模过程。零件建模运用了拉伸、旋转、扫描等方式。 4.1.1 零件的建模1. 轮胎模型的建立1) 设置工作目录 工作目录是Pro/E默认文件保存的路径，在建立模型前设置工作目录，就能使得模型文件默认保存在指定目录中。单击，创建文件夹命名为模型。2) 新建文件，命名为“luntai”，用拉伸命令，草绘矩形，长2512mm，宽150mm。创建轮胎实体。3) 创建轮胎花纹，单击草绘，草绘轮胎花纹。运用拉伸命令，设置拉伸高度为5。4) 阵列轮胎花纹。5) 环形折弯。草绘折弯，如图4-1所示。6) 设置360折弯，完成模型建立。模型如图4-2所示。图4-1 折弯草绘 图4-2 轮胎2. 锥齿轮箱体模型的建立锥齿轮箱体均使用拉伸命令创建。其模型如图4-3所示。图4-3 锥齿轮箱体3. 机架支撑件的建模机架支撑件是电机与行星减速箱的安装载体，其设计尺寸根据两者确定，根据设计的机身高度要求，机架支撑件的高度设定为300mm。截面大小与电机大小配合。其模型如图4-4所示。图4-4 机架支撑件4. 电机模型根据国家标准，设计电机模型，电机的标准尺寸如图4-5所示。电机使用拉伸命令，倒角处使用倒角命令。完成模型如图4-6所示。直流电机步进电机图4-5 电机尺寸图图4-6 电机模型图5. 基座模型建立基座是支撑机械臂和实现旋转自由度的部分。主要零件包括：基座底板、圆锥滚子轴承、固定板、定位筒、内齿轮、基座筒、基座上盖、步进电机、小齿轮、电机支架。其中基座底板、固定板、定位筒、基座筒、基座上盖、电机支架需要建模，轴承与齿轮可以从标准库调用。齿轮通过改变参数就可得到目标齿轮。基座底板是圆柱状，且其外观规则，可以使用旋转命令一次建立实体模型。固定板是矩形，所以使用拉伸命令建立模型。定位筒和基座筒都是规则的空心圆柱实体，所以使用旋转命令完成。电机支架使用拉伸命令完成建模。零件模型如图4-7所示。 a 固定板 b 基座底板 c 基座筒 d 基座上盖e 电机支架图4-7 基座模型图6.机械臂的建模机械臂分为大臂和小臂，大臂和小臂结构相似，均采用的是板状结构，在设计过程中使用拉伸命令。其模型如图4-8所示。它们分别是大臂组成板、小臂组成板、支撑件、电机支架、c型件等大臂组成板小臂组成板 支撑件 电机支架 c型件 小电机支架图4-8 机械臂零件模型7. 采摘机械末端执行器模型末端执行器包括：临时储果仓仓体、上盖、旋转嘴、隔层、28式步进电机、电机固定架 、皮带轮、皮带、挡片、短轴、皮带轮、深沟球轴承、旋转支架、轴承座、切刀槽、切刀片、弹簧合页、仓门、电磁锁、固定架。矩形规则零件均使用拉升及拉升去除材料所得，某些螺纹孔使用孔命令完成。规则圆柱形零件使用旋转命令所得。各零件如图4-9所示。图4-9 末端执行器部分零件图 4.1.2 标准件的建模采摘机械的标准件有：轴承和连接紧固件，具体为深沟球轴承和螺栓螺母及螺钉。在proe中的标准库里，包含有这两类标准件。Proe里的参数化建模的特点方便我们找到合适的标准件。标准库里包含齿轮，改变齿轮的模数、齿数、变位系数、压力角和齿宽，就能得到符合设计要求的齿轮。1. 轴承的调用Proe中的轴承标准库根据国家标准号分类，根据不同轴承的国家标准编号，找到目标轴承,保存。轴承模型如图4-10所示。 深沟球轴承 圆锥滚子轴承图4-10 轴承模型2. 连接紧固件的调用连接紧固件主要是螺栓螺母和螺钉，主要起了定位和固定的作用，在proe的连接紧固件标准库中收纳了几乎所有标准螺栓螺母和螺钉，根据国标号和尺寸，寻找目标模型，其过程如图4-11所示。选取模型如图4-12所示。 打开目标文件 选取目标模型图4-11 选取过程 螺栓 螺母 螺钉图4-12 紧固件模型3. 齿轮的调用修改Proe中的齿轮都是参数化模型，只要改变模型参数再生新的模型就可以得到目标齿轮模型。如图4-13是齿轮调用再生的过程。最后用拉伸去除材料得到轴孔。其模型如图4-14所示。 打开文件位置 保存副本并打开副本图4-13 齿轮模型再生过程 图4-14 齿轮模型4.2 零件的装配完成零件的设计后，按照设计要求的约束关系或者连接方式将零件装配在一起才能形成一个完整的产品或是机械装置。Proe提供的组件模块就是用于装配零件的。在proe系统中，模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，将各零件组装成一个完整的整体并能满足设计功能的过程。 4.2.1 行走机构装配过程由于整个采摘机械结构系统比较大，装配的思路是将零件装配成小组件，小组件再装配成大组件，以此完成整个采摘机械的组装模型。现实组装过程也是如此。首先将轮胎和轮毂组装成一个命名为车轮的组件。将轮胎和电机及行星减速器组装成单元驱动组件，在单元驱动组件中，轴承与机架或轴承与齿轮箱之间采用的约束是销钉约束，需要固定的零件采用固定约束。最后将单元驱动组件安装在机架上，就完成了行走机构组件的安装。其过程大致如图4-15所示。图4-15 行走机构组装过程 4.2.2 机械臂的装配过程机械臂的零件数量少于行走机构，且其结构相对简单些。机械臂的关节主要是实现机械臂的旋转和摆动自由度的。所以，销钉约束会比较多，而且都是沿用之前的方案，将轴承和相对转动的零件之间的约束使用销钉约束，需要实现同步运动的零件之间依然使用固定约束。首先将基座的零件按照约束关系合理的装配在一起，然后将大臂和小臂相继组装起来，完成机械臂的组装。其大致过程如图4-16所示。图4-16 机械臂装配过程 4.2.3 末端执行器装配过程末端执行器是采摘机械的执行装置，在本设计中，末端执行器加入了临时储果的功能，其结构相对简单，但是组成部分较多，零件之间的装配约束主要是固定约束和销钉约束。装配的过程大致是先将整体框架装配起来，再将驱动单元装配进去。其装配结果如图4-17所示。图3-17 末端执行器装配 4.2.4 整体装配上面已经将所有小组件都组装起来了，下面就要根据整体的约束关系和位置关系将采摘机械完整组装起来，行走机构是机械臂和末端执行器的支撑载体，所以在创建大组件后，先调用行走机构，位置关系为缺省，然后添加机械臂，将基座固定在行走机构中，最后将末端执行器固定在机械臂末端的固定架。最后组装结构及采摘机械整体结构如图4-18所示。图4-18 采摘机械模型第五章 锥齿轮箱的有限元分析第5章 锥齿轮箱的有限元分析有限元法是一种高效能、常用的计算方法。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以其广泛应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中。有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。有限元法的基本思路是将一个连续求解区域分割成有限个不重叠且按一定方式相互连接在一起的子域（单元），利用在每个单元内假设的近似函数来分片地表示全解域上待求的未知场函数。这次分析，使用ANSYS workbench分析，ANSYS workbench 15.0是ANSYS公司最新推出的工程仿真技术集成平台。锥齿轮箱使用在行走机构的驱动装置上，其承受相互垂直的两个方向的力，同时，受电机振动影响，所以，主要对锥齿轮箱体进行静力分析，用来校核其结构的刚度和强度。对其进行模态分析，了解其动态特性。由于其受到电机转动时的振动载荷，电机的振动近似于按正弦规律变化的载荷，所以，还需对锥齿轮箱进行谐响应分析。5.1 锥齿轮箱的静力分析静力分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构承受随时间不变的载荷的情况。在ANSYS workbench中，静力分析的基本步骤：（1）选择static structural分析模块（2）导入design model以及其他CAD软件创建的几何模型；（3）添加材料信息（4）设定接触选项（如果是装配体）（5）设定网格划分参数并进行网格划分（6）施加载荷及约束（7）设定求解参数（8）求解（9）观察结果观察锥齿轮箱的应力分布情况和变形情况，再对模型进行优化，再进行静力分析检验优化结果。具体过程如下：选择static structural分析模块启动AWE，然后双击添加static structural 分析模块，如图5-1所示。图5-1 添加静力分析模块导入几何模型选择geometryImport GeometryBrowse命令。在对话框中选中模型，如图5-2所示。图5-2 添加模型添加材料信息：这里我们选用默认的材料。选用的材料为结构钢，材料属性默认。设定网格划分参数并进行网格划分：选择Mesh，右击，点击网格方法命令method，在这里，我们选用的网格划分方法为tetrahedrons（四面体网格划分）。在method的属性中，选择整个实体，点击apply，确定选择。选择Mesh，右击，点击网格尺寸命令sizing。在sizing的属性中，选择整个实体，点击apply，确定选择。并指定网格尺寸为1mm，如图5-3所示。图5-3 网格尺寸设置施加载荷和约束：施加固定约束：选择supportfixed support命令，按住Ctrl键，选中齿轮箱的八个螺栓孔圆柱面，点击apply，确定选择。如图5-4.图5-4 施加固定约束施加载荷约束：方型面端里的阶梯面承受由电机和减速器的载荷500N，圆形面端与轴承配合的圆柱面受到整个机架传递的压力1000N。选择LoadsForce命令，选中阶梯面，点击apply，确定选择，在magnitude栏填入数值500，方向垂直阶梯面朝下。如图5-5所示。图5-5 施加载荷1选择LoadsForce命令，选中圆柱面，点击apply，确定选择，在magnitude栏填入数值1000，方向圆柱面朝外。如图5-5所示。图5-5 施加载荷2设定求解参数，即设定求解何种问题，哪些物理量。这里，我们需要求解其应力和变形。选择DeformationTotal.选择StressEquivalent(Von-Mises)命令。求解。单击Solve求解。观察求解结果。结果如图5-6所示。 等价应力云图 总变形云图图5-6 求解结果从等价应力云图中可以看出，应力最大值为108.04MPa，集中在螺栓孔和拐角处。从变形云图中可以看出，最大变形为0.008mm。最大变形量在锥齿轮箱壁中，为了减少其变形量，设计将齿轮箱壁加厚，再进行分析。图5-7为改进后的模型变形云图。图5-7，改进模型后的变形云图改进后的模型其变形量减少了一般，最大变形仅为0.004mm，说明，增加壁厚可以减少箱体的变形，增加其强度。5.2 锥齿轮箱的模态分析模态分析主要用于确定结构和机器零部件的振动特性，即固有频率和振型。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、故障分析诊断以及结构动力特性的优化设计提供依据。具体分析步骤：由于之前已经进行过静力分析，所以，材料设置和模型导入步骤不用进行。选择Modal模态分析模块，点击右键将Modal拖到项目管理区，如图5-8所示，当项目B的Solution呈红色高亮显示时，放开鼠标，创建模态分析项目C，此时相关联的数据共享。如图5-9所示。图5-8 创建预应力模态分析项目图5-9 创建模态分析后的项目由于材料参数和网格参数之前已经设置好了。只需设置求解参数。求解参数设置：单击analysis setting，设置求解参数，求解前8阶模态。如图5-10所示。求解总变形选择SolutionDeformationTotal命令，在分析树中会出现Total Deformation 选项。单击F2快捷键，更名为Total Deformation 1,并在参数列表中设置参数Mode为1，如图5-11所示。 图5-10 设置模态求解参数 图5-11 总变形参数设置列表利用同样的方法，设置Total Deformation 2和Total Deformation 3，以此类推，最终设计树就会有8阶模态的变形选项。求解结果：单击solve，求解完成后就可单击相应的模态分析选项观察结果。在Mechanical图形窗口下方，可以观察到模型的固有频率，如图5-12所示。图5-12 模型固有频率选择Total Deformation 1选项，此时在图形窗口上出现一阶模态振型。同样，选择其他选项就可观察其他各阶的模态分析结果。所有结果如图5-13所示。 一阶模态振型 二阶模态振型 三阶模态振型 四阶模态振型 五阶模态振型六阶模态振型 七阶模态振型八阶模态振型图5-13 模态振型图观察结果：从各阶振型图中可以得知其固有频率和该频率下的变形，如下表所示：表5-1 各模态的固有频率和最大变形量Mode固有频率（Hz）最大变形（mm）12801.4226.1422863.8254.5433277.1438.0244168.4203.655333.6459.3465999.5455.8876063.8311.0186701.7381.98直流电机振动的频率在1000Hz以下，远远没有达到锥齿轮箱的振动频率，因此，锥齿轮箱与电机不会发生共振，使用寿命不会受到影响。第六章 工程经济分析第6章 工程经济分析工程经济分析是指对各种技术方案的经济效益进行计算、分析和评价，使得应用于工程的技术能够有效地为建设服务。其意义在于提高社会资源利用效率、降低项目投资风险等。采摘机械研究历程已经快半个世纪了，研究的成果也很多，但是仍然无法在市场上推广，虽然有些国家已经在使用采摘机械进行作业，但目前很多比较完善的采摘机器人只能在实验室完成其研究工作，原因就是采摘机器人涉及多方面的领域，设计制造成本过高，采摘的效果不尽人意，采摘的效率更是不容乐观，同时，采摘具有季节性，往往一种采摘机器人智能采摘一类水果，采摘机器人的利用效果不好，应用采摘机械进行采摘的经济效益无法与人工的抗衡。采摘机械的在采摘过程中对果实损伤比较大，间接地减少了果农的经济收益，同时，采摘机械系统稳定性较差，导致其工作效率较低，无法与人工相比。随着技术的发展和制造工艺的提升，可以极大地提高其机械性能，使得采摘机械系统稳定性提高，成本降低，使用率提高，果农的经济收益将加倍增长。这样采摘机械的社会效益也将提高，更重要的是将解放一大批劳动力，间接提高社会资源的利用率，所以说，采摘机械具有巨大的市场前景。总结总结毕业设计是大学四年的一次阅兵，检验我们在四年中学习的基础及专业知识的掌握情况。本人对机器人有着一腔热血，科幻电影中那些呆萌又智能的机器人真是人类最杰出的发明，虽然那些只是编剧创造的机器人，现实生活中还没有，但是随着科技的发展和技术的提高，电影中的情景一定会成为现实。希望通过完成毕业设计，能够更加深入地了解机器人，采摘机械不同于服务型机器人，采摘机械系统庞大，需要完成果实的采收，属于户外工作的收获机器人。三个多月的设计，使得我的各项水平都有很大的提高，也学习了其他没能在课本上学到的知识和能力。从方案确定到模型设计，是一个从认知到领会的过程，期间遇到困难和难题无数，对于我来说，这是个全新的领域，也是一项综合的领域。由于自身机械专业背景，所以对于结构设计也不是十分困难，只要静下心，解决难题，就可以顺利地完成工作。采摘机械主要有三大部分，包括行走机构、机械臂和末端执行器。方案确定的过程中需要融入创新设计，创新不是易事，特别是头脑风暴盛行的今天，虽然如此，也还是能够找到一些能够创新的地方，机械系统庞大，创新的空间就很大，所以，只要多看看前人设计的优秀作品，还是能够找出创新地方。模型设计是个繁琐的过程，需要查阅各项国家标准，设计方法和计算过程也是需要借鉴前人经验，设计一项产品，需要考虑很多因素，在这里，需要感谢我的指导老师王均刚老师，在他的指导下，我少走了狠多弯路，他对我方向性的指导，不仅锻炼了我的能力，也让我能以更快更好的方式学习更多知识。我查阅了近百篇文献，从研究进展到每个部分的设计优化都学习了很多知识，现在，关于采摘机械的基本知识，我都能够理解。查阅大量文献后，根据自己的想法，我慢慢确定了方案。方案确定后，就要进行具体设计工作，在老师的指导下，决定用proe软件完成三维模型的设计，设计过程耗费大量时间，但这些都是值得的，设计过程中还是遇到许多问题，比如，调用标准件时，查找目标模型遇到困难。但是最终在老师的指导下，我想方设法解决问题，最后能够完美解决。还有，从三维模型转换成工程图，会出现很多规范性的问题，这些需要查阅国家标准解决。一张规范的工程图需要花费大量的心血和时间，最后，就是编写设计说明书，说明书的编写过程就是整理我们的设计思路，我们的每项设计工作和结果都在说明书中体现。最后，再次感谢指导老师对我的谆谆教诲，还有毕设小组同学的帮助，有了你们的帮助，我才能顺利地完成毕业设计。由于我的专业水平有限，设计的作品存在许多不足之处甚至是错误，希望老师能够指出错误，以完善设计，我必虚心修改，提升自身能力。参考文献参考文献1 顾宝兴. 智能移动式水果采摘机器人D. 南京: 南京农业大学, 2012: 1-41.2 张洁, 李艳文. 果蔬采摘机器人的研究现状 问题及对策J. 机械设计,2010, 27(6):1-3.3 Gotou K, Fujiura T,Nishiura Y, et al. 3-D vision system of Tomato production robotJ. 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Intact mango fruit was handled and manipulated by the robot gripper and the major physicochemical properties related with their ripening index were analysed.Partial least square regression models (PLS) were developed to explain these properties according to the variables extracted from the accelerometer signals.Correlation coefficients of 0.925, 0.892, 0.893 and 0.937 were obtained for the prediction of firmness, total soluble solids, flesh luminosity and the ripening index, respectively. This research showed that it is possible to assess mango firmness and ripeness during handling with a robot gripper.Keywords: robot gripper, non-destructive, firmness, ripening index, mango1. INTRODUCTIONMango (Mangifera indica L.) is a tropical fruit with high added-value and among the most widely cultivated and consumed fruit in tropical regions. It is the fifth fruit in global consumption and third among tropical fruits, immediately behind banana and pineapple. It has been cultivated in India for more than 4000 years,but the increasing demand has stimulated production of mango and nowadays is being grown in more than 80 countries. The major producers of mango in terms of volume are India, China and Thailand (FAOSTAT, 2014). In Spain,cultivation of mango is centered in two regions, Andaluca and the Islas Canarias. Due to its good climatic adaptation, the absence of pests and the increment in inside market, Mlaga region (Andaluca) has shown a significant increase during last years. Therefore, all future predictions point to an increase in the expansion of the mango market, thus extending their growing areas,productions and markets.Mangoes are climacteric fruits, and their ripening process takes place rapidly during post-harvest time after being picked. During the ripening process, several physiological and biochemical pathways are activated simultaneously bringing changes in the fruit (Bouzayen et al., 2010), which are initiated by autocatalytic production of ethylene and increase in respiration. The changes observedgenerally include textural softening (Yashoda et al., 2007; Jha et al., 2010),changes in colour due to the disappearance of chlorophyll and appearance of other pigments as carotenoids (Gouado et al., 2007; Zaharah et al., 2012;Rungpichayapichet et al., 2015), loss of organics acids, increase of soluble solid content, decrease of tritatable acidity and in general changes in taste, aroma and flavour (Singh et al., 2013). Accurate determination of fruit ripening stage is important to determine the packing procedure in the postharvest handling (Hahn, 2004) and to provide a consistent supply of good quality fruit (Saranwong et al., 2004). The measurement of total soluble solids, starch content, acidity, or firmness, are used as maturity index, but not always these parameters are correlated with optimal fruit quality. Among these parameters,firmness has been considered a reliable indicator of mango maturity at harvest and ripeness stages during commercial mango handling, as well as an important tool for growers, importers, retailers and consumers (Padda et al.,2011). Firmness can be measured manually by a trained person with a hand held penetrometer but this technique shows many disadvantages in terms of poor repeatability, subjectivity and is limited at certain stages of maturity(Peacock et al., 1986). The use of automated penetrometers is another alternative to measure the firmness of mango fruit but shows the disadvantage that is a destructive method which can be applied only to one sample of a fruit batch. The development of a reliable non-destructive method to assess the mango ripeness at the packing site is critical to the success of the mango industry.Mango fruit primary packaging operations are usually done by hand. Humanmanipulation is able of handling mangoes with care at high speed and, at the same time, sorting the mangoes by certain quality attributes. This manual operation could spread foodborne diseases and operators can suffer musculoskeletal disorders for repetitive movements. In the automation of primary packaging lines in food industry, robotics has clear opportunities(Wilson, 2010). To achieve the objective, robot grippers need to improve their ability for handling irregular and sensitive products like mango fruit, and incorporate tactile sensing. Different solutions regarding the development of robot grippers for handling fruits and vegetables have been proposed by Blanes et al., 2011. In this study, gripper finger should be adapted to the product for achieving an adequate manipulation by means of the actuation on the gripper mechanisms (Meijneke et al., 2011). Some developments related to the use of this technology can be found in industrial applications (Lacquey,www.lacquey.nl). Jamming grippers have a tremendous potential in robotics(Jaeger et al., 2014). By using the jamming of granular material it is possible to adapt product shapes and, at the same time, manipulate irregular products(Brown et al., 2010). Despite of the developments made in the tactile sensors for robotic applications, the entry in the industrial automation is extremely lowe specially due to the lack of reliable and simple solutions (Girao et al., 2013).Some developments can be found for vegetable grading using tactile sensing in robot grippers. Naghdy and Esmaili, 1996 use the measurement of the current of the gripper actuator. Bandyopadhyaya et al., 2014 employ piezoresistive force sensors, and Blanes et al., 2015 use accelerometers attached to the gripper fingers.The aim of this paper is to evaluate the use of a robot gripper in the assessment of firmness of mango fruit, cv. “Osteen” and to establish relationships between the non-destructive robot gripper measurements with embedded accelerometers in the fingers and the ripening index of mango fruit.2. MATERIALS AND METHODS2.1. Experimental procedureA batch of 350 Mangoes (Mangifera indica L., cv Osteen) manually harvested in Malaga (Spain) were selected showing uniform size and color and free of external blemishes or infections.All mangoes were washed with a soap solution prepared with two drops ofdishwasher with water and dried with disposable paper to completely remove water from the surface. Mangoes were individually numbered and randomly divided into 7 sets of fifty mangoes (A, B, C, D, E, F and G). All sets were stored during one day in a cold chamber (11.9 0.4 C and 84.3 1.7% RH) until gripper tests started. Thus, fruits of set A were analysed one day after reception and the remaining groups were placed in the storage chamber at 18.0 2.1 C and 67.6 3.3% RH. Every 2 days, the next set was removed from the storage chamber and fruits were analysed. From each set, all the mangoes were handled by the robotic gripper. Twenty fruits were used to evaluate the mechanical properties, the internal composition (brix, pH and titratable acidity) and the flesh colour, and the other thirty fruits were used to evaluate the damage caused by the robotic gripper. These fruits were maintained in the storage chamber during two weeks after handling in order to detect fruit bruises.2.2. Robotic gripperBased on the experiences and results of previous tests (Blanes et al., 2014), a specific robot gripper was designed and manufactured for handling and the assessment of mangoes (figure 1). The gripper has parallel action and is actuated by one pneumatic cylinder. It has three fingers (A, B and C) and one suction cup located between the fingers B and C. To ensure the manipulation of mango fruits without damaging, the fingers of the robotic gripper adapt to the irregular shapes of the mangoes. The adaptability of the fingers B and C was achieved by means of their three free rotations while the adaptability of finger A is based on the use of jamming transition of its internal granular fluid. The pad of finger A is a latex membrane filled with sesame seeds. This pad is soft whenits internal pressure is atmospheric or slightly positive because the sesame seeds are loose and the friction forces between them are low. On the other hand, the pad is hard when its internal pressure is negative and the sesame seeds are in contact and for hence there are friction forces between them.Every finger has at its rear side an analog accelerometer ADXL278 connected to a data acquisition USB NI-6210 device. The gripper is attached to an ABB IRB 340 FlexPicker robot. The gripper open-close operation is controlled by an electro-valve, the suction cup by a vacuum generator electrically piloted and the state soft or hard of the pad of finger A with another vacuum generator electrically piloted with blow action function. A robot program controls the gripper movements and all its devices for the good performance of the gripper.2.3. Physicochemical analysisIn order to assess the firmness and ripeness of mango fruits, mechanicalproperties, internal composition, and flesh color of mangoes were analyzed. All of these analyses were performed immediately after robotic gripper measurements. A total of 140 samples were evaluated (20 fruits per set).The mechanical properties were analyzed through a puncture test by using a universal test machine (TextureAnalyser-XT2, Stable MicroSystems (SMS)Haslemere, England). The test was performed with a punch of 6mm diameter (P/15ANAMEsignature) to a relative deformation of 30%, at a speed of 1 mm/s by triplicate. Sample dimensions were measured with calipers before the analysis and force-true stress data were estimated from the force-distance data (Dobraszczyk & Vincent, 1999). The fracture strength (F), the deformation in the fracture point (DF), and the slope of the linear range until the fracture point, were characterized for the samples.The internal composition was analyzed through the total soluble solids (TSS), pH and the titratable acidity (TA) of the samples. TSS content was determined by refractometry (Brix) with a digital refractometer (set RFM330+, VWR International Eurolab S.L Barcelona, Spain) at 20C and with a sensitivity of 0.1 Brix. The analysis of TA were performed with an automatic titrator (CRISON, pH-burette 24, Barcelona, Spain) with 0.5N NaOH until a pH of 8.1 (UNE34211:1981) using 15g of crushed mango and diluting it in 60 mL of distilled water.2.4. Robot operationPreviously to the physicochemical analysis, mangoes were placed manually over a cradle where the gripper picks them up. Robot moves down till locate the gripper center tool in the mango position. During 0.03 seconds the finger A pad is blown to ensure a soft behaviour before the mangoes are grasped. Then the gripper starts to close their fingers. The pad of the finger A is soft and can adapt to the mango shape during the first contact between the mango and the pad.During this first contact the fingers B and C rotate till find the parallel orientation to the shape of the mango and for hence their accelerometers are then oriented perpendicular to the mango surface. After a stabilization period of time, a negative pressure changes the pad state from soft to hard and the vacuum of the suction cup starts. The hard state was used during robot displacements and clashes for sensing the mangoes. Robot moves up the gripper and mango fruit and starts a cycle loop of five quick opening and closing clashes while the mango was maintained attached to B and C fingers due to the action of the suction cup. During the first clash the pad changed again from soft to hard, soft when was open and hard after the closing action when the pad was in contact with the mango fruit. If mangoes were grasped from the cradle the fingers adapt its orientations and shapes while mangoes keep its contact against the cradle. When the grippe
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