摘要：随着现代农业的发展，自动化的种植模式已经越来越受到人们的重视，在果蔬生产过程中，采摘环节始终费时费力，劳动强度很大，为了保证果蔬质量，需要适时采摘。本课题以茄子为研究对象，开发研制适合我国国情的茄子采摘机器人为目标，对开放式茄子采摘机器人的机械传动机构进行研究，完成的主要内容如下：

首先根据茄子的生长环境和在空间中的分布特点，确定茄子采摘机器人的坐标形式、自由度数、工作空间和驱动方式。设计出了由交流伺服电机驱动的四自由度茄子采摘机器人。

其次进行机器人结构参数的优化，确定机器人的大小臂长度。然后对机器人腕部、肘部、肩部、腰部和夹持器的传动机构进行设计，算出各个机构所需要的力矩，并对齿轮和蜗杆涡轮进行设计，根据计算的相应力矩选型谐波减速器和交流伺服电机。

最后对主要零部件进行设计，根据计算的参数或选型尺寸对基座进行设计。根据Inventor软件三维建模，验证各机构设计的合理性和正确性，并进行优化。结果表明，本课题设计出的茄子采摘机器人结构紧凑，布局合理，达到设计目的。

关键词：茄子采摘机器人 机械传动 优化 三维建模

 

目 录

摘 要

ABSTRACT

1绪 论-1

1.1本课题研究的目的及意义-1

1.2国内外研究现状-1

2总体方案的确定和参数的优化-3

2.1结构方案的确定-3

2.1.1结构的设计原则-3

2.1.2机器人结构形式的选择-3

2.1.3自由度的确定-4

2.1.4驱动方式的选择-5

2.2采摘机器人结构参数优化-5

2.2.1工作空间的确定-5

2.2.2结构参数的优化设计-7

3机械手的设计-11

3.1材料的选择-11

3.2腕部的设计-11

3.2.1腕部的传动方案设计-11

3.2.2腕部力矩的计算-11

3.2.3腕部减速器的选型-12

3.2.4腕部锥齿轮的设计-15

3.2.5腕部电机型号的选择-19

3.3肘部的设计-20

3.3.1肘部的传动方案设计-20

3.3.2肘部力矩的计算-20

3.3.3肘部减速器的选型-22

3.3.4肘部锥齿轮的设计-22

3.3.5肘部电机型号的选择-26

3.4肩部的设计-26

3.4.1肩部传动方案的设计-26

3.4.2肩部力矩的计算-26

3.4.3肩部涡轮蜗杆的设计-27

3.4.4肩部直齿圆柱齿轮的设计-30

3.4.5肩部电机型号的选择-35

3.5腰部的设计-35

3.5.1腰部传动方案的设计-35

3.5.2腰部力矩的计算-36

3.5.3腰部减速器的选型-36

3.5.4腰部直齿圆柱齿轮的设计-36

3.5.5腰部电机型号的选择-41

3.6各关节的最大速度-41

4夹持器的设计-43

4.1茄子的果实的特性-43

4.2夹持器的结构设计-43

4.3夹持器的最大运动速度-48

5其他零、部件的设计-49

5.1腕部其他零、部件的设计-49

5.1.1腕部轴的设计-49

5.1.2腕部轴承的选择-50

5.1.3腕部轴的长度确定-50

5.1.4腕部键的设计-50

5.2肘部其他零、部件的设计-50

5.2.1肘部轴的设计-50

5.2.2肘部轴承的选择-51

5.2.3轴的长度确定-51

5.2.4肘部键的设计-51

5.3肩部其他零、部件的设计-52

5.3.1肩部轴的设计-52

5.3.2肩部轴承的选择-53

5.3.3肩部各轴的长度确定-53

5.3.4肩部联轴器的选择-53

5.3.5肩部键的设计-53

5.4腰部其他零、部件的设计-54

5.4.1腰部轴的设计-54

5.4.2腰部轴承的选择-54

5.4.3腰部轴长度的确定-55

5.4.4腰部键的设计-55

6基座的设计-56

6.1腰部基座的设计-56

6.2肩部基座的设计-56

6.3大臂的设计-57

6.4小臂的设计-58

7总体结构和主要性能参数-59

8 总结-60

参考文献-61

致 谢-63