救援无人机机械系统及结构设计

救援无人机机械系统及结构设计摘要近年来，科技领域的各个方面都得到高速的发展，例如材料应用技术、动力系统技术、数字传感技术等等，与此同时救援无人机以及相关设备也得到了全面而快速的发展，装备了先进的自动驾驶系统，使其应用领域越来越广泛。其主要优势体现在其复杂和危险的环境下也能进行航空救援工作。对救援无人机的研究也将是科技创新的新时代。救援无人机主要是通过图像识别系统，对救援对象进行识别，然后通过遥控器发射信号，飞行控制系统可以快速捕捉到信号，然后结合各个传感器的反馈信号来控制电流的输出，来使救援无人机完成上升、下降、置空等救援动作，同时控制着救援无人机机械手的工作。首先对现有救援无人机与机械爪手展开研究，构建救援无人的大致框架。根据前人的设计进行模仿创新，将各功能重新分开研究，在基础上进行改进创新，其中包括无人机的整体结构、续航系统、动力系统、各个控制系统及机械手，将其完美组合使得救援无人机整体协作起来，且能够在经济高效的前提下达到毕业设计的的要求。关键词：救援无人机；机械手；结构优化RescuedronemechanicalsystemandstructuraldesignAbstractWiththedevelopmentofmaterialstechnology,digitaltechnology,powersystemtechnology,andsensortechnology,inrecentyears,rescuedronesequippedwithautonomousdrivingequipmenthavealsodevelopedrapidly,andtheirapplicationfieldsarebecomingmoreandmoreextensive.Itsmainadvantagesarereflectedinitsabilitytoconductaerialreconnaissanceinitscomplexanddangerousenvironment.Researchonrescuedroneswillalsobeatrendoftechnologicalinnovation.Therescuedronemainlytransmitssignalsthroughtheremotecontrol,andthereceiverreceivesthesignalsandtransmitsthemtotheflightcontroller.Thesignalsfromtheflightcontroller'sintegratedsensorsandthesignalsreceivedbythereceivercontroltheoutputofthecurrent,soastocontrolthespeedofeachrotoroftheaircraftThecorrespondingflightattitude,whilecontrollingtheworkoftherescuedronemanipulator.First,researchtherescuedroneandsortouttheoveralldesignideas.Throughthemethodofimitationcreationandfunctionaldecomposition,therescuedroneisdecomposedintovariousmodules,includingracks,brushlessmotors,electronicgovernors,batteries,flightcontrollers,remotecontrollers,androbots.Themainfunctionsareanalyzed.,Andthendesignandanalyzethemanipulator,sothattherescuedroneasawholecooperatesandcanmeettherequirementsofgraduationdesignunderthepremiseofcost-effectiveness.Keywords:Rescuedrone;manipulator;structuraloptimization目录TOC\o"1-3"\h\u1前言 11.2国内外的发展概况 11.3本设计的主要内容 12机械爪手设计方案 32.1机械爪手的设计要求和功能要求 32.1.1设计要求 32.1.2功能要求 32.2常见机械爪手 32.2.1夹钳式机械爪手 32.2.2弹性力机械爪手 32.2.3勾托式机械爪手 32.3方案对比分析和确定 42.3.1方案一二指平动手爪 42.3.2方案二三指关节机械手爪 42.3.3方案分析 53机械手的结构设计 63.1机械手的结构分析 63.2手指结构设计 73.2.1手指数量 73.2.2手指的材料 73.3底座的设计 73.4驱动机构的设计 83.4.1驱动方案的设计和选择 83.4.2电动机的选择 93.5螺栓连接的选择与校核 103.5.1螺栓选择 103.5.2螺栓校核 114三维设计与分析 124.1软件概述 124.1.1参数化设计 124.1.2基于特征建模 124.1.3单一数据库 124.2三维设计与装配 124.2.1零件三维设计 124.2.2虚拟装配 145基于ANSYS的有限元分析 165.1本设计的目的、意义 165.2ANSYS软件的概述 165.3ANSYS抓手有限元静力分析 165.3.1材料设置 175.3.2模型创建 185.3.3网格划分 185.3.4边界条件的设置 205.3.5约束的设置 205.3.6载荷加载 205.3.7求解计算 205.3.8结果分析 215.4结论 226总结 23参考文献 24谢辞 25PAGE31前言近年来，多旋翼无人飞行器得到了快速的发展，装配无人驾驶系统。这些无人机也称为空中无人机器人，广泛应用于各个领域。无人机按用途分可以分为两种，一种为军用无人机，另一种则为民用无人机。在军事无人机中发展较为完善，而在民用无人机的发展中还存在很多的空间。所以本研究重点研究民用的多翼无人机。多翼无人机它的好处在于无论地势多复杂、气候多恶劣都能优秀的完成侦查救援任务。由其是将四翼无人机与救援系统相结合其升力大、成本低、升级空间大、灵活性强、飞行灵活、操作简单等优点。随着材料技术、导航技术、电力系统技术和传感器技术的高速发展，配备了一个夹紧机械手的设备援助无人机也获得了快速发展，其主要的优势是拯救一个在复杂或危险环境中等待救援的人，并且可以通过救援无人机传递必要的救援信息。1.2国内外的发展概况2012年，日本注册了约2.4万架多旋翼无人机，这原因是用于农药喷洒的多旋翼无人机数量庞大。2011年以来，美国由于研究经费大大增加，使得多翼无人及的到空前的高速发展。相对来说，欧洲此时在无人机方面的发展较为缓慢。目前，许多公司已经研发生产了100多架无人多旋翼无人机，其中最常见的是四旋翼和六旋翼。主动防御技术也被引入到无人机中。与此同时，很多民间小企业也十分重视无人行业的发展，向其引入了许多新型技术，使得多种多样的无人机出现在人们视野中。有关六旋翼无人机携带用于执法、视频和检查的摄像头的新闻很常见。以深圳大疆创新科技有限公司为例，自2012年以来，公司规模不断壮大，现已成为世界领先的无人机控制系统及无人机解决方案研发和制造企业。该公司的客户遍及100多个国家。早在上世纪90年代末，美国就开始使用无人机进行灾害监测和救援，但在中国，无人机还没有用于地震灾害等应急方面的应用。在2008年汶川地震发生之前，中国科学院课题组是第一个尝试将遥感无人机应用于震中灾害航拍的课题组。之后，遥感无人机在玉树、芦山地震后的应急救援中发挥了越来越重要的作用。许多紧急救援实践证明,无人机可以迅速进入灾区地震后的航拍照片,现在也可以直接远程实时实时回清晰的图像;无人机具有成本低、操作方便和快速的反应等优势，这是更加有效的调查在大面积地震破坏的灾难面前。无人机的出现，专家们可以利用无人机的优势对难情进行分析以及评估伤害。目前的无人机技术除了可以对灾害进行航拍外，还可以装载多种有效载荷模块，若将其“转化”为移动通信基站，同时具备灾后运输、物资配送、宣传等救援的潜力。因此，无人机将成为应急救援中不可或缺甚至不可替代的航空力量。1.3本设计的主要内容本文介绍了一种救援无人机的机械爪的设计，这种无人机与机械爪手的组合是一种能在恶劣环境中帮助救援人员展开救援工作的新方法。它不仅自身有很好的抓取能力，将其优势与无人机的优势相结合，充分发挥救援无人机的作用。救援无人机通过与机械手相互配合，完成对各种物体的抓取任务，且自动返回。本文包括了机械爪的建模与工作原理，还包括结构设计和ansys静力学分析。2机械爪手设计方案2.1机械爪手的设计要求和功能要求2.1.1设计要求机械爪手首先抓物体十分牢靠，自身要有一定的强度，然后再与四翼无人机相结合，利用其准确快速的飞行能力完成许多救援工作，并最后安全返回。机械爪手应当结构简单和轻量化，避免错综复杂的结构。爪手控电路应该简单可靠，在不影响功能的前提下，尽可能减少驱动电机的数量，并且可以在不通电的情况下自锁，实现低功耗、高效率，为无人机的续航能力创造条件。2.1.2功能要求可以对目标物体进假设，能抓取方形或圆柱形，球体及不规则形状的物体。在理想状态下，可抓取最大尺寸为100mm、重1000g的物体。2.2常见机械爪手2.2.1夹钳式机械爪手夹钳式的机械爪手，它一般由手指、驱动、传动系统及连接与支承原件组成，通过手指的上下移动来对目标物体进行夹取。其手部结构与螃蟹钳子相似，广泛应用于工业机器人的一种手部结构。夹钳式机械爪手又可以分为两种结构，一种为回转型结构，另一种为平移型结构。回转型的工作原理是两个杠杆通过转动机构来带动手指，然后手指会绕指定点旋转从而实现开闭运动。而平动型机械爪手的工作原理是传动机构来带动两个手指作相对的平移运动，从而实现开闭运动。2.2.2弹性力机械爪手弹性力机械爪手的特点是通过弹性原件来夹紧物品，它在装夹目标物体时仅需要施加一定的压力就可，可以省去特定的动力装置。但是，在放下物体时需要施加一个拉力，且这个拉力要大于目标物体的自重。对于目标物体的形状也有要去，其必须与手指的形状相似，而且抓取的方向要同一方向进行抓取。2.2.3勾托式机械爪手钩爪不是通过夹紧力来抓住物体，而是利用物体的重量和水平手指产生的支持力来钩住或拖动物体。由于钩式手爪主要依靠手指的支持力来夹紧物体，不是特别依赖于驱动装置的力矩大小，且不需要很大的夹紧力。2.3方案对比分析和确定机械手爪是救援无人机最关键的执行机构，是否能精确稳定的加持物体是提高救援无人机的工作效率和推进工作水平为重点。机械手抓的设计好坏主要取决于装夹是否牢固、定位是否精确、是否具有普遍性。目前常用的机械爪手多数为三种结构简单的爪手，一种为夹钳式，另一种是弹性力式，还有一种是勾托式。他们都有一个缺陷就是其工作原理过于简单导致装夹对象单一。近些年以来随着机械的各个方面的发展，出现了许多各种各样的爪手的结构，从简单变复杂，从单一到普遍，他们的功能也越来越多样化。从自然界寻找灵感，爪手也趋于仿生化。实践证明，手指越多抓取物品更加稳定，可以抓取各种形状不一的物品，但手指过多使得结构复杂多余，所以三指机械爪手的结构是最佳选择。2.3.1方案一二指平动手爪方案一是一种多连杆的二指平动机械爪，它是由很多个可以自由活动的小关节组成的。然后使用电机作为驱动，使得机械爪完成装夹的动作。图2.1二指平动机械手原理图该类型机械爪手以步进电机为驱动源，具有传动灵敏和传动精度高的特点。该类型的机械爪一般结构大小适中，生产成本不高，一般用于科研机器人和教学机器人。其工作原理是电机带动第一动力杆，再通过连杆传给平行四边形结构，带动手指的张合。手指的表面是粗糙的，目的是为了增加与装夹物体间的摩擦系数，使得抓的更加的牢固。手指与装夹物体之间还有压力传感器通过物体的硬度大小来判断需要多大的夹紧力，防止物体被夹坏。2.3.2方案二三指关节机械手爪方案二是步进电机驱动的三指关节结构机械手，使得机械爪手更灵活、更稳定的抓取目标物体。从而设计了一种新型结构的单电机驱动的三指机械手爪。其工作方式为电机转动带动与其连接的圆盘，再通过曲型连接件传动，与其端部分别通过连杆与三根手指连接；电机带动圆盘和曲形连杆转动，通过连杆控制手爪开合。三根手指呈正三角形排布，抓握时被抓取物受力均匀。该新型的三指手爪设计方案表现出机械爪手具有控制简单、抓握可靠的优点。2.3.3方案分析应根据机械爪的具体使用情况来设计机械爪结构，它的功能确定时，爪手的结构及工作也就大致确定。当爪手的自由度数越高，手指的灵活性就越高，夹持的对象就越来越多样化，与此同时控制也会变得越复杂、制造成本也会随着其复杂程度而变高。方案一：夹钳式的机械爪，机构简单，制造成本底，但是电机的转速与手指工作时的速度成非线性的关系，造成机械爪在夹取物体时产生较大的冲击力，冲击力接触物体产生惯性力，同时惯性力对无人机的飞行状态就会产生较大影响，为了能使夹持更可靠，无人机需要消耗大量的电量来维持平衡，使得无人机的续航能力大大缩减。与此同时此机械爪只能上下平动，夹取物体有一定的难度，难以实现一手多用。方案二：三指关节机械爪，相对于二指的来说机构复杂，但是电机匀速转动时可以保证手指也是匀速运动，在夹取物体时不会产生冲击力。故不会拉低无人机的续航时间。该机械爪手具有三个指节，能够对大小相似，但形状不一的物体实现抓取，并且受力均匀，而在手爪末端的弯曲，使其不仅依靠摩擦力抓取，在对方形物体以及其他不同形状物体的抓取，也有着不俗的表现，真正实现一手多用的功能。3机械手的结构设计3.1机械手的结构分析考虑到被抓取物的多样性，以及其装载在无人机上的行程限制，这对机械手的选择提出了具体的要求，其结构如图3.1所示。有三个手指的手爪，圆周对称的三个手指。在电机的控制下，通过曲形连杆与电机相连的三个手指可以实现同时开合，并对不同形状物体的夹紧。下图为由Pro/E软件设计的救援无人机抓取端执行器的三维模型。图3.1机械手结构图工作原理：将当无人机的机械手位于被抓取物附近时，机械手上的传感器检测到物体，机械手的位置的相对位置与被抓取物的的中心位置对齐，在机械手的控制信号，触发单片机的步进电机的位置传感器，控制与手爪相连的电机工作，继而机械手合起抓住货物，手指端压力传感器检测能保证检测到的压力的实时性，以及确定是压力是否达到阈值，阈值由实验得出并在无人机单片机程序中设定好。如果达到这个阈值，则停止机械手的运动并反馈给单片机抓取完成的信号。3.2手指结构设计本设计为了使机械爪手有良好的通用性，在减少驱动源的基础上，使之能够抓住任意形状，能适用于更广的应用范围，从而使系统结构更加的简单，容易控制。机械手手指的运动和动力传递模式主要用在通过曲形连杆及关节开合手爪。这样的设计可以很好的适用于无人机上驱动行程短，载重能力较低的情况3.2.1手指数量相对于两个手指，三个手指能更好的抓取各种形状的物体，且稳定性更好。配合传感器，可稳定实现对物体的抓取及载运工作。3.2.2手指的材料手指选择适当的材料，对救援无人机的作用有着很大的影响。为了使手指需要有着足够的强度和质量且符合机械手的基本结构尺寸，本设计选用的材料是尼龙6/10。因为尼龙具有很高的机械强度，质量轻，非常有韧性吸震性，耐油，耐弱酸等特点。图3.1单节手指机构运动简图3.3底座的设计机架主要是用来安装驱动机构和各手爪手指，对其有着机身小巧，体积小，重量轻的设计要求。考虑到安装三根手指的对称结构，其主体为正六边形，用以固定和支撑手爪驱动电机以及手爪。机架结构如图3.2所示。图3.2底座结构3.4驱动机构的设计3.4.1驱动方案的设计和选择目前常见的机械手驱动主要有三种，一种是气动驱动，一种是电气驱动，最后一种是液压驱动：（1）气动驱动一般是用空气压缩机来作为动力的来源，是一种用压力驱动制动器来气动压缩空气的驱动系统。气动驱动能保证操作者的安全，结构简单，成本低，污染少，可通过调节空气流量，调节速度，但大尺寸设备的运动速度不稳定，定位精度不高，抓取力小。（2）液压驱动系统输出力的内在驱动流体压力驱动传动系统是稳定的，有效的，应速度快，简单，可以满足一个非常广泛范围内的无级调速要求，应用十分的广泛，不会产生额外的附加力，转变方向也十分的柔和，但容易泄漏，污染和成本很高，传输特性受液体粘度变化的影响。（3）电气传动模型，电脉冲信号控制的开环控制元件的线性位移成为步进电机的角位移，其优点在于简单，快速的反应，无累积误差等。伺服电机的转动惯量的转子，具有良好的动态特性，精度高，便于调速，速度快，运行平稳，易于控制等特点。基于步进电机的这些优点本设计中采用步进电机驱动方式。3.4.2电动机的选择步进电机，是将一种信号转换为电脉冲和脉冲数成正比的角位移或线位移的执行元件。它的优势在于以下：（1）脉冲频率和线速度为线性关系；（2）不受环境条件的变化、电压波动和负载的变化而变化；（3）反应灵敏能快速的启动、制动和反转，且速度可以调控；（4）定位精度高，同步启动特性好。救援无人机机械手手爪的适用环境，要求电机应有响应迅速、具有普遍适用性、受环境影响小，额定功率小，并可用于开环系统。根据所有这些条件，本设计选择90BF004型的步进电机，该机功率为60W。以下为选择主要有步骤：（1）根据最大静转矩和脉冲当量来初选电机型号(a)步距角首先初选步进电机型号，从手册中查到步距角,由于（3-1）综合考虑，我初选了，满足以上公式。(b)距频特性步进电机的最大静转矩Mjmax为电机的定位转矩。步进电机的名义启动转矩Mmq与最大静转矩Mjmax的关系式为：Mmq=（3-2）电机在没有外加工作负载下的启动称为步进电机空载启动。步进电机所需要空载启动力矩按下式计算：（3-3）式中：为丝杆预紧折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mkq为空载启动力矩；Mka为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度折算到电机轴上的加速力矩；Mkf为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩。而且初选电机的型号时要符合步进电动机必要的空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即：MkqMmq=λMjmax（3-4）计算Mkq的各项力矩如下：①加速力矩②空载摩擦力矩③附加摩擦力矩（2）启动矩频特性校核步进电机分可以为三种工作状态：一种是启动，第二种是快速进给运行，第三种是工进运行。前面提出的，不能避免电机启动时出现不丢步的现象，只是为了最大静转矩满足初选电机后，最后在检查电机的要求。因此，后面还要多一步就是对启动矩频特性进行进一步校核。步进电机启动有升速启动和突跳启动。突跳启动时加速力矩很大，启动时不可避免丢步，因此很少用。而升速启动过程中只要保证升速时间足够长，且启动过程缓慢，空载启动力矩中的加速力矩不会很大。一般不会发生丢步现象，满足要求。3.5螺栓连接的选择与校核3.5.1螺栓选择因为轴承受一定横向工作载荷的作用，所以选用铰制孔用螺栓。从《机械设计基础》中表10-1中查得螺栓为：M3×0.5，D1=3mm，P=0.5mm。3.5.2螺栓校核①根据《机械设计基础》中表10-6选取螺栓材料性能为4.8级，公称屈服极限σs=320Mpa,由于装配时不要求严格控制预紧力，按表10-8取安全系数S=3。螺栓的许用应力：螺栓的拉应力：，满足要求。②因为铰制孔用螺栓受横向载荷，所以螺栓按受剪切进行强度计算。查《机械设计基础》中表10-7取螺栓的剪切应力为：螺栓的剪切应力：，满足要求。4三维设计与分析4.1软件概述Pro/Engineer简称Pro/E是一款十分常用的三维建模软件。它是由美国参数技术公司开发的，集中了CAD、CAM、CAE为一体。在各行各业中都发挥着重要的作用，由于他是现在机械领域的新标准，得到业界的高度认同，所以是当今社会十分流行的三维建模软件之一。4.1.1参数化设计当建模时，可以将一个复杂的三维模型分解为多个构成要素，每一个构成都具有它各自的特点，而且它是被有限个参数所限制的，这就是参数化设计。4.1.2基于特征建模当我们操作软件时，Pro/E固有的系统模型是构成一切三维模型的基础，可以根据三维模型的特点画草图，然后通过拉伸、扫描、阵列等操作得到自己想要的三维模型。操作简单通俗易懂。4.1.3单一数据库Pro/E在一个独有的数据库上建立的，和其他系统不同，是在多个数据库上建立的。不管它的部门，一般统一的数据库项目都是从一个数据库，以每一个产品的用户在独立的模拟和工作。4.2三维设计与装配4.2.1零件三维设计在Pro/E零件设计模块对各零件进行三维建模，主要零件的建模结果如下：（1）第一关节图4.1第一关节（2）第二关节图4.2第二关节（3）手指末端图4.3指尖（4）曲形连杆图4.4曲形连杆（5）支架图4.5支架4.2.2虚拟装配虚拟装配就是先将前面所设计好的零件分别组装在一起，即首先先将手指与各连接件装配到一起，然后将装配好的手指与底座间接在一起，最后装配到无人机中。（1）手指装配图4.6手指虚拟装配总成装配图4.7总成虚拟装配装配入无人机图4.8装配入无人机5基于ANSYS的有限元分析5.1本设计的目的、意义目前，无人机已广泛应用于农药喷洒、播种、电缆检测、婚礼摄影、电影摄影等多个领域。无人机还可以装配各种负载，例如摄像头、雷达、红外摄像头和通信设备等，完成摄影、探测以及救援等工作。救援无人机的应用必将成为当今社会的发展趋势，救援无人机的研究也必将成为科技创新的趋势。救援无人机的快速发展必将会为人们的生活带来巨大便利，所以这项研究具有巨大的现实意义。当发生火灾、地震等自然灾难时，人很难第一时间快速准确的到达案发现场，但是如果利用好救援无人机的话，则可以很好地克服这些缺陷。将救援无人机的优势充分利用起来，来挽救更多人的生命及财产安全。装配机械爪手的救援无人机具有丰富种类。救援无人机要根据不同的情况来搭建所需要的模块，这是因为救援环境不同、气候不同及救援的对象也不同等，所以需要具体情况具体分析。这就是救援无人机的主要优势所在。例如，每当需要运输或空投物资时，无人机可以携带便携式自救设备或食物和饮用水。5.2ANSYS软件的概述ANSYS软件是一款进行静力学分析、动力学分析、结构分析、流体分析、以及磁场分析的有限元软件，可以与许多建模软件进行数据对接，例如CAD、Pro/E、Solidworks等。大大方便了教研项目的进行，无论是较为简单的静力学分析，还可以进行复杂的动力学分析，基本在所有工业制造领域都有广泛的应用。由于它对硬件的要求不高，所以基本可以在所有平台运行。5.3ANSYS抓手有限元静力分析本章针对抓手进行ANSYS有限元静力分析，通过分析确认抓手的应力情况及应变情况，通过分析得到抓手的最大应力的大小，确认是否超过屈服极限，进一步来验证设计是否合理。如图所示为ANSYS里的分析流程图，包括材料设置，模型创建、网格划分、边界条件设置、求解计算、结果分析，本次分析我们就按照下图流程进行分析。图5.1分析流程图5.3.1材料设置我们这里使用的材料为尼龙6/10，设置如图所示泊松比，密度，弹性模量，屈服强度等参数，在ANSYS材料库里进行相应的设置，如图所示。图5.2材料库里进行相应的设置5.3.2模型创建这里我们采用三维软件Proe创建了三维模型，然后转成STP格式导入到ANSYS进行有限元分析，如图所示为本次分析的模型。图5.3分析的模型5.3.3网格划分材料定义我们定义零件使用的材料，选中材料定义为40Cr，如图所示。图5.4材料定义网格划分，我们选用加密的网格划分，设置如下。图5.5网格划分如图为划分完成的模型网格。图5.6完成的模型网格5.3.4边界条件的设置边界条件设置包括有约束设置和载荷加载。5.3.5约束的设置将抓手上下圆柱面设置为圆柱约束，如图所示。图5.7约束设置示意图5.3.6载荷加载根据抓手工作状态，抓手底部加载5N的力，如图所示。图5.7加载后示意图5.3.7求解计算插入应力和应变求解器，如图所示进行计算。图5.8求解示意图5.3.8结果分析如图为位移分布图，从应力图中可以看出抓手的应力分布，最大位移位于抓手底部为0.2341mm。图5.9结果分析一如图为应力分布图，从应力图中可以看出抓手的应力分布，最大应力为2.1994Mpa小于抗拉强度139Mpa，符合设计要求。图5.9结果分析二5.4结论通过ANSYS软件对抓手的受力进行了分析，得到了抓手的应力图和位移图。从应变图得出，最大位移位于抓手左右两侧为0.2341mm。从应力图得出抓手的最大应力为2.1994Mpa小于抗拉强度139Mpa，符合设计要求。综上所设计的结构符合强度和刚度要求。6总结大学毕业设计是非常不容易的理论与实践相结合的学习机会，通过这次救援无人机机械系统及结构设计中综合利用我的的理论知识和实践结合，实现专业知识应用，解决实际问题的操作能力，同时也提高了我的文献搜索指南的设计能力，怎样确定装配方案,了解了无人机与机械爪手的基本结构,提高了独立完成一项设计的能力，也是对我的计算能力、绘图能力、三维建模能力、软件自学能力以及文字撰写能力的锻炼。对于需要控制地方，选择的细节和我所有的能力都得到很好地锻炼，获得工作经验，获得丰富的和意志品质的抗压能力，力量和耐力，也被不同程度的提高。这也正是此次毕业设计的意义所在，也正是我们所追求的过程，为提高毕业设计的质量，为了设计的全面全面性，但时间是有限的，所以都是专心致志的，正是在这一次的毕业设计，使我积累了大量的实践经验，最好是让我的大脑知识重新武装起来的，使我们思维更加的活跃，行动更为的迅速。相信在不就将来的工作生活中也能回想起自己所学，让我在以后工作中如鱼得水，有更好专业知识，同时也有极强的沟通能力和应变能力。按照时间表完成本该毕业设计给了我很大的信心，让我知道，专业知识，专业发展以及对未来的信心，但也发现它的许多缺点和不足，留下一点遗憾，但不幸的是没有足够完美的细节和不给我的打击只会更好地激励我前进，我会第一时间在未来当更多的新技术，新设备，新技术的出现时，力争尽快学习掌握这些先进的新设备新工艺，并巧妙的运用于工作当中，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。参考文献[1]成大先.机械设计手册（第5版）[M].北京：化学工业出版社，2008.[2]邓星钟主编.机电传动控制[M].第三版，华中科技大学出版社2012[3]严霖元主编.机械制造基础[M].中国农业大学2013[4]郑文纬，吴克坚主编.机械原理[M].高等教育出版社2013[5]范思冲.画法几何及机械制图.北京：机械工业出版社，1995：3―12.[6]于永泗、齐民主编，机械工程材料[M]，大连：大连理工大学出版社，2007[7]余桂英、郭纪林主编，AutoCAD2008中文版实用教程[M]，大连：大连理工大学出版社，2017[8]邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pro/ENGINEERWildfire4.0中文版标准教程[M]，北京：清华大学出版社，2007[9]王承义.机械手及其应用[M].北京：机械工业出版社，1981：105-125[10]徐丽明,张铁中.救援机器人的研究现状及关键问题和对策[J].机械工业出版社,2016,20(5);38.[11]孙建设.我国无人机救援模式沿革与思考[J].专家视点,2017,2:22-24.[12]姜丽萍,陈树人.果实采摘机器人的研究综述[J].农业装备技术,2015,2,32(1):8-10.[13]崔玉洁,张祖立,白晓虎.农业机器人的研究进展与现状分析[J].农机化研究,2017,(2):4-5.[14]LingP,EhsaniR,TingKC,etal.Sensingandend-effectorforarobotictomatoharvester[C]//ASAEPaper043088,2004.[15]S.Jacobsen,J.Wood,K.Bigger.TheUtah/MIThand:Worksinprogress[J].InternationalJournalofRoboticsResearch.1986,4(3):221-250.谢辞本文在接近尾声的时候，让我在这四年的学习，我的大学生活提供的支持和鼓励的亲爱的老师和同学表示深深的感谢。首先，我要感谢我的指导老师李春，她在学习过程中对我和我的研究提供指导和帮助。老师深厚的理论素养、渊博的知识和诲人不倦的精神，让我赢了，而且，更重要的是，老师严谨的作风和科学问题的能力和抽象的合成影响我，因为我的教育。在我的大学生活，教师的言行和给我许多无私的关怀和帮助，所有这些我不仅能成功地完成本文，更是使我一辈子。我还想感谢尊敬的系里的老师，他们是我的毕业设计提出了许多好的建议和努力的方向，所以我能够较快地完成设计。其次，我还要特别感谢我的母校，给我的学习和工作在现代的条件，使我顺利完成自主学习不同的课程。最后，让我将这学士学位论文完成，感谢我的父母的养育的恩典，使我成为对社会有用的，他们的关心、支持和鼓励我，这是我所有的信仰是力量的源泉。

电脑不启动故障诊治了解电脑启动的过程在诸多电脑故障中，无法正常启动是最令用户头痛的事了。笔者长期从事维护电脑的工作，在这个方面积累了一些经验，现在就将这些经验整理归纳出来与朋友们分享。本文将以家用电脑和windows98操作系统为基础，介绍电脑无法正常启动故障的诊治。要想准确地诊断电脑不启动故障，首先要了解的起动过程，当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还没有完全稳定，主板控制芯片组会根据CMOS中的CPU主频设置向CPU发出一个Reset(重置)信号，让CPU初始化，电压完全稳定后，芯片组会撤去Reset信号，CPU马上从地址FFFF0H处执行一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。系统BIOS首先要做的事情就是进行POST(PowerOnSelfTest，加电自检)。POST的主要任务是检测系统中的一些关键设备(电源、CPU芯片、BIOS芯片、定时器芯片、数据收发逻辑电路、DMA控制器、中断控制器以及基本的64K内存和内存刷新电路等)是否存在和能否正常工作，如内存和显卡等。自检通过后，系统BIOS将查找显示卡的BIOS，由显卡BIOS来完成显示卡的初始化，显示器开始有显示，自此，系统就具备了最基本的运行条件，可以对主板上的其它部分进行诊断和测试，再发现故障时，屏幕上会有提示，但一般不死机，接着系统BIOS将检测CPU的类型和工作频率，然后开始测试主机所有的内存容量，内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，这些设备包括：硬盘、CD－ROM、软驱、串行接口和并行接口等连接的设备，大多数新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的相关参数、硬盘参数和访问模式等。标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中已安装的即插即用设备。每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。最后系统BIOS将更新ESCD(ExtendedSystemConfigurationData，扩展系统配置数据)。ESCD数据更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录，而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS，这是Windows最基本的系统文件。IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据，然后就显示出我们熟悉的蓝天白云，在这幅画面之下，Windows将继续进行DOS部分和GUI(图形用户界面)部分的引导和初始化工作，一切顺利结束，电脑正常启动。根据故障现象诊治了解电脑启动的过程，故障就好判断了，下面我们就根据故障现象开始诊治了：现象一：系统完全不能启动，见不到电源指示灯亮，也听不到冷却风扇的声音。这时，基本可以认定是电源部分故障，检查：电源线和插座是否有电、主板电源插头是否连好，UPS是否正常供电，再确认电源是否有故障，最简单的就是替换法，但一般用户家中不可能备有电源等备件，这时可以尝试使用下面的方法（注意：要慎重）：先把硬盘，CPU风扇，或者CDROM连好，然后把ATX主板电源插头用一根导线连接两个插脚（把插头的一侧突起对着自己，上层插脚从左数第4个和下层插脚从右数第3个，方向一定要正确），然后把ATX电源的开关打开，如果电源风扇转动，说明电源正常，否则电源损坏。如果电源没问题直接短接主板上电源开关的跳线，如果正常，说明机箱面板的电源开关损坏。现象二：电源批示灯亮，风扇转，但没有明显的系统动作。这种情况如果出现在新组装电脑上应该首先检查CPU是否插牢或更换CPU，而正在使用的电脑的CPU损坏的情况比较少见（人为损坏除外），损坏时一般多带有焦糊味，如果刚刚升级了BIOS或者遭遇了CIH病毒攻击，这要考虑BIOS损坏问题（BIOS莫名其妙的损坏也是有的），修复BIOS的方法很多杂志都介绍过就不重复了；确认CPU和BIOS没问题后，就要考虑CMOS设置问题，如果CPU主频设置不正确也会出现这种故障，解决方法就是将CMOS信息清除，既要将CMOS放电，一般主板上都有一个CMOS放电的跳线，如果找不到这个跳线可以将CMOS电池取下来，放电时间不要低于5分钟，然后将跳线恢复原状或重新安装好电池即可；如果CPU、BIOS和CMOS都没问题还要考虑电源问题：PC机电源有一个特殊的输出信号，称为POWERGOOD（PG）信号，如果PG信号的低电平持续时间不够或没有低电平时间，PC机将无法启动。如果PG信号一直为低电平，则PC机系统始终处于复位状态。这时PC机也出现黑屏、无声响等死机现象。但这需要专业的维修工具外加一些维修经验，因此，建议采用替换法；电源没有问题就要检查是否有短路，确保主板表面不和金属（特别是机箱的安装固定点）接触。把主板和电源拿出机箱，放在绝缘体表面，如果能启动，说明主板有短路现象；如果还是不能启动则要考虑主板问题，主板故障较为复杂，可以使用替换法确认，然后更换主板。现象三：电源指示灯亮，系统能启动，但系统在初始化时停住了，而且可以听到嗽叭的鸣叫声（没有视频）：根据峰鸣代码可以判断出故障的部位。ccid_page/AwardBIOS1短声：说明系统正常启动。表明机器没有问题。2短声：说明CMOS设置错误，重新设置不正确选项。1长1短：说明内存或主板出错，换一个内存条试试。1长2短：说明显示器或显示卡存在错误。检查显卡和显示器插头等部位是否接触良好或用替换法确定显卡和显示器是否损坏。1长3短：说明键盘控制器错误，应检查主板。1长9短：说明主板FlashRAM、EPROM错误或BIOS损坏，更换FlashRAM。重复短响：说明主板电源有问题。不间断的长声：说明系统检测到内存条有问题，重新安装内存条或更换新内存条重试。AMIBIOS1短：说明内存刷新失败。更换内存条。2短：说明内存ECC较验错误。在CMOS中将内存ECC校验的选项设为Disabled或更换内存。3短：说明系统基本内存检查失败。换内存。4短：说明系统时钟出错。更换芯片或CMOS电池。5短：说明CPU出现错误。检查CPU是否插好。6短：说明键盘控制器错误。应检查主板。7短：说明系统实模式错误，不能切换到保护模式。8短：说明显示内存错误。显示内存有问题，更换显卡试试。9短：说明BIOS芯片检验和错误。1长3短：说明内存错误。内存损坏，更换。1长8短：说明显示测试错误。显示器数据线没插好或显示卡没插牢。现象四：系统能启动，有视频，出现故障提示，这时可以根据提示来判断故障部位。下面就是一些常见的故障提示的判断：一、提示“CMOSBatteryStateLow”原因：CMOS参数丢失，有时可以启动，使用一段时间后死机，这种现象大多是CMOS供电不足引起的。对于不同的CMOS供电方式，采取不同的措施：1.焊接式电池：用电烙铁重新焊上一颗新电池即可；2.钮扣式电池：直接更换；3.芯片式：更换此芯片，最好采用相同型号芯片替换。如果更换电池后时间不长又出现同样现象的话，很可能是主板漏电，可检查主板上的二极管或电容是否损坏，也可以跳线使用外接电池，不过这些都需要有一定的硬件维修基础才能完成。二、提示“CMOSChecksumFailure”CMOS中的BIOS检验和读出错；提示“CMOSSystemOptionNotSet”，CMOS系统未设置；提示“CMOSDisplayTypeMismatch”，CMOS中显示类型的设置与实测不一致；提示“CMOSMemorySizeMismatch”，主板上的主存储器与CMOS中设置的不一样；提示“CMOSTime&DateNotSet”，CMOS中的时间和日期没有设置。这些都需要对CMOS重新设置。三、提示“KeyboardInterfaceError”后死机原因：主板上键盘接口不能使用，拔下键盘，重新插入后又能正常启动系统，使用一段时间后键盘无反应，这种现象主要是多次拔插键盘引起主板键盘接口松动，拆下主板用电烙铁重新焊接好即可；也可能是带电拔插键盘，引起主板上一个保险电阻断了（在主板上标记为Fn的东西），换上一个1欧姆／0.5瓦的电阻即可。四、自检过程中断在xxxKCache处这表示主板上Cache损坏，可以在CMOS设置中将“ExternalCache”项设为“Disable”故障即可排除。同理，在自检主板部件时出现中断，则可以认为该部件损坏，解决方法一般可以在CMOS中将其屏蔽，如果不能屏蔽该部件最好更换主板。五、提示“FDDControllerFailure”BIOS不能与软盘驱动器交换信息；提示“HDDControllerFailure”，BIOS不能与硬盘驱动器交换信息。应检查FDD（HDD）控制卡及电缆。六、提示“8042GateA20Error”8042芯片坏；提示“DMAError”，DMA控制器坏。这种故障需要更换。七、提示“DisplaySwitchNotProper”主板上的显示模式跳线设置错误，重新跳线。八、提示“KeyboardisLock...Unlockit”键盘被锁住，打开锁后重新引导系统。九、IDE接口设备检测信息为：“DetectingPrimary（或Secondary）Master（或Slave）...None”表示该IDE接口都没有找到硬盘，如果该IDE口确实接有硬盘的话，则说明硬盘没接上或硬盘有故障，可以从以下几方面检查：1、硬盘电源线和数据线是否接触不良，或换一根线试试；2、CMOS设置有无错误，进入CMOS将“PrimaryMaster”、“PrimarySlave”、“SecondaryMaster”三项的的“TYPE”都设置成“Auto”；3、替换法确认硬盘本身有故障。十、IDE接口设备检测信息下面显示“Floppydisk(s)fail(40)”出错信息表示CMOS所指定的软盘驱动器有问题。判断和解决的方法与硬盘相似。现象五：系统不能引导。这种故障一般都不是严重问题，只是系统在找到的用于引导的驱动器中找不到引导文件，比如：BIOS的引导驱动器设置中将软驱排在了硬盘驱动的前面，而软驱中又放有没有引导系统的软盘或者BIOS的引导驱动器设置中将光驱排在了硬盘驱动的前面，而光驱中又放有没有引导系统的光盘，这个都很简单，将光盘或软盘取出就可以了，实际应用中遇到“DiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”的提示，多数都是这个原因。如果是硬盘不能引导的话一般有两种情况：一种是硬盘数据线没有插好，另一种就是硬盘数据损坏。前者一般多会出现硬盘容量检测不正确和引导时出现死机的现象；后者则是干脆找不到引导文件或提示文件损坏。前者只需重新连接好数据线即可；后者则需要用win98的启动软盘或启动光盘启动，根据实际情况来定：一、提示“Invalidpartitiontable”或“NotFoundany[activepartition]inHDDDiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”，这说明找不到硬盘活动分区，需要对硬盘重新分区。二、提示“Missoperationsyste”，说明硬盘活动分区需要重新格式化（formatc:/s）。三、提示“InvalidsystemdiskReplacethedisk，andthenpressanykey”或显示“StartingWindows98…”时出现死机，说明硬盘上的系统文件丢失了或损坏，使用“sysc:”，命令传递系统文件给c盘，再将C拷贝给c盘。现象六：硬盘可以引导，但Windows不能正常启动，也不能进入安全模式。这种情况表明Windows98出现了严重的错误，首先，用杀毒软件查杀病毒，看是不是病毒造成的，如果没有发现病毒可以用以下方法试一试。一、直接将接口卡与各个外设都拨去，再插回去，并调整接口卡上的设置（如果可以的话）来检查是否是硬件冲突造成，开机看看是否可正常进入Windows。二、检查CMOS中的设置是否有不正确的地方，若不清楚，可选择LoadBiosDefault项目，然后重开机，开机看是否可正常进入Windows。三、在启动时按下F8键，一般会出现6个选项（如果安装了DOS6.22则出现7个选项）选择第4项“step－by－stepconfirmation”进入单步运行方式，按照出现死机的命令选择处理方法：1、执行“Processthesystemregistry”计算机就死机，说明是注册表故障，那么可以重新启动按F8键，选第4项后，只在Device=c:\windows\himem.sys这一项上按“Y”，其余的按“N”后，在DOS提示符下输入Scanreg／fix