装谷物机械臂的结构设计与仿真

装谷物机械臂的结构设计与仿真摘要本论文在综述机械手的研究和发展现状的基础上，结合现代化农业机器人的发展趋势，全面分析了装谷物机械手功能进行结构设计及动态仿真分析。本论文所设计的机械手臂采用圆柱坐标系的机械结构形式，主要分为以下五大的设计：底座和立柱的设计；竖直臂升降的设计；水平臂伸缩的设计；机械臂的旋转的设计；抓取机构的设计。同时对机械手臂的执行机构进行设计，对各个驱动元件的行程，定位等进行筛选，选出最适合的型号，以满足机械手臂在运行中的定位精度以及运动速度等方面的要求。然后根据各个模块之间的连接关系设计连接件的结构，最后对机械手臂进行三维建模与动态仿真。关键词：机械手臂，结构设计，仿真分析StructureDesignAndSimulationOfGrainLoadingManipulatorAbstractOnthebasisofsummarizingtheresearchanddevelopmentofthemanipulator,combiningthedevelopmenttrendofthemodernagriculturalrobot,thepaperanalyzesthestructuredesignanddynamicsimulationofthegrain-loadingmanipulator.Inthispaper,thedesignofthemechanicalarmusingthemechanicalstructureoftheCylindricalcoordinatesystem,mainlydividedintothefollowingfivemodules:designofBaseandColumnModule;designofverticalarmliftingmodule;designofhorizontalarmexpansionmodule;designofrotatingmoduleofmechanicalarm;5）designofMechanicalClawModule.Atthesametime,theactuatorofthemanipulatorisdesigned,thestrokeandlocationofeachdrivingelementarescreened,andthemostsuitablemodelisselectedtomeettherequirementsofthemanipulatorinpositioningaccuracyandmovingspeed.Then,accordingtotheconnectionrelationshipbetweeneachmodule,thestructureoftheconnectorisdesigned.Finally,the3Dmodelinganddynamicsimulationofthemanipulatorarecarriedout.Keywords:Mechanicalarm,structuraldesign,simulationanalysis目录1前言11.1本研究目的、意义11.2.1本设计在国内外研究现状1-21.2.2存在的问题 21.3本设计应解决的主要问题2-32装谷物机械臂调研分析42.1市场调研42.2设计原理52.3机械手的坐标形式和自由度及基本参数的确定5-73机械臂的模块化设计83.1抓取机构模块的结构设计8-93.1.1抓取机构的设计9-143.2底座与立柱模块的结构设计14-183.3水平伸缩臂模块的结构设计,183.3.1水平伸缩臂的零件设计18-233.4竖直升降臂模块的结构设计243.4.1竖直臂的零件设计与选用24-253.5机械臂旋转模块结构设计25-264机械臂的动态仿真274.14.2底座与立柱模块的动态仿真分析284.3水平伸缩臂模块的动态仿真分析28-294.4竖直臂伸缩模块的动态仿真分析294.5机械臂旋转模块的动态仿真分析304.6仿真小结30参考文献31致谢32PAGE61前言随着人类经济水平的不断升高，人类的科学技术水平也得到了相应的提高，机械手臂的应用领域可不断扩大。毫不夸张的说，只要有人类生存的区域，基本上都可以看见机械手臂或类机械手的存在。1.1本设计的目的、意义结构的设计以及动态仿真分析，设计出一种在满足谷物搬运这一基本功能的基础上能够实现模块化、通用化的装谷物机械手臂是本设计的主要目的。本设计应达到的技术要求包括:设计出来的机械臂的各个模块连接良好，能够动起来。能够通过指令抓取对应的重量装进指定位置的容器中。各个模块的部件能够满足校核后的强度硬度要求。1.2国内外研究现状及存在的问题1.2.1本设计在国内，国外研究的现状2050601978并已经纳入了我国高科技规划及科技发展计划之中。近年来，我国科技水平得到了进一步发展，就在珠海本地也出现了格力的专门的机器人公司，可见机器人正在得到我们部分龙头企业的重视，这对其发展起到了推动作用。而对于目前在国外的情况来说，不同的地区，机器人的发展领域优势也是不一样的，例如日本在工业机器人、家用机器人方面优势明显，欧洲在工业机器人和医疗机器人领域居于领先地位，美国主要优势在系统集成领域，医疗机器人和国防军工机器人。少有国家在农业机器人领域发展的很好。1.2.2存在的问题机械手臂会存在那些细节上的问题，可分为一下几个部分:-1）机械手臂的串联结构形式使其整体刚性存在不足。2）机械臂的能耗与其选用的驱动的机械关系很大，必须选好驱动元件。上面提到的细节，我们还要对机器手臂整体刚度进行一次计算，看看该机械手臂的刚度是否能够满足装谷物时要求的负载极限，从而可以筛选出更加适合的机械手臂型号，达到装备的适合化，以及机械手臂成本的最低化。毕竟成本也是要考虑的细节之一，成本太高就很难普及化，大众化和生产的批量化。注意的细节问题就是要注意机械手臂于工作机械结构连接出的强度，刚度也是要符合要求的。可以先用一种材料进行设计在计算看看结果，如果材料强度，刚度不符合，就换另外一种待选材料再计算，如此类推得出最优解。还应该考虑整机重量。目前农业机器人未得到应用的原因主要有以下几点:机器人难以识别所要收集的农作物，在收集过程中掉耕地里，收集的农作物被损伤过大。谷物的装起的质量较大，一般小型机械手臂负责不足;农业机器人的制造成本较高；1.3本设计应解决的主要问题初步确定机械手臂的型号的选择以及基础参数。1）设计出什么样的机械结构来与选定的机械手臂搭配一起。包括机械结构与下一个机械结构之间的联系，联动。2）机械结构的承受能力，强度以及应对不同环境的应变作业能力。3）使用三维软件画图是要考虑设计的零件尺寸，确定公差配合等问题。4）仿真时应该采取怎么样的动作要求比较合理和更加直观的体现出装谷物的功能和优点。2装谷物机械臂的调研分析在了解和掌握一般机械臂的结构特点和工作原理的基础上，再结合所学过有关机械制造与及结构设计方面的知识，对所要设计的装谷物机械臂进行较为详细的模块化的设计与分析。前提是先确定划分好的各个模块，再逐一设计。这里选用Pro/E软件对装谷物机械臂的结构进行设计，同时用AUTOCAD软件对机械臂的主要零件进行零件图的绘制。通过对各个模块零件的设计，再进行组装，最后组装成装谷物机械臂的完整装配体，通过导出装配图和主要零件的零件图，最终完成机械臂的整个结构设计过程。2.1市场调研为了更好的设计本设计的机械臂，本人特意去珠海格力机器人有限公司进行现场的考察和调研。该公司主要生产轴和六轴的工业机器人，这也是目前市面上比较流行使用的多轴机器人，通过的现场的考察了解到了各种工业机器人的主要功能和其型号的意义。如GR406意思是该机器人是四轴机器人，最大负载是6kg。这也是本设计选用四轴机械臂的灵感条件同时也为机械臂的工作范围定于1.5米以下作基础，至于机械爪部分在参观过程中都只是一个小爪结构，达不到设计要求的，因此只能通过设计校核才有符合的方案。另外现在市面上并没有什么装谷物的机械臂，有的也只是台式的大型机器，这为本设计提供了广大的市场舞台，证明本设计是具有巨大经济效益的。图2.1格力机器人2.2设计原理本设计是对装谷物机械臂整体进行的是结构设计，采用模块化设计的方法来实现。本设计将装谷物机械臂整体划分为以下模块：底座与立柱模块，机械臂的旋转结构模块，水平臂伸缩模块，垂直升降臂模块，抓取机构模块。本设计就在以上的模块中进行分别设计，最后完成总装，检查，校核通过了，就完成总设计。2.3机械臂的坐标形式和自由度及基本参数的确定1）机械手臂的坐标形式和自由度的确定：圆柱坐标型机械手臂尽管其存在着移动关节保护起来不方便的问题但是其相对于其他机械手具有在空间中定位较直观动作的范围大机体占地面积小等优点针对本设计机械臂，机械手臂在做谷物搬运时机械手臂具有上升下降伸出和缩回以及旋转的运动形式为了满足功能要求本论文的装谷物机械臂设计为四个自由度并且将机械臂的运动形式拆分为方向移动和工作执行两部分。其中方向移动部分占有两个自由度,包括水平臂的伸缩和机械臂的来回旋转,工作执行部分也是有两个自由度包括竖直臂上升下降以及抓取机构的打开与闭合，如图所示。图2.3机械臂结构简图2）机械臂完成装谷物动作顺序的确定；机械臂完成装谷物等动作顺序可细分为以下的步骤：到达与谷物所在的位置（3）抓取机构夹紧谷物；（4）竖直臂上升到一定高度；（5）水平臂收缩；（6）机械臂旋转模块逆时针);（7）,松开谷物；（9）竖直臂上升使抓取机构位于最高点；（10）机械臂旋转模块顺时针（1）机械臂的最大装谷物重量是它的主参数。根据调研，本设计要求装谷物总重量要到达50kg,但目前设计的机械臂无法一次性完成50kg谷物的抓取，应选取合适重量分多次抓取，所以选定抓去重量为10kg，分五次抓取。（2）机械臂的运动速度会影响其工作效率和其稳定性，所以运动速度1m每秒，90°每秒。（3）机械臂的伸缩范围和工作半径是决定机械臂工作范围及整各机械臂尺寸的关键，也是机械手（4）机械臂的定位精度也是机械臂的主要基本参数之一。定位精度不到位，则机械臂完成不了工作任务，定位精度太高，大大增加机械臂的制造成本。另外本设计的机械臂，为较大型机械臂对工作时的定位精度不用太高，综合考虑，本设计机械手的定位精度设定为±5mm±10mm。表2.3.1 装谷物械的各个节本数水平机构伸出范围：0-800mm竖直机构升降范围：0-1000mm伸出速度:400mm/s上升速度：500mm/s收缩速度:400mm/s下降速度：500mm/s定位精度：±10mm定位精度：±10mm摆动机构摆动角度:0-90°手部单次抓取最大重量：10kg摆动速度：90°/s定位精度：±3°3机械臂的模块化结构设计机械臂的模块化结构设计分为下列五大模块分别进行结构设计，其包括：抓取机构模块，底座与立柱模块，水平伸缩臂模块，竖直升降臂模块和机械臂旋转，下面即为每个模块的详细设计过程。3.1抓取机构模块的结构设计抓取机构的规格主要是根据抓取机构的位置空间大小以及所要搬运的谷物重量来进行选定的。本设计之初提供两个方案进行选择：铲式倾倒入袋机构和开合式抓取机构。铲式倾倒入袋结构：顾名思义就是在铲子的基础上添加一个连杆机构，使得整个机构具备了可以倾倒谷物的功能。而连杆开合式抓取机构实质上就是一个可以开合抓取谷物的机械爪，只不过里面可以装谷物，方便了谷物的抓取。由于要求机械结构的简化问题，本设计选取了连杆开合式抓取机构。图3.2铲式倾倒模型与连杆式开合模型上图为两个机构的部分结构的三维模型，对比之下，连杆式开合抓取机构的抓取容量比较符合本设计的要求，故用此来进行相关计算。本设计的连杆抓取机构内容积计算公式为：V=π×（3.1.1）其中π取3.14，R根据调研，设计尺寸为250mm,经计算得V≈0.2另外查资料得谷物的密度为：550kg/,则本论文的连杆抓取机构满载抓取谷物重量可达11kg,另外该机构有部分凸台，所以重量大于11kg，可以满足设计抓取10kg的要求。机械手臂抓取机构的夹持力的计算可以用：(3.1.2),其中安全系数，通常取1.2-2.0，取=1.5；—工作情况系数，近似按计算，其中a为抓取时工件运动最大加速度，计算公式为，—系统达到最高速度所需要的响应时间，一般选取范围为0.03s-0.5s，g为重力加速度（g=9.8m/s²），所以；取1.2。—方位系数，根据手爪抓取工件时的位置的不同进行选择，；G—所抓取工件重力（N）。所以G=mg=10×9.8=98。因此=1.5×1.2×0.5×98=88.2N。3.1.1抓取机构的结构设计本机械臂的抓取机构中要设计的零件分别为直角连接杆，长连杆，短连杆，气杆，横杆，连接块，竖直支撑板。1）连杆的结构设计：各零件选材均为45号钢，根据所查阅资料45钢的抗拉强度为600MPa,屈服强度为355MPa。其中根据上述抓取机构的结构，根据文献及现场的调研，设计中初步拟给出连杆数据有：钝角连杆厚5mm,宽20mm，俩钝角边上的圆心距离为150mm,长连杆厚5mm,宽20mm，俩圆心距离为260mm，短连杆厚5mm，宽20mm,俩圆心距离为75mm。由于长连杆受到的负载最大，且都只发生拉伸形变故只需要对长连杆进行强度校核即可，则有б=公式（3.1.3）其中P是受到的负载，A为受力面积，由上述数据可得б=98/0.000006=163MPa,远小于【б】=600MPa,则设计符合要求，可以使用。具体图如图所视：直角连杆短连杆图3.1.1各连杆三维模型长连杆零件图如下：图3.1.2长连杆零件图由于这里孔直径为10mm,螺钉则选用M10*10以及M0*15作为连杆之间的连接固定。.2）横杆的结构设计：横杆零件图如图所3.1.3示：图3.1.3横杆零件图横杆用于连接和固定竖直支撑板的，起到了机械爪打开与夹紧的几何中心点的作用。故选用圆柱外形，以便开合机构的打开与闭合，另外横杆的起到的支撑力分别为中间向上连端向下，设机构满负载时，受到10kg向下的重力，和10kg向上的拉力，根据文献及现场的调研预设用直径为20mm，其屈服强度为355MPa,横杆受到剪切应力为：б=W/A=10÷（3.14×10×10）×0.000001≈31.8MPa,远小于其屈服强度，故选材符合要求。3）连接块的结构设计：连接块连接长连杆与直角连杆，起到支撑机械爪打开与夹紧作用。其结构模型图和零件图如图3.1.4和图3.1.5所示：图3.1.4连接块结构模型图图3.1.5连接块零件图4）竖直支撑板的结构设计：支撑板俩圆孔由横杆穿过连接，穿槽两个面都与长连杆通过螺钉连接。其结构模型图和零件图如图3.1.6和图3.1.7所示：图3.1.6竖直支撑板模型图3.1.7，支撑板零件图5）气缸选用：抓取机构的驱动选用气缸驱动，根据所设计的抓取机构的数据选气缸的型号为CDJ2B30-250A-M9B，该型号气缸外径为30mm,内径为20mm，行程为250mm，为双作用气缸。气缸可以为抓取机构提供约186N的夹持力，而上述计算，抓取机构只要88.2N夹持力即可，所以气缸选用合适。6）气缸固定块：气缸的固定则需要设计特定的固定块，其结构如图3.1.8所示：图3.1.8气缸固定块气缸的固定块将气缸提供螺钉固定在竖直支持板上。螺钉选用M10*20。3.2底座与立柱模块的结构设计图3.2.1底座结构建模2）立柱的结构设计：立柱通常起着连接底座和机械手功能部分的作用，因要考虑机械臂整体重量的问题，这里选用铝合金作为立柱材料，立柱结构如图3.2.2所示：图3.2.2立柱结构示意图本结构设计选用M10*30的螺钉进行底座与立柱的连接固定，另外立柱上的有一处特征是立柱与水平臂的支撑杆的连接固定位置，采用M10*50螺钉螺母进行连接固定，以防水平臂工作时屈服应力过大导致水平臂弯曲变形。3）电机的选用：底座圆柱槽为伺服电机放置位置，本设计选用型号为YE2-100L2-8的电机，而且是立式/B5，电机的部分数据如图3.2.3所示：图3.2.3电机数据表格该电机机身长200mm,输出轴长40mm,总长253mm。电机与回转机构通过转轴连接4)转轴的结构设计：转轴与输出轴通过螺钉M10*30连接固定。此转轴材料为45号钢，长为700mm,一端与电机输出轴连接，另一端则与回转机构契合到一起。转轴结构如图3.2.4零件图如3.2.5所示：图3.2.4转轴图3.2.5转轴零件图转轴强度校核：根据GB/T699-1999标准规定45钢的抗拉强度为600MPa,屈服强度为355MPa。此处有τ=公式（3.2.1）其中T为力矩之和，为抗扭截面系数，它与材料的截面尺寸有关，此处应为：=公式（3.2.2），由上述公式得：τ≈107.6MPa,小于355MPa，所以转轴强度符合要求。3.3水平伸缩臂模块的结构设计本设计机械臂的水平臂是通过安装在转台上而转台则通过轴承套在立柱上立柱上的，机械臂工作时，水平臂上则由滑块做水平方向的直线运动。而水平臂主要由转台，四条光滑的金属导轨，导轨固定块，滑块，长螺杆，等一部分零件组成。下面一一列出所设计的零件。3.3.1水平伸缩臂的零件结构设计1）转台的结构设计：因立柱采取的是开心圆柱结构，而转台设计成目前所见的模型，是因为，立柱上端还需要套入一个外径220mm，内径180mm的轴承，才可以套上转台，使得转台可以正常运转。故把转台设计为凸台结构。起到旋转水平臂的作用，转台上可安装电机，金属导轨的固定块，以及水平臂的提升肩。其结构如3.3.1所示：图3.3.1转台2）导轨固定块的结构设计：安装在转台上，固定于电机输出轴相近的导轨的一端，起到支撑导轨的作用。其结构如图3.3.2，零件图3.3.3如图所示：图3.3.2导杆固定块图3.3.3导杆固定块零件图3）导轨:使滑块在其表面做往复运动，具体尺寸为长1000mm,直径10mm，材料45号钢。如图3.3.3所示：图3.3.4导轨在本设计中，该导轨还起到承重作用，故对导轨继续强度上的校核：由公式3.3.1和公式3.3.2，结合材料屈服强度为355MPa，竖直臂和机械爪的重量约为20kg,则4根导杆中各导杆所受到最大的有弯曲应力为τ=≈20.4Mpa，远小于导杆的屈服强度。故导杆可以使用。4)螺杆的设计：一端于电机输出轴连接固定，一端与水平臂端板上的轴承套在一起，中间套入滑块。而电机输出轴的直径为20mm,故螺杆直径设计成20mm，根据文献及现场的调研设计预设机械臂水平工作行程800mm.即为螺杆有效工作长度，俩端预留100mm的长度，为组装固定块末端板提供空间。工作时可以使滑块在导轨上在直线运动。所以螺杆总长1000mm，有效工作长度800mm，直径20mm，节距8mm其结构如图3.3.5所示：图3.3.5螺杆由于电机选用的是与上面底座设计模块的电机一样型号的卧式电机，电机额定转矩1.8，最大转矩2.0.此处螺杆受到承重力的作用，设螺杆工作时，受到向下的重力20kg（包括抓取机构和谷物重量）,则其受到最大弯曲应力为τ=≈57.2MPa，小于其屈服强度355Mpa，螺杆可以使用。运动时也受到滑块与导杆之间摩擦力的阻挠，而导杆与滑块之间因为有油的基础上摩檫系数很小一般取0.003。螺杆导程为;（350×60×1）÷700=30，螺杆最大拉伸压缩负荷为：P=116×17.6×219000≈447.1MPa小于拉伸强度600MPa,所以螺杆设计符合要求。5）肩板的结构设计：安装在转台上，通过长杆与水平臂端板连接固定在一起，起到提升水平臂的作用，分担一部分承重。肩板厚10mm，高400mm。其结构如图3.3.6，零件图如图3.3.7所示:图3.3.6肩板图3.3.7肩板零件图6）滑块的结构设计：在导轨上做直线运动，附带安装竖直升降臂和抓取机构。滑块厚20mm，有四个导轨连接孔，一个螺杆孔，两个竖直升降臂连接固定孔，其结构如图3.3.8，零件图3.3.9所示：图3.3.8滑块图3.3.9滑块零件图7）提升长连杆的结构设计：固定在肩板和水平臂端板连接，起到提升水平臂的作用，分担水平臂的负荷，使水平臂导轨可以正常的工作。其长度计算因要与两零件配合得出，已知导轨长1000mm，肩板高400mm,导轨与肩板位置是水平距离143mm,则根据勾股定理计算得出提升连杆长L=1210mm。8）端板的结构设计：安装在水平臂末端，起到固定导轨的作用，同时也起到支撑螺杆的作用，大孔套进轴承。俩旁盲孔固定提升杆，其结构如图3.3.10：图3.3.10端板图3.3.11端板零件图9）水平臂标准件的选用：水平臂的设计中基本上都是M10的螺纹孔（通孔和盲孔）故选用M10*15和M10*20，M10*30这三类螺钉根据零件厚度进行选择性连接固定，另外水平臂端板轴承则选用6904号轴承（内径20mm,外径37mm）。3.4竖直升降臂的模块化结构设计竖直升降臂，顾名思义就是在工作时可以使抓取机构在竖直方向上做上升或下降运动，使得抓取到的谷物可以离开堆放点，被送到指定的放置点内。本设计的竖直升降臂由所选用与设计的液压缸和液压缸固定块组成。3.4.竖直臂的零件设计与选用：1）液压缸选用：液压缸的选用参考了市面上生产液压缸产家的一部分参数，如下表3.5.1所示：表3.4.1液压缸部分参数表在上表的部分参数基础上，本设计中所选用的液压缸内径为40mm，外径为50mm，行程为500mm,液压杆杆径为25mm，缸体长670mm,两个油口距为530mm,其结构如图3.4.2所示；图3.4.2液压缸液压缸的强度校核：液压缸可提供16MPa的压力，设机械爪满负荷时总重量为15Kg，其作用力全部作用在液压杆上，则根据公式（3.2.3）液压杆受到的应力为б=0.24MPa,远小于液压缸提供的压力，所以液压缸可以使用。2）液压缸固定块的结构设计：液压缸的固定块，固定块分为两部分组成一部分是与滑块连接固定在一起，另外一部分则是通过螺钉固定在配对的另外一部分上，两者结构如图3.4.3所示：固定块1固定块2图3.4.3固定块固定块1零件图固定块2零件图图3.4.4固定块零件图3）竖直臂标准零件的选用：本设计的液压缸是通过两个固定块夹紧并固定在滑块上的，固定块的螺纹孔选用了M10的螺纹孔，而打螺纹通孔的固定块厚度为10mm，故应选用的螺钉规格应为M10*25。3.5机械臂旋转模块的结构设计机械臂的回旋结构多种多样，有齿轮传动，链轮传动，连杆传动等，本设计中考虑到节省空间的原因，把回旋机构传动选为最直接的电机转轴传动。1）回旋结构主要由转轴转台组成。两者结构特性均在上面机构的结构设计中体现出来。在此再次给出两个结构的示意图：（图3.5.1为转轴，图3.5.2为转台。）3.5.1转轴图3.5.2转台2）回旋模块中标准件的选用：在本设计中转轴与电机的输出轴通过螺钉连接固定在一起，根据转轴尺寸，螺钉选用M10*30,而转台上的螺纹孔配选螺钉规格应选M10*20。3.5.3机械臂装配图4机械臂的动态仿真分析本设计动态仿真采取proer软件的动画调贞模式来进行，先把所设计的整个机械臂组装完成。首先打开软件并加载已经组装好的模型。观察动画是否符合图4.1抓取机构组合模型4.2底座与立柱模块的动态仿真分析把底座与立柱组合起来，因机械臂工作时，底座与立柱不需要运动，故只需要约束好这个模块的位置即可。图4.2底座与立柱模块组合模型4.3水平伸缩臂模块的动态仿真分析把本模块的各个零件组合完成，打开动画命令，约束好其他零件，使得螺杆，滑块可以活动。再使螺杆顺时针转动，带动滑块在水平方向匀速运动，设计滑块运动时间为从左到右为2秒，从右到左为2秒。图4.3水平臂模型组合体4.4竖直臂伸缩模块的动态仿真分析本模块是把液压缸固定在滑块上，再吧液压套套在液压杆上，约束好液压缸，使得液压杆可以在竖直方向上上下运动，从而实现模块的升降。设计升降时间为2秒。图4.4竖直臂组合体4.5机械臂旋转模块的动态仿真分析由于机械臂的旋转模块是安装在立柱内，故这只需要约束好转轴旋转的速度即可，由转轴带动转台旋转，从而带动整个机械臂的旋转运动，设计旋转速度为90°/s。最后，将各个模块的组合体组合到一起，形成了机械臂整体，如下图所示：图4.5机械臂装配体示意图参考文献［1］...2003［2］[J].中小企业管理与科技2009［3］..2008年07期［4］《世界机器人发展历程》.工握文.国防科技大学出版社［5］张春林.机械创新设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2007［6］常有宏,吕晓兰,蔺经,薛新宇,王中华.

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人技术在农业中的应用一水

果采摘机器人[J]四川农机［29］郑淑芳.机械设计理论研究与探讨，北京：科学出版社，2004.5［20］李牧,陆怀民,方红根,等我国农林机器人的研究现状及发展趋势[J]森林工程,2003［21］杨玉雏，张明路，赵新华.2杆轮式悬架移动刚体机械手动力学瞬态稳定性研究与仿真[J].高技术通讯,2011年，第三期［22］同济大学、上海交通大学等院校《机械制图》编写组.机械制图［M］.第6版.北京：高等教育出版社，2010［23］陈于萍、高晓康.《互换性与测量技术.2版》.北京:北京高等教育出版社,2008.谢辞随着毕业设计的进行，为期一个学期的毕业设计也逐渐走向尾声，这也标志着我的四年的大学生活进入尾声，我将要离开校园步入这个眼花缭乱的社会。故在此对所有的任课老师，辅导员，班导师，班主任，还有身边的同学表达衷心的感谢。谢谢他们授予我知识，给予我帮助，每当我遇到困难解决不了，都是他们帮我出谋划策，提供我解决问题的帮助，思路等。北京理工大学珠海学院，我的大学，文奠定了扎实的基础。知识！本论文的在编写的过程中也参考到的大量国内外的文献，期刊，论文等，在此也对这些作者们的辛苦劳动表示发自内心的感谢。没有那么多文献，我就没办法编写本论文。因今年发生了新型冠状病毒的疫情，我的论文编写工作只能在老家进行。而论文的完成也少不了同学和亲人们的关心，帮助。在设计中遇到的很多问题我都会和蔡浩彪同学交流讨论，他也给过我不少意见和想法，也提供了很多帮助。另外亲人们的关心也是非常只要的，在论文编写过程中，我的电脑出现过多次的死机闪退的情况，让我写道论文因为没有来得及保存而丢失。在装配机械臂的过程中也是如此，我，几度想直接放弃毕业设计，出去打工的。但亲人们极力的安抚我那躁动不安的心情，让我坚持了下来，完成了毕业设计的论文。所以在这里我要特意感谢蔡浩彪同学和我的亲人们。感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，最重要的是我要感谢我的父母，他们永远在背后支持我。

怎样提高电脑系统运行速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。1.加快系统启动速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。(1)MsconfigWindowsXP的启动速度在系统安装初期还比较快，但随着安装的软件不断增多，系统的启动速度会越来越慢，这是由于许多软件把自己加在了启动程序中，这样开机即需运行，大大降低了启动速度，而且也占用了大量的系统资源。对于这样一些程序，我们可以通过系统配置实用程序Msconfig将它们从启动组中排除出去。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框中键入“Msconfig”，回车后会弹出“系统配置实用程序”对话框，选择其中的“启动”选项卡(如图1)，该选项卡中列出了系统启动时加载的项目及来源，仔细查看每个项目是否需要自动加载，否则清除项目前的复选框，加载的项目越少，启动的速度就越快。设置完成后需要重新启动方能生效。(2)BootvisBootvis是微软提供的一个启动优化工具，可提高WindowsXP的启动速度。用BootVis提升WindowsXP的启动速度必须按照正确的顺序进行操作，否则将不会起到提速的效果。其正确的操作方法如下：启动Bootvis，从其主窗口(如图2)中选择“工具”菜单下的“选项”命令，在“符号路径”处键入Bootvis的安装路径，如“C:\ProgramFiles\Bootvis”，单击“保存”退出。从“跟踪”菜单中选择“下次引导”命令，会弹出“重复跟踪”对话框，单击“确定”按钮，BootVis将引导WindowsXP重新启动，默认的重新启动时间是10秒。系统重新启动后，BootVis自动开始运行并记录启动进程，生成启动进程的相关BIN文件，并把这个记录文件自动命名为TRACE_BOOT_1_1。程序记录完启动进程文件后，会重新启动BootVis主界面，在“文件”菜单中选择刚刚生成的启动进程文件“TRACE_BOOT_1_1”。窗口中即会出现“CPU>使用”、“磁盘I/O”、“磁盘使用”、“驱动程序延迟”等几项具体图例供我们分析，不过最好还是让BootVis程序来自动进行分析：从“跟踪”菜单中选择“系统优化”命令，程序会再次重新启动计算机，并分析启动进程文件，从而使计算机启动得更快。(3)禁用多余的服务WindowsXP在启动时会有众多程序或服务被调入到系统的内存中，它们往往用来控制Windows系统的硬件设备、内存、文件管理或者其他重要的系统功能。但这些服务有很多对我们用途不大甚至根本没有用，它们的存在会占用内存和系统资源，所以应该将它们禁用，这样最多可以节省70MB的内存空间，系统速度自然也会有很大的提高。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“services.msc”后回车，即可打开“服务”窗口。窗口的服务列表中列出了系统提供的所有服务的名称、状态及启动类型。要修改某个服务，可从列表双击它，会弹出它的属性对话框(如图3)，你可从“常规”选项卡对服务进行修改，通过单击“启动”、“停止”、“暂停”、“恢复”四个按钮来修改服务的状态，并可从“启动类型”下拉列表中修改启动类型，启动类型有“自动”、“手动”、“已禁用”三种。如果要禁止某个服务在启动自动加载，可将其启动类型改为“已禁用”。WindowsXP提供的所有服务有36个默认是自动启动的，实际上，其中只有8个是必须保留的(见下表)，其他的则可根据自己的需要进行设置，每种服务的作用在软件中有提示。4)修改注册表来减少预读取，减少进度条等待时间WindowsXP在启动过程中会出现一个进度条，我们可以通过修改注册表，让进度条只跑一圈就进入登录画面。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“regedit”命令后回车，即可启动注册表编辑器，在注册表中找HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\PrefetchParameters，选择其下的EnablePrefetcher键，把它的键值改为“1”即可。(5)减少开机磁盘扫描等待时间当Windows日志中记录有非正常关机、死机引起的重新启动，系统就会自动在启动的时候运行磁盘扫描程序。在默认情况下，扫描每个分区前会等待10秒钟，如果每个分区都要等上10秒才能开始进行扫描，再加上扫描本身需要的时间，会耗费相当长的时间才能完成启动过程。对于这种情况我们可以设置取消磁盘扫描的等待时间，甚至禁止对某个磁盘分区进行扫描。选择“开始→运行”，在运行对话框中键入“chkntfs/t:0”，即可将磁盘扫描等待时间设置为0；如果要在计算机启动时忽略扫描某个分区，比如C盘，可以输入“chkntfs/xc:”命令；如果要恢复对C盘的扫描，可使用“chkntfs/dc:”命令，即可还原所有chkntfs默认设置，除了自动文件检查的倒计时之外。2.提高系统运行速度提升系统运行速度的思路与加快启动的速度类似：尽量优化软硬件设置，减轻系统负担。以下是一些常用的优化手段。(1)设置处理器二级缓存容量WindowsXP无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们自己在注册表中手动设置，首先打开注册表，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”，选择其下的“SecondLevelDataCache”，根据自己所用的处理器设置即可，例如PIIICoppermine/P4Willamette是“256”，AthlonXP是“384”，P4Northwood是“512”。(2)提升系统缓存同样也是在“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”位置，把其下的“LargeSystemCache”键值从0改为1，WindowsXP就会把除了4M之外的系统内存全部分配到文件系统缓存中，这样XP的内核能够在内存中运行，大大提高系统速度。通常来说，该优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。需要注意的是必须有256M以上的内存，激活LargeSystemCache才可起到正面的作用，否则不要轻易改动它。(3)改进输入/输出性能这个优化能够提升系统进行大容量文件传输时的性能，不过这只对服务器用户才有实在意义。我们可在中新建一个DWORD(双字节值)键值，命名为IOPageLockLimit。一般情况下把数据设置8~16MB之间性能最好，要记住这个值是用字节来计算的，例如你要分配10MB的话，就是10×?1024×1024，也就是10485760。这里的优化也需要你的机器拥有大于256M的内存。(4)禁用内存页面调度在正常情况下，XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。在注册表中找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”下的“DisablePagingExecutive”键，把它的值从0改为1即可禁止内存页面调度了。(5)关闭自动重新启动功能当WindowsXP遇到严重问题时便会突然重新开机，可从注册表将此功能取消。打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\CrashControl\”将AutoReboot键的Dword值更改为0，重新启动后设置即可生效。(6)改变视觉效果WindowsXP在默认情况下启用了几乎所有的视觉效果，如淡入淡出、在菜单下显示阴影。这些视觉效果虽然漂亮，但对系统性能会有一定的影响，有时甚至造成应用软件在运行时出现停顿。一般情况下建议少用或者取消这些视觉效果。选择桌面上“我的电脑”图标，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开“系统属性”对话框。选择“高级”选项卡，在其中的“性能”栏中单击“设置”按钮，会弹出“性能选项”对话框(如图4)，可选择“调整为最佳性能”单选框来关闭所有的视觉效果，也可选择“自定义”然后选择自己需要的视觉效果。(7)合理设置页面虚拟内存同样也是在“性能选项”对话框中，选择“高级”选项卡，在其中的“虚拟内存”栏中单击“更改”按钮，接下来选择虚拟内存为“自定义大小”，然后设置其数值。一般情况下，把虚拟设为不小于256M，不大于382M比较合适，而且最大值和最小值最好一样。(8)修改外观方案WindowsXP默认的外观方案虽然漂亮，但对系统资源的占用也多，可将其改为经典外观以获得更好的性能。在桌面空白位置单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，会打开“显示属性”对话框，在“主题”选项卡选择主题为“Windows经典”，即可将外观修改为更为经济的Windows经典外观。(9)取消XP对ZIP支持WindowsXP在默认情况下打开了对zip文件支持，这要占用一定的系统资源，可选择“开始→运行”，在“运行”对话框中键入“regsvr32/uzipfldr.dll”，回车确认即可取消XP对ZIP解压缩的支持，从而节省系统资源。(10)关闭Dr.WatsonDr.Watson是WindowsXP的一个崩溃分析工具，它会在应用程序崩溃的时候自动弹出，并且在默认情况下，它会将与出错有关的内存保存为DUMP文件以供程序员分析。不过，记录DUMP文件对普通用户则毫无帮助，反而会带来很大的不便：由于Dr.Watson在应用程序崩溃时会对内存进行DUMP记录，将出现长时间硬盘读写操作，要很长一断时间程序才能关闭，并且DUMP文件还会占用大量磁盘空间。要关闭Dr.Watson可打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\AeDebug”分支，双击其下的Auto键值名称，将其“数值数据”改为0，最后按F5刷新使设置生效，这样就取消它的运行了。同样，我们可以把所有具备调试功能的选项取消，比如蓝屏时出现的memory.dmp，可在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“启动和故障恢复”栏中的“设置”按钮，并在弹出的“启动和故障恢复”对话框中选择“写入调试信息”为“无”(如图5)。(11)启动硬盘/光驱DMA模式打开“系统属性”对话框，选择“硬件”选择卡中的“设备管理器”按钮，打开“设备管理器”窗口，在设备列表中选择“IDEATA/ATAPI控制器”，双击“主要IDE通道”或“次要IDE通过”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA(若可用)”。(12)关掉不用的设备WindowsXP总是尽可能为电脑的所有设备安装驱动程序并进行管理，这不仅会减慢系统启动的速度，同时也造成了系统资源的大量占用。针对这一情况，你可在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，方法是双击要停用的设备，在其属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。在重新启动设置即可生效，当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。(13)关闭错误报告当应用程序出错时，会弹出发送错误报告的窗口，其实这样的错误报告对普通用户而言几乎没有任何意义，关闭它是明智的选择。在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“错误报告”按钮，在弹出的“错误汇报”对话框中，选择“禁用错误汇报”单选项，最后单击“确定”即可。另外我们也可以从组策略中关闭错误报告：从“运行”中键入“gpedit.msc”，运行“组策略编辑器”，展开“计算机配置→管理模板→系统→错误报告功能”，双击右边设置栏中的“报告错误”，在弹出的“属性”对话框中选择“已禁用”单选框即可将“报告错误”禁用。(14)关闭自动更新“自动更新”功能对许多WindowsXP用户而言并不是必需的，可将其关闭以节省系统资源。在“我的电脑”上单击鼠标右键，从快捷菜单中选择“属性”命令，选择“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡，勾选“关闭自动更新，我将手动更新计算机”单选框，单击“确定”按钮即可关闭自动更新功能。如果在“服务”已经将“AutomaticUpdates”服务关闭，“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡就不能进行任何设置了。(15)去掉菜单延迟去掉菜单弹出时的延迟，可以在一定程度上加快XP。要修改的键值位置在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”。修改其下的“MenuShowDelay”键，把默认的400修改为0，按F5刷新注册表即可生效。(16)清除预读文件WindowsXP的预读设置虽然可以提高系统速度，但是使用一段时间后，预读文件夹里的文件数量会变得相当庞大，导致系统搜索花费的时间变长。而且有些应用程序会产生死链接文件，更加重了系统搜索的负担。所以，应该定期删除这些预读文件。预计文件存放在WindowsXP系统文件夹的Prefetch文件夹中，该文件夹下的所有文件均可删除。(17)关闭自动播放功能在WindowsXP中，当往光驱中放入光盘或将USB硬盘接上电脑时，系统都会自动将光驱或USB硬盘扫描一遍，同时提示你是否播放里面的图片、视频、音乐等文件，如果是拥有多个分区的大容量的USB硬盘，扫描会耗费很长的时间，而且你得多次手动关闭提示窗口，非常麻烦。这种情况下我们可以将WindowsXP的自动播放功能关闭。运行“组策略”程序。在组策略窗口左边栏中，打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框。在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”(如图6)。这样以后就不用担心WindowsXP的“自动播放”功能带来的麻烦了。如果你只是想禁止系统扫描某个驱动器(如USB硬盘)上的文件，可采用下面的方法。先连上你的USB硬盘，让系统将它识别出来。然后打开“我的电脑”，选择USB硬盘上的某个分区，按鼠标右键，会弹出磁盘属性窗口，选取“自动播放”选项卡，将所有内容的类型都选择为不执行操作。如果USB硬盘有多个分区，对所有分区都进行同样的操作，这样当你将USB驱动器拔掉再重新接上时，系统会将USB硬盘识别出来，而不会反复问你是否播放USB硬盘中的文件了。3.加快关机速度WindowsXP的关机速度要慢于启动速度，特别有些任务还需要手工结束，更加延缓了关机速度。因此，要加快关机速度，首先要开启WindowsXP的自动结束任务功能。具体步骤是：从注册表中找到“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”，把“AutoEndTasks”的键值设置为1即可。然后再修改“HungAppTimeout”为“4000(或更小)”(预设为5000)，该键值同样也在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”下；最后一步再找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\”，同样把WaitToKillServiceTimeout设置为“4000”；通过这样设置后的关机速度明显要加快了。够全面吧~~◆二、硬件优化设置◆1、关掉不用的设备

在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，在要停用设备属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。◆2、内存性能优化

WindowsXP中有几个选项可以优化内存性能，它们全都在注册表下面位置：HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Management

1）禁用内存页面调度（Paging

Executive）

XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。256M以上内存才使用这个设置。把“DisablePagingExecutive”的值从0改为1就可以禁止内存页面调度了。

2）提升系统缓存

必须有256M以上的内存，才激活它。把LargeSystemCache键值从0改为1，一般来说，这项优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。

3）输入/输出性能

内存大于256M才更改这里的值，这个优化只对server（服务器）用户才有实在意义，它能够提升系统进行大容量文件传输时的性能。建一个DWORD（双字节值）键值，命名为IOPageLockLimit，数值设8M－16M字节之间性能最好，具体设什么值，可试试哪个值可获得最佳性能。这个值是用字节来计算的，比如你要分配12M，就是12×1024×1024，也就是12582912。◆3、启动硬盘/光驱DMA模式

“系统属性”－“硬件”－“设备管理器”，在设备列表中选择“IDE

ATA/ATAPI控制器”，双击“主要

IDE

通道”或“次要

IDE

通道”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA（若可用）”（在BIOS里也应该要先设为支持DMA）。

◆4、关闭自动播放功能

运行“组策略”程序,在组策略窗口左边栏中打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框，在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”。

◆5、设置二级缓存容量

WindowsXP有时无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们手动设置。运行注册表编辑器，找到HKCU_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Management,选择Dword值SecondLevelDataCache（如果没有就新建这个值），修改这个值（填时使用10进制）为你的CPU的二级缓存的大小，比如你的CPU的二级缓存是256KB，就修改Dword值SecondLevelDataCache为10进制的256即可。二级缓存大小介绍AMD系列Duron

64KB

K6-3

Thunderbird

AthlonXP

256KB

K6-2

Athlon

512KB；Intel系列CeleronA

Celeron2

128KB

P2

Mobile

P3E(EB)

P