基于苹果采摘气动机械手的设计分析

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1、基于苹果采摘气动机械手的设计分析1身份证号码：44050719870802****;2身份证号码：44142319820810****摘要：目前国内果蔬采摘作业基木上都是手工进行。但是随着人口的老龄化和农业劳动力的减少.农业生产成木也相应提高，这样会大大降低产品的市场竞争力。如何以低成木获得高品质的产品是果蔬生产环节中必须重视和考虑的问题，而机器人正在或己经替代人的繁重体力劳动，可以连续不问断地工作,极大地提高了劳动生产率，是农业智能化不可缺少的重要环节。大力发展机械的自动化收获采摘技术，加快研发果蔬采摘机器人的步伐是解决该问题的有效措施,并且对我国农业综合水平的提高只有重要的意义。关

2、键词:气动机械手，苹果采摘；设计1.气动机械手发展状况气动技术一这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视,并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展,气动技术也不断创新，以工程实际应用为目标，得到了前所未有的发展。另一方面,气动技术作为“廉价的自动化技术”，气动机械手与其它控制方式的机械手相比，具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强等特点。由于其元器件性能的不断提高，生产成木的不断降低,被广泛应用于现代工业生产领域。在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。许多工业发达国家的气动

3、元件产值己接近液压元件的产值，且仍以较大速度发展。完全可以想象，类同“家用电器”，将来会出现“家用气动”这样的名词为人们熟知。随着气动技术获得了快速发展,其中利用成木性能比低廉及同时只有许多优点的气动机械手设备来满足社会牛.产实践需要也越来越多的受到重视，气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要实用技术。1.采摘机器人机构选型原则由于农业环境的复杂性、不确定性和果实分布的随机性,采摘机械手的选型既要遵循工业机械手的基本原则,又要考虑其作物的特殊性。归纳采摘机械手的选型原则为：2.1遵循工业机械臂的基本选型原则。工业机械臂主要有四种形式，其具体功能特点如下：(1)直角

4、坐标型:该型机械臂前三个关节为移动关节，运动方向垂直，其控制方案与数控机床类似,各关节之间没有藕合，不会产生奇异位形，刚性好、精度高。缺点是占地面积大、工作空间小。(2)圆柱坐标型:该型机械臂前三个关节为两个移动关节和一个转动关节,这种形式的机器人占用空间小，结构简单。(3＞极坐标型:具有两个转动关节和一个移动关节。该型机器人的优点是灵活性好，占地面积小，但刚度、精度较差。(4)关节坐标型:前三个关节都是冋转关节，特点是动作灵活,工作空间大、占地面积小，缺点是刚度和精度较差。就工业机器人而言，机械臂的机构型式的选择取决于对机器人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制的难易的要

5、求。通常以直角坐标型至圆柱坐标型、极坐标型、关节坐标型的顺序来看，同一手臂尺寸综合的机器人，其活动范围和灵活度由小到大，控制难易的程度由易到难，而位置精度由高到低，负荷能力由大到小。2.2机械手的采摘能力要求(1)最优的工作空间。工作空间越大，采摘范围越广，通用性也就越好。(2)具奋较好的避障能力。果实采摘过程中，机械手能避开障碍物。(3＞机构设计合理。若机构设计不合理，可能会出现运动干涉或驱动装置无法设置，机构不能运动等问题。在满足要求的前提下，尽量采用特殊结构的机械手机构，使相邻运动副的轴线相互平行或正交。(4＞农业机器人要求操作简单，成本低廉，因此尽量采用冗余度少、机构简单的形式

6、。1.果蔬采摘机器人在苹果采摘中的应用3.1机器人采摘苹果的具体特点由以上调研数据可以分析得出苹果采摘的一些具体特点：1）苹果采摘机器人机械手要具有相对较大的工作空间。2＞机器人避障性能的要求随着苹果栽培模式的改变以及苹果果枝密度向着将会越来越小发展而降低3）苹果采摘机械手因为苹果质量相对较小（0.18—0.25kg）,持重能力的要求相对降低很多。4＞在幵放的环境中，苹果可随果枝在风中摆动，其本身位置不固定，所以在对采摘机器人提出位置精度要求的吋候5＞在保证以上要求的基础上，尽量减少自由度的数03.2苹果采摘机械手选型结论通过上面的分析，对于苹果采摘机器人机械手形式而言，得到一下选型结

7、论：1）机械手基体选择关节型机械臂形式最为合适,其包括腰部、大臂，小臂共三个部分。其动作灵活,工作空间大、占地面积小的优点很适合苹果的采摘作业。2）以关节坐标型机械臂为基体，为扩大机械臂的工作空间和增强机械手多路径采摘的能力，在腰部添加了升降结构，此结构为连杆折叠机构，在垂直方向上增加了机器人的作业空间，使得机器人拥有了采摘较高处苹果的能九代替了人们用梯子或登高采摘苹果。3）在小臂添加了伸缩关节，此关节不仅可以进•-步扩大机器人的工作空间而一I