篮球清捡黄瓜采摘机械手结构设计

分类号______________

密级______________

毕业设计（论文）

篮球清捡黄瓜采摘机械手结构设计

所在学院_____________________________

专业_____________________________

班级_____________________________

姓名_____________________________

学号_____________________________

指导老师

年月日

摘要

黄瓜采摘机又称篮球机、街头篮球机，将篮球运动中的黄瓜采摘动作独立出来而成

的一种最新潮的体育休闲设备，参加游戏者须在一定的时间内尽可能多的黄瓜采摘得

分，超过一定的分数即可进入下一关，是新兴的体育运动方式。黄瓜采摘机是仿照篮球

运动繁衍出来的一种以黄瓜采摘为方式的游戏机，玩家放入游戏币从而触发游戏，玩家

需在限定时间内投中所要晋级分数才可继续挑战游戏，一般投进一个球为2分（时间和

分数可以自由设定）。

黄瓜采摘机活动不需任何篮球基础就可以进行，有益有趣，寓动于乐、锻炼强度适中，

并且具有容易上手，欲罢不能的特点，能在短时间内迅速汇聚人气、吸引眼球，是增强

人们互动的街头娱乐新选择。

生活中大量的时间人们都成了电视和电脑的俘虏，不是不想锻炼，只是工作太忙、

节奏太快，没有更多的时间和合适的地方让人们一天僵硬的身体动一下。长期久坐、缺

乏锻炼，造成的各种奇怪的都市病成了影响人们健康的主要问题。篮球休闲运动有趣不

枯燥，动作简单，但可以让身体在快乐中得到舒展和锻炼。

本文研究一种黄瓜采摘黄瓜采摘机械手，或者叫做黄瓜采摘机械手，机械手不仅要模仿

黄瓜采摘的整个动作，还要能够自动调整位置，暗准篮筐，提供动力抛出篮球。

关键词：黄瓜采摘，机械手，调整，模仿

Ill

Abstract

Therobotpalletizerisverysuitablefortheflexiblepackagingproductionline,

greatlyshortenthecycletimeofpackaging.Withhighprecision,andexcellent

trackingperformanceofconveyorbelt,whetherfixedpositionoperation,or

movementintheoperation,thepickandplaceprecisionarefirst-class.Smallsize,fast

speed,equippedwithafullsetofauxiliaryequipment(fromtheintegratedairand

signalsystemtocatchfeeder).Supportingtheuseofpackagingmachineryintegration

software,simpleprogramming,itisveryconvenient.Fromtheefficiency,palletizing

robotcannotonlybearthehighload,andthespeedandqualityismuchhigherthan

thatofartificial.Therobotpalletizerisverysuitablefortheflexiblepackaging

productionline,greatlyshortenthecycletimeofpackaging.Withhighprecision,and

excellenttrackingperformanceofconveyorbelt,whetherfixedpositionoperation,or

movementintheoperation,thepickandplaceprecisionarefirst-class.Smallsize,fast

speed,equippedwithafullsetofauxiliaryequipment(fromtheintegratedairand

signalsystemtocatchfeeder).Supportingtheuseofpackagingmachineryintegration

software,simpleprogramming,itisveryconvenient.Fromtheefficiency,palletizing

robotcannotonlybearthehighload,andthespeedandqualityismuchhigherthan

thatofartificial.

Therobotpalletizerisverysuitablefortheflexiblepackagingproductionline,

greatlyshortenthecycletimeofpackaging.Withhighprecision,andexcellent

trackingperformanceofconveyorbelt,whetherfixedpositionoperation,or

movementintheoperation,thepickandplaceprecisionarefirst-class.Smallsize,fast

speed,equippedwithafullsetofauxiliaryequipment(fromtheintegratedairand

signalsystemtocatchfeeder),Supportingtheuseofpackagingmachineryintegration

software,simpleprogramming,itisveryconvenient.Fromtheefficiency,palletizing

robotcannotonlybearthehighload,andthespeedandqualityismuchhigherthan

thatofartificial.

KeyWords：palletizer

4

目录

第一章前言

1.1黄瓜采摘机械手概述.............................................1

1.2黄瓜采摘机械手组成和分类....................................2

1.2.1黄瓜采摘机械手组成.......................................3

1.2.2黄瓜采摘机械手分类.......................................4

第二章黄瓜采摘机械手设计方案

2.1黄瓜采摘机械手坐标型式与自由度...............................5

2.2黄瓜采摘机械手手部结构方案设计...............................6

2.3黄瓜采摘机械手手腕结构方案设计...............................7

2.4黄瓜采摘机械手手臂结构方案设计...............................8

2.5黄瓜采摘机械手驱动方案设计...................................9

2.6黄瓜采摘机械手控制方案设计...................................10

2.7黄瓜采摘机械手主要参数.......................................11

2.8黄瓜采摘机械手技术参数列表...................................11

第三章手部结构设计

3.1夹持式手部结构...............................................12

3.1.1手指的形状和分类.......................................13

3.1.2设计时考虑的几个问题...................................14

3.1.3动力设计...............................................15

第四章手腕结构设计

4.1手腕自由度...................................................16

4.2手腕驱动力矩的计算..........................................16

4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩..............................17

4.2.2回转气缸的驱动力矩计算................................18

第五章手臂伸缩，升降，回转气缸的设计与校核

5.1手臂伸缩部分尺寸设计与校核...................................19

5.1.1尺寸设计...............................................20

5.1.2尺寸校核...............................................21

5.1.3导向装置.............................................22

5.1.4平衡装置.............................................23

5.2手臂升降部分尺寸设计与校核..................................23

5.2.1尺寸设计..............................................23

5.2.2尺寸校核..............................................23

5.3手臂回转部分尺寸设计与校核..................................23

5.3.1尺寸设计..............................................24

5

5.3.2尺寸校核...............................................25

结论.................................................................26

致谢.................................................................26

参考文献.............................................................27

专业相关的资料.......................................................27

6

摘要

黄瓜采摘机又称篮球机、街头篮球机，将篮球运动中的黄瓜采摘动作独

立出来而成的一种最新潮的体育休闲设备，参加游戏者须在一定的时间内尽可能

多的黄瓜采摘得分，超过一定的分数即可进入下一关，是新兴的体育运动方式。

黄瓜采摘机是仿照篮球运动繁衍出来的一种以黄瓜采摘为方式的游戏机，玩家放

入游戏币从而触发游戏，玩家需在限定时间内投中所要晋级分数才可继续挑战游

戏，一般投进一个球为2分（时间和分数可以自由设定）。

黄瓜采摘机活动不需任何篮球基础就可以进行，有益有趣，寓动于乐、锻炼强度

适中，并且具有容易上手，欲罢不能的特点，能在短时间内迅速汇聚人气、吸引

眼球，是增强人们互动的街头娱乐新选择。

生活中大量的时间人们都成了电视和电脑的俘虏，不是不想锻炼，只是工作

太忙、节奏太快，没有更多的时间和合适的地方让人们一天僵硬的身体动一下。

长期久坐、缺乏锻炼，造成的各种奇怪的都市病成了影响人们健康的主要问题。

篮球休闲运动有趣不枯燥，动作简单，但可以让身体在快乐中得到舒展和锻炼。

本文研究一种黄瓜采摘黄瓜采摘机械手，或者叫做黄瓜采摘机械手，机械手不仅

要模仿黄瓜采摘的整个动作，还要能够自动调整位置，瞄准篮筐，提供动力抛出

篮球。

设计的手臂考虑到工作要求不高，负荷量也少，所以在设计中最优先的同步电机

驱动轴电动机选择第二，那个底盘动力大马达，第二轴力的最初的选择的马达选

择的第3轴力比前两个比较小马达，压铸底盘，想模L底盘一定沉重，否则可能

会翻车，整个机器臂板金，一是考虑的镀金加工简单，成本低，可塑性强，轴的

位置固定旋转，选择用轴承固定轴承的部件用车床加工。关于用手指数控铳床。

设计时第1轴底盘旋转才3个齿轮减速，两个但是空间和想不允许，4:1：降速,

7

最初和第2共计4:1减速作用，第二第三的配合从1对1转空间为目的的。然后第

三个齿轮一些螺丝洞，固定电话。第二轴旋转轴固定底盘转盘上，选择了，小轴

承为轴，驱动被使用了的最初的齿轮固定电机直接上升第二的手臂固定齿轮，达

到3：降速。第三部分和第二轴肘轴和同样的原理只有齿轮设计上，采用的是3:

2的减速配合。极限方案1：正是距离极限开关，即极限位置触发马达电源开关后。

极限方案2：终于传感器控制，本设计中比较适合的是光耦传感器，即红外线发

射信号，物体的运动到极限位置发射极接收机的信号传感器接收后传控制器、电

动机的停止转动。极限方案三：采用的是硬性限制和挡板冲突限制，机器臂运动

距离手其构造限制，手臂的运动服结构位置前，其自动停止，必须让。简单方便

考虑木设计直接那个方案。黄瓜采摘机械手可分为专用黄瓜采摘机械手与手的2

种类通用机械：

专用黄瓜采摘机械手

那是附属实体，一定的程序独立控制系统的机械装置。

通用黄瓜采摘机械手

它是一种独立控制系统的程序的动作，变数，灵活多样的黄瓜采摘机械手。

性能的距离内，其变量的行动程序，不同的场合使用调整，驱动系统和控制系统

是一个独立的。

驱动方式分

液压传动手

液压驱动的执行机关的压力的运动的黄瓜采摘机械手。其主要特点是：几百

公里以上重，传动平稳，结构紧凑，动作机敏。

气压传动手

压缩空气的压力驱动的执行机关的运动的黄瓜采摘机械手。

机械传动手

即机械传动机构（例如，凸轮，连杆、齿轮机架或间歇机构等）驱动的黄瓜

采摘机械手。它是一种附属的专用黄瓜采摘机械手工的主机，机床，其动力传输

的。它的主要特点是正确的信赖的工作中使用的运动，主机上，材料。工作频率

很大，但结构较大，行动程序不可变。

电力传动手

即特殊结构的感应电动机，线性马达和电力步进电机直接驱动的执行机关从

8

手中的运动机械，中间的转换器，所以不必，机械的构造简单。其中的线性马达

黄瓜采摘机械手的运动速度快和距离长，维护和方便。这个机器的手还不多，但

是有发展前途。

按控制方式分

1,时候控制它的退动空间点时间之间的移动，只控制运动过程中一些位置

控制不了时，其运动轨迹。若欲望控制的点，必然的增加电气控制系统的复杂性。

目前使用的专用和通用工业黄瓜采摘机械手。

2,连续轨迹控制其运动轨迹空间的任意连续曲线，其特点是设定时无限的

移动，整个过程控制下，可以实现平稳和正确的运动，并且使用距离广，电气控

制系统的复杂。这一种工业黄瓜采摘机械手一般小型计算机控制。

第一章前言

1.1黄瓜采摘机械手概述：

黄瓜采摘机又称篮球机、街头篮球机，将篮球运动中的黄瓜采摘动作独

立出来而成的一种最新潮的体育休闲设备，参加游戏者须在一定的时间内尽可能

多的黄瓜采摘得分，超过一定的分数即可进入下一关，是新兴的体育运动方式。

9

黄瓜采摘机是仿照篮球运动繁衍出来的一种以黄瓜采摘为方式的游戏机,玩家放

入游戏币从而触发游戏，玩家需在限定时间内投中所要晋级分数才可继续挑战游

戏，一般投进一个球为2分（时间和分数可以自由设定）。

黄瓜采摘机活动不需任何篮球基础就可以进行，有益有趣，寓动于乐、锻炼强度

适中，并且具有容易上手，欲罢不能的特点，能在短时间内迅速汇聚人气、吸引

眼球，是增强人们互动的街头娱乐新选择。

生活中大量的时间人们都成了电视和电脑的俘虏，不是不想锻炼，只是工作

太忙、节奏太快，没有更多的时间和合适的地方让人们一天僵硬的身体动一下。

长期久坐、缺乏锻炼，造成的各种奇怪的都市病成了影响人们健康的主要问题。

篮球休闲运动有趣不枯燥，动作简单，但可以让身体在快乐中得到舒展和锻炼。

本文研究一种黄瓜采摘黄瓜采摘机械手，或者叫做黄瓜采摘机械手，机械手不仅

要模仿黄瓜采摘的整个动作，还要能够自动调整位置，瞄准篮筐，提供动力抛出

篮球。

黄瓜采摘机械手和手腕能模仿的几个动作机能，有一定的程序，搬运抓取物件和

操作工具的自动操纵装置。黄瓜采摘机械手最早工业黄瓜采摘机械手，最早是现

代黄瓜采摘机械手，它可以代替人的繁重的劳动生产机械化，自动化，有害环境

下的操作是保护人身安全，广泛的机械制造、冶金、电力的孩子，轻工和原子力

等部门。

现在的生活，科学技术日新月益的进展，黄瓜采摘机械手和人的手臂的最大的不

同是温柔与坚强。也就是说黄瓜采摘机械手的最大优点重复同样的动作机器的正

常情况下永远也不累！黄瓜采摘机械手臂也越来越广泛应用，黄瓜采摘机械手这

几十年的发展的一种高科技自动生产设备，工作环境的精度和工作能力。工业黄

瓜采摘机械手黄瓜采摘机械手的重要转折。

根据种类的不同，驱动方式可分为液压式，气动式，电动式，机械式。特征是通

过编程结束了各种各样的预期的作业，结构和功能兼备的人和机械的各自的长处

手机器。

10

1.2黄瓜采摘机械手组成和分类

1.2.1.黄瓜采摘机械手组成

黄瓜采摘机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置

等所组成。各系统相互之间的关系如方框图2T所示。

।控制系统驱动系建—执行机构—*

------位置检棚装置一一~

黄瓜采摘机械手组成方框图：1-1

（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1♦手：

即物件的接触的零件。物件的形状不同而接触，可分为支持式和吸附式手本

课题采用支持式手部构造。支持式手部（手手指或指甲）和传力机关构成。手指

和直接接触部件的物件，是常用的手指的运动形式旋转型和移动型。回转型手指

结构简单，制造容易，所以广泛应用。平移型应月少，其原因是结构复杂，但移

动型手指支持圆形零部件的时候，工作直径变化其轴的位置.，为了不影响，适当

的支持直径变化距离大的工作。手指的构造来抓住物件的表面形状，被逮捕的部

位（外形和内孔）和物件的重量和尺寸。常用的手指形状的平面，V方面和曲面

的：手指有外夹式和内支持式；指数和双式，多指式和双手双和式等。然后传力

机构，手指发生夹紧力夹物件的任务。传力机构型式较多时常用的：射门杠杆式,

连杆杠杆式，斜面杠杆式、齿条和amp；小齿轮式、螺丝螺母弹簧式和重力式等。

手腕：

连接部是手和手腕零件可以使用调整抓住物件的方位（即姿势）

手臂：

支承臂被抓的物件，手和手腕重要部件。手臂的作用是手指抓取物件预定要

求搬运到指定的位置。工业黄瓜采摘机械手手腕是通常的驱动手臂运动的零件

（例如缸，汽缸，齿轮齿条机构，链接机构，螺旋的机构和凸轮机构等）和驱动

11

源（例如液压，气压和电机等）合起，手腕动作，实现。

柱：

柱子支承臂零件，柱子也手臂的一部分，手瞥的旋转运动和升降（或间距）

运动柱有着密切的关系。黄瓜采摘机械手立I的工作需要，有时也横移动，也就

是被称为移动式柱。

行车装置：

本工业黄瓜采摘机械手完成的应该是远程操作，或使用距离扩大，机械基础

不安走盘式机关装运车轮铁轨等装置，行驶实现工业黄瓜采摘机械手机械运动。

盘式布路面和无轨的2种。驱动滚轮运动又增设机械传动装置。

6,皮带驱动：

（二）驱动系统

常用的驱动系统液压传动，空气传动，机械传动.控制系统是支配着「业黄

瓜采摘机械手规定要求的运动的系统。现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序

控制系统和电定位（或机械块定位）系统构成。控制系统，电气控制和流体控制

两种，它的支配着黄瓜采摘机械手规定的程序运动，

（2）的控制系统

现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序控制系统和电定位（或机械块定位）系

统构成。

1.2.2.黄瓜采摘机械手分类

（1）用途分

黄瓜采摘机械手可分为专用黄瓜采摘机械手与手的2种类通用机械：

1,专用黄瓜采摘机械手

那是附属实体，一定的程序独立控制系统的机械装置。

2,通用黄瓜采摘机械手

它是一种独立控制系统的程序的动作，变数，灵活多样的黄瓜采摘机械手。

性能的距离内，其变量的行动程序，不同的场合使用调整，驱动系统和控制系统

是一个独立的。

（二）驱动方式分

1,液压传动手

12

液压驱动的执行机关的压力的运动的黄瓜采摘机械手。其主要特点是：几百

公里以上重，传动平稳，结构紧凑，动作机敏。

2,气压传动手

压缩空气的压力驱动的执行机关的运动的黄瓜采摘机械手。

3,机械传动手

即机械传动机构（例如，凸轮，连杆、齿轮机架或间歇机构等）驱动的黄瓜

采摘机械手。它是一种附属的专用黄瓜采摘机械手工的主机，机床，其动力传输

的。它的主要特点是正确的信赖的工作中使用的运动，主机上，材料工作频率

很大，但结构较大，行动程序不可变。

4,电力传动手

即特殊结构的感应电动机，线性马达和电力步进电机直接驱动的执行机关从

手中的运动机械，中间的转换器，所以不必，机械的构造简单.其中的线性马达

黄瓜采摘机械手的运动速度快和距离长，维护和方便。这个机器的手还不多，但

是有发展前途。

（三）按控制方式分

1,时候控制它的运动空间点时间之间的移动，只控制运动过程中一些位置

控制不了时，其运动轨迹。若欲望控制的点，必然的增加电气控制系统的复杂性。

目前使用的专用和通用工业黄瓜采摘机械手。

2,连续轨迹控制其运动轨迹空间的任意连续曲线，其特点是设定时无限的

移动，整个过程控制下，可以实现平稳和正确的运动，并且使用距离广，电气控

制系统的复杂。这一种工业黄瓜采摘机械手一般小型计算机控制。

支承臂被抓的物件，手和手腕重要部件。手臂的作用是手指抓取物件预定要求搬

运到指定的位置。工业黄瓜采摘机械手手腕是通常的驱动手臂运动的零件（例如

缸，汽缸，齿轮齿条机构，链接机构，螺旋的机构和凸轮机构等）和驱动源（例

如液压，气压和电机等）合起，手腕动作，实现。

柱：

柱子支承臂零件，柱子也手臂的一部分，手臂的旋转运动和升降（或间距）

运动柱有着密切的关系。黄瓜采摘机械手立I的工作需要，有时也横移动，也就

是被称为移动式柱。

行车装置：

13

本工业黄瓜采摘机械手完成的应该是远程操作，或使用距离扩大，机械基础

不安走盘式机关装运车轮铁轨等装置，行驶实现工业黄瓜采摘机械手机械运动。

盘式布路面和无轨的2种。驱动滚轮运动又增设机械传动装置。

6,皮带驱动：

（二）驱动系统

常用的驱动系统液压传动，空气传动，机械传动。控制系统是支配着工业黄

瓜采摘机械手规定要求的运动的系统。现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序

控制系统和电定位（或机械块定位）系统构成。控制系统，电气控制和流体控制

两种，它的支配着黄瓜采摘机械手规定的程序运动，

（2）的控制系统

现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序控制系统和电定位（或机械块定位）系

统构成.

第二章黄瓜采摘机械手设计方案

黄瓜采摘机械手基本要求是快速、准确地拾-搬运和公寓，在这种情况下，

它们的高精度，快速反应，有一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度

及任何位置也自动定位等特性。电器机械设计手的原则是:充分分析作业对象（工

作）的工作的技术要求筹划最合理的作业工程和技术，并满足系统功能的要求和

环境条件构造的形状和材料的特性，定位精度要求，自由泳，搬运时的力量接受,

尺寸和质量特性参数等，并且被确定，黄瓜采摘机械于构造及运行控制的要求。

尽量使用定型的标准模块，简化的设计，制造过程，兼顾通用性和专用性实现的

柔性转换程序控制。此次的设计的黄瓜采摘机械手通用气压准备黄瓜采摘机械

手，是一种适合批及中，少量生产的，不改变能行动程序自动运送和操作设备，

劳动强度和操作单调黄瓜采摘机械手可分为专用黄瓜采摘机械手与手的2种类通

用机械：

1,专用黄瓜采摘机械手

14

那是附属实体，一定的程序独立控制系统的机械装置。

2,通用黄瓜采摘机械手

它是一种独立控制系统的程序的动作，变数，灵活多样的黄瓜采摘机械手。

性能的距离内，其变量的行动程序，不同的场合使用调整，驱动系统和控制系统

是一个独立的。

（二）驱动方式分

液压传动手液压驱动的执行机关的压力的运动的黄瓜采摘机械手。其主要特点

是：几百公里以上重，传动平稳，结构紧凑，动伶机敏。气压传动压缩空气的压

力驱动的执行机关的运动的黄瓜采摘机械手。机械传动手即机械传动机构（例

如，凸轮，连杆、齿轮机架或间歇机构等）驱动的黄瓜采摘机械手。它是一种附

属的专用黄瓜采摘机械手工的主机，机床，其动力传输的。它的主要特点是正确

的信赖的T作中使用的运动，主机上，材料.丁作频率很大，但结构较大，行动

程序不可变。电力传动手即特殊结构的感应电动机，线性马达和电力步进电机直

接驱动的执行机关从手中的运动机械，中间的转换器，所以不必，机械的构造简

单。其中的线性马达黄瓜采摘机械手的运动速度快和距离长，维护和方便。这个

机器的手还不多，但是有发展前途。按控制方式分，时候控制它的运动空间点时

间之间的移动，只控制运动过程中一些位置控制不了时，其运动轨迹。若欲望控

制的点，必然的增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业黄瓜采

摘机械手。2,连续轨迹控制其运动轨迹空间的任意连续曲线，其特点是设定时

无限的移动，整个过程控制下，可以实现平稳和正确的运动，并且使用距离广，

电气控制系统的复杂。这一种工业黄瓜采摘机械手一般小型计算机控制。

2.1.黄瓜采摘机械手坐标型式与自由度

手手臂的不同的机械运动形式的组合的情况，那个坐标型式可分为直角

坐标式圆柱座标式，球坐标式和关节式。这个机器的手，训练的时候手臂升降，

收缩和旋转运动采用，因此，圆柱座标型式。相应的黄瓜采摘机械手3个的自由

度，为了弥补升降运动距离小规模的缺点，手臂增加增加挥杆机构的胳膊的摆动

的自由度

15

2.2.黄瓜采摘机械手部结构方案设计

为了获得机械通用性强，黄瓜采摘机械手部结构设计，可以变更构造，

工作是棒时使用支持式手，

2.3.黄瓜采摘机械手手腕结构方案设计

手考虑机械通用性，又抓住工作水平放置，所以我们必须手臂旋转运动

工作要求的。所以，手腕转动结构设计，实现手腕旋转运动机构旋转。

2.4.黄瓜采摘机械手腕结构方案设计

自由泳要求工作，本机器手腕是3个的自由度，即手臂的伸缩，左右的

旋转和降(或间距)运动。手臂的旋转和升降运动通过人的手臂模拟3轴旋转的

通过实现的。

2.5.黄瓜采摘机械手驱动方案设计

电力驱动系统的动作而迅速，敏感反应，抵抗的损失和泄漏小，简单，简单

的安装与维护成本低，所以手电力驱动方式机械。

2.6.黄瓜采摘机械手控制方案设计

机械通用性考虑着你的手，同时使用时位控制采用,所以可编程控制器(PLC)

机械控制。黄瓜采摘机械手的动作流动变化的时候，PLC程序只改变实现，非常

方便。

2.7.黄瓜采摘机械手的主要参数

一手抓机器最大重是其规格的主要参数，气压驱动方式，所以思考

抓取物体太重了，调查相关机器手参数，结合的工业生产的实际情况，本设计工

作的质量爬泳5公里

基本参数运动速度黄瓜采摘机械手主要基本参数。操作手的节奏机

16

械设计速度速度要求，限制其使用距离低。然后影响黄瓜采摘机械手动作速度的

主要原因是手臂的伸缩和旋转速度。手机械的动作时启动，停止过程的加减速存

在，速度距离曲线说明速度特性比较全面的，所以平均速度和日程，已故的平均

速度显示速度的速度更适合速度特性。除了运动速度以外，手臂设计的基本参数

也伸缩日程和工作半径。大部分的黄瓜采摘机械手设计成相当于人工坐或站着一

点点操作的空间里走。大的伸缩日程和工作半径，必然偏重增大刚性力矩。在这

种情况下宜自动传输装置好。统计相比，这个机器的手腕伸缩最大工作半径约

1800。定位精度也基本参数的一个。这台黄瓜采摘机械手定位精度。

2.8.黄瓜采摘机械手技术参数列表

一、用途：

用于自动输送线的上下料。

二、设计技术参数：

1、抓重：5小

2、自由度数:5个自由度

3、坐标型式:圆柱坐标

4、最大工作半径:1800mm

5、手臂最大中心高：1800mm

6、手臂运动参数：伸缩距离900mm

伸缩速度90°/s

升降距离900mm

回转距离0到150°

回转速度90°/s

7、手肘运动参数：回转距离0到270°

回转速度120。/s

8、底盘运动参数：回转距离0到270。

回转速度90°/s

9、定位方式:距离开关或可调机械挡块等

10＞定位精度：±1团〃2

11＞驱动方式：电动传动

17

第三章手部结构设计

3.1夹持式手部结构

支持式是最常见的一种，其中常用的2,式，多指式和双手双和式：手指支

持工作的部位可分为内卡带（或内膨胀式）和外别针式的2种：模仿人手上，手

指的活动手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型（或是直线型），其

中两支点回转型基本型式。

3.L1手指的形状和分类

支持式是最常见的一种，其中常用的2,式，多指式和双手双和式：手有支

持工作的部位可分为内卡带（或内膨胀式）和外别针式的2种：模仿人手上，手

指的活动手指可分为一支点回转型，二支点回转型和移动型（或是直线型），其

中两支点回转型基本型式。黄瓜采摘机械手可分为专用黄瓜采摘机械手与手的2

种类通用机械：

1,专用黄瓜采摘机械手

那是附属实体，一定的程序独立控制系统的机械装置。

2,通用黄瓜采摘机械手

它是•种独立控制系统的程序的动作，变数，灵活多样的黄瓜采摘机械手。

性能的距离内，其变量的行动程序，不同的场合使用调整，驱动系统和控制系统

是一个独立的。

（二）驱动方式分

1,液压传动手液压驱动的执行机关的压力的运动的黄瓜采摘机械手。其主要特

点是：几百公里以上重，传动平稳，结构紧凑，动作机敏。

2,气压传动手压缩空气的压力驱动的执行机关的运动的黄瓜采摘机械手。

3,机械传动手即机械移动机构（例如，凸轮，连杆、齿轮机架或间歇机构等）

驱动的黄瓜采摘机械手。它是一种附属的专用黄瓜采摘机械手工的主机，机床，

其动力传输的。它的主要特点是正确的信赖的工作中使用的运动，主机上，材料。

工作频率很大，但结构较大，行动程序不可变。

4,电力传动手特殊结沟的感应电动机，线性马达和电力步进电机直接驱动的执

行机关从手中的运动机械，中间的转换器，所以不必，机械的构造简单。其中的

线性马达黄瓜采摘机械手的运动速度快和距离长，维护和方便。这个机器的手还

18

不多，但是有发展前途,按控制方式分时候控制它的运动空间点时间之间的移动,

只控制运动过程中一些位置控制不了时，其运动轨迹。若欲望控制的点，必然的

增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业黄瓜采摘机械手。连续

轨迹控制其运动轨迹空间的任意连续曲线，其特点是设定时无限的移动，整个过

程控制下，可以实现平稳和正确的运动，并且使用距离广，电气控制系统的复杂。

这一种工业黄瓜采摘机械手一般小型计算机控制。

3.L2设计时考虑的几个问题

（一）具有脚够的握力（即夹紧力）

在确定手指握力，除考虑重量外，还考虑传送过程中产生性力和振动，保证工件

不产生松动。

（二）手指间应具有一定的开闭角

应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度度的要求。

（三）保证工件准确定位

翻译圆柱形工件采用带“V”形方面的手指，以航班自动定心。

（四）

根据桌子桌子黄瓜采摘机械手工作需求，通过比较，我们采用的桌子桌子黄瓜采

摘机械手手部结构是一次转型支点两指，由于工件多为圆柱形状，己故的手指形

状设计成V型，其结构如附图所示。

3.1.3动力设计

1、手部驱动力计算

本课题电机黄瓜采摘机械手手部结构如图3-2所示，

受力分析

其工件重量G-5公斤，

V形手指的角度23=120。，b=\20mm>R=24mm，摩擦系数为/=0.10

（1）根据手部结构的传动示意图，其驱动力为：

2b%,

p=­N

R

⑵根据手指夹持工件的方位，可得握力计算公式：

N=。5，虱。一①）

19

=0.5x5x^(60-5C42)

=25(N)

r\!

所以〃=£N=245(/V)

⑶实际驱动力：

K、K,

〃实际之P—^

I,因为传力机构为齿轮齿条传动，故取〃=0.94,并取6=1.5。若被抓取工件

的最大加

速度取。=3g时，则：K,=1+0=4

g

所以p实际=245x瑞15x;4=1563(N)

所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为1563N。

20

第四章手腕结构设计

4.1手腕自由度

手臂手和手腕连接部件，其作用的调整和工作的方向改变的，因此它是独

立的自由度的黄瓜采摘机械手适应复杂的动作求。手臂的自由度的选择和黄瓜

采摘机械手通用性，加工技术要求放F工作方位和定位精度等很多因素有关。

这个机器的手抓住工作水平，同时考虑放在通用性，所以转动手臂设置x轴旋

转运动工作要求的现在实现手臂旋转运动机构，应用最多的是旋转油（气；缸,

因此我们使用旋转气缸。它的结构紧凑，旋转角度，并且严格的贴纸。

4.2手腕驱动力矩的计算

4.2.1手腕转动时所需的驱动力矩

手臂的旋转，上下左右摆动的同时旋转运动，手腕旋转驱动传动扭矩必须克服

时的手腕启动时产生的惯性力矩，手腕上的旋转轴与支持加的摩擦阻力力矩，动

片内径，定片帽等密封装置摩擦阻力和旋转力矩件中心旋转轴重叠的偏重力矩.

佟14-1显示的是手腕应力的示意图。

手腕转动时所需的驱动力矩可按下式计算：

惯+/+M摩+M封

式中：M.驱-驱动手腕转动的驱动力矩（N・az）;

〃惯-惯性力矩

M偏-参与转动的零部件的重量（包括工件、手部、手腕回转电机）对转动

轴线所产生的偏重力矩（N-C77Z）.,

；M封-手腕回转与定片端盖等处密封装置的摩擦阻力

矩（Mem）;

下面以图47所示的手腕受力情况，分析各阻力矩的计算：

1、手腕加速运动时所产生的惯性力矩M悦

若手腕起动过程按等加速运动，手腕转动时的角速度为口，起动过程所用的

时间为4,则：

M惯=（J+jp£（N.C77?）

21

式中"-参与手腕转动的部件对转动轴线的转动惯量(N.s1.T)；

Jr工件对手腕转动轴线的转动惯量(Mca.d)"

若工件中心与转动轴线不重合，其转动惯量人为：

式中：J-工件对过重心轴线的转动惯量(New/)：

G,-工件的重量(N);

4_工件的重心到转动轴线的偏心距(cm),

。-手腕转动时的角速度(弧度/s);

△L起动过程所需的时间(s);

△。一起动过程所转过的角度(弧度)。

2、手腕转动件和工件的偏重对转动轴线所产生的偏重力矩M偏

M偏=G]G+G3e3(N•cm)

式中：G-3-手腕转动件的重量(N);

G-手腕转动件的重心到转动轴线的偏心距(cm)

当工件的重心与手腕转动轴线重合时，则G£=0.

3、手腕转动轴在轴颈处的摩擦阻力矩M封

M封=(()(N•C772)

式中：4,4-转动轴的轴颈直径(cm);

/-摩擦系数，对于滚动轴承/=0.01,对于滑动轴承/=0.1；

RA，Rk处的支承反力(N),可按手腕转动轴的受力分析求解，

根据ZM.(Q=0,得:

+Gbh=G2/2+GJ

22

+Gl-G3/3

此一------21--2--------

同理，根据ZMg(F)=(),得：

_Gj(/+/,)+G,(/+/0)+(/-/3)

RA=/

式中：G?-的重量(N)

/Ji//,一如图4T所示的长度尺寸(cm).

支承臂被抓的物件，手和手腕重要部件。手臂的作用是手指抓取物件预定要求搬

运到指定的位置。工业黄瓜采摘机械手手腕是通常的驱动手臂运动的冬件(例如

缸，汽缸，齿轮齿条机构，链接机构，螺旋的机构和凸轮机构等)和驱动源(例

如液压，气压和电机等)合起，手腕动作，实现0

柱：

柱子支承臂零件，柱子也手臂的一部分，手臂的旋转运动和升降(或间距)

运动柱有着密切的关系。黄瓜采摘机械手立I的工作需要，有时也横移动，也就

是被称为移动式柱。

行车装置：

本工业黄瓜采摘机械手完成的应该是远程操作，或使用距离扩大，机械基础

不安走盘式机关装运车轮铁轨等装置.，行驶实现工业黄瓜采摘机械手机械运动。

盘式布路面和无轨的2种。驱动滚轮运动又增设机械传动装置。

常用的驱动系统液压传动，空气传动，机械传动。控制系统是支配着工业黄

瓜采摘机械手规定要求的运动的系统。现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序

控制系统和电定位(或机械块定位)系统构成。控制系统，电气控制和流体控制

两种，它的支配着黄瓜采摘机械手规定的程序运动，

(2)的控制系统

现在工业黄瓜采摘机械手的控制系统程序控制系统和电定位(或机械块定位)系

统构成。

23

第五章手臂伸缩的尺寸设计与校核

5.1手臂伸缩结构的尺寸设计与校核

5.1.1手臂尺寸

手臂伸缩为900n】ms所用电机为90TDY060-3A:最大功率为70W同

步转速为60R/inin最大转矩为3600mN.m自重3.2kg转轴转动距离为

270°,设计思路在。。到270。的2边各安装一个距离开关，或者红外传感

器。

5.2.2尺寸校核

长度设计为设900mln,

电机功率：P=1.732x|Jx|xcos(p

电机转矩：T=9549xP/n;

电机功率转矩=9550*输出功率/输出转速

转矩=9550*输出功率/输出转速

P=T*n/9550

公式推导

电机功率，转矩，转速的关系

功率=力*速度

P=F*V--公式1

转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R)推出F=T/R---公式2

1.测定手腕质量为10kg,则重力

G=mg

24

=10x10

=100(N)

1,设计加速度a=5(m/s),则惯性力

G[=nui

=10x5

=50(N)

总受力Gg=G+G

Gq〈G°

所以设计尺寸符合实际使用要求。

5.3.2尺寸校核

1.测定参与手臂转动的部件的质量叫=l2(Ug,分析部件的质量分布

情况，

质量密度等效分布在一个半径/-ZOOM”的圆盘上，那么转动惯量：

j=!^-

2

_12QXQJQ2

2

=0.6(kg.m2)

惯4

“90

=0.6x——

0.5

=108(N.m)

考虑轴承，油封之间的摩擦力，设定摩擦系数忆=0.2,

A/摩=惯

=0.2x108

=5.4(N.m)

总驱动力矩

“驱=M怖+M壕

25

=108+5.4

=113.4(M/n)

M驱〈M.・.设计尺寸满足使用要求。

5.2齿轮的设计与校核

1)选直齿圆柱齿轮传动

2)材料选择：

小齿轮30CrNi3调质HBS>241大齿轮40CrMo调质HBS=207-269

22

由图14-1-23和图14-1-52aHliml=900N//m?=S50N/nun

2

^Fliml=34O^//72/7?(TFlim2=300%/〃〃/

(1)按接触强度初步确定中心距

按直齿轮表14-1-75选取A.=483""〃，按齿轮冲击载荷取载荷系数K=2.0,按表

14-1-79y/d=0.8表：4-1-77齿宽系数忆二0.25

许用接触应力。珈=0.9b〃hm=O.9x9OO=81O7V/W

小齿轮传递转矩T=735.987V•m

I9v

=483x(2.04+1)3—=——~~=234〃7m

SV0.25x2.04x81027

A取280mm

（2）确定模数、齿数变为系数等参数

=(0.007〜0.02卜=(0.007〜0.02)x280=1.96-5.6mn=5

2a_2x280

由2==36.8a37

mn(l+//)5x(1+2.O4.)

Z,=37Z2=z23xZ,=2.04x37=75.48«75

实际传动比片=7%6=2。3

齿宽〃2=甲*=0.25x280=70〃〃〃b}=b2+(5~10)=SOnvn

齿轮尺寸

小齿轮分度圆4="/]=5x37=185ww?

26

大齿轮分度圆d2=mwZ2=5x75=375mm

根据中心距求啮合角

cosa=也0+Z,)cosa=--—(37+75)x0.939=0.9396

2a1272x280v7

a=20.02

手册图Xy=0.2X,=03X2=-0.1

中心距变动系数y

'cost?

---------r-1卫包2,Mg

\cosaJ2(cos2(H2'

变位时中心距M

37+75

丁=：(4+42)+y，/=[Z':Z?+)，,2=5x+0.()3=2S0A5mm

9

齿顶高变动系数△)，

Ay=(xt+x2)-y=0.2-0.03=0.17

齿顶高4

%=(/z*+X]—=(1+0.3-0.17)x5=5.56〃〃7?

h(l2=(/?*+x2-=(1-0.1-0.17)x5=3.56〃〃〃

齿根高与

hf]=(〃；+c*—％=(1+0.25-0.3)x5=4.756m

hf2=(/z*+c*—&}"〃=[1+0.25-(-0.1)]x5=6.75mm

齿高h

/?)=htd+hfl=5.56+4.75=10.31〃〃〃

h、=+hf2=3.65+6.75=10.4/〃〃？

齿顶圆直径乙

d(a=d[+2%=185+2x5.56=196〃〃〃

da2=d?+lha2=375+2x3.56=382nun

齿根圆直径与

dfl-4-24〃-185-2x4.75=175.5mm

27

df2=d2-2hf2=375-2x6.75=361.5nvn

齿轮圆周速度V=.=3.14x560x185=5Am/s

60x100060x1000

由14-1-39取齿轮精度7级

1）分度圆切向力E

u2000T2000x735,98会久"

E=------=-------------=7956.54N

d185

2）使用系数KA查表KA=\.5

3）动载荷系数阳，

表14T-90计算传动精度系数C

C=-0.5048In（Z）-1.144ln（/nj+2.825）+3.32

Z=Z1=37fpl=25

C=-0.5048ln（37）-1.144In（5）+2.825In（25）+3.32=8

查图14T-14Ky=1.21

4）齿向载荷分布系数Km

K砂=1.12+0.181+（）.若、x用+0.23x10%

=1.12+0.18[14-0.6x0.372]x0.372+0.23xl0-3x70=1.16

5）齿间载荷分配系数

=1.5x7956.54-70=170.50NIm

b

查表14-1702得K加=1.1

6）节点区域系数Z〃

查图14-1-16Z〃=2.9

7）弹性系数%表14-1T05Z£=189.87^7^7

8）端面重合度系数

查图14-1-5知〃=1.05查图14-1-19知Zs=0.65

9）小齿轮、大齿轮啮合系数Z,、ZD

表14T-104=0.96ZB=1%=0.86Zp=1

10）计算接触应力

28

i=ZRyjKKKKZZ^ZsZo

AVHf)HaHr

795654

=1X71.5x1.211.16x1.1X2.9x189.8x0.65xx121=522.06N/加〃/

V185x7()2.04

=1x^1.5x1.21x1.16x1.1x2.9x189.8x0.65x7956.543^

=522.06N/nun2

V185x7()2.04

ID寿命系数Z.w

应力循环次数MI=60卬=60x560x50000=1.7x1()9次

NL2=60/z2r=60x280x50000=8.4xl()8次

表14-1-106Zm=0.96

U.7xl09

\0.0706

109

7=1.01

乙NT?(8.7xl()8

⑵润滑油膜影响系数Z/Zz，

表14TT08ZtZffZv=1

13）齿面工作硬化系数Zw

图14-1-30Zwq=1.11Z“，2=1.14

14）尺寸系数

表14-1-109Zx=1.0

15)安全系数

GH.a奴届口显逐x_900x0.96X1X1.11X1_]8

SHl

GH\522.06

oHTH口口江x_850x1.01x1x1.14x1_

SHI--------------------------------------------------1.0/

b〃2522.06

D齿向载荷分布系数KF〃

K"=（K珈）"

N=——=().85

14-1+7+49

29

2）齿向载荷系数K.=1.1

3）齿形系数丫小

Y"2.21Y”=2.257YSal=1.759YSo2=1.75

4）重合度系数Y,

075075

Y,=0.25+—=0.25+=0.96

*£a1.05

5）计算齿根应力

E795654

（T=—^Y,Y.,Y.Y„=-------x2.21x1.759x0.96x1=84.84

F,1F5Sa

bmnFa'70x5

E795654

%=—^-Y.Y^YY.=x2.257x1.75x0.96x1=86.20

F2r

bmn「-070x5

6）齿轮应力修正系数表14TT11Y到=2.0

表14TT18Ym=l=1

YY=1.03-0.006%=1.03-0.03=1

7）弯曲强度安全系数呈

q_b「limI%ri%典x2xlxlxlxl

r,

（yFl84.84

S=。门而2丫572,7~2七〃/丫*=300X2X1X1X1X1

R"*~86.2-

S「1、S/2均达到14-1T10规定较高可靠时最安全系数=L6的要求，齿轮

弯曲强度核算通过。

⑴计算传动比i=区=尤。=28.57

nw9.Xr/min

⑵选两级NGW型行星齿轮减速

(3)分配传动比

用角标I表示高速机参数、II表示低速级参数

A_Csii°,/i【K。K]KRR[Z%1Z，、I

C*%KQiK*[K制]Z京[Z京

30

z=z

取q=c,i--B+=1KQMKE

狐i_I2KyiK/啊Z,\qI_]

%Ky11KHmZ\q

CSI1%1K。改口跖BZMZMI=228

所以A

Gi狐KQ[K^,K沏]ZMZM

E=A^=2.28xl3=2,28

查手册图14-5-7得i|=6.1&]=%=28.5%,]=4.68

1）配齿计算

查表14-5-3选择行星齿轮数目取C,$=3

由于i=6.1距可能达到传动比极限值较远，所以不检验邻接条件。

确定各齿轮齿数

心■=C=61xZ八=32ZA=15.7«16

G3入

ZB=cCs-ZA=32x3-16=80

180-16

zc=-（ZB-ZA）=---=32

采用角变位

Z-Z80-32

若取Z=32贝IJ/=gc=1

c