【农业机器人作业末端执行器设计案例1600字】

农业机器人作业末端执行器设计案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u221981.1刀具选择研究与分析 145061.1.1刀具类型选择 1116821.1.2刀具的技术要求 3192351.1.3刀具的设计及建模 3222121.1.4刀具的设计思路及选材 61.1刀具选择研究与分析1.1.1刀具类型选择常见农业除草机器人中的切割器一般分为往复式[18]和回转式[19]两种。往复式切割器的原理是利用动刀片与定刀片之间的往复的剪切运动将杂草切断，其结构简单，适应性较广。它能适应一般或较高作业速度（6-10km/h）的要求，工作质量较好。但其动刀片作往复运动时会产生一定的冲击载荷和惯性力，振动较大，对割台及切割器自身部件的寿命造成影响；由于切割时间长和茎秆有多次切割现象，则切割不够整齐。图1.1为几种常见的往复式切割器类型：（a）标准型（b）双刀距行程型（c）低割型（d）中间型（e）双动割刀型。(a)(b)(c)(d)(e)图1.1往复式切割器1.回转式切割器作旋转运动，其切割速度高、运转平稳、振动小、较少出现故障，但其割幅受到圆盘直径的限制，通常不超过1.5m。此外，回转式切割器最大的缺点是圆盘形的动刀寿命较短，维修费用较高，因此目前圆盘式切割器的使用较少。图1.2为几种常见的回转式切割器：(a)直线型(b)曲线型(C)光刃圆盘型(d)锯齿圆盘型(e)行星回转型(f)星齿型。(a)(b)(c)(d)(e)(f)图1.2回转式切割器认真研读过许多文献后决定选择设计回转式切割器，参考前辈所设计的刀具进行自我创新设计。1.1.2刀具的技术要求我此次设计的作业末端执行器由三个部分组成：刀盘、刀柄和刀片。本次设计的作业末端执行器是一个小型刀具，刀盘直径为100mm，厚度为10mm；刀柄长度为81mm，宽度为10mm，厚度为8mm；刀片长度60mm，宽度为9.5mm，厚度为1mm；整个刀具直径为265mm。刀柄、刀片数量为四。刀盘、刀柄所选择的材料为合金钢。刀片所选材料为65Mn。1.1.3刀具的设计及建模刀盘为直径100mm，厚度10mm的圆盘，中间设计了一个直径20mm的圆槽作为连接刀架的部位。刀柄长度为81mm，宽度为10mm，厚度为8mm，成45度角与刀盘连接。刀柄上挖出一个深度为1mm的凹槽作为放置刀片的位置。刀柄上打出三个圆孔，打上螺纹线，通过螺栓将刀柄和刀把进行固定。刀片长度60mm，宽度为9.5mm，厚度为1mm。以下图1.3（a～e）是我所设计的农业机器人作业末端执行器的建模图。（a）（b）（c）（d）（e）图1.3农业机器人作业末端执行器的建模图1.1.4刀具的设计思路及选材（a）刀具选材思路：此设计中刀盘、刀柄选用合金钢考虑到合金钢有较强的强度和韧性，不易变形、开裂，应用范围广；刀片选用65Mn主要考虑到65Mn有较强的耐强酸、强碱性，作为刀片比较合适[20]。（b）选择用刀柄连接刀片的思路：此设计中选择使用刀柄连接刀片主要考虑到成本问题，将刀盘直径减小，延伸出刀柄，所需材料远远少于使用完整刀盘，可以大大较少成本；同时也能减轻重量，降低马达要求及耗电量。（c）选用长刀片的思路：此设计中使用较长的刀片主要是为了增加切割面积，减少漏割率。（d）选用四个刀片的思路：此设计选择四个刀片主要考虑到刀片数量的增多有利于减少漏割率，四个刀片也有利于刀具切割时的平衡；但刀具过多对减少漏割率效果有限，同时也浪费材料，因此我选择了使用四个刀片。（e）刀片和刀柄选择与刀盘成45度角的思路：与此设计中刀柄和刀片选择与刀盘成45度角的原因主要考虑到以下四点：首先考虑到切割效率问题，在研读文献中有文章对不同角度刀具切割枝条进行仿真分析，结果显示45度角切割枝条效率最高[21]，因此我做的切割杂草原理相同，也选择刀柄和刀片与刀盘成45度角进行切割；其次是考虑到成45度角切割时相比平行切割时切掉的杂草更多，所剩余的杂草更少，对农作物的生长更有利；再者考虑到切割杂草时刀片难免沾有杂草的汁液等，刀柄和刀片与刀盘成45度角不易残留汁液，有利于刀片的保养，增加刀片的使用寿命；最后还考虑到的是安全问题，成45度角让使用者在使用后清洁时更加安全，不会一不小心刀头刀背没分清导致割伤。（f）使用可拆卸刀片的思路：此设计选择