1、毕业设计说明书题 目： 学 院： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 目 录摘 要IVAbstractV第1章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究及发展现状1第2章 总体方案设计22.1设计参数22.1.1设计技术参数22.2方案选定22.2.1车体方案设计22.2.2手臂方案设计22.2.3手抓方案设计32.3.4驱动方案的选择32.3工作原理分析42.3.1传动机构工作原理42.3.2手臂工作原理42.3.3手抓工作原理5第3章 零部件的设计与选择63.1行驶小车设计63.1.1主电机的选择63.1.2履带部分设计83.1.3副履带部分设计183.2手臂部分设计
2、213.2.1电机的选择213.2.2大、小臂设计233.3手抓设计243.3.1电动机的选择243.3.2丝杆螺母副的选型与校核263.3.3手指结构设计293.3.4手抓支架的设计30第4章 基于Pro/E的三维设计314.1 Pro/E三维设计软件概述314.2三维设计314.2.1车体314.2.2主履带324.2.3副履带324.2.4手臂、手抓324.2.5三维装配334.3仿真分析334.3.1 Pro/E仿真介绍334.3.2仿真34总 结37参考文献38致 谢39摘 要果园种植业的发展提高了果园机械市场的需求，为了节约人力物力，提高果农的经济效益，开展采摘器械的研究有重要的意
3、义。水果采摘机是一种极具研究价值和应用前景的农用地面移动机器人，本论文对具有移动功能的采摘机进行了总体技术的研究，并主要对其车体结构部分、手臂部分、手抓部分进行了详细的设计。本文首先，通过功能和设计任务的分析，确立了水果采摘机总体功能构架；接着，对本采摘机车体结构部分、手臂部分、手抓部分进行了详细设计与校核并采用Pro/E三维设计；然后，进行仿真分析，确保水果采摘机结构最优，效率最高，性能最优；最后采用AtuoCAD软件绘制了采摘机的装配图及主要零件图。通过本次设计，对大学所学专业知识在理论结合实际的锻炼下加深了知识的理解，对今后的工作必定带来很大帮助。关键词：水果采摘机；手臂；手抓；履带全套
4、图纸加V信153893706或扣 3346389411AbstractThe development of orchard planting industry has raised the demand of the orchard machinery market. In order to save manpower and material resources and improve the economic benefit of the fruit farmers, it is of great significance to carry out the research of the
5、picking instruments. The fruit picking machine is a kind of agricultural ground mobile robot which has great research value and application prospect. This paper studies the overall technology of the picking machine with mobile function, and designs the part of the body structure, arm and hand grip i
6、n detail.Firstly, through the analysis of function and design task, the overall functional framework of fruit picking machine is established. Then, the body structure part, arm part, hand grab part of this picking locomotive are designed and checked in detail and Pro/E 3D design is used. Then, simul
7、ation analysis is carried out to ensure the optimal structure and efficiency of the fruit picking machine. Finally, the assembly drawing and main parts drawing of the picking machine were plotted by AtuoCAD software.Through this design, the knowledge of the professional knowledge of the university h
8、as been deepened under the practice of combining theory with practice, and it will surely bring great help to the future work.Key words: Fruit picking machine; Arm; Hand grasping; Crawler39第1章 绪论1.1研究背景及意义果园种植业的发展提高了果园机械市场的需求。在整个生产中，由采摘果实所耗费的劳动力占据整个生产过程的5070。采摘作业季节性相对强，传统人工采摘的方式不仅仅易造成果实损伤。同时，采摘不及时将会
9、导致经济上的损失。农业劳动力向其他行业转移，人员缺乏，随着老龄化的增长，生产成本不断提高，降低了人们的种植积极性，果园种植业的发展受到了制约。为了节约人力物力，提高果农的经济效益，开展采摘器械的研究有重要的意义。1.2国内外研究及发展现状机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一。人类对于机器入的研究由来已久，但直到上世纪50、60年代，随着机构理论和数控伺服技术的发展才真正进入实用化。上世纪70年代后，计算机技术、控靠q技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，并发展成为集机械、电子、控制和计算机技术的一项综合技术。水果和蔬菜的采摘机器人的研究始于20世纪60年代，在
10、20世纪的美国，用于收割方法主要是机械和气动摇晃摇晃风格。缺点是水果的脆弱性，效率不高，是不是特别有选择性的收获，存在很大的局限性采摘柔软，新鲜水果和蔬菜方面。但此后，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是在工业机器人，日益成熟的计算机图像处理技术和人工智能技术，采摘机器人的研究和技术开发得到了快速发展。目前，日本，荷兰，法国，英国，意大利，美国，以色列，西班牙等国相继推出的水果和蔬菜采摘机器人方面的研究相关的研究主要橘子，苹果，西红柿，樱桃西红柿，芦笋，黄瓜，甜瓜，葡萄，甘蓝，菊花，草莓，蘑菇等，但这些收益还没有真正商业化经营的机器人。研究农业机器人领域起步相对较晚，但近几年的快速发展，也已
11、经有很多的研究。张剑峰，董剑，张志勇，如自适应鲁棒跟踪控制算法采摘机器人设计;机器人视觉传感器设计立体的中国农业大学，刘兆祥，刘刚，谁捡到了苹果方面江苏大学蔡健荣三维信息，例如恢复的障碍，为柑橘采摘机器人障碍识别技术的研究;南京农业大学工学院和夺权的水果和蔬菜研究技术姬长英王学林外环控制。在国内，苹果采摘由人工来完成，采摘效率低、采摘人员劳动强度大、工作环境差。目前对苹果采摘机的报道比较少，最近国内也有一些采摘机具的专利，如坚果采摘机，这些专利能在一定程度上减轻采摘人员的劳动强度，改变采摘人员的工作环境；但大多结构简单，所以未从根本上解决采摘难度，效率低等问题。第2章 总体方案设计2.1设计参
12、数2.1.1设计技术参数本课题对小型水果摘採机的结构进行设计及分析，主要技术指标包括：（1）采摘机构能够实现上下高度范围为1.0-1.5m，工作空间2m3；（2）机构要求效率高，运转速度快；（3）对结构进行静力负载分析，确保满足使用要求。2.2方案选定2.2.1车体方案设计本次设计的水果采摘机车体结构采用的是履腿式复合结构，总体设计方案如图2-1所示。机器人的车体的履带作为移动移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。机器人后轮有一个伺服电机驱动，通过控制系统协调配合，实现后轮的灵活转动，在机器人爬坡和越障时发挥更大作用。机器人车体左右两边履带各有永磁式直流电机驱动，通过控制系
13、统协调配合，控制前轴和后轴的速度、力矩，可实现原地360转向，前进时的自由转向，随时调解爬坡时的力矩大小。在车体主履带前端是惯性轴，与主动轴配合，保证机器人运动的平稳。图2-1 水果采摘机车体结构组成2.2.2手臂方案设计本次设计的机械手要求：机械手臂可实现回转、上下移动，机械手爪可实现夹持，并且采用关节式结构，因此选定的设计方案如下：其由两个电机驱动关节转动实现机械手臂上下移动，手臂整体回转有底部回转电机实现；机械手爪具有2个自由度，分别是手爪回转，手爪夹持；手爪回转有电机驱动，手爪夹持由电磁铁的正反接实现。2.2.3手抓方案设计目前，实现采摘的主要途径有以下几种：（1）采用吸盘牢牢地吸住了
14、水果，然后用剪刀等工具切割茎秆这种方法需要一个很好的位置来检测和准确的调整端部执行器的姿态，从而增大控制系统和机制的复杂性的困难。（2）使用剪刀剪开茎，秆这个方法需要一个好的位置，以检测并精确地调节到致动器的姿势的末端，从而增加了系统的复杂性和控制机构的难度。（3）用激光切割，该方法还要求具有良好的检测秆制成的高要求的视觉系统中的位置。（4）人工采摘苹果，轻轻握住果实，食指按住秆，然后向上提起，使果柄与果枝部位从离层断开，轻轻取出果实。苹果茎脆弱，容易分离，因此通过垂直旋转在手腕上，以模拟人的运动打破手柄实现分离和果柄采摘苹果或旋转运动的模拟人工的方式设计。这种方法简单，视觉系统要求不高。根据
15、采摘苹果的具体要求，提出了一种苹果采摘手抓。该执行器由手指、手掌、机架等组成。手抓有3个手指，3个手指圆周对称布置，即每侧一个手指。每个手指有6个关节。在电机控制下，通过丝杆拉动手指下部的拉杆实现3个手指的联动，以及对不同形状物体的夹持。2.3.4驱动方案的选择目前这类机械手的驱动源主要是采用气压驱动、电驱动、液压驱动这三种10。（1）气动压力是一个压缩空气驱动系统来驱动致动器的运动，空气压缩机通常被用作动力源。气动驱动器过载安全，结构简单，污染少，成本低，通过调节空气流量，可以实现无级变速，但大尺寸设备的运行速度不稳定，定位精度不高，抓小举行力。（2）液压驱动系统来驱动流体压力致动器的输出力
16、来驱动系统的稳定，固有的高效率，响应速度快，速度很简单，可以在很宽的范围内无级调速，便于适应不同的工作要求，顺利实现传输，可以吸收冲击力可以实现更加频繁和换向平稳，但容易漏油，污染，高成本，高定位精度比空气，但比电机低，流体温度和粘度变化影响传输性能。（3）电动驱动模式包括步进电机，直流伺服电机，交流伺服电机和步进电机和力矩电机等驱动器类型。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或开环控制元件的线性位移，具有控制简单，响应速度快，可靠，无累积误差等。伺服电机转子惯量，良好的动态特性，机器人由一个伺服电机驱动系统的构成与运行精度高，调速范围广，速度快，运行平稳，可靠性高，易于控制等特点。基于步进电机
17、的这些优点本设计中采用步进电机驱动。图2-2 水果采摘机总体结构图2.3工作原理分析2.3.1传动机构工作原理减速传动机构是电动机通过行星轮减速器的降速，来实现增大转矩、调速，通过直齿轮改变轴的方向，输出后轴转矩，为机器人提供主要动力。后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向。转向机构机器人在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，本机构是通过两个电机的差速比来实现的。动力部分采用电机，通过齿轮副降速后带动低速轴的转动，轴与履带驱动机构通过导杆滑块机构连接，使履带驱动机构各自绕前后轴的中心线转动，实现机器人不同角度的爬坡和越障能力。2.3.2手臂工作原理其由两
18、个电机驱动关节转动实现机械手臂上下移动，手臂整体回转有底部回转电机实现；机械手爪具有2个自由度，分别是手爪回转，手爪夹持；手爪回转有电机驱动，手爪夹持由电磁铁的正反接实现。2.3.3手抓工作原理机械臂将机械手送达到果实附近，机械手上的位置传感器检测机械手与苹果的相对位置，当果实进入机械手中心位置时，位置传感器触发单片机控制信号，步进电机开始正向转动使机械手开始加紧果实，压力传感器检测手指加紧果实时的压力并判断是否达到压阈值，阈值有实验所得出。若达到此阈值则机械手停止运动，机械臂模拟人工采摘运动，完成果实与果柄的分离。机械臂将果实送到指定位置后，步进电机反转，手指松开，恢复到初始位置，完成果实的
19、采摘。第3章 零部件的设计与选择3.1行驶小车设计3.1.1主电机的选择（1）机器人在平直的路上行驶水果采摘机在跨越平面的沟槽或在平面移动，假设其速度最大，且匀速前进，则取 水果采摘机共有两个输出轴，每个输出轴前端都有一个电机，对机器人其中一个输出轴分析:图3-1 平直路线分析又 则在最大的行驶速度下，驱动电机经过减速箱减速后需要提供的极限转速为（2）机器人在30坡上匀速行驶机器人在最大行驶坡度上匀速行驶，设定行驶速度为,在行驶过程中轮子作纯滚动，不考虑空气阻力的影响，机器人爬坡受力情况如图图3-2 30坡度分析又，则 则在最大坡度下需提供极限转矩为 （3）机器人的多姿态越阶对这几种姿态分析，
20、机器人在跨越台阶时直流电机只驱动主履带，机器人在实际跨越台阶过程中速率不大，那么机器人所需提供的输出功率也不大。由以上分析可知，机器人平地直线运动时要求的驱动电机输出转速较大，而爬坡时需要驱动电机的输出转矩较大。因此，在选电机时，应根据平地直线运动所求的最大转速和爬坡运动所求的转矩进行选择。根据机器人爬坡情况的分析，,机器在平面状况下， 因而选取P=80W作为机器人的最大输出功率。根据计算的水果采摘机的最大输出功率为80W,输出转矩为22.1N.M,输出转速为56.2r/min。因为直流电机启动性能好，过载性能强，可承受频繁冲击、制动和反转，允许冲击电流可达额定电流的3到5倍。另外在使用过程中
21、可携带或可移动的蓄电池，干电池作为供电电源，操作轻巧与方便。根据直流电机这些性能，满足主履带频繁受冲击，制动和反转的要求，满足机器人要携带移动电池的要求，因而则选择90ZY54型号的直流永磁电机，其参数如下：额定功率92额定转矩0.6额定转速1500电流7电压12允许正反转速差150因为 则因为, 则又则选取3.1.2履带部分设计1、履带的选择对于履带基于标准化的思考，我们选择了梯形双面齿履带作为设计履带，其具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。履带通常以氯丁橡胶为材料，这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速
22、度可达50m/s，传动比可达10，效率可达98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。因为履带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大等优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，因此可在工作环境较为恶劣的场所下正常工作。从以上对履带性能的分析中可以得出结论，选用梯形双面齿履带作为移动装置设计履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。由已知后轴输出功率为(即）；由已知设计装置移动速度，根据公式，可得主动轮转速，预先设计履带主动轮直径=169mm，履带从动轮直径=169mm
23、由公式，可得=59.71r/min.。故可以得到设计的已知条件如下：传递名义功率.主动轮转速r/min从动轮转速中心距.（1）功率的计算式中K-载荷修正系数（有工作机性能和运转时间查表3-1可以得到）表3-1修正载荷系数K工作机运行时间（小时/日）358101624计算机，医疗机1.01.21.4缝纫机，办公机械1.21.41.6轻传送机，包装机1.31.51.7搅拌机，造纸机1.41.61.8印刷机，圆形带锯1.41.61.8（2）确定带的型号和节距由设计功率=0.1377kw和=59.71r/min，考虑到可以用双面交错梯状齿形履带作为履带使用，由图8-1查得型号选用XH型，对应节距=2
24、2.225mm，图3-3为双面交错梯状齿形履带的结构图，双面齿履带的节距和齿形等同与单面齿履带的齿形和节距，图A为DA型双面齿履带，其两面带齿呈对称排列，图B为DB型双面齿履带，其两面带齿呈交错位置排列，本装置设计履带选择DB型XH履带：=2.794mm，=15.49图3-3梯形齿履带，轮选型图图3-4梯形齿形状图本装置选择的梯形BD型XH履带的具体参数如下表3-2表3-2 梯形齿标准履带型号以及齿尺寸2、确定主从动轮直径对于梯形标准履带来说小带轮的齿数是有要求的，能够保证履带运转是最为基本的，履带选用的XH形履带一样有齿数最小要求，由表3-3查的表3-3小带轮的最小齿数小带轮转速XLLHXH
25、XHH9001012142222900-120010121624241200-180012141820261800-36001216202230由上面得到 可以代入公式为了增大摩擦力，应考虑增大履带与接触地面的有效接触面积，所以履带离地面的高度不易过大，故取履带主动轮直径=169mm，履带从动轮直径=169mm。查表3-4，选择履带主动轮型号为24XH，履带从动轮型号为24XH，就近圆整带轮直径，查得履带主动轮直径=169.79mm，履带从动轮直径=169.79mm。表3-4XH型同步轮尺寸表（节距=22.225mm）规格齿数节径d外径do档边直径df档边内径db档边厚度h22XH22155.
26、64152.841671384.523XH23162.71159.921741454.524XH24169.79166.991811524.525XH25176.86174.071881594.526XH26183.94181.141951664.527XH27191.01188.222021734.528XH28198.08195.292091804.5履带都有自己的极限速度，如果速度过大会使皮带轮机构的不稳定性增强，有较大的波动现象，并且在单位时间的转动次数会增加，不利于带的寿命的提高，所以有履带的速度校核如下查表3-5得 表3-5梯形齿履带极限速度型号MXL,XXL,XL,T2.5，T5
27、3ML,H,T10，8M,14MXH,XXH,T20，20M模数1,1.5,2,2.53,4，57,1040-5035-4025-303、确定节线长度确定中心距，增大中心距，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传动平稳性，同时增大带传动的整体尺寸，中心距过小，则有相反的利弊，取带传动的中心距为由=169.79mm，=169.79mm.代入上式有由于水果采摘机工作的环境限制，所设计的尺寸不宜过大，选择中心距的尺寸偏小，初选取=380mm。根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，根据下式
28、求得：代入=400mm，=169.79mm，=169.79mm有1350.79mm，根据表3-6就近圆整=1422.40mm型号为560XH，履带齿数为64。表3-6 XH型履带节线型号XH型（节距=22.225mm）规格节线长mm齿数463XH1177.9353508XH1289.0558560XH1422.4064570XH1444.6365580XH1466.8566630XH1600.2072700XH1778.0080735XH1866.9084752XH1911.3586770XH1955.8088785XH2008.70904、确定最大功率时带宽（1）计算履带的基准额定功率kw式
29、中许用工作拉力，查表3-4得=4048.90N单位长度质量，查表3-7得=1.484Kg/m线速度m/s表3-7七种履带型号的主要参数带型号节距基准宽拉力质量G带宽MXL2.036.43.0，4.8，6.4XXL3.1756.4310.0103.0，4.8，6.4XL5.0809.550.170.0226.4，7.9，9.5L9.52525.4244.460.09512.7，19.1，25.4H12.7076.22100.850.44825.4，38.1，50.8XH22.225101.64048.901.48450.8，76.2，101.6XXH31.75127.06398.032.4737
30、6.2，101.6，127.0带入上式得 （2）计算主动轮啮合齿数小带轮的啮合齿数为（3）确定实际所需带宽其中为啮合系数由表3-8查的=1表3-8啮合数系数5410.80.6式中带所传递的功率=2.024kw本履带选用为XH带，可以由表3-9查的基准带宽如下表3-9周节制梯形齿履带的宽度型号MXLXXLXLLHXHXXH基准宽度mm6.46.49.525.476.2101.6127许用拉力T273150.17244.462100.854048.906398.03带的质量m0.0070.010.0220.0950.4481.4842.473所以以上公式算得带宽为72.44mm，所以以此选取标准带
31、宽，表3-10查的 将其取为标准值3-10周节制梯形履带的宽度与高度型号公称高度标准宽度mminmmin代号H4.30.1750.8220076.23300XH11.20.4476.23300101.64400XXH15.70.62101.644001275500XXL1.52_4.8-4.86.4-6.45、功率验算,额定功率大于设计功率，则带的传动能力已足够，所选参数合理。同时得到作用在轴上的力 6、履带的物理机械性能本水果采摘机选用XH带，其物理机械如下表3-11履带的物理机械性能项目梯形齿XHLHXHXXH拉伸强度80120270380450参考力伸长率参考力N609022030036
32、0伸长40硬度755包布粘合强度56.581012芯绳粘合强度2003806008001500齿体剪切强度50607075907、履带主从动轮设计（1）带轮材料选择为了减轻履带驱动装置的重量，我们选择硬铝合金作为履带主、从动轮的材料，硬铝合金具有密度小，质量低，强度高，硬度高，耐热性好的优点，能够满足设计性能要求。（2）带轮形状及主要尺寸的确定履带和带轮的啮合方式见图3-3所示，图中为履带轮节圆或履带节线上测得相邻两齿的距离即节距。XH型节距=22.225mm，为履带轮的节圆直径，主动轮节圆型号为24XH，=169.79mm，从动轮节圆型号为24XH，=169.79mm.为履带轮实际外圆直径，
33、主动轮=166.99mm，从动轮=166.99mm。图3-3履带轮外径径节示意图履带分为AS型，BS型，AF型，BF型，WS型，其中AF型和BF型为双边档边，由于本设计采用的是电动机、减速器动力总成放在摇臂内，直接通过锥齿轮传递用后驱动轮轮轴。所以，主动轮选择两个单边单圈，从动轮选择一个无挡圈，选WS型履带轮。主动轮24XH，齿数24，径节=169.79mm，外径=166.99mm主动轮初选两个双边挡圈的带轮，用于设计中将其组合。（3）履带轮齿形及齿面宽度的选择根据图3-4可以查得XH型梯形双面齿履带轮齿形尺寸如下图3-4齿形尺寸节距=22.225mm，齿槽=mm，齿深=7.14mm，槽角=，
34、倒角=，=，=3.048mm，根据表8-12可以查出以上数据。表3-12梯形双面齿同步轮齿形尺寸型号节距MXL2.0320.840.050.69200.350.130.508XL5.0801.320.051.65250.410.640.508L9.5253.050.102.67201.191.170.762H12.74.190.133.05201.601.61.372XH22.2257.900.157.14201.982.392.794XXH31.75012.170.1810.31203.963.183.048根据前面确定的宽度为76.2，及所选择的无档边带轮查表8-13可得到梯形双面齿履带轮
35、齿面宽度=83.8。表3-13履带轮齿面宽度尺寸参考表型号履带宽度齿轮面宽度代号带宽双面档边带轮单面档边带轮无档边带轮XH20050.856.662.259.630076.283.889.886.9400101.6110.7116.7113.7（4）履带轮所允许的公差两轮所允许的公差如表3-14所示表3-14允许公差表项目小轮大轮外径偏差+0.150+0.150任意两相邻点节距偏差90度弧内的累积0.030.150.030.15外圆径向圆跳动0.130.15外圆端面圆跳动0.190.26轮齿与轴线平行度齿顶圆柱面的圆柱度0.090.11轴孔直径偏差H7或H8H7或H8外圆及两齿侧表面粗糙度3.
36、23.23.1.3副履带部分设计因为履带传动具有准确的传动比，无滑差，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大等优点，所以传递功率可以从几瓦到百千瓦。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。从以上对履带性能的分析看出其性能的优越性，因此选用梯形双面齿履带作为移动装置副履带能够满足设计性能及工作的环境条件要求。副履带的设计是依照主履带的设计进行的，具有异曲同工之妙。而副履带相对了主履带来说，它是辅助作用，帮助移动平台具有更出色的越野性能，更擅长于攀爬和越沟。自然它的环境不如主履带恶劣，并且所承受的载荷也比较轻一些，所以我给予选择H带。其
37、设计方法参照主履带如下:介于副履带的主动轮的直径选择应与主履带的从动轮的相当，则参照表3-15选择副履带主动轮直径。根据任务推出副履带从动轮直径 副履带主动轮齿数 副履带从动轮齿数 表3-15标准履带的直径（1）计算履带的带宽根据前面的表3-7查得到：H带 选择标准带由表3-9差查得H带 （2）计算H带的基准额定功率计算所选用型号履带的基准额定功率 其中得出而由反推得到设计功率为（3）中心距的选择则确定中心距（4）计算履带节线长度根据带传动总体尺寸和中心距的要求，带的节线长度可由带围绕两带轮的周长来计算，根据下式求得： 代入数据根据表3-16可选带长为3-16周节制梯形齿履带节线长度及齿数长度
38、代号基本尺寸极限偏差LHXHXXH345876.300.6692-360914.40-72-367933.4598-390990.6010478-4201066.800.7611284-（5）车体副履带摇臂设计车体副履带摇臂如下图示：3.2手臂部分设计3.2.1电机的选择本机械手臂有四个电机，分别是手臂回转电机，大小臂关节电机、手抓回转电机，此处以手臂回转电机为例进行选择计算，其他电机的选择类似。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(vR)、永磁式步进电机(PM)等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.50或150；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一
39、般为0.750或1.50，但有一定的噪声和振动。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。综合考虑技术难度、精度和资金等因素，结合所改造机床的负载较小，负载变化不大又是经济简易型的自动控制设备，故采用反应式步进电机作为砂轮座磨削进给的驱动源。(1)旋转力的计算旋臂式机械手夹持工件时，很明显承受着一定的旋臂力矩。由文献1查得旋转力的计算公式为：一旋转阻抗力(N)，根据相关经验数据，取其值为1989.9。由文献1查得：取，则 (N)，则 (N)(2)步进电机的选用步进电机总的位移量是严格等于输入的指令脉冲数，或其平均转速严格正比于输入指令脉冲的频率，因此
40、能实现精确定位、精确位移。而且同时可在其工作频段内，从一种运动状态稳定地转换到另一种运动状态。步进电机有下列工作特点：变扭矩传动，扭矩受脉冲频率的限制。频率高，扭矩则小。能双向转动，有适量的阻尼。只要避开步进电机本身的低频振荡区，就可能获得平稳的低速进给。改变指令脉冲频率就能使步进电机变速，从而改变进给速度，可省去一部分机械变速机构，机械结构简单，寿命长。进给速度变化范围宽，从每秒几个脉冲到几千个脉冲。即能使进给系统正调整时实现快速运动，又能保证由粗加工到精加工的各项要求。快速响应性很强，只要有脉冲输入或停止输入，步进电机就立即转动或停转。不通电时无定位力矩，转子能自由转动，每步有振荡和过冲，
41、但在使用中失步和过冲完全在零件的尺寸误差之内，对加工精度影响甚小。(3)脉冲当量和步距角脉冲当量小可提高加工精度，但使系统复杂。一般加工精度的自动控制机床，脉冲当量可选为0.01mmstep，初步确定步距角=0.75step。(4)步进电机转轴上启动力矩的计算由文献9查得启动力矩的计算公式为：式中：一电机启动力矩旋转进给抗力(N)，= =1989.9(N)一垂直分力，=795.9(N)导轨摩擦系数，选用淬火钢滚动导轨，取=0.01 G-机器重量(N)，按图纸粗估G=480N总机械效率，取=0.85则(5)确定步进电机最大静转矩和最高工作频率为满足最小步距要求，电机选用三相六拍工作方式，由文献9
42、查得：=0866 (36)则步进电机最大静转矩为：=1800.866=207.8(Ncm)最高工作频率为：(7)步进电机的选择查表选用110BF003型步进电机，其参数如下：步距角，选用三相六拍工作时取，最大静转距800N.cm，最高空载启动频率1500Steps，运行频率7000 Steps，相数3，电压80V，相电流6A，满足需要。3.2.2大、小臂设计（1）负载分析负载R是指工作机构在满负荷情况下，即： 式中：-工作机构的荷重及自重对手臂产生的作用力；-工作机构在满载启动时的静摩擦力；-工作机构满载启动时的惯性力。(1)的确定 工件的质量m=5.9 (kg) 夹持器的质量 15kg(已知)伸缩臂的质量 50kg(估计)其他部件的质量 15kg(估计)工作机构荷重： Ri=(5.9+15+50+15)*10=859(N)取Ri=860N(2) 的确定 Rm= (N)(3) 的确定 Rg=(N)式中：为启动时间，其加速时间约为0.10.5s=0.1s , =0.2s总负载 R=Ri+Rg+Rm=860+172+172=
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