3米高油茶樹采摘臂及固定機構設計與運動學仿真含proe三維及6張CAD圖,油茶,采摘,固定,機構,設計,運動學,仿真,proe,三維,cad 文獻綜述 摘 要 在國內，油茶果采摘由人工來完成，采摘效率低、采摘人員勞動強度大、工作環(huán)境差。本研究以設計出實用化的油茶果采摘臂為目標，通過對油茶果采摘的工作環(huán)境和特性進行深入分析，利用Pro/E軟件對油茶果采摘臂進行三維設計和虛擬裝配?；窘鉀Q了采摘勞動力大、效率低等問題，具有一定的發(fā)展前景。 關鍵字：油茶；采摘臂；手臂；仿真分析 1 前 言 在生產(chǎn)過程中，我們通常會使用電力或者其他動力驅動機械設備來替代傳統(tǒng)的手工操作勞動，這樣的生產(chǎn)措施或手段即機械化生產(chǎn)[2]。而在20世紀80年代，就有科技是第一生產(chǎn)力的口號出現(xiàn)，各行各業(yè)也都紛紛以機械化代替人工生產(chǎn)，這種模式不僅效率高，而且完成了突破手工制造的界限，大大減少了勞動力，提高了人類幸福感，為人類進步做出了不可磨滅的貢獻。現(xiàn)如今，各行各業(yè)都已經(jīng)應用了機械化，在工業(yè)、農業(yè)等方面都已經(jīng)普及，所以機械化已經(jīng)成為了各行各業(yè)的趨勢。隨著科學技術的不斷進步，工業(yè)方面的機械化已經(jīng)輻射到農業(yè)，各種農田自動化也相繼出現(xiàn)，如果還是依靠傳統(tǒng)的手工已經(jīng)滿足不了人們的需求，所以農、林業(yè)機械化已經(jīng)成為了我國發(fā)展必須要走的道路。 油茶是一種健康、優(yōu)質的茶科，可以作為食用油[3]。在國家的政策支持下，我國的油茶樹種植面積不斷擴大，高油茶樹已經(jīng)成為了許多地方的經(jīng)濟作物，而在種植高油茶樹的環(huán)節(jié)里面，人工采摘是最耗時，而且具有一定危險的環(huán)節(jié)。所以，在全球的機械化潮流下，而機械化采摘是不可阻擋的，本次設計就是針對于3米高油茶樹采摘臂的設計。 2 研究背景 我國是一個油茶種植大國，全國14個油茶主產(chǎn)省區(qū)現(xiàn)有2.6億畝宜林地（江西、湖南兩省分布最多），其中相當一部分適宜種植油茶。目前油茶果實采摘方式主要為手工作業(yè)，由于油茶樹形或地形原因，果農不得不爬上樹上或用鉤子輔助采收，效率較低且勞神費時，同時還存在安全隱患。 在龐大而迫切的需求量面前，我國一直未能解決油茶果實采摘臂械化的難題，油茶果采摘臂的研制才剛剛起步，在國外雖早有油茶果采摘臂械問世，自動化程度和工作效率也較高，但其機構的復雜性和成本門檻是我國果農較難跨越的，可謂舶來品不符合我國國情。 在國內，油茶果采摘由人工來完成，采摘效率低、采摘人員勞動強度大、工作環(huán)境差。目前對油茶采摘臂的報道比較少，最近國內也有一些采摘臂具的專利，如堅果采摘臂，這些專利能在一定程度上減輕采摘人員的勞動強度，改變采摘人員的工作環(huán)境；但大多結構簡單，所以未從根本上解決采摘難度，效率低等問題。本研究以設計出實用化的油茶果采摘臂為目標，通過對油茶果采摘的工作環(huán)境和特性進行深入分析，利用Pro/E軟件對油茶果采摘臂進行三維設計和虛擬裝配?；窘鉀Q了采摘勞動力大、效率低等問題，具有一定的發(fā)展前景。 3 國內外研究現(xiàn)狀 機械臂首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械臂。它的結構是：機體上安裝一個回轉長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是示教形的。 1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械臂。商名為Unimate（即萬能自動）。運動系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉、俯仰、伸縮、用液壓驅動；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲裝置。不少球坐標通用機械臂就是在這個基礎上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司，專門生產(chǎn)工業(yè)機械臂。 1962年美國機械制造公司也實驗成功一種叫Vewrsatran機械臂。該機械臂的中央立柱可以回轉、升降采用液壓驅動控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械臂出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械臂發(fā)展的基礎。 1978年美國Unimate公司和斯坦福大學，麻省理工學院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機械臂，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1毫米。聯(lián)邦德國機械制造業(yè)是從1970年開始應用機械臂，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。 聯(lián)邦德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械臂，采用關節(jié)式結構和程序控制。日本是工業(yè)機械臂發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進兩種機械臂后大力從事機械臂的研究。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展應用機械臂，至1977年底，其中一半是國產(chǎn)，一半是進口。 目前，工業(yè)機械臂大部分還屬于第一代，主要依靠工人進行控制；改進的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機械臂正在加緊研制。它設有微型電子計算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機械臂具有感覺機能。第三代機械臂則能獨立完成工作中過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。 一般概況國內機械行業(yè)應用的機械臂絕大部分為專用機械臂，附屬于某一設備，其工作程序是固定的。通用機械臂也有發(fā)展，目前應用的都是開關式點位控制型，伺服型已試制出數(shù)臺在調試中，連續(xù)軌跡控制型還沒有。 目前，各種機械臂的發(fā)展和改進在國內外已然成為重中之重，改進了一款采摘臂對生產(chǎn)效率的提升具有重大的幫助。早在日本，就曾花費巨資在美國引用機械臂的先進知識，從而研究出了比肩世界水平的機械臂，在歐洲國家，也投入了大量的人力物力進行機械臂的研究和發(fā)展，也取得了不錯的成績[4]。 我國因為工業(yè)起步較晚，技術水平相對于歐美國家比較落后，但在21世紀，我國投入了大量的精力在機械臂方面。現(xiàn)在機械臂已經(jīng)普及到了工業(yè)。 機械臂的研究發(fā)展的趨勢有以下三種情況： （1）機械結構向模塊化、一體化發(fā)展。例如機械臂的驅動結構、傳動結構，甚至于一些高科技的感應結構都形成一個整體，機械臂在操作過程中與人體手臂更為的接近，操作更為的便利，所能完成的項目也更加復雜。 （2）半智能結構即由人來作為其感應結構，通過人工操作來完成一系列的動作。相對于全智能機械操作來說，更加適應不同的生產(chǎn)環(huán)境，以及在出現(xiàn)問題時能更及時停止以免造成更嚴重的損失。 （3）全人工操作的機械臂臂的使用更多的是出現(xiàn)在我們的日常生活當中，例如自拍桿等。這樣的機械臂一般沒有驅動裝置，通過一些簡單的傳動裝置，在人工施加驅動力的情況下，完成一些高空或者遠處的簡單動作。 （4）機械臂的應用主要依據(jù)所需要進行的工作而來選擇不同的結構來替代手工操作，從而減少勞動力，提高勞動效率，完成手工無法完成的工作。總而言之，機械臂的發(fā)展會使人類不斷的進步。 4 總結 油茶采摘臂是一種極具研究價值和應用前景的農用地面移動機器人，本論文對具有移動功能的采摘臂進行了總體技術的研究，并主要對其車體結構部分、手臂部分、手抓部分進行了詳細的設計和論證，本論文完成的主要工作如下： 本次設計利用對采摘臂運動過程的研究，設計了采摘臂的結構參數(shù)及其運動仿真，以下是所做的事情： （1）查閱資料，了解當前國內高油茶樹的種植和茶油在公眾所受歡迎程度，明確了本次課題的重要性。分析和了解機械臂在其他領域的發(fā)展，證實了采摘臂在高油茶樹采摘領域的可行性，更加了解了這次課題。 （2）自己通過分析，構建出了采摘臂的基本結構。合理確定了采摘臂的尺寸后，用CAD軟件繪畫出了采摘臂的二維模型圖，并設計出了各個零件。接下來我在Pro/E軟件上面建立了采摘臂的三維模型圖，并進行了運動仿真和尺寸干涉實驗，進一步優(yōu)化了零件尺寸，提高了機構的可行性。 （3）在做完二維模型和三維模型建立后，我對采摘臂在受應力最大時進行了力學分析，更加確定了機構的安全。 參考文獻 [1] 孫志禮，冷興聚，魏延剛等. 機械設計[M]. 東北大學出版社， 2003 [2] 成大先. 機械設計圖冊[M]. 化學工業(yè)出版社， 2002 [3] 羅洪量. 機械原理課程設計指導書[M]（第二版）. 高等教育出版社，1986 [4] JJ.杰克（美）. 機械與機構的設計原理[M]（第一版）. 機械工業(yè)出版社，1985 [5] 王玉新. 機構創(chuàng)新設計方法學[M]（第一版）. 天津大學出版社， 1996 [6] 張建民. 工業(yè)機器人[B][M]. 北京理工大學出版社，1992 [7] 天津大學《工業(yè)機械臂設計基礎》編寫組. 工業(yè)機械臂設計基礎[B] [M]. 天津科學技術出版社，1981 [8] 金茂菁. 我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 機器人技術與應用， 2001， 01（4） [9] 徐麗明,張鐵中.果蔬果實收獲機器人的研究現(xiàn)狀及關鍵問題和對策[J].農業(yè)工程學報,2004,20(5);38. [10] 孫建設.我國油茶栽培模式的沿革與思考[J].專家視點,2008,2:22-24. [11] 姜麗萍,陳樹人.果實采摘臂器人的研究綜述[J].農業(yè)裝備技術,2006,2,32(1):8-10. [12] 崔玉潔,張祖立,白曉虎.采摘臂器人的研究進展與現(xiàn)狀分析[J].農機化研究,2007,(2):4-5.