采摘机械手结构设计

本科论文目录摘要 IAbstract III引言 11诸论 31.1研究目的与意义 31.2国内外研究现状 41.2.1国外采摘机械手技术发展状况 51.2.2国内采摘机械手技术发展状况 51.3本文研究内容 72采摘机械手工作原理 92.1采摘机械手的工作原理 92.2采摘机械手装置总体方案设计 92.3采摘机械手装置动力 机构设计 102.4采摘机械手装置大臂机构设计 102.5采摘机械手装置抓手机构 112.6采摘机械手装置传送机构 122.7采摘机械手装置机架设计 132.8整体方案模型 133采摘机械手装置结构设计 143.1电机选型计算 143.2旋转气缸设计计算 143.2.1缸内径 153.2.2气缸缸杆直径 153.2.3气缸缸筒长度 153.2.4导向套滑动面的长度 163.2.5最小导向的长度 163.3抓手气缸的计算 163.3.1驱动力 163.3.2气缸的直径 183.3.3缸筒壁厚的设计 203.4轴承选型和寿命计算 213.4.1轴承类型 213.4.2轴承选择的基本原则 22结论 24参考文献 26致谢 28摘要着科学技术水平的发展，各种加工制造技术的不断提升,使得机械手的相关研发设计技术也得到较快的发展，使用性能日益稳定，功能日益趋向多样化,使得采摘机械手设备在生产实际中的诸行诸业中得到广泛应用，为生产实践发挥着巨大价值。21世纪之后,机器人技术同样取得了较大的基本和发展,特别是在采摘机械手方面，取得的进步成果显著,在现代多品种小批量的柔性生产制造模式中得到较好的应用，具有极强的实际使用价值。本文设计针对采摘机械手设备进行设计制造，对其主要机构结构进行设计确定，并对机构的主要参数进行设计计算。首先研究分析本文设计制造采摘机械手设备的实际工作要求，对其所涉及的各项技术指标参数进行明确,积累设备设计制造的理论参数。基于现有相关机器人设备的相关内容和设计技术,结合本文设计制造机械手设备的实际使用工况，综合各项因素，设计确定采摘机械手设备的整体设计方案，并确定其主要部分的机械结构。本文深入研究采摘机械手装置应用背景和发展情况，通过学习和查阅相关学习资料和文献，了解了采摘机械手结构特点和传动原理等专业特点，充分运用所学机械设计相关知识，设计一个能够保证工作质量、缩短工作流程，结构紧凑合理，传动高效的采摘机械手装置。设计的采摘机械手装置主要由采摘机械手装置动力机构、采摘机械手装置动力传递机构、采摘机械手装置抓手机构和采摘机械手装置机架。经过多次试运行和试验，本文设计的采摘机械手能够实现高效率实现自动采摘果蔬功能，进而提高工作效果和工作质量。在设计完成整个设备之后，借助计算机三维软件SolidWorks绘制本文设计制造采摘机械手设备各个零部件的三维结构模型，同时装配得到整套设备的总体三维模型，借助该软件还能够对设备各个机构的运行状态进行检查，确保各个机构的运动作业过程不会发生相互干涉影响。关键词：采摘功能；机械手；气压传动；机械设计；三维模型

AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,andthecontinuousimprovementofvariousprocessingandmanufacturingtechnologies,therelevantR&Danddesigntechnologiesofthemanipulatorhavealsobeendevelopedrapidly,withtheincreasinglystableuseperformanceanddiversifiedfunctions,makingthepickingmanipulatorequipmentwidelyusedinvariousindustriesintheproductionpractice,playingahugevaluefortheproductionpractice.Afterthe21stcentury,robottechnologyhasalsomadegreatbasicanddevelopment,especiallyinthepickingmanipulator,theprogressachievedissignificant,inthemodernmultivarietiesandsmallbatchflexibleproductionandmanufacturingmodehasbeenbetterapplication,hasastrongpracticalvalue.Inthispaper,thedesignandmanufactureofpickingmanipulatorequipment,thedesignanddeterminationofitsmainmechanismstructure,andthedesignandcalculationofthemainparametersofthemechanism.

Firstofall,thispaperstudiesandanalyzestheactualworkrequirementsofthedesignandmanufactureofthepickingmanipulatorequipment,makesclearthetechnicalparametersinvolved,andaccumulatesthetheoreticalparametersofthedesignandmanufactureoftheequipment.Basedontherelevantcontentanddesigntechnologyoftheexistingrobotequipment,combinedwiththeactualuseconditionsofthedesignandmanufacturingmanipulatorequipmentinthispaper,theoveralldesignschemeofthepickingmanipulatorequipmentisdesignedanddetermined,andthemechanicalstructureofthemainpartisdetermined.Thispaperdeeplystudiestheapplicationbackgroundanddevelopmentofthepickingmanipulatordevice.Throughstudyingandconsultingtherelevantlearningmaterialsandliterature,itunderstandsthestructuralcharacteristicsandtransmissionprincipleofthepickingmanipulator,andfullyusestherelevantknowledgeofthemechanicaldesignlearnedtodesignapickingmanipulatorassemblythatcanguaranteetheworkquality,shortentheworkflow,compactandreasonablestructure,anddriveefficientlySet.Thedesignofthepickingmanipulatormainlyconsistsofthepowermechanismofthepickingmanipulator,thepowertransmissionmechanismofthepickingmanipulator,thegrabmechanismofthepickingmanipulatorandtheframeofthepickingmanipulator.Aftermanytrialoperationandtests,thepickingmanipulatordesignedinthispapercanrealizethefunctionofautomaticpickingfruitsandvegetableswithhighefficiency,andthenimprovetheworkingeffectandquality.Afterthedesignofthewholeequipment,withthehelpofSolidworks,thispaperdrawsthethree-dimensionalstructuremodelofeachpartofthepickingmanipulatorequipment,andatthesametimeassemblestheoverallthree-dimensionalmodelofthewholeequipment.Withthehelpofthissoftware,theoperationstateofeachmechanismoftheequipmentcanalsobecheckedtoensurethatthemovementprocessofeachmechanismwillnotinterferewitheachotherinfluence.Keywords:pickingfunction;manipulator;highefficiency;mechanicaldesign;3Dmodel引言二十一世纪以来，在我国强大的科学技术水平和经济实力的推动下，机器人越来越广泛的应用在劳动密集型产业和危险性行业之中，例如传统物流行业的码垛机，或者农机领域、制造业中的焊接技术、涂胶技术等。机器人是可以模仿人的动作，自动执行工作的机器，其可以通过预先设定好的程序或通过人工智能自助判断，来辅助人们完成工作。广义上一般将用于工业生产的机器人命名为工业机器人，目前已全部实现机电一体化。这种机电一体化的运动装置已经可以代替人来实现一些简单的基本动作，比如说搬运材料或者焊接、涂胶等技术操作，主要通过编程来实现上述动作。机器人在工业领域的广泛应用是对计算机控制领域、传感器领域、人工智能领域成果价值的体现。采摘机器人是农业机器人的重要一部分，可从分离用机器人的信息感知力，通过机器视觉识别被采集对象的成熟度，从而保证果实的采摘质量。采摘机器人能够在降低采集成本的同时提高等水果蔬菜的采摘效率，并且水果采摘机器人有很大的市场缺口，其未来发展潜力巨大。摘果机械手作为采摘机器人的核心部件，在采摘机器人的发展中起着至关重要的作用.在促进农业自动化发展，降低生产成本的前提下，提高果实采摘质量与采摘效率。通过查阅相关资料与深入调研，市场上相关产品较少且实用性不足，因此果实采摘机械手的的市场前景广阔。涉及一款轻巧，灵便，且满足使用要求的水果采摘机械手变得十分迫切且意义重大在传统的农机行业，由于采摘的工作形式简单，但工作强度高。但在机器人行业广泛发展的今天，仅靠人力来实现采摘已经不现实了，其所带来的人力成本也非常的高昂。这时候利用机械设备对果品进行采摘开始走进科学研究的范畴。计算机控制领域、传感器领域、人工智能领域高速发展的今天，通过编程来控制采摘机器人的运动来克服上述人力困难已经基本实现。1诸论1.1研究目的与意义党的十九大报告明确提出要不断改善人民生活和现代化经济体系。新时代党和国家更加重视民生，本文设计的采摘机械手既能够改善民生也能推进经济建设，加速经济发展，能够提高人们生活质量和为制造业创效，因此采摘机械手也孕育而生。农业是我国国民经济的根基,尤其是当前我国正处于全面建设小康社会的决胜期。我国又是水果大国，采摘也是一种繁重的体力工作，需要一个装置替代人们实现采摘功能，因此采摘机械手装置也孕育而生。随科技不断发展和智能制造的兴起，机器人已经越来越广泛应用在多种领域，机器人在工业领域的广泛应用是对农业、工业、生活服务领域成果价值的体现。随着水果丰收季节到来，采摘工作量也随之增加，因此对采摘机械手要求也随之提高，进而对机械制造业提出了更高要求，促进机械制造业的快速发展，自动采摘工作效率和质量也是农机行业加速发展的关键。随着社会高质量发展，人们对生活的舒适度要求也日益提高，为了提高企业的竞争力，提高生产效率和质量就是当务之急，改变传统的直接人工方式或者半自动采摘机械手，采用一种新型的全自动采摘机械手机构，该装置大大提升生产效率的同时还能够提高成品质量，随着批量生产和装置的广泛应用，因此成品的成本也随之降低。本文设计的采摘机械手在传统的采摘机械手基础上能够实现全自动工作，能够大大降低人工的劳动强度，而且提高高端行业的工作效率，而且能够满足不同场合对采摘机械手的需求。早期采摘果蔬工作是通过人工或半自动实现的，即人工采摘，这样不仅仅工作效率低，费时费力，对于过太高的地方，人们需要借助工具采摘，一个人无法胜任，需求多人，这样就大大增加成本，而且受人工经验影响，采摘质量不高。因此传统的方式方法已经逐渐被淘汰，退出市场。随着社会进步，人们设计了电动代替人工，实现机械加工，这样可以一定程度提高工作效率和精度，因此一个稳定可靠的采摘机械手，进而提高工作效率和精度，进一步提高企业收益。1.2国内外研究现状随着世界经济和科技加速发展的脚步，智能制造推进的速度也随之加快，而且市场对其需求也越来越多，市场需求对农机行业设备加工效率、生产质量及成品质量也提出了更高的要求。国外经济发展较早，农机等行业起步也相对国内较早，而且经济发展初期，国外的人工成本较高，因此采摘机械手也孕育而生，并且较早的应用在各种行业领域，采摘机械手技术也日趋成熟。近年来随之国内经济崛起，国内用人成本也与日俱增，而且市场对采摘质量要求也越来越高，因此采摘机械手在国内的需求也会越来越广泛，也受到人们和专家的关注。和很多机械装置类似，国外率先着手研究和设计采摘机械手，这也导致了国外的技术更加成熟更加可行可靠，因此早期的时候采摘机械手能够投入使用。由于国内经济和科技发展较晚，对于国外发达国家，国内着手研究采摘机械手相对较晚，因此科技发展初期，只能通过购买国外技术或者外国设计。随着机器人逐渐趋向自动化、智能化，并且应用用于许多领域，但在农业领域还没有达到实际应用。从20世纪80年代中期开始，很多国家都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作，涉及到的研究对象主要有苹果、甜橙、蘑菇、西红柿、蓝莓还有蘑菇等多种果蔬。1.2.1国外采摘机械手技术发展状况西班牙和法国的合作项目“CITRUS”使比较成功的柑橘采摘机器人，该项目于1988年开始启动，研制的柑橘采摘机器人最高能达到80％的采摘率。苹果采摘机器人在美国、法国、日本等过已有研究，其中JohanBaete和SevenBoedrij等人研制的苹果采摘机器人，利用工业机器人的六自由度手臂做机械手主体，手臂整体可在架子上金星水瓶和竖直方向移动，在果园作业时，机械手由一台拖拉机牵引。从上世纪80年代开始，日本荷兰等过都曾开发出个中国是采摘末端执行器，取得了不少研究成果，但普遍存在采摘质量和采摘效率偏低，机器比较笨重，通用性较差等缺点。美国弗罗里达大学研制了柑橘采摘末端执行器，其依靠末端执行器的内部CCD摄像机和超声波传感器来探测水果位置。JohanBaete和SevenBoedrij等人研制的末端执行器其前端树脂管中装有微型摄像头，用于获取末端执行器正前方苹果。1.2.2国内采摘机械手技术发展状况随着世界经济和科技加速发展的脚步，智能制造推进的速度也随之加快，而且市场对其需求也越来越多，市场需求对农机行业设备加工效率、生产质量及成品质量也提出了更高的要求。国外经济发展较早，农机等行业起步也相对国内较早，而且经济发展初期，国外的人工成本较高，因此采摘机械手也孕育而生，并且较早的应用在各种行业领域，采摘机械手技术也日趋成熟。近年来随之国内经济崛起，国内用人成本也与日俱增，而且市场对采摘质量要求也越来越高，因此采摘机械手在国内的需求也会越来越广泛，也受到人们和专家的关注。和很多机械装置类似，国外率先着手研究和设计采摘机械手，这也导致了国外的技术更加成熟更加可行可靠，因此早期的时候采摘机械手能够投入使用。由于国内经济和科技发展较晚，对于国外发达国家，国内着手研究采摘机械手相对较晚，因此科技发展初期，只能通过购买国外技术或者外国设计。中国作为一个果蔬生产大国，中国在农业机械自动化方面起步晚于其他发达国家，因此加快我国的农业现代化机械化进程，是实现我国农业现代化的必经之路。农业机器人的发展大大推动机械手的发展，机械手的发展将大大提高机器人的实用性和高效性。我国在农业机器人采摘方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚，但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。东北东林大学陆怀民开发了林木球果采摘机器人，浙江大学对番茄采摘机器人进行了运动分析，上海交通大学对黄瓜采摘机器人进行了相应的研究。在这之中，东北林业大学的陆怀民研制的林木球果采摘机器人已经进行了采摘实验。深入研究其总体设计方案和工作原理，然后再对采摘机械手进行研究设计，这样会严重制约国内的经济发展和科技进步，也会造成采摘机械手成本过高，而且由于采购国外技术，售后很不方便，有时候不仅仅要支付很高的费用，而且也会受到国外技术的掣肘，这样就会严重影响国内技术进步和和经济发展介于上述多种不利因素的影响，国内通过长时间的学习和研究，发现采摘机械手工作原理和总体设计结构并不复杂，国内的研究院或者专家有能力通过自己努力研究，设计出高效高质量的采摘机械手，因此很多国内科学家和研究院着手设计采摘机械手，这样不仅仅能够提高国家科技进步，快速发展经济，更主要的是国内的研发能够便于采摘机械手维护，进而降低生产成本。通过国内专家多年潜心研究，采摘机械手技术已经日趋成熟，而且将生产的采摘机械手投放到市场试运行的过程中，其部分工作指标甚至优于国外设备。通过上述对比国内外现状，不难发现，国内的技术研究虽然晚于国外，但是实力已经赶上甚至超过国外技术水平，国内生产采摘机械手已经能够满足国民需求。1.3本文研究内容本文针对提高民生质量的实际情况，设计一种能够实现高质量高效率采摘机械手，进而提高农机行业加工效率和质量，其主要功能是能够平稳可靠实现自动采摘功能，而且还能提高销量，提高企业收益。为此要设计一个结构紧凑，生产效率和质量符合要求采摘机械手。本文研究思路：（1）通过查阅相关资料，结合国内外该装置的发展情况，论述采摘机械手历史发展和现阶段的装置的发展现状，以及采摘机械手未来的发展演变，充分运用所学机械设计相关知识，对采摘机械手有了更加深刻的了解。（2）根据所学知识，设计采摘机械手的传动原理，并制定整个装置的设计方案，使得采摘机械手能够满足预期的目标功能和实际工况。（3）确定采摘机械手工作原理和结构，对关键零部件进行选型计算，并对部分的机构进行计算和校核，确保所设计的方案和原理可行性和可靠性。（4）根据设计方案、工作原理，利用SolidWorks建立采摘机械手的三维模型，在建模的过程中，对设计方案再进行修改完善，确保所设计的机构能够符合工况和实际需求。2采摘机械手工作原理2.1采摘机械手的工作原理通过分析采摘机械手装置的机械原理，设计了采摘机械手装置装置，其由电机、传动齿轮、旋转气缸、伸缩气缸、传送带和轴承等零部件组成，通过一部机器就能完成水果采摘功能，并能够实现连续生产。本文选择电机作为驱动装置，通过齿轮啮合传动将电机动力传递至传动齿轮，实现机械手大臂的转动；通过旋转气缸和伸缩气缸实现机械手的旋转和抓紧松开动作；通过电机带动传送带运转实现水果的输送。通过以上装置的相互配合实现采摘机械手的相关功能。通过机构分析和简单的控制原理，设计采摘机械手装置，可以实现采摘机械手装置全自动连续生产。即提高了水果采摘的效率，还能够大大降低人工的劳动强度，而且能够满足生产加工企业对采摘装置的需求。下面介绍该装置的设计思路和机构组成。2.2采摘机械手装置总体方案设计采摘机械手装置主要分为三个部分，动力源的产生、动力传递以及动力执行机构，从而实现整个装置的功能。根据其分类，本装置设计为动力产生机构、动力传递机构、动作执行机构以及支撑结构四大部分。上述结构方案包括四部分，采摘机械手装置动力机构、采摘机械手装置动力传递机构、采摘机械手装置抓手机构、采摘机械手装置传送机构和采摘机械手装置机架。采摘机械手装置动力机构，选用电机提供动力源。采摘机械手装置大臂机构，通过电机驱动传动齿轮转动，分别实现采摘机械手的水平旋转，第一节和第二节大臂在垂直方向转动和机械手手腕的垂直转动。采摘机械手装置抓手机构，通过旋转气缸带动抓手进行转动，伸缩气缸带动拉杆前后移动带动手抓围绕铰链旋转实现抓手的抓取和松开。采摘机械手装置传送机构，通过电机带动驱动轴旋转带动传送带运转，张紧轴将传送带张紧。采摘机械手装置机架为了操作方便，平稳运行，设计机架装置，保证整体设计平稳高效。2.3采摘机械手装置动力 机构设计随着时代进步，动力源产生装置主要有柴油机、汽油机、电动机、液压马达等一些新能源动力机等。综合考虑本装置设计方案、结构特点，为了后期便于维护等因素，采摘机械手装置选用电机作为动力源产生机构。了解和分析采摘机械手装置实际工况，综合考虑本装置设计方案、结构特点、转速和功率的需求，本装置采用220V，200W的电机。该电机的优点就是不仅仅实现精准位置精度，而且能够很好控制速度，这样就能够平稳可靠的驱动控制对象。2.4采摘机械手装置大臂机构设计采摘机械手装置大臂机构主要由电机、传动齿轮、轴承和支架等组成。采摘机械手装置大臂机构的作用是通过电机驱动传动齿轮转动，分别实现采摘机械手的水平旋转，第一节和第二节大臂在垂直方向转动和机械手手腕的垂直转动。设计的采摘机械手装置大臂机构如图2.1所示。图2.1采摘机械手装置大臂机构2.5采摘机械手装置抓手机构采摘机械手装置抓手机构是采摘机械手装置的核心机构。采摘机械手装置抓手机构主要由旋转气缸、伸缩气缸、手抓和铰链等组成。采摘机械手装置抓手机构作用是通过旋转气缸带动抓手进行转动，伸缩气缸带动拉杆前后移动带动手抓围绕铰链旋转实现抓手的抓取和松开。设计的采摘机械手装置抓手机构如图2.2所示。图2.2采摘机械手装置抓手机构2.6采摘机械手装置传送机构采摘机械手装置传送机构主要由电机、传送带、驱动轴、张紧轴和轴承等组成。采摘机械手装置传送机构作用是通过电机带动驱动轴旋转带动传送带运转，张紧轴将传送带张紧。通过调节螺栓伸出长度调节张紧轮的前后位置使皮带能够张紧，通过调节手轮实现传送带高度的调整。设计的采摘机械手装置传送机构如图2.3所示。图2.3采摘机械手装置传送机构2.7采摘机械手装置机架设计本装置不仅仅是为了便于机构安装，而且还提供了各装置的安装接口，要考虑如何能够快速高效的完成水果采摘等关于采摘机械手装置功能的实现，因此机架对整个装置也很重要。为了合理布置机构，使得结构紧凑，传动效率高，将动力产生机构和动力执行机构设计在一起。机架材质采用型钢和钢板焊接成骨架，这样经济实惠，还便于安装、固定和后期维护。机架和机构的连接通过螺栓实现的，通过垫块调整固定，这样既安全可靠，又经济实惠，还符合设计要求。2.8整体方案模型通过上述设计方案和设计思路，以及各机构的工作原理，通过三维软件绘制采摘机械手装置装置三维模型，绘制过程中及时调整不合理的设计，优化设计方案，进而得出比较合理可行的三维模型，如图2.3所示。图2.4采摘机械手装置三维模型3采摘机械手装置结构设计3.1电机选型计算电机选择是否合理直接决定了整个装置的性能，价格低廉，经济的电机往往存在转速和稳定性不够的缺点；价格高昂，转速和稳定性虽然满足，但是会造成性能过剩，出现浪费的现象，这样不经济实惠。因此在电机选型计算的同时，不能只关注一点，要多指标比较，权衡，而且根据工作环境不同，综合考虑多种因素影响，找一个性价比最高的电机。计算电机功率：（3-1）本装置承受果蔬的重量90KG，需要载荷为900N，其运行速度v=0.2m/s,因此通过考虑多方面因素影响，和装置实际需求，为了考虑余量，本装置选取功率为200W电机，其转速为1000r/min，型号为台达200。3.2旋转气缸设计计算根据采摘机械手结构设计和实际工况，气缸理论负载900N，气缸在工作过程中要考虑摩擦力对其影响，因此气缸的实际负载值要大于气缸理论负载值，这样才能满足实际工作需求，而气缸理论负载值与实际值为负债率，其计算公式如下：β=（气缸的理论负载/气缸的实际负载）÷100%（3-2）查阅相关资料可得表3.1：表3.1气缸的运动状态与负载率阻性负载（静负载）惯性负载的运动速度v通过结构分析和实际工况可知，本机构的负载运动速度为v=50mm/s,，查表2.1可知，β=0.55。3.2.1缸内径已知气缸实际负载值和安全系数1.3，则气缸内径计算公式如下：（3-3）将所得数值带入公式，得通过计算可得，气缸的内径为了设计余量，查阅相关资料可知，气缸直径选取D=80mm3.2.2气缸缸杆直径（3-4）通过计算得出气缸直径为24mm3.2.3气缸缸筒长度气缸缸筒的长度计算公式如下：（3-5）式中，l—表示活塞的行程，本机构l=25mmA—表示活塞厚度：将计算所得数值带入公式得L=l+A+30=25+64+30=119mm3.2.4导向套滑动面的长度导向套滑动面的长度B和气缸直径存在一定关系，其系数取值取决于气缸的直径在D<80mm时，可取B=（0.6—1）D，计算公式如下：B=0.8×80=64mm（3-6）3.2.5最小导向的长度已知气缸的直径和最大行程，计算最小导向的长度，其计算公式如下：（3-7）活塞杆的长度：（3-8）根据本小节对气缸的设计计算，可知气缸直径为80mm，选用为PNC80-25-500-01气缸。3.3抓手气缸的计算3.3.1驱动力通常情况下，抓手在抓取重物时，重物在抓手的中心线处，这样设计，能够保证气缸活塞缩回时产生的转矩等于重物对转轴产生的转矩，其公式如下：（3-9）重物对转轴产生的转矩计算公式如下：（3-10）式中重物质量，代入重物对转轴产生的转矩计算式得气缸活塞缩回时产生的转矩计算公式为（3-11）式中代入上式气缸活塞缩回时产生的转矩计算公式得（3-12）根据压缩空气压力为0.9MPa以及上述计算得到的转矩数值，初步选用SMC气缸，型号为CG3F50-50，该气缸输出力为1.4KN，其输出力能够符合设计和使用要求。在设计夹持器的同时，抓手的夹紧力是机械手的设计的基础，首先要分析和计算抓手夹紧力。本机构的夹紧力主要是为了抵消重物的重力，保证抓手能够抓紧重物，而不会掉落。抓手夹紧力的计算公式如下：（3-13），该数值取值范围1.2-1.6，具体数值选择根据机械加工技术要求，本装置的工况和技术要求，取值为1.6；，其计算公式如下：，具体数值确定需要根据工件的位置和形状来选择，本装置抓取的结构设计为类似手式V型结构，其计算公式如下：（为V型手指的半角）g3.3.2气缸的直径根据上述计算，初选的气缸型号为单作用气缸。气缸受到的弹簧的反作用力和活塞的阻力，通过力平衡原理可知，单向作用气缸活塞输出的推力需求抵消上述的阻力，其计算公式如下（3-14）式中:弹簧反作用计算公式如下：（3-15）其中式中:，初步确定行程为60mm；G——弹簧材料剪切模量，一般取G=79.4X109Pa在设计计算过程中，需要考虑负载对其的影响，其计算公式如下：（3-16）通过受力分析可以计算出单向作用气缸的直径，其计算公式如下：（3-17）将计算所得数值代入上述公式，可得：所以：=18mm为了设计余量，查阅相关资料可知，气缸直径选取活塞计算公式为，可得活塞杆直径:通过计算，得活塞杆直径d=6mm校核活塞直径是否符合要求，计算公式如下：（3-18）有:其中，则:=1.56满足设计要求和实际工况。3.3.3缸筒壁厚的设计压缩空气的压力直接作用到气缸筒，因此缸筒壁厚需要设计一定厚度才能承受压缩空气的压力。通常情况下，气缸缸筒壁厚小于等于气缸内径的1/10，则气缸缸筒壁厚计算公式如下：（3-19）式中:，气缸缸筒材质材料选为ZL3,[]=3MPa将上述计算数值带入上述公式，则壁厚为:==2.25mm取=2.5mm，则缸筒外径为:D=20+2.52=25mm。通过上述设计计算和受力分析，结合气缸的选型标准，选用气缸直径为20mm，行程为40mm的动手指标气准气缸，气缸的型号为代号为HFZ40。3.4轴承选型和寿命计算3.4.1轴承类型在机械设备的设计过程中，广泛用到轴承部件，它是生产实际中较为多用的一个标准件，需要结合实际使用情况进行选型。（1）依据承载方向以及公称接触角能够将轴承的类型划分成向心轴承和推力轴承两种；（2）依据滚动体种类能够将轴承的类型进行划分成球轴承和滚子轴承两种；（3）依据轴承是否能够调心能够将轴承的类型划分成调心轴承和非调心轴承两种；（4）依据轴承滚动体的列数够将轴承的类型划分成单列、双列以及多列等多种类型的轴承；（5）依据轴承自身部件是否可以分离够将轴承的类型划分成可分离轴承以及不可分离轴承等两种类型。3.4.2轴承选择的基本原则选用的轴承类型会直接影响采摘机械手设备的性能，故需要结合实际工况，选择最为合适的轴承类型，确保所选轴承能够满足实际使用需求。选择轴承主要要从以下方面进行考虑。（1）轴承选型设计需要考虑轴承的载荷，确保选用轴承的承载满足实际使用需求。（2）轴承选型设计需要考虑轴承的转速，确保选用轴承在保持正常工作状态下能够达到设备的速度需求，安全可靠的进行工作。（3）轴承选型设计需要考虑轴承的的调心性能，确保轴承在设计安装的过程中能够较好的满足设计标准。（4）选择的轴承要利于安装和拆卸，如此能够使得设备的装配过程得到有效简化。轴承作为一个连接件，是机械设备极其重要的零部件，其直接影响了机械设备的使用寿命。轴承的寿命直接影响了整个装置的使用寿命，因此轴承寿命是本装置的一项重要指标。在本文采摘机械手设备的设计过程中，设计安装的轴承部件是与一轴进行连接，该轴的转速相对较小，故无需该轴承承受较高的转速，同时该主轴不存在因为受力而发生弯曲的情况，故无需选用调心轴承，由于本文设计仅存在轴向载荷，结合本文设计的实际情况，综合各种因素，选用深沟球轴承进行设计。根据使用工况和载荷情况，选用型号为6208深沟球轴承，其额定动载荷Cr=29.1kN，静载荷Cor=17.9kN，由于转速较低，采用的润滑形式为脂，可以承受极限转速为10000r/min。计算轴承轴承的当量动载荷P本装置中轴承承受的径向力为900N，通过受力分析，轴承承受的轴向力可以忽略不计，则轴承承载的径向力为。。（3-20）轴承的当量动载荷计算公式:（3-21）由于主要承受径向力，轴向力可以忽略不计，则查表得系数X=1，Y=0,所以有（3-22）查相关技术资料可知，=1.1，则则计算该轴承的最短寿命为通过计算可知轴承最短寿命为小时，符合装置设计要求

结论本文第一章介绍国内外该装置的发展情况，以及采摘机械手未来的发展演变，同时介绍一下本文的研究思路；第二章和第三者设计采摘机械手的传动原理，并制定整个装置的设计方案，对关键零部件进行选型计算，并对部分的机构进行计算和校核，进而得出的以下结论。（1）我们在采摘机械手研究设计方面进步显著，但是与国外一些先进技术和设备还有差距，因此我们依然要虚心学习，潜心专研，尽可能以最快速度缩短差距，争取实现全面反超，这就给我们这一代大学生一定的任务和使命，压力大，动力也足。（2）在制定采摘机械手装置的设计方案同时，对关键零部件进行选型计算，并对部分的机构进行计算和校核，这样最为合理，也相对经济实惠。结合查阅相关资料，充分运用所学机械设计相关知识，深入了解采摘机械手设计思路和工作原理，进一步完善整个装置的设计方案，进而保证采摘机械手能够实现高效、高质的设计理念。（3）采摘机械手通过机械代替人工，能够大大降低劳动强度，已经成为趋势，随着市场需求越来越大，采摘机械手也迎来了发展机遇，我们应该接续奋斗，争取研究设计更好的装置，适应未来发展需要。（4）绘制完成采摘机械手的总装配图，绘制主要机构和零部件的零件图。结合本文设计的整个过程，编写完成设备的设计说明书。本文设计制造的采摘机械手可以较好的满足实际使用需求，可以在一定程度上有效解决自动采摘功能。本文设计的气采摘机械手具有相对较小的体积，且其的结构形式也相对较为简单，具有相对较好的的经济性，在生产实际中具有较好的适用性。

参考文献[1]孙恒,葛文杰等.机械原理(第八版)[M]北京:高等教育出版版,2013.[2]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M]北京:机械工业出版社,2016.1.[3]甘永立.几何量公差与检测[M]上海:上海科技技术出版社,2013.[4]王光斗，王春福.机床夹具设计手册[M]上海:上海科学技术出版社，2000.[5]刘极峰，易际明.机器人技术基础[M]北京:高等教育出版社，2012.[6]濮良贵，纪明刚.机械设计[M]北京:高等教育出版社,2006.[7]李学志.计算机辅助设计与绘图[M]北京:清华大学出版社,2007.[8]吴宗泽.机械设计手册[M]北京:机械工业出版社,2008.[9]刘文波等.工业机器人[M]沈阳:东北大学出版社,2007.[10]周伯英.工业机器人设计[M]北京:机械工业出版社，1995.[11]东北工学院《机械零件设计手册》编写组.机械零件设计手册[M]北京:冶金工业出版社,1990.[12]黄毅.材料力学[M]北京:北京科技大学,2015.[13]赵敖生.材料成形与机械制造技术基础[M]华中科技大学出版社,2015.[14]程志红、唐大放，机械设计课程上机与设计[M]南京：东南大学出版社，2006.[15]郑祖斌，通用机械设备[M].北京：机械工业出版社，2004.[16]Sang-YongKang,Hyun-JuBae.TheDevelopmentofAutomaticITSFacilityArrangementSystemUsingOpenGISandA.IS/W[P],2013.[17]JongWonKim,YounKwaeJeong,IlWooLee.Automaticsensorandmeterarrangementsystembasedonbuildinginformationmodeling[P],2013.[18]A.Kutschan,B.Schroeder,W.Schroeder.IstdiebimedialeGürteloperationeineAlternativezurFadenoperationbeiStrabismusconvergensmitKonvergenzexzess[J]DerOphthalmologe,2007,Vol.104(7):582-587[19]AmyLebowitz,R.J.Baken.TheVoiceandSwallowingInstitute,NewYorkEyeandEarInfirmary,NewYorkCity,NewYork[J].JournalofVoice,2011,Vol.25(2):159-165[20]MarcoFortis,MonicaCarminati.TheAutomaticPackagingMachinerySectorinItalyandGermany[M]SpringerInternationalPublishing,2015.[21]孙波.机械专业毕业设计宝典[M]西安电子科技大学出版社.20081～103致谢2020年注定是不平凡的一年新冠肺炎的快速蔓延，给我们这届毕业生也增添了不一样的色彩，本来就紧张的毕业课程设计，因为疫情影响，时间更是宝贵，初期我甚至迷茫和怀疑，我是否能够顺利完成设计，但是在老师的尊尊教诲和同学之间的互帮互助，互相鼓励下，我顺利完成课程设计，看着成型的三维模型，成就感和满足感油然而生。本设计是在指导老师的悉心指导下完成的，从最初的选定设计题目直到现在设计的完成，花费了老师很多时间和精力，在此，谨向指导老师表达我最衷心的感谢并致以崇高的敬意，感谢您在百忙之中对我毕业设计的悉心指导。在这里我还要感谢机电学院，这四年对我的培养和教导，不仅仅教会我理论知识，还教会一些社会实践，让我这个初入社会的小青年，不再迷茫和担忧。当然，还要感谢我的小伙伴们，我可爱可亲的同学们，不是在你们的帮助和鼓励下，我不能这么顺利完成大学学业和毕业设计，和你们在一起的时光，我将永远珍惜，这注定是人生最好的时光，不舍得说分开，但是时间如白驹过隙，转眼就毕业了，愿再见时，你们都会变成更好的自己。最后我要感谢我的父母，是你们默默支持，我才能走到今天，也是你们无微不至的照顾，我才能不断前行，如今我即将步入社会，我一定会照顾好，会继续奋斗，争取早日回报父母，回报社会。大学学习生涯即将结束，感谢学校为我们提供优越的学习场所，感谢各位老师的谆谆教导，感谢各位同学的关心与帮助。老师们辛勤工作的精神值得我学习，各位老师对待工作认真负责，一丝不苟，是我今后工作和学习的榜样，我将秉承校志，不断进取，为我国机械行业的发展贡献力量。天下没有不散的宴席，转眼四年的大学生活即将结束，再多的不舍，难说的再见，也要道一声珍重，我会珍惜大学的时光，也会带着这份甜蜜继续努力奋斗，做一名新时代有理想、有担当的新青年。

论文的研究方法和手段有哪些

（1）调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。一般是通过书面或口头回答问题的方式获得大量数据，进而对调查中收集的大量数据进行分析、比较、总结归纳，为人们提供规律性的知识。

（一）典型例子

调查法中最典型的例子是问卷调查法。它是通过书面提问收集信息的一种方法，即调查人员编制调查项目表，分发或邮寄给相关人员，询问答案，然后收集、整理、统计和研究。

（二）研究步骤

1.确定调查课题

确定题目时要注意选题是否具有研究的必要性和可能性，同时要注意选题切忌太大，也要避免无意义的重复劳动。

2.制定调查计划

要明确调查课题、调查目的、调查对象、调查范围、调查手段、调查步骤、时间安排。

3.收集材料

收集材料时要尽可能保持材料的客观性，尽可能采取多种手段或途径。

4.整理材料

将收集到的材料进行整理，以便后续总结归纳、形成结论。

5.总结研究

对整理完的材料进行分析、总结、归纳，得出一般性的结论。

（三）特点

调查法相对其他研究方法来说较为耗时耗力，但也有其优势，即获得的一手资料信息真实具体，能够对研究对象有更加准确、清晰的认识。

（2）观察法

观察法是指人们有目的、有计划地通过感官和辅助仪器，对处于自然状态下的客观事物进行系统考察，从而获取经验事实的一种科学研究方法。

（一）典型例子

皮亚杰的儿童认知发展理论就是通过观察法提炼总结出来的；儿童心理学创始人——普莱尔，也是在一次次地使用观察法后，提出了儿童心理学领域中的诸多理论。

（二）研究步骤

1.明确观察对象

在选择和确定研究问题的基础上确定观察者与观察对象。

2.制定观察计划

在观察计划中要规定明确的观察目的、重点、范围以及要搜集的材料。

3.做好观察准备

观察准备是否充分，往往影响观察的成败。

4.做好记录

在观察过程中要时时记录，不放掉任何一个关键信息。

（三）特点

观察法具有拓展人们的感性知识、启发思想等优点，但是由于其强调研究要在自然环境下进行，且不允许掺杂个人的偏见，确为实际操作带来了一定困难。

（3）实验法

实验法是指经过精心设计，在高度控制的条件下，通过操纵某些因素，从而发现变量间因果关系以验证预定假设的研究方法。核心在于对所要研究的对象在条件方面加以适当的控制