3774 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),油茶,采摘,機(jī)械手,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),學(xué) 院： 工學(xué)院 班 級： 機(jī)制051 姓 名： 繆偉 導(dǎo) 師： 饒洪輝,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,設(shè)計(jì)內(nèi)容,1、前言 2、油茶采摘機(jī)械手的原理圖 3、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型 4、油茶采摘機(jī)械手的PLC程序控制系統(tǒng),江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,1、前 言,采用人工油茶采摘，消耗的人力、時(shí)間比較大，采摘效率低，并且某些油茶難以采摘或采摘不到，對人體安全具有一定的威脅。采用油茶采摘機(jī)械手，可通過智能移動平臺，通過攝像頭、傳感器捕捉油茶，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、高效率的、安全的作業(yè)。,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,2.1、總裝圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,2.2、油茶采摘機(jī)械手的原理圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型,3.1、電動機(jī)的選型 3.2、旋轉(zhuǎn)減速裝置 3.3、氣壓缸升降、擺臂裝置 3.4、手抓裝置,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.1、電動機(jī)的選型1、90SL55型伺服電動機(jī) 輸出功率25W 空載轉(zhuǎn)速2700r/min2、70BF1-3型反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī) 步距1.5o 額定負(fù)載起動頻率1000步/s3、36SL5E2型伺服電動機(jī) 輸出功率1W 空載轉(zhuǎn)速2700r/min,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.2、旋轉(zhuǎn)減速裝置,,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.3.1、氣壓缸升降裝置,1、選用QGA-50型氣缸 選取氣缸行程為374mm 2、采用雙列梯形槽導(dǎo)軌 實(shí)現(xiàn)升降滑動運(yùn)動,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.3.2、氣壓缸擺臂裝置,1、選用QGA-50型氣壓缸 選取氣缸行程為128mm 2、根據(jù)兩氣缸軸心距108mm 采用菱形四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 擺臂沿水平線上下擺動30o,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.4.1、手抓裝置,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.4.2、手抓結(jié)構(gòu)裝置,手抓工作原理步驟：起動70BF1-3步進(jìn)電動機(jī)，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊在絲桿經(jīng)導(dǎo)桿自由滑動；內(nèi)手抓鈑金片通過滑塊圓柱臺階推動快速夾緊油茶，隨后外手抓鈑金片通過滑塊錐形軌跡夾緊油茶枝條，通過時(shí)間繼電器經(jīng)過t=4s步進(jìn)電動機(jī)停止；夾緊后內(nèi)手抓裝置通過36SL5E2伺服電動機(jī)自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在油茶枝條固定的同時(shí)油茶自轉(zhuǎn)脫落的功能。,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4、PLC程序控制系統(tǒng),4.1、主電路 4.2、PLC控制路線 4.3、梯形圖 4.4、指令語句表,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.1主電路,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.2PLC控制線路,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.3梯形圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.4指令語句表,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,總 結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，感受頗多。在設(shè)計(jì)過程中學(xué)到了很多知識，更重要的是發(fā)現(xiàn)還有很多東西自己還要去學(xué)習(xí)。 歡迎各位評委老師對本設(shè)計(jì)進(jìn)行評審，設(shè)計(jì)不足之處請給予批評指正。,謝 謝 ！,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)課 題 名 稱 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 繆偉 院（系） 工學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化指導(dǎo)教師 饒洪輝 職 稱 講師 學(xué) 歷 博士畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：要求其總體長度、高度均不超過 1.2 米；熟練掌握 AutoCAD 和 Pro/E 繪圖，對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)電一體化有一定的理解和認(rèn)識；完成一份 4000 字以上的設(shè)計(jì)說明書和達(dá)到 1.5 倍 A0 圖紙量。畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：本課題運(yùn)用制圖軟件對機(jī)械手采摘油茶進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿減速裝置，直齒減速裝置；升降機(jī)構(gòu)，氣壓缸升降裝置；擺臂機(jī)構(gòu)，氣壓裝置和四桿裝置；手抓機(jī)構(gòu)，滑動螺旋傳動裝置，手抓抓緊放開裝置，手抓自轉(zhuǎn)裝置；PLC程控系統(tǒng)，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，主電路，PLC 外部接線，梯形圖，指令語句表。用 AutoCAD 繪制機(jī)構(gòu)的二維圖形，用 Pro/E 繪制機(jī)構(gòu)的三維造型。畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃：2009-01-15—2009-03-15：課題準(zhǔn)備階段，了解課題的內(nèi)容，初步定出解決方案；2009-03-16—2009-03-31：熟悉系統(tǒng)開發(fā)軟件，及機(jī)械手采摘油茶的設(shè)計(jì)原理；2009-04-15—2009-04-30：用 AutoCAD 設(shè)計(jì)機(jī)械手采摘油茶的機(jī)構(gòu)圖；2009-05-01—2009-05-15：用 Pro/E 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的三維造型；2009-05-16—2009-05-15：撰寫畢業(yè)論文；2009-05-15—2009-05-22：制作 PPT 文檔，對設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日學(xué) 生 簽 名 年 月 日指導(dǎo)教師簽名 年 月 日院長（主任）簽名 年 月 日 學(xué)校代碼：10410序 號：20050386本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工學(xué)院 姓 名： 繆偉 學(xué) 號： 20050386 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化年 級： 機(jī)制 051 指導(dǎo)教師： 饒洪輝 二 00 九 年 五 月 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要本課題運(yùn)用制圖軟件對機(jī)械手采摘油茶進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿減速裝置，直齒減速裝置；升降機(jī)構(gòu)，氣壓缸升降裝置；擺臂機(jī)構(gòu)，氣壓裝置和四桿裝置；手抓機(jī)構(gòu)，滑動螺旋傳動裝置，手抓抓緊放開裝置，手抓自轉(zhuǎn)裝置；PLC 程控系統(tǒng)，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，主電路，PLC 外部接線，梯形圖，指令語句表。用AutoCAD 繪制機(jī)構(gòu)的二維圖形，用 Pro/E 繪制機(jī)構(gòu)的三維造型。熟練掌握 AutoCAD 和Pro/E 繪圖，對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)電一體化有較深入的理解和認(rèn)識。關(guān)鍵詞：油茶采摘、機(jī)械手、PLC 程序控制系統(tǒng)AbstractThis 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:The tea-oil tree picks, the manipulator, the PLC procedure control system油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目 錄摘 要Abstract一、前 言 ................................................................１二、油茶采摘機(jī)械手原理圖 .................................................２三、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型 ...........................................４3.1、電動機(jī)的選型 .....................................................４3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu) ................................................５3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置 .....................................５3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置 .....................................７3.2.3、直齒減速裝置 ...............................................８3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速 ...............................................９3.3、氣 壓 升 降、擺 臂 機(jī) 構(gòu) .........................................９3.3.1 氣壓升降裝置 ...............................................１０3.3.2 氣壓擺臂裝置 ...............................................１０3.4、手 抓 機(jī) 構(gòu) ....................................................１０3.4.1、滑動螺旋傳動裝置 .........................................１０3.4.2、手抓工作裝置 .............................................１１四、油茶采摘機(jī)械手的 PLC 程序控制系統(tǒng) ...................................１２4.1、主電路 .........................................................１２4.2、PLC 外部接線 ...................................................１３4.3、梯形圖 .........................................................１４4.4、指令語句表 .....................................................１５參 考 文 獻(xiàn) ............................................................１６致 謝 ..............................................................１７油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)０一、前 言1.1、油茶采摘機(jī)械手的作用采用人工油茶采摘，消耗的人力、時(shí)間比較大，采摘效率低，并且某些油茶難以采摘或采摘不到，對人體安全具有一定的威脅。采用油茶采摘機(jī)械手，可通過智能移動平臺，通過攝像頭、傳感器捕捉油茶，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、高效率的、安全的作業(yè)。1.2、機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人技術(shù)是集計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程、人工智能、傳感器技術(shù)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械工程學(xué)等學(xué)科為一體的一門綜合技術(shù)。機(jī)器人是一種知識密集、技術(shù)密集的機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品。機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用，對提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、提高企業(yè)的應(yīng)變能力、促進(jìn)新產(chǎn)業(yè)的建立和發(fā)展、改變勞動結(jié)構(gòu)以及促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，均發(fā)揮了重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此世界各國都很重視機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和機(jī)器人在生產(chǎn)中的運(yùn)用。1.3、機(jī)械手的廣泛應(yīng)用機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍；在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件；可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動；可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等；宇宙及海洋的開發(fā)，軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１二、油茶采摘機(jī)械手原理圖本機(jī)械手工作原理：底盤通過蝸輪蝸桿二級減速、圓柱直齒減速獲得轉(zhuǎn)速為4.35o/s，運(yùn)用兩個(gè)行程開關(guān)控制機(jī)械手左右擺動 120o 的扇形區(qū)域內(nèi)；手臂升降通過氣缸行程為 374mm，經(jīng)滑塊導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動；擺臂通過氣缸行程為 128mm，經(jīng)過四桿裝置實(shí)現(xiàn)沿水平上下擺幅為 30o 的運(yùn)動；手抓抓緊、放開通過步進(jìn)電動機(jī)時(shí)間為t=4s，經(jīng)滑動螺母實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的夾緊、放松，并通過伺服電動機(jī)帶動內(nèi)手抓自轉(zhuǎn)達(dá)到脫落目標(biāo)的目的。機(jī)械手總裝油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)２機(jī)器人末端執(zhí)行器是安裝在機(jī)器人手腕上用于進(jìn)行某種操作或作業(yè)的附加裝置。機(jī)器人末端執(zhí)行器種類很多，以適應(yīng)機(jī)器人的不同作業(yè)及操作要求。機(jī)器人可通過 PLC 可編程的控制去完成某些操作和移動作業(yè)的機(jī)器人。人們力圖把這種機(jī)器人設(shè)計(jì)成具有仿人或動物的某些局部功能，并使這些功能擴(kuò)大和延伸以代替人去工作。本手抓機(jī)構(gòu)采用概念設(shè)計(jì)方式，其經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、可行性有待進(jìn)一步優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計(jì)。手抓夾緊裝置可運(yùn)用現(xiàn)在傳感器技術(shù)，對目標(biāo)實(shí)施的夾緊力控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，使夾緊力既不過小而不能起到夾緊的作用，也不過大而破壞目標(biāo)的不良結(jié)油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)３果。三、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型3.1、電動機(jī)的選型SL 系列交流伺服電動機(jī)型號和主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸 mm型號勵(lì)磁電壓V控制電壓V頻率Hz堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m空載轉(zhuǎn)速r/min輸出功率W機(jī)電時(shí)間常數(shù)m·s 總長機(jī)殼外徑 軸徑36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 490SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)４3.1.1、36SL5E2 伺服電動機(jī) 3.1.2、90SL55 伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、沒有無線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。SL 系列交流伺服電動機(jī)是由籠子轉(zhuǎn)子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內(nèi)嵌以二相繞組，一相為勵(lì)磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯(lián)或并聯(lián)，以適用于兩種電壓。BF 系列反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)型號和主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸 mm型號 相數(shù)步距（o）電壓V靜態(tài)電流A額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩μN(yùn)·m靜態(tài)力矩μN(yùn)·m空載起動頻率步/s額定負(fù)載起動頻率步/s總長 機(jī)殼外徑 軸徑70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 83.1.3、70BF1-3 步進(jìn)電動機(jī)油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)５BF 系列步進(jìn)電動機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，它是將脈沖指令轉(zhuǎn)換為角位移或轉(zhuǎn)速的控制電動機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)量嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它具有定位精度高，同步運(yùn)行特性好，調(diào)速范圍寬、能快速起動、反轉(zhuǎn)和制動等特點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動元件。3.2、旋 轉(zhuǎn) 減 速 機(jī) 構(gòu)蝸桿傳動用于交錯(cuò)軸間傳動運(yùn)動及動力。通常，交錯(cuò)角 Σ=90o.它的主要優(yōu)點(diǎn)：傳動比大，工作較平穩(wěn)，噪音低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖。主要缺點(diǎn)：少頭數(shù)的蝸桿傳動效率較低，常需要貴重的減摩性有色金屬。根據(jù)課題需要選擇傳動比較大的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。傳動比大時(shí)及要求自鎖的傳動，取 z =1。蝸輪的齒數(shù) z 一般取 z =27～80。過少的 z 蝸輪齒將產(chǎn)生根切；z >80 時(shí)，1222 2會導(dǎo)致模數(shù)過小而削弱輪齒的彎曲強(qiáng)度或使蝸桿軸剛度降低。阿基米德圓柱蝸桿加工方便，應(yīng)用較廣泛，但導(dǎo)程角 γ 大時(shí)加工困難。傳動效率較低（η=0.5～0.8） ，齒面磨損較快。因此，一般用于頭數(shù)較少，載荷較小，低速或不太重要的傳動。3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置： 表—普通圓柱蝸桿傳動的參數(shù)匹配中心距 a mm公稱傳動比參數(shù)4040z /z2138/1油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)６第一級蝸輪蝸桿公稱傳動比取 40，蝸桿頭數(shù)取 z =1,中1心距 a 取 a=40mm。由表—普通圓柱蝸桿傳動的參數(shù)匹配，有 z /z =38/1,蝸輪齒數(shù) z =38,模數(shù) m=1.6,蝸桿分度圓212直徑 d =20mm,蝸輪變位系數(shù) x =-0.25在蝸桿的軸平面內(nèi)基準(zhǔn)齒廓、齒形角的尺寸參數(shù)為：齒頂高 h =m=1.6mm,a工作齒高 h =2m=2×1.6=3.2mm,'軸向齒距 p =πm=3.14×1.6=5.024mm,x頂隙 c=0.2m=0.2×1.6=0.32mm,齒根圓角 p =0.3m=0.3×1.6=0.48mm,f阿基米德蝸桿，軸向齒形角 a =20o，x傳動系統(tǒng)中，取 γ=25o，蝸桿齒頂圓直徑 d =d +2h m=20+2×1×1.6=23.2mm,1a*a蝸桿齒根圓直徑 d =d －2m(h +c )=20－2×1.6×(1+0.2)=16.16mm,f *蝸桿寬度 b (11+0.06z )m=(11+0.06×38)×1.6=21.248mm,取 b =22mm,1?2 1蝸輪分度圓直徑 d =mz =1.6×38=60.8mm,2蝸輪喉圓直徑 d =d +2h =d +2m(h +x )=60.8+2×1.6×(1－0.25)=63.2mm,a2a*a2蝸輪齒根圓直徑 d =d －2h =d －2m(h －x +c )2ff *=60.8－2×1.6×(1+0.25+0.2)=56.16mm,蝸輪外圓直徑 d d +2m=63.2+2×1.6=66.4mm,取 d =66mm,2e?a 2e蝸輪寬度 b 0.75d =0.75×23.2=17.4mm,取 b =17mm,1蝸輪齒頂圓弧半徑 R =0.5d －m=0.5×20－1.6=8.4mm,2a蝸輪齒根圓弧半徑 R =0.5d +c m=0.5×23.2+0.2×1.6=11.92mm。f1a*m 1.6d120x2-0.25z /z149/1m 1.25d12050x2-0.5油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)７3.2.1、第一級蝸輪蝸桿減速裝置 3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置3.2.2、第二級蝸輪蝸桿減速裝置第二級蝸輪蝸桿公稱傳動比取 50，蝸桿頭數(shù)取 z =1,中心距 a 取 a=40mm。由表—1普通圓柱蝸桿傳動的參數(shù)匹配，有 z /z =49/1,蝸輪齒數(shù) z =49,模數(shù) m=1.25,蝸桿分212度圓直徑 d =20mm,蝸輪變位系數(shù) x =-0.51在蝸桿的軸平面內(nèi)基準(zhǔn)齒廓、齒形角的尺寸參數(shù)為：齒頂高 h =m=1.25mm, a工作齒高 h =2m=2×1.25=2.5mm,'軸向齒距 p =πm=3.14×1.25=3.925mm,x頂隙 c=0.2m=0.2×1.25=0.25mm,齒根圓角 p =0.3m=0.3×1.25=0.375mm,f阿基米德蝸桿，軸向齒形角 a =20o，x傳動系統(tǒng)中，取 γ=25o，蝸桿齒頂圓直徑 d =d +2h m=20+2×1×1.25=22.5mm,1a*a蝸桿齒根圓直徑 d =d －2m(h +c )=20－2×1.25×(1+0.2)=17mm,f *油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)８蝸桿寬度 b (8+0.06z )m=(8+0.06×49)×1.25=13.675mm,取 b =14mm,1?2 1蝸輪分度圓直徑 d =mz =1.25×49=61.25mm,2蝸輪喉圓直徑 d =d +2h =d +2m(h +x )=61.25+2×1.25×(1－0.5)=62.5mm,a2a*a2蝸輪齒根圓直徑 d =d －2h =d －2m(h －x +c )2ff *=61.25－2×1.25×(1+0.5+0.2)=57mm,蝸輪外圓直徑 d d +2m=62.5+2×1.25=65mm,取 d =65mm,2e?a 2e蝸輪寬度 b 0.75d =0.75×22.5=16.875mm,取 b =16.5mm,1蝸輪齒頂圓弧半徑 R =0.5d －m=0.5×20－1.25=8.75mm,2a蝸輪齒根圓弧半徑 R =0.5d +c m=0.5×22.5+0.2×1.25=11.5mm。f1a*3.2.3、直齒減速裝置主動直齒輪寬度 b =16mm, 2從動直齒輪寬度 b =16mm,1主動直齒輪齒數(shù) z =36,2從動直齒輪齒數(shù) z =72,1主動直齒輪分度圓直徑 d =20mm,2從動直齒輪分度圓直徑 d =40mm.13.2.3、直齒減速裝置油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)９3.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速 n=n ·λ ·λ ·λ =n · · ·0123021z''"12z=2700× ×360× × × =4.35o/s6849763.2.4、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部裝3.3、氣 壓 升 降、擺 臂 機(jī) 構(gòu)氣動系統(tǒng)由氣壓發(fā)生裝置、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件四部分組成。氣壓傳動的優(yōu)點(diǎn)：以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便；便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送；動作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題；工作環(huán)境適應(yīng)性好；成本低、過載能自動保護(hù)。氣缸是執(zhí)行元件之一。氣缸是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換成直線往返運(yùn)動形式機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１０3.3、氣缸裝置3.3.1 氣壓升降裝置氣壓升降裝置氣缸的行程 s =374mm,通過滑塊固定導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的升降運(yùn)動 3.3.21氣壓擺臂裝置氣壓擺臂裝置通過氣缸行程為 s =128mm,實(shí)現(xiàn)手臂沿水平線上下擺動 30o 的運(yùn)動。23.4、手 抓 機(jī) 構(gòu)3.4.1、滑動螺旋傳動裝置螺旋傳動主要是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件的相互位置。也有將直線運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的。根據(jù)手抓機(jī)構(gòu)要求，運(yùn)用傳力螺旋和傳動螺旋的梯形螺紋。梯形螺紋牙形角 a=30o,螺紋副的大經(jīng)和小徑處有相等的徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好（可以用高生產(chǎn)率的方法制造） ；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對中性好，不易松動；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；但其效率較低。螺紋中經(jīng) d =14.4mm, 螺紋外徑 d=16mm,23.4.1、滑動螺旋傳動裝置油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１１牙形角 a=30o, 螺距 p=3.2mm,螺紋的工作高度 h=0.5p=0.5×3.2=1.6mm,螺紋牙低寬度 b=0.65p=0.65×3.2=2.08mm,整體式螺母的高度 H= ψ·d =2.5×14.4=36mm,2由驗(yàn)算 z= = =11.25 10～12 符合要求。pH.36?選取步進(jìn)電機(jī) 70BF1-3 步距為 1.5o，初選螺母滑塊移動距離 s=54mm,則手抓鎖緊、放開時(shí)間 t= × × =4.05s5.136024最后選取手抓鎖緊、放開時(shí)間 t=4s,則螺母滑塊移動距離 s=53.3mm.3.4.2、手抓工作裝置手抓工作原理步驟：起動 70BF1-3 步進(jìn)電動機(jī)，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊在絲桿經(jīng)導(dǎo)桿自由滑動；內(nèi)手抓鈑金片通過滑塊圓柱臺階推動快速夾緊油茶，隨后外手抓鈑金片通過滑塊錐形軌跡夾緊油茶枝條，通過時(shí)間繼電器經(jīng)過 t=4s 步進(jìn)電動機(jī)停止；夾緊后內(nèi)手抓裝置通過 36SL5E2 伺服電動機(jī)自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在油茶枝條固定的同時(shí)油茶自轉(zhuǎn)脫落的功能。3.4.2、手抓結(jié)構(gòu)裝置油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１２四、油茶采摘機(jī)械手的 PLC 程序控制系統(tǒng)可編程序控制器 PC（Programmable Controller）又稱可編程邏輯控制器。 PLC（Programmable Logical Controller),是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微機(jī)處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。4.1、主電路36SL5E270BF1-390SL5 M～2M～1M3～3QG2QGFUFU3KM2RKMFRFRFR2FKM1R1FKMFU1QG油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１３PLC 現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC 的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。4.2、PLC 外部接線4603SB243784361430KM2RFKMRFKM源2408407405 FR電UCOMCOMPLC12SB32SB131SB2油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１４4.3、梯形圖438045 40845MCR10 38KK40OUT460RST K452K2437451K2K210MCR543631034501021045103 407460452407107136104253460374343243543430406401405102 431406405401043024014油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１５4.4、指令語句表底 盤 地 位底 盤 定 位行 程 極 限 開 關(guān)行 程 開 關(guān)ANI 407END 主 控 復(fù) 位 指 令MCR10電 機(jī) 2M反 轉(zhuǎn)延 時(shí)K 4OUT5LD 451K2電 機(jī) 啟 動 延 時(shí)OUT 451LD03 6436213213029OUT 460計(jì) 數(shù) 器 延 時(shí) 器AND1L 72RST460LD 71電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 延 時(shí)K4OUT52OUT1電 機(jī) 2M正 轉(zhuǎn)機(jī) 械 手 抓 緊ANI 452OUT 437電 機(jī) 3M自 轉(zhuǎn)ANI5OR 437LD60KANI60OUT 453電 機(jī) 3M自 轉(zhuǎn)延 時(shí)K2LD 408OR3電 機(jī) 2M反 轉(zhuǎn)機(jī) 械 手 松 開ANI 45OUT38ANI 40OR10LD 47主 控 指 令MC10主 控 復(fù) 位 指 令R OUT431OUT 1行 程 極 限 開 關(guān)ANI435行 程 開 關(guān) ANI430 6電 機(jī) 1M反 轉(zhuǎn)ANI40OR 13LD405OUT 3LD450K 2電 機(jī) 啟 動 延 時(shí)OUT450LD 12OUT0ANI 432ANI 431電 機(jī) 1M正 轉(zhuǎn)06ANI 45OR102LD 4主 控 指 令MC10OUT R403LD 2OUT10AND 4合 電 源L06543521576859605049847645432410398376354382762542321019817615413210987654321 步 序 說 明指 令說 明指 令步 序油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１６參 考 文 獻(xiàn)【1】 、徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992【2】 、楊明忠、朱家誠主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001【3】 、曾志新、呂明主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004【4】 、陳奎生主編，液壓與氣壓傳動，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001【5】 、鄭文緯、吳克堅(jiān)主編，機(jī)械原理，北京：高等教育出版社，1997【6】 、劉鴻文主編，材料力學(xué)，北京：高等教育出版社，2004【7】 、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，理論力學(xué)，北京：高等教育出版社，2008【8】 、秦曾煌主編，電工學(xué)，北京，高等教育出版社，2004【9】 、曾光奇、胡均安主編，工程測試技術(shù)基礎(chǔ)，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002【10】 、楊叔子、楊克沖等編著，機(jī)械工程控制基礎(chǔ)，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002【11】 、鄧星鐘主編，機(jī)電傳動控制，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000【12】 、丁玉蘭主編，人機(jī)工程學(xué)，北京：北京理工大學(xué)出版社，2007【13】 、陳立德主編，機(jī)械專業(yè)英語，上海：上海交通大學(xué)出版社，2001【14】 、于永泗、齊民主編，機(jī)械工程材料，大連：大連理工大學(xué)出版社，2007【15】 、余桂英、郭紀(jì)林主編，AutoCAD2006 中文版實(shí)用教程，大連：大連理工大學(xué)出版社，2006【16】 、邵立新、夏素民、孫江宏等編著，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版標(biāo)準(zhǔn)教程，北京：清華大學(xué)出版社，2007油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)１７致 謝轉(zhuǎn)眼間，我已經(jīng)在美麗的江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院度過了四個(gè)年頭。四年，這是我人生中非常重要的四年。給我留下了大學(xué)生活的美好回憶，留下了一筆無形的巨大的知識財(cái)富。這必將對我今后的學(xué)習(xí)、工作、生活產(chǎn)生積極、長足的幫助。感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院四年來的培養(yǎng)，在此，我真誠地向我尊敬的老師們和母校表達(dá)我深深的謝意！畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師饒洪輝老師的多次指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到論文寫作的過程中，饒洪輝老師多次與我深入細(xì)致地探討，并給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議。饒老師的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。在此，請?jiān)试S我向尊敬的饒洪輝老師表示真摯的謝意！在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，同時(shí)還得到許多社會人士的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對此畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！衷心祝愿母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的明天更加美好！自 畢業(yè)論文 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),學(xué) 院： 工學(xué)院 班 級： 機(jī)制051 姓 名： 繆偉 導(dǎo) 師： 饒洪輝,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,設(shè)計(jì)內(nèi)容,1、前言 2、油茶采摘機(jī)械手的原理圖 3、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型 4、油茶采摘機(jī)械手的PLC程序控制系統(tǒng),江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,1、前 言,采用人工油茶采摘，消耗的人力、時(shí)間比較大，采摘效率低，并且某些油茶難以采摘或采摘不到，對人體安全具有一定的威脅。采用油茶采摘機(jī)械手，可通過智能移動平臺，通過攝像頭、傳感器捕捉油茶，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、高效率的、安全的作業(yè)。,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,2.1、總裝圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,2.2、油茶采摘機(jī)械手的原理圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3、油茶采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)與選型,3.1、電動機(jī)的選型 3.2、旋轉(zhuǎn)減速裝置 3.3、氣壓缸升降、擺臂裝置 3.4、手抓裝置,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.1、電動機(jī)的選型1、90SL55型伺服電動機(jī) 輸出功率25W 空載轉(zhuǎn)速2700r/min2、70BF1-3型反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī) 步距1.5o 額定負(fù)載起動頻率1000步/s3、36SL5E2型伺服電動機(jī) 輸出功率1W 空載轉(zhuǎn)速2700r/min,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.2、旋轉(zhuǎn)減速裝置,,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.3.1、氣壓缸升降裝置,1、選用QGA-50型氣缸 選取氣缸行程為374mm 2、采用雙列梯形槽導(dǎo)軌 實(shí)現(xiàn)升降滑動運(yùn)動,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.3.2、氣壓缸擺臂裝置,1、選用QGA-50型氣壓缸 選取氣缸行程為128mm 2、根據(jù)兩氣缸軸心距108mm 采用菱形四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 擺臂沿水平線上下擺動30o,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.4.1、手抓裝置,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,3.4.2、手抓結(jié)構(gòu)裝置,手抓工作原理步驟：起動70BF1-3步進(jìn)電動機(jī)，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊在絲桿經(jīng)導(dǎo)桿自由滑動；內(nèi)手抓鈑金片通過滑塊圓柱臺階推動快速夾緊油茶，隨后外手抓鈑金片通過滑塊錐形軌跡夾緊油茶枝條，通過時(shí)間繼電器經(jīng)過t=4s步進(jìn)電動機(jī)停止；夾緊后內(nèi)手抓裝置通過36SL5E2伺服電動機(jī)自轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在油茶枝條固定的同時(shí)油茶自轉(zhuǎn)脫落的功能。,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4、PLC程序控制系統(tǒng),4.1、主電路 4.2、PLC控制路線 4.3、梯形圖 4.4、指令語句表,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.1主電路,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.2PLC控制線路,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.3梯形圖,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,4.4指令語句表,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,總 結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，感受頗多。在設(shè)計(jì)過程中學(xué)到了很多知識，更重要的是發(fā)現(xiàn)還有很多東西自己還要去學(xué)習(xí)。 歡迎各位評委老師對本設(shè)計(jì)進(jìn)行評審，設(shè)計(jì)不足之處請給予批評指正。,謝 謝 ！,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)課 題 名 稱 油茶采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 繆偉 院（系） 工學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化指導(dǎo)教師 饒洪輝 職 稱 講師 學(xué) 歷 博士畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：要求其總體長度、高度均不超過 1.2 米；熟練掌握 AutoCAD 和 Pro/E 繪圖，對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)電一體化有一定的理解和認(rèn)識；完成一份 4000 字以上的設(shè)計(jì)說明書和達(dá)到 1.5 倍 A0 圖紙量。畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：本課題運(yùn)用制圖軟件對機(jī)械手采摘油茶進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿減速裝置，直齒減速裝置；升降機(jī)構(gòu)，氣壓缸升降裝置；擺臂機(jī)構(gòu)，氣壓裝置和四桿裝置；手抓機(jī)構(gòu)，滑動螺旋傳動裝置，手抓抓緊放開裝置，手抓自轉(zhuǎn)裝置；PLC程控系統(tǒng)，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，主電路，PLC 外部接線，梯形圖，指令語句表。用 AutoCAD 繪制機(jī)構(gòu)的二維圖形，用 Pro/E 繪制機(jī)構(gòu)的三維造型。畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃：2009-01-15—2009-03-15：課題準(zhǔn)備階段，了解課題的內(nèi)容，初步定出解決方案；2009-03-16—2009-03-31：熟悉系統(tǒng)開發(fā)軟件，及機(jī)械手采摘油茶的設(shè)計(jì)原理；2009-04-15—2009-04-30：用 AutoCAD 設(shè)計(jì)機(jī)械手采摘油茶的機(jī)構(gòu)圖；2009-05-01—2009-05-15：用 Pro/E 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的三維造型；2009-05-16—2009-05-15：撰寫畢業(yè)論文；2009-05-15—2009-05-22：制作 PPT 文檔，對設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日學(xué) 生 簽 名 年 月 日指導(dǎo)教師簽名 年 月 日院長（主任）簽名 年 月 日