核桃采摘机执行机构设计（采摘机械手含CAD图纸）

核桃采摘机执行机构设计（采摘机械手含CAD图纸）,核桃,采摘,执行机构,设计,机械手,CAD,图纸 核桃采摘机械手的机构设计核桃采摘机械手的机构设计学 院：工程技术学院班 级：机制4班姓 名：王昊宸导 师：吴春凌 湖北工业大学工程技术学院 设计内容设计内容1、前言2、核桃采摘机械手的原理图3、核桃采摘机械手的设计与选型4、核桃采摘机械手的PLC程序控制系统 湖北工业大学工程技术学院 1 1、前、前 言言 采用人工核桃采摘，消耗的人力、时间比较大，采摘效率低，并且某些核桃难以采摘或采摘不到，对人体安全具有一定的威胁。采用核桃采摘机械手，可通过智能移动平台，通过摄像头、传感器捕捉核桃，可实现持续的、高效率的、安全的作业。湖北工业大学工程技术学院2.12.1、总装图、总装图 湖北工业大学工程技术学院2.22.2、核桃采摘机械手的原理图、核桃采摘机械手的原理图 湖北工业大学工程技术学院3 3、核桃采摘机械手的设计与选型、核桃采摘机械手的设计与选型3.1、电动机的选型3.2、旋转减速装置3.3、气压缸升降、摆臂装置3.4、手抓装置 湖北工业大学工程技术学院 3.1 3.1、电动机的选型、电动机的选型1 1、90SL5590SL55型伺服电动机型伺服电动机 输出功率输出功率25W25W 空载转速空载转速2700r/min2700r/min2 2、70BF1-370BF1-3型反应式步进电动机型反应式步进电动机 步距步距1.51.5 额定负载起动频率额定负载起动频率10001000步步/s/s3 3、36SL5E236SL5E2型伺服电动机型伺服电动机 输出功率输出功率1W1W 空载转速空载转速2700r/min2700r/min 湖北工业大学工程技术学院 3.2 3.2、旋转减速装置、旋转减速装置 湖北工业大学工程技术学院3.3.13.3.1、气压缸升降装置、气压缸升降装置1、选用QGA-50型气缸 选取气缸行程为374mm2、采用双列梯形槽导轨 实现升降滑动运动 湖北工业大学工程技术学院 3.3.2 3.3.2、气压缸摆臂装置、气压缸摆臂装置1、选用QGA-50型气压缸 选取气缸行程为128mm2、根据两气缸轴心距108mm 采用菱形四杆机构实现 摆臂沿水平线上下摆动30 湖北工业大学工程技术学院 3.4.1 3.4.1、手抓装置、手抓装置 湖北工业大学工程技术学院 3.4.2 3.4.2、手抓结构装置、手抓结构装置 手抓工作原理步骤：起动70BF1-3步进电动机，带动丝杆转动，滑块在丝杆经导杆自由滑动；内手抓钣金片通过滑块圆柱台阶推动快速夹紧核桃，随后外手抓钣金片通过滑块锥形轨迹夹紧核桃枝条，通过时间继电器经过t=4s步进电动机停止；夹紧后内手抓装置通过36SL5E2伺服电动机自转，实现在核桃枝条固定的同时核桃自转脱落的功能。湖北工业大学工程技术学院4 4、PLCPLC程序控制系统程序控制系统4.1、主电路4.2、PLC控制路线4.3、梯形图4.4、指令语句表 湖北工业大学工程技术学院4.14.1主主电电路路 湖北工业大学工程技术学院4.24.2PLCPLC控控制制线线路路 湖北工业大学工程技术学院4.34.3梯梯形形图图 湖北工业大学工程技术学院4.44.4指指令令语语句句表表 湖北工业大学工程技术学院 总 结 通过本次毕业设计，感受颇多。在设计过程中学到了很多知识，更重要的是发现还有很多东西自己还要去学习。欢迎各位评委老师对本设计进行评审，设计不足之处请给予批评指正。谢 谢！江西农业大学毕业设计任务书 设计 课题名称 采摘机械手的机构设计 学生姓名 院（系） 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职 称 讲师 学 历 博士 毕业设计要求： 要求其总体长度、高度均不超过1.2米；熟练掌握AutoCAD和Pro/E绘图，对机械原理、机械设计及机电一体化有一定的理解和认识；完成一份4000字以上的设计说明书和达到1.5倍A0图纸量。 毕业设计内容与技术参数： 本课题运用制图软件对机械手采摘核桃进行机构设计。包括：旋转机构，蜗轮蜗杆减速装置，直齿减速装置；升降机构，气压缸升降装置；摆臂机构，气压装置和四杆装置；手抓机构，滑动螺旋传动装置，手抓抓紧放开装置，手抓自转装置；PLC程控系统，继电器-接触器控制系统，主电路，PLC外部接线，梯形图，指令语句表。用AutoCAD绘制机构的二维图形，用Pro/E绘制机构的三维造型。 毕业设计工作计划： 2009-01-15—2009-03-15：课题准备阶段，了解课题的内容，初步定出解决方案； 2009-03-16—2009-03-31：熟悉系统开发软件，及机械手采摘油茶的设计原理； 2009-04-15—2009-04-30：用AutoCAD设计机械手采摘油茶的机构图； 2009-05-01—2009-05-15：用Pro/E进行机构的三维造型； 2009-05-16—2009-05-15：撰写毕业论文； 2009-05-15—2009-05-22：制作PPT文档，对设计进行改进设计。 接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 学 生 签 名 年 月 日 指导教师签名 年 月 日 院长（主任）签名 年 月 日 G o c h e c k 论文检测报告 h t t p : / / e d u . g o c h e c k . c n 大学生版 关于4y 0 4 王昊宸 核桃采摘机执行机构设计. d o c 的简版报告 一、总体报告报告编号6 e 51e b 37 c 312 4e f b b 9d f c f b 7 51f e e b 48送检文档4y 0 4 王昊宸 核桃采摘机执行机构设计. d o c送检人谢卫容送检单位谢卫容检测时间2 0 15-0 5-2 5 0 8 : 59: 41检测范围论文库（2 3, 0 0 万篇+ 数十亿网页，涵盖国内最大的在线论文库、中文科技论文库、在线首发论文库2 30 0 多万篇，以及数十亿网络资源），中文期刊库（90 , 0 0 万篇，涵盖中国期刊论文网络数据库、中文科技期刊数据库、中文重要学术期刊库、中国重要社科期刊库、中国重要文科期刊库、中国中文报刊报纸数据库、中国学术期刊库、中国专利数据库、中国会议论文数据库、英文数据库( 涵盖期刊、博硕、会议的英文数据) 等），T o n d a 论文库（10 , 0 0 万篇，涵盖中国学位论文数据库、中国优秀硕博论文数据库、部分高校特色论文库、中国学术会议论文数据库、英文数据库( 涵盖期刊、博硕、会议的英文数据以及重要外文数据库如Em e r a l d 、H e i n O n l i n e 、JST O R等），我的自建库，我的自建库，资源共享对比源，我的自建库。总相似比2 4. 0 6 % 即复写率与引用率之和检测指标自写率 7 5. 94（%） 复写率 2 3. 2 6 （%） 引用率 0 . 8 （%）相似比互联网 2 3. 2 6 （%） 学术期刊 0 . 0 （%） 学位论文 0 . 0 （%） 资源共享库 0 . 0 （%） 自建库 0 . 0 （%） 指标说明： 指标说明： 1. 总相似比即类似于重合率。总相似比即送检论文中与检测范围所有文献相似的部分（包括参考引用部分）占整个送检论文的比重，总相似比= 复写率+ 引用率。2 . 引用率即送检论文中被系统识别为引用的部分占整个送检论文的比重（引用部分一般指正确标示引用的部分）。3. 自写率即送检论文中剔除雷同片段和引用片段后占整个送检论文的比重，一般可用于论文的原创性和新颖性评价，自写率= 1-复写率-引用率。4. 复写率即送检论文中与检测范围所有文献相似的部分（不包括参考引用部分）占整个送检论文的比重。二、 检测结果示意图G o c h e c k 论文检测报告 h t t p : / / e d u . g o c h e c k . c n 大学生版 三、相似文献汇总：序号文献来源相似片段数1篇名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】_ . . .来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = LE-r c p z p n j j ZQ F8 IK . . .3个2篇名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = 7 FT T v o x 1W e Jr u E0 U 0 . . .2 个3篇名：步进电动机 - d o c i n . c o m 豆丁网来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = k C5NG Jq j J4z BBp C8 y . . .1个4篇名：油茶采摘机械手的机构设计 - 大学课件 - 道客巴巴来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = -H Y2 G Jq j J4z BBp C8 y . . .1个5篇名：便携式可伸缩油茶果采摘机构设计【农业机械】【带p r o e 三维】【7 张. . .来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = H g 3a -5XK 6 6 m I6 _ Xg r . . .1个6篇名：气吸式油茶果采摘机构设计-豆丁网来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = 7 U U 0 -t W i 0 s Y37 w Bb k . . .1个7篇名：1359_ 便携式可伸缩油茶果采摘机构设计-道客巴巴来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = K m Zr c H f q T z VU _ l t 2 D . . .1个8篇名：机械制造及自动化专业毕业论文-油茶采摘机械手的机构设计. d o c -. . .来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = SBe 4s U H o z s s Zo y PA H . . .1个G o c h e c k 论文检测报告 h t t p : / / e d u . g o c h e c k . c n 大学生版 9篇名：气吸式油茶果采摘机构设计-道客巴巴来源：互联网出处：h t t p : / / w w w . b a i d u . c o m / l i n k ? u r l = q _ r a g l u 4O p Bf i 8 NU j . . .1个四、相似片段详情1送检论文片段相似度：7 0 . 0 2 %相似论文片段原文位置： BF系列步进电动机系反应式步进电动机，它是将脉冲指令转换为角位移或转速的控制电动机，其角位移与脉冲数量严格成正比，改变脉冲频率实现调速来源： 论文库文献名：步进电动机 - d o c i n . c o m 豆丁网步进电动机受脉冲信号控制。 步进电动机受脉冲信号控制。它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比, 所以电机的线速度或转速也与脉冲频率成正比, 通过改变脉冲频率的. . .2送检论文片段相似度：6 8 . 2 2 %相似论文片段原文位置： 它具有定位精度高，同步运行特性好，调速范围宽、能快速起动、反转和制动等特点来源： 论文库文献名：油茶采摘机械手的机构设计 - 大学课件 - 道客巴巴有定位精度高, 同步运行特性好, 调速范 围宽、能快速起动、反转和制动等特点。 . . . 它的主要优点: 传 动比大, 工作较平稳. . . p 32 . 选取步进电机 7 0 BF1-3 步距. . .3送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 首先，采摘部分由动齿梳、定齿梳、板块、加强杆、摇杆、杆套、管套、螺栓、螺母、和钢丝绳索等零件组成, 并通过螺纹固定在铝合金管3上，可伸缩部分由铝合金空心管1、2 、3，它们相互用螺纹连接来源： 论文库文献名：便携式可伸缩油茶果采摘机构设计【农业机械】【带p r o e 三维】【7 张. . . 2 0 14年7 月12 日 - 首先, 采摘部分由动齿梳、定齿梳、板块、加强杆、摇杆、杆套、管套、螺栓、螺母、和钢丝绳索等零件组成, 并通过螺纹固定在铝合金管3上, 可伸缩部分由铝合金空心管. . . 。4送检论文片段相似度：8 5. 7 1%相似论文片段原文位置： 以下两图是铝合金管连接处的三维图，其实现可伸缩的关键在于两个连接的铝合金管连接处有卡环，且两个铝合金管均为空心，直径也是一大一小，小直径的套在大直径的铝合金管里面，实现可伸缩功能，而铝合金管头部的凹下卡环槽和另一个铝合金管凸起的卡环保证了小直径的铝合金管不会在伸缩过程中滑出来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计-豆丁网 2 0 14年10 月17 日 - 拉杆组件装配图及其三维图: 以下两图是铝合金管连接处的三维图, 其实现可伸缩的关键在于两个连接的铝合金管连接处有卡环, 且两个铝合金管均为空心, 直径. . . 。5送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 当机构的头部触到油块做弧线运动，从而使得动齿梳达到闭合的效果，由于动、定齿梳为半圆性，方便自动定位，并在动齿梳与定齿梳闭合同时，将整个机构向下拉或者旋转以采摘果实，也可以直接剪切果梗来源： 论文库文献名：1359_ 便携式可伸缩油茶果采摘机构设计-道客巴巴 2 0 14年12 月13日 - 当机构的头部触到油块做弧线运动, 从而使得动G o c h e c k 论文检测报告 h t t p : / / e d u . g o c h e c k . c n 大学生版 ，果实脱离枝条后沿铝合金空心管内部滑落至放置在机构尾部的收集网袋中，至此完成一次采摘过程齿梳达到闭合的效果, 由于动、定齿梳为半圆性, 方便自动定位, 并在动齿梳与定齿梳闭合同时, 将整个机构向下拉. . . 。6送检论文片段相似度：96 . 8 3%相似论文片段原文位置： 对于此便携式核桃果采收机构分析并结合具体市场分析可知，该机构的设计较巧妙，制造简单，操作方便，成本低廉，携带方便等优点可推测本产品的前景来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】 2 0 14年7 月13日 - 对于此便携式油茶果采收机构分析并结合具体市场分析可知, 该机构的设计较巧妙, 制造简单, 操作方便, 成本低廉, 携带方便等优点可推测本产品的前景。目前我国油茶采收技术还. . . 。7送检论文片段相似度：90 %相似论文片段原文位置： 我国是一个核桃种植大国，全国14个核桃主产省区现有2 . 6 亿亩宜林地（江西、湖南两省分布最多），其中相当一部分适宜种植核桃来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】_ . . . 2 0 14年7 月13日 - 我国是一个油茶种植大国, 全国14个油茶主产省区现有2 . 6 亿亩宜林地( 江西、湖南两省分布最多) , 其中相当一部分适宜种植油茶。目前油茶果实采摘方式主要为手工作业, 由于. . . 。8送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 我发现真正地要设计一样产品真不是一件简单的事情，从理论到实践的转换，设计思路理念，对课本知识的深入运用，绘图软件一些高级绘图功能都是比较难的，需要花时间来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】 2 0 14年7 月13日 - 我发现真正地要设计一样产品真不是一件简单的事情, 从理论到实践的转换, 设计思路理念, 对课本知识的深入运用, 绘图软件一些高级绘图功能都是比较难的, 需要花时间。. . . 。9送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 包括采摘机构、可伸缩杆机构、真空负压装置、电机正反转复位机构和齿轮传动机构并用Pr o / e 软件绘制了机构的三维图以助理解来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】_ . . . 2 0 14年7 月13日 - 包括采摘机构、可伸缩杆机构、真空负压装置、电机正反转复位机构和齿轮传动机构并用Pr o / e 软件绘制了机构的三维图以助理解。便携式油茶果实采摘机构主要采用了齿轮传动. . . 。10送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 定子槽内嵌以二相绕组，一相为励磁绕组，一相为控制绕组，控制绕组分为两半，分别引出四根线，可接成串联或并联，以适用于两种电压来源： 论文库文献名：机械制造及自动化专业毕业论文-油茶采摘机械手的机构设计. d o c -. . . 2 0 14年11月G o c h e c k 论文检测报告 h t t p : / / e d u . g o c h e c k . c n 大学生版 15日 - 定子槽内嵌以二相绕组, 一相为励磁绕组, 一相为控制绕组, 控制绕组分为两半, 分别引出四根线, 可接成串联或并联, 以适用于两种电压。BF 系列反应式步进电动. . . 。11送检论文片段相似度：95. 7 4%相似论文片段原文位置： 采摘是一个重要的难题，而便携式核桃果采收机构的出现将极大的提高采收的效率，节省人力、物力和财力，给农民带来经济效益来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计-道客巴巴 2 0 14年6 月6 日 - 采摘是一个重要的难题, 而便携式油茶果采收机构的出现将极大的提高采收的效率, 节省人力、物力和财力, 给农民带来经济效益。目前国外暂无此类机构的研究, . . . 。12送检论文片段相似度：10 0 %相似论文片段原文位置： 知识储备太少，而且不系统，又没有多少实践经验，我想这是我以后应该努力的方向，也是学院加强这方面教学条件的契机吧来源： 论文库文献名：气吸式油茶果采摘机构设计【食品机械】【14张CA D 图纸】【优秀】_ . . . 2 0 14年7 月13日 - 知识储备太少, 而且不系统, 又没有多少实践经验, 我想这是我以后应该努力的方向, 也是学院加强这方面教学条件的契机吧。 由于油茶果实种类较多, 此次设计主要是针对普通. . . 。五、 引用片段详情 序号序号引用片段 引用片段 1 1需要进一步改进的地方应该是将伸缩杆改小，使该机构更为简单实用。2 210 邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pr o / ENG INEER W i l d f i r e .说明： 说明： 1. 报告编号系送检论文检测报告在本系统中的唯一编号。2 . 鉴于论文检测技术的局限性以及论文检测样本库的局限性，G o c h e c k . c n 网站不保证检测报告的绝对准确，相关结论仅供参考，不做法律依据。G o c h e c k 论文检测服务中使用的论文样本，除特别声明者外，其著作权归各自权利人享有。根据中华人民共和国著作权法相关规定，G o c h e c k 网站为学习研究、介绍、评论、教学、科研等目的引用其论文片段属于合理使用。除非经原作者许可，请匆超出合理使用范围使用其内容和本网提供的检测报告。核桃采摘机械手的机构设计 核桃采摘机的机构设计 摘 要 本课题运用制图软件对机械手采摘核桃进行机构设计。包括：旋转机构，蜗轮蜗杆减速装置，直齿减速装置；升降机构，气压缸升降装置；摆臂机构，气压装置和四杆装置；手抓机构，滑动螺旋传动装置，手抓抓紧放开装置，手抓自转装置；PLC程控系统，继电器-接触器控制系统，主电路，PLC外部接线，梯形图，指令语句表。用AutoCAD绘制机构的二维图形，用Pro/E绘制机构的三维造型。熟练掌握AutoCAD和Pro/E绘图，对机械原理、机械设计及机电一体化有较深入的理解和认识。 关键词：核桃采摘、机械手、PLC程序控制系统 Abstract This subject uses the software of making maps to pluck the tea-oil camellia and design the organization to the manipulator. Including the rotate organization, the worm gear worm decelerating device,the spur gear decelerating device;the hoist or lower organization, the barometric pressure cylinder hoists or lower device; the wave arm organization, atmospheric pressure device and four device ,the skids screw gearing,the hold organization , the slip spiral transmission device, the holding and unlock device, hold the rotation device ; PLC programme-controlled system, the relay - contact device control system.Main circuit, PLC exterior wiring, trapezoidal chart, instruction sentence table.Draw the two-dimentional figures of the organization with AutoCAD, draw the three-dimensional model of the organization with Pro/E. Grasp AutoCAD and Pro/E drawing skillfully, integrate deeper understanding and know to mechanism, machine design and integration of machinery. Key words: walnut seed 、the manipulator, the PLC procedure control system 目 录 摘 要 １ Abstract ２ 目 录 ３ 一、引 言 １ 1.1、核桃采摘机械手的作用 １ 1.2、机器人技术 １ 1.3、机械手的广泛应用 １ 1.4果实采摘方式的选择 ２ 二、核桃采摘机械手原理图 ３ 三、核桃采摘机械手的设计与选型 ５ 3.1、电动机的选型 ５ 3.1.1、36SL5E2伺服电动机 ５ 3.1.2、90SL55伺服电动机 ５ 3.1.3、70BF1-3步进电动机 ６ 3.2、旋 转 减 速 机 构 ６ 3.2.1、第一级蜗轮蜗杆减速装置 ７ 3.2.1、第一级蜗轮蜗杆减速装置 ８ 3.2.2、第二级蜗轮蜗杆减速装置 ８ 3.2.2、第二级蜗轮蜗杆减速装置 ８ 3.2.3、直齿减速装置 ９ 3.2.3、直齿减速装置 ９ 3.2.4、旋转机构转速 １０ 3.3、气 压 升 降、摆 臂 机 构 １０ 3.3、气缸装置 １１ 3.3.1气压升降装置 １１ 3.3.2气压摆臂装置 １１ 3.4、手 抓 机 构 １２ 3.4.1、滑动螺旋传动装置 １２ 3.4.2、手抓工作装置 １２ 四、核桃采摘机械手的PLC程序控制系统 １４ 4.1、主电路 １４ 4.2、PLC外部接线 １５ 4.3、梯形图 １６ 4.4、指令语句表 １８ 五、抓拉式核桃果实采摘机构前景及总结 １９ 5.1 抓拉式核桃果实采摘产品前景 １９ 5.2抓拉式核桃果实采摘机械总结 １９ 参 考 文 献 ２１ 一、引 言 1.1、核桃采摘机械手的作用 采用人工核桃采摘，消耗的人力、时间比较大，采摘效率低，并且某些核桃难以采摘或采摘不到，对人体安全具有一定的威胁。采用核桃采摘机械手，可通过智能移动平台，通过摄像头、传感器捕捉核桃，可实现持续的、高效率的、安全的作业。 1.2、机器人技术 机器人技术是集计算机科学、控制工程、人工智能、传感器技术、机构学、机械工程学等学科为一体的一门综合技术。机器人是一种知识密集、技术密集的机电一体化的高技术产品。机器人在生产中的应用，对提高劳动生产率、提高产品质量、改善劳动条件、提高企业的应变能力、促进新产业的建立和发展、改变劳动结构以及促进相关学科的技术进步，均发挥了重大的社会效益和经济效益。因此世界各国都很重视机器人技术的发展和机器人在生产中的运用。 1.3、机械手的广泛应用 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍；在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件；可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动；可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等；宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。 1.4果实采摘方式的选择 要实现果实采摘，可以根据原理分为吸附式、剪切式、抓拉式等类型，其特点比较如表1所示。 表1 各类不同工作原理的采摘机构及特点 类型 优点 缺点 抓拉式 定位要求低、动作灵敏 需要配备真空形成装置，笨重不方便携带，造价较高。 剪切式 结构简单，操作方便，对果实和枝条的伤害较小 定位要求高，效率较低，不方便收集。 抓拉式 结构简单、操作方便、效率高 对枝条和花蕾伤害稍大 通过对核桃树性状研究，发现核桃树枝条比较脆，花蕾和果实连接较为紧密，综合比较之后，采用抓拉式采摘原理进行设计较为合适。 1.5执行机构比较    液动执行器推力最大，现在一般都是机电一体化的，但比较笨重，所以现在很少使用，比如三峡的船阀用的就是液动执行器。    电动执行机构安全防爆性能差，电机动作不够迅速，且在行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损。尽管近年来电动执行器在不断改进并有扩大应用的趋势，但从总体上看不及气动执行机构应用得普遍。    气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。由于气动执行机构有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。    液压、气动机构的工作原理和特点    1.5.1液压机构    液压机构是以液压油为动力源来完成预定运动要求和实现各种机构功能的机构。液压机构与纯机械机构和电力驱动机构相比，主要有以下优点：    （1）在输出同等功率的条件下，机构结构紧凑，体积小、重量轻、惯性小。  （2）工作平稳，冲击、振动和噪音都较小，易于实现频繁的启动、换向，能够完成旋转运动和各种往复运动。  （3）操纵简单、调速方便，并能在大的范围内实现无级调速，调速比可达5000。 （4）可实现低速大力矩传动，无需减速装置。  液压机构的不足之处是：油液的粘性受温度变化的影响大，不宜用于低温和高温的环境中；液压组件的加工和配合要求精度高，加工工艺困难，成本高。    1.5.2.气动机构    气动机构是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的机构。与液压机构相比有以下优点：    （1）以空气为工作介质，用后可直接排到大气中，处理方便。  （2）动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质问题。  （3）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强振、潮湿、有辐射和温度变化大的恶劣环境中工作时，安全可靠性优于液压、电子和电气机构。    气动机构的不足之处是：由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，但采用气液动联动装置会得到较满意的结果；工作压力低（一般为0.3～1.0MPa），难以获得很大的输出力；噪声大，在高速排气时要加消声器。    二、核桃采摘机械手原理图 本机械手工作原理：底盘通过蜗轮蜗杆二级减速、圆柱直齿减速获得转速为4.35º/s，运用两个行程开关控制机械手左右摆动120º的扇形区域内；手臂升降通过气缸行程为374mm，经滑块导轨实现上下运动；摆臂通过气缸行程为128mm，经过四杆装置实现沿水平上下摆幅为30º的运动；手抓抓紧、放开通过步进电动机时间为t=4s，经滑动螺母实现对目标的夹紧、放松，并通过伺服电动机带动内手抓自转达到脱落目标的目的。 机械手总装 机器人末端执行器是安装在机器人手腕上用于进行某种操作或作业的附加装置。机器人末端执行器种类很多，以适应机器人的不同作业及操作要求。 机器人可通过PLC可编程的控制去完成某些操作和移动作业的机器人。人们力图把这种机器人设计成具有仿人或动物的某些局部功能，并使这些功能扩大和延伸以代替人去工作。 本手抓机构采用概念设计方式，其经济性、实用性、可行性有待进一步优化、改进设计。手抓夹紧装置可运用现在传感器技术，对目标实施的夹紧力控制在一个合理的范围内，使夹紧力既不过小而不能起到夹紧的作用，也不过大而破坏目标的不良结果。 三、核桃采摘机械手的设计与选型 3.1、电动机的选型 SL系列交流伺服电动机型号和主要技术数据 型号 励磁电压V 控制电压V 频率 Hz 堵转转矩N·m 空载转速r/min 输出功率W 机电时间常数m·s 外形尺寸 mm 总长 机壳外径 轴径 36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 4 90SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14 3.1.1、36SL5E2伺服电动机 3.1.2、90SL55伺服电动机 交流伺服电动机的机械特性是非线性的；不需要电刷和换向器，因此结构简单、运行可靠、没有无线电干扰等优点。 SL系列交流伺服电动机是由笼子转子和隐极式定子两部分组成。定子槽内嵌以二相绕组，一相为励磁绕组，一相为控制绕组，控制绕组分为两半，分别引出四根线，可接成串联或并联，以适用于两种电压。 BF系列反应式步进电动机型号和主要技术数据 型号 相数 步距 （º） 电压 V 静态 电流 A 额定负载转矩μN·m 静态力矩μN·m 空载起动频率步/s 额定负载起动频率 步/s 外形尺寸 mm 总长 机壳外径 轴径 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 3.1.3、70BF1-3步进电动机 BF系列步进电动机系反应式步进电动机，它是将脉冲指令转换为角位移或转速的控制电动机，其角位移与脉冲数量严格成正比，改变脉冲频率实现调速。它具有定位精度高，同步运行特性好，调速范围宽、能快速起动、反转和制动等特点。广泛用于开环数控系统作执行元件和驱动元件。 3.2、旋 转 减 速 机 构 蜗杆传动用于交错轴间传动运动及动力。通常，交错角Σ=90º.它的主要优点：传动比大，工作较平稳，噪音低，结构紧凑，可以自锁。主要缺点：少头数的蜗杆传动效率较低，常需要贵重的减摩性有色金属。 根据课题需要选择传动比较大的蜗轮蜗杆机构。传动比大时及要求自锁的传动，取z=1。蜗轮的齿数z一般取z=27～80。过少的z蜗轮齿将产生根切；z>80时，会导致模数过小而削弱轮齿的弯曲强度或使蜗杆轴刚度降低。 阿基米德圆柱蜗杆加工方便，应用较广泛，但导程角γ大时加工困难。传动效率较低（η=0.5～0.8），齿面磨损较快。因此，一般用于头数较少，载荷较小，低速或不太重要的传动。 3.2.1、第一级蜗轮蜗杆减速装置： 表—普通圆柱蜗杆传动的参数匹配 公称传动比 参数 中心距 a mm 40 40 z/z 38/1 m 1.6 d 20 x -0.25 50 z/z 49/1 m 1.25 d 20 x -0.5 第一级蜗轮蜗杆公称传动比取40，蜗杆头数取z=1,中心距a取a=40mm。由表—普通圆柱蜗杆传动的参数匹配，有z/z=38/1,蜗轮齿数z=38,模数m=1.6,蜗杆分度圆直径d=20mm,蜗轮变位系数x=-0.25 在蜗杆的轴平面内基准齿廓、齿形角的尺寸参数为： 齿顶高 h=m=1.6mm, 工作齿高 h=2m=2×1.6=3.2mm, 轴向齿距 p=πm=3.14×1.6=5.024mm, 顶隙 c=0.2m=0.2×1.6=0.32mm, 齿根圆角 p=0.3m=0.3×1.6=0.48mm, 阿基米德蜗杆，轴向齿形角a=20º， 传动系统中，取γ=25º， 蜗杆齿顶圆直径 d=d+2hm=20+2×1×1.6=23.2mm, 蜗杆齿根圆直径 d=d－2m(h+c)=20－2×1.6×(1+0.2)=16.16mm, 蜗杆宽度 b(11+0.06z)m=(11+0.06×38)×1.6=21.248mm,取b=22mm, 蜗轮分度圆直径 d=mz=1.6×38=60.8mm, 蜗轮喉圆直径 d=d+2h=d+2m(h+x)=60.8+2×1.6×(1－0.25)=63.2mm, 蜗轮齿根圆直径 d=d－2h=d－2m(h－x+c) =60.8－2×1.6×(1+0.25+0.2)=56.16mm, 蜗轮外圆直径 dd+2m=63.2+2×1.6=66.4mm,取d=66mm, 蜗轮宽度 b0.75d=0.75×23.2=17.4mm,取b=17mm, 蜗轮齿顶圆弧半径 R=0.5d－m=0.5×20－1.6=8.4mm, 蜗轮齿根圆弧半径 R=0.5d+cm=0.5×23.2+0.2×1.6=11.92mm。 3.2.1、第一级蜗轮蜗杆减速装置 3.2.2、第二级蜗轮蜗杆减速装置 3.2.2、第二级蜗轮蜗杆减速装置 第二级蜗轮蜗杆公称传动比取50，蜗杆头数取z=1,中心距a取a=40mm。由表—普通圆柱蜗杆传动的参数匹配，有z/z=49/1,蜗轮齿数z=49,模数m=1.25,蜗杆分度圆直径d=20mm,蜗轮变位系数x=-0.5 在蜗杆的轴平面内基准齿廓、齿形角的尺寸参数为： 齿顶高 h=m=1.25mm, 工作齿高 h=2m=2×1.25=2.5mm, 轴向齿距 p=πm=3.14×1.25=3.925mm, 顶隙 c=0.2m=0.2×1.25=0.25mm, 齿根圆角 p=0.3m=0.3×1.25=0.375mm, 阿基米德蜗杆，轴向齿形角a=20º， 传动系统中，取γ=25º， 蜗杆齿顶圆直径 d=d+2hm=20+2×1×1.25=22.5mm, 蜗杆齿根圆直径 d=d－2m(h+c)=20－2×1.25×(1+0.2)=17mm, 蜗杆宽度 b(8+0.06z)m=(8+0.06×49)×1.25=13.675mm,取b=14mm, 蜗轮分度圆直径 d=mz=1.25×49=61.25mm, 蜗轮喉圆直径 d=d+2h=d+2m(h+x)=61.25+2×1.25×(1－0.5)=62.5mm, 蜗轮齿根圆直径 d=d－2h=d－2m(h－x+c) =61.25－2×1.25×(1+0.5+0.2)=57mm, 蜗轮外圆直径 dd+2m=62.5+2×1.25=65mm,取d=65mm, 蜗轮宽度 b0.75d=0.75×22.5=16.875mm,取b=16.5mm, 蜗轮齿顶圆弧半径 R=0.5d－m=0.5×20－1.25=8.75mm, 蜗轮齿根圆弧半径 R=0.5d+cm=0.5×22.5+0.2×1.25=11.5mm。 3.2.3、直齿减速装置 3.2.3、直齿减速装置 主动直齿轮宽度 b=16mm, 从动直齿轮宽度 b=16mm, 主动直齿轮齿数 z=36, 从动直齿轮齿数 z=72, 主动直齿轮分度圆直径 d=20mm, 从动直齿轮分度圆直径 d=40mm. 3.2.4、旋转机构转速 旋转机构转速n=n·λ·λ·λ=n··· =2700××360×××=4.35º/s 3.2.4、旋转机构部装 3.3、气 压 升 降、摆 臂 机 构 气动系统由气压发生装置、执行元件、控制元件、辅助元件四部分组成。 气压传动的优点：以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便；便于集中供气、远距离输送；动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题；工作环境适应性好；成本低、过载能自动保护。 气缸是执行元件之一。气缸是将压缩空气的能量转换成直线往返运动形式机械能的能量转换装置。 3.3、气缸装置 3.3.1气压升降装置 气压升降装置气缸的行程s=374mm,通过滑块固定导轨实现机械手的升降运动3.3.2气压摆臂装置 气压摆臂装置通过气缸行程为s=128mm,实现手臂沿水平线上下摆动30º的运动。 3.4、手 抓 机 构 3.4.1、滑动螺旋传动装置 3.4.1、滑动螺旋传动装置 螺旋传动主要是将旋转运动变成直线运动，同时进行能量和力的传递，或者调整零件的相互位置。也有将直线运动变成旋转运动的。 根据手抓机构要求，运用传力螺旋和传动螺旋的梯形螺纹。梯形螺纹牙形角a=30º,螺纹副的大经和小径处有相等的径向间隙。牙根强度高，螺纹的工艺性好（可以用高生产率的方法制造）；内外螺纹以锥面贴合，对中性好，不易松动；采用剖分式螺母，可以调整和消除间隙；但其效率较低。 螺纹中经 d=14.4mm, 螺纹外径 d=16mm, 牙形角 a=30º, 螺距 p=3.2mm, 螺纹的工作高度 h=0.5p=0.5×3.2=1.6mm, 螺纹牙低宽度 b=0.65p=0.65×3.2=2.08mm, 整体式螺母的高度 H=ψ·d=2.5×14.4=36mm, 由验算 z===11.2510～12 符合要求。 选取步进电机70BF1-3步距为1.5º， 初选螺母滑块移动距离 s=54mm,则手抓锁紧、放开时间 t=××=4.05s 最后选取手抓锁紧、放开时间t=4s,则螺母滑块移动距离s=53.3mm. 3.4.2、手抓工作装置 手抓工作原理步骤：起动70BF1-3步进电动机，带动丝杆转动，滑块在丝杆经导杆自由滑动；内手抓钣金片通过滑块圆柱台阶推动快速夹紧核桃，随后外手抓钣金片通过滑块锥形轨迹夹紧核桃枝条，通过时间继电器经过t=4s步进电动机停止；夹紧后内手抓装置通过36SL5E2伺服电动机自转，实现在核桃枝条固定的同时核桃自转脱落的功能。 3.4.2、手抓结构装置 手指的数目越少，夹持的稳定性越差，多指的末端执行器虽然夹持更为稳定可靠，但机构和控制的复杂性大大增加，同时在采摘过程中与果梗、枝叶的干涉现象也会随之增多。  如图11所示的核桃采摘机器人末端执行器抓取机构简图，该抓取机构由4根夹持手指（直径4mm的钢丝，可以形变，手指外包有1cm厚的海绵）、2个滑轨（每个滑轨的一端固定在机械手本体上，另一端固定在夹持手指上）和双向丝杠（带螺母，每个螺母分别与夹持手指固定）组成。  4根夹持手指两两相对（图中仅能看到两个），左面的两个连在同一滑轨上，并与双向丝杆的左螺母固定；右面的两个连在同一滑轨上，并与双向丝杆的右螺母固定。通过电机带动双向丝杠，使左右两个滑轨相向而行。蜗轮蜗杆的传动比是1:10，电机正向转动时，双向丝杠的两个螺母沿相向方向运动，运动速度为电机的1/10。当螺母运动到定位果实的位置时，完成夹持动作。而且，双向丝杠的中间部分无螺纹结构，于是，夹持手指的预紧力可以夹持到设定的最小的核桃果实，以后丝杠转动而螺母原地不动；当两个螺母在连在其之间的回位弹簧张力的作用下，螺母向相反的方向运动随双向丝杠的转动，螺母重新回到丝杠的螺纹上，沿着螺纹向两边运动，从而完成松开夹持的果实的动作。  该末端执行器收获核桃的范围仅是3～6.5cm，作业时很容易造成遗漏掉果实，当松开夹持的果实时，回位弹簧降低了执行器的整体稳定。  1.机械爪2.弹性材料硅胶3.连接杆4.止动块5.滑轨  6.转盘.7.齿条.8.齿轮 四、核桃采摘机械手的PLC程序控制系统 可编程序控制器PC（Programmable Controller）又称可编程逻辑控制器。 PLC（Programmable Logical Controller),是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微机处理器为核心用作数字控制的专用计算机。 4.1、主电路 PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 4.2、PLC外部接线 4.3、梯形图 4.4、指令语句表 电动执行机构原理  一、电动执行机构概述  执行机构，又称执行器，是一种自动控制领 域的常用机电一体化设备（器件），是自动 化仪表的三大组成部分（检测设备、调节设 备和执行设备）中的执行设备。主要是对一 些设备和装置进行自动操作，控制其开关和 调节，代替人工作业。按动力类型可分为气 动、液动、电动、电液动等几类；按运动形 式可分为直行程、角行程、回转型（多转式） 等几类。由于用电做为动力有其它几类介质 不可比拟的优势，因此电动型近年来发展最  快，应用面较广。电动型按不同标准又可分 为：组合式结构、机电一体化结构，电器控 制型、电子控制型、智能控制型（带HART、 FF协议），数字型、模拟型，手动接触调试 型、红外线遥控调试型等。它是伴随着人们 对控制性能的要求和自动控制技术的发展而 迅猛发展的。 •早期的工业领域，有许多的控制是手动和半 自动的，在操作中人体直接接触工业设备的 危险部位和危险介质（固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质），极易造成对人的 伤害，很不安全； •设备寿命短、易损坏、维修量大；  •采用半自动特别是手动控制的控制效率很低、  误差大，生产效率低下。 基于以上原因，执行机构逐渐产生并应用于 工业和其它控制领域，减少和避免了人身伤  害和设备损坏，极大的提高了控制精确度和 效率，同时也极大提高了生产效率。 五、抓拉式核桃果实采摘机构前景及总结 5.1 抓拉式核桃果实采摘产品前景 对于此便携式核桃果采收机构分析并结合具体市场分析可知，该机构的设计较巧妙，制造简单，操作方便，成本低廉，携带方便等优点可推测本产品的前景。目前我国核桃采收技术还比较落后，但我国核桃的产量又相当可观，而且核桃生长于丘陵和山坡，这样就给核桃果的采收工作带来了极大的不便。采收工作必定要投入大量的人力、物力和财力，而且我国目前大部分核桃的采收都是通过人工作业，由于各方面的原因导致采收效率普遍不高。 采摘是一个重要的难题，而便携式核桃果采收机构的出现将极大的提高采收的效率，节省人力、物力和财力，给农民带来经济效益。目前国外暂无此类机构的研究，国内研究也还在起步阶段，尚不成熟，而此机构由于其可伸缩性、增力功能、携带方便、使用灵活等特性经过实际投产和改进之后必然会得到迅速的使用和推广。 5.2抓拉式核桃果实采摘机械总结 此次毕业设计从采摘的方式上入手，先是考虑了剪切式采摘机构，之后是考虑抓取式采摘，参考了核桃的一些知识，并根据自己采摘核桃的经验发现核桃果实和一般的果实有不同之处。核桃树枝条韧性大，果实主要分布在核桃树枝条的前端，在较高的核桃树面前使用抓拉式采摘机构最为方便实用。又考虑到可伸缩性和增力功能，最后确定可伸缩性用铝合金管实现，增力功能则由动刀片和拉杆杠杆作用及双滑轮的省力作用实现。另外考虑到自动定位功能，动、定刀片采用半圆形来实现。重点从定位、增力、动力传送和可伸缩性等方面入手，利用Pro/e和AutoCAD软件，绘制三维图及二维图；结合机械原理、机械设计和农业机械等知识，在饶老师的指导下来完成此次毕业设计。我发现真正地要设计一样产品真不是一件简单的事情，从理论到实践的转换，设计思路理念，对课本知识的深入运用，绘图软件一些高级绘图功能都是比较难的，需要花时间。知识储备太少，而且不系统，又没有多少实践经验，我想这是我以后应该努力的方向，也是学院加强这方面教学条件的契机吧。 由于核桃果实种类较多，此次设计主要是针对普通核桃，核桃果实采摘时，本产品只针对核桃树较高果实的采摘，其高度适合范围为1.8-3.6米，允许通过的最大核桃直径为50mm。需要进一步改进的地方应该是将伸缩杆改小，，使该机构更为简单实用。 参 考 文 献 【1】、徐灏主编，机械设计手册，北京：机械工业出版社，1992 【2】、杨明忠、朱家诚主编，机械设计，武汉：武汉理工大学出版社，2001 【3】、曾志新、吕明主编，机械制造技术基础，武汉：武汉理工大学出版社，2004 【4】、陈奎生主编，液压与气压传动，武汉：武汉理工大学出版社，2001 【5】、郑文纬、吴克坚主编，机械原理，北京：高等教育出版社，1997 【6】、刘鸿文主编，材料力学，北京：高等教育出版社，2004 【7】、哈尔滨工业大学理论力学教研室编，理论力学，北京：高等教育出版社，2008 【8】、秦曾煌主编，电工学，北京，高等教育出版社，2004 【9】、曾光奇、胡均安主编，工程测试技术基础，武汉：华中科技大学出版社，2002 【10】、杨叔子、杨克冲等编著，机械工程控制基础，武汉：华中科技大学出版社，2002 【11】、邓星钟主编，机电传动控制，武汉：华中科技大学出版社，2000 【12】、丁玉兰主编，人机工程学，北京：北京理工大学出版社，2007 【13】、陈立德主编，机械专业英语，上海：上海交通大学出版社，2001 【14】、于永泗、齐民主编，机械工程材料，大连：大连理工大学出版社，2007 【15】、余桂英、郭纪林主编，AutoCAD2006中文版实用教程，大连：大连理工大学出版社，2006 【16】、邵立新、夏素民、孙江宏等编著，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0中文版标准教程，北京：清华大学出版社，2007 ２６