课程设计-采果机-说明书

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1、机电一体化课程设计说明书题目：手臂升降伸缩采果机的改装和设计学院嘉兴学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机械N071指导教师胡红生陈晟学生姓名__翁佳杰吴正文叶翔方威南日期2011.02.235目录一、本作品的创新与特色简介1二．设计方案拟定6三．动力与传动方案的设计、计算与分析8四．动作执行机构的设计、计算与分析10五.传感器的选择..........................................................................15六．设计总结19附录205一、本作品的创新与特色

2、简介通过分析课程设计的要求以及现实情况下的条件，设计本作品时坚持了以下原则：结构简单、造价低廉、可靠性高、稳定性高，同时机构具有可重用性。为本作品将整个机器人的功能划分为车底座单元、升降单元、果实采摘单元、手臂伸缩旋转单元、放果单元。在车底座单元设计时，突出质量轻便、加工简单，装配容易。采用一级双面同步带传动，前面轮子做成可180O翻转。上台阶时，车底前端抬起与台阶接触，在后轮驱动下，车身比较容易爬上台阶。在平面上行进时车底前端翻成水平，跟驱动轮在同一水平线上，增加了车身的长度，防止翻车。下坡时车底前端压下与斜坡接触便于调节重心，加大了摩擦

3、面积，增加了车身的平稳性。车底座单元如图1.1所示。图1.1车底座单元结构简图5在升降单元设计时，在满足功能和尺寸要求的情况下，突出了结构的稳定性，升降杆采用7节截面积为10*20的不锈钢管双排连接，不仅能满足采摘最高层果子的高度，而且升起来后具有较好的稳定性。整个升降杆的结构如图1.2所示。图1.2升降单元结构简图图1.3果实采摘单元结构简图在果实采摘单元设计时，突出结构简单，实用性高。手爪采用无磁性的不锈钢球，可以防止有磁铁的乒乓球吸住手爪。果实采摘单元如图1.3所示。5手臂伸缩旋转单元，利用丝杠螺母实现手臂伸缩功能，电机轴和手臂固定实

4、现手臂的旋转功能。手臂伸缩旋转单元如图1.4所示。图1.4手臂伸缩旋转单元结构简图二、设计方案拟定通过分析课程设计自拟题目的动作要求以及尺寸要求，设计本作品时将整个机器人的功能划分为车底座单元、升降单元、果实采摘单元、手臂伸缩旋转单元、放果5单元。并在方案设计阶段就考虑在满足使用要求的情况下，尽量做到结构简单、质量轻便、造价低廉、可靠性高，稳定性高，且机构具有可重用性。上台阶单元采用两个驱动轮，四个从动轮，一级双面同步带翻转的结构。车体结构如图1.1所示，构造简单，加工、装配容易。果实采摘单元采用图1.2所示机械手爪结构，由电机驱动丝杠螺母

5、，带动连杆机构运动，从而实现手爪的抓紧和放松。具有结构简单，稳定可靠，动作快速，操作方便。升降单元采用平面连杆机构的传动，由双排7节截面积为10*20的不锈钢管连接而成，可实现280～1500mm之间的升降高度。根据上述设计原则，本作品的总体设计方案如图2.2、2.3所示。图2.2总体设计方案简图5图2.3总体设计方案简图三、动力与传动方案的设计、计算与分析车底座单元采用双面同步带传动，两个后轮驱动，其余四个轮子从动。电机选用两个直流减速电机分别驱动两个后轮，为了减少机构的复杂性，不需要再进行减速。通过对输入电压的大小及方向的控制，可以很方

6、便的实现对机器人行进速度和方向的控制。作用在直流减速电机上的负载力矩可按下式计算：(3.1)式中：为静态负载力矩，为动态负载力矩。(3.2)式中：f为静摩擦系数，通过查阅手册，f＝0.2；m为整车质量加上最大载物的质量，m＝200kg；5D为车轮直径,D=0.5m。将数据代入式(3.2)，可得：(3.3)式中：为负载折算到电机轴上的转动惯量；为车轮的转动惯量；为电机的转动惯量为最大角速度，T为加速时间，T＝4s为车轮质量,=5Kg.将数据代入式(3.3)可得：因此作用在直流减速电机的负载力矩为：根据计算所得数据选择直流电动机。选用的直流电机

7、参数如表3.1：表3.1步进电机参数型号额定功率转速额定电流额定电压XQ-2.2-7A2.2KW3000r/min46A60V5四、动作执行机构的设计、计算与分析4.1轮子翻转系统的设计与分析转动惯量可按下式计算：式中：m1为小轮部分的质量，m2为车身部分的质量。式中：为最大角速度，；T为加速时间，T＝4s；轮子翻转系统结构的设计比较巧妙，电机轴跟大轮的轴固定不动，电机的法兰跟板固定一起旋转，实现车底座前端的翻转，选择的电机是直流减速电机。5表4.1轮子翻转系统电机参数型号额定电压额定转速额定功率额定电流XQD—0.924V1200r/mi

8、n0.9KW49A轮子翻转系统的结构如图4.1所示4.1轮子翻转系统的结构简图4.2平面连杆机构升降系统的设计与分析平面连杆机构升降系统的设计是利用电机驱动丝杠螺母，将旋转运动转