1、<p><b>　　溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)綜合實(shí)踐</b></p><p>　　課題名稱： 全自動多功能去皮機(jī)械 </p><p>　　作 者： 張國雄 學(xué) 號： 09014240 </p><p>

2、　　系 別： 機(jī)械工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 數(shù)控加工技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)老師： 張亮 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </p><p>　　2012年 03月 浙江溫州</p><p><b

3、>　　課 題 摘 要</b></p><p><b>　　一、目的：</b></p><p>　?。?)通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用機(jī)械和其它先修課程的理論和實(shí)際知識，及2個月的實(shí)踐所學(xué)，系統(tǒng)掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)律，能獨(dú)立完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。</p><p>　　(2)學(xué)會從產(chǎn)品功能和要求出發(fā)，合理的進(jìn)行力學(xué)計(jì)算和材料、標(biāo)準(zhǔn)件的運(yùn)用，正

4、確計(jì)算零件的工作能力，確定其尺寸,形狀及結(jié)構(gòu)。并綜合考慮制造工藝、使用、維修經(jīng)濟(jì)和安全問題，培養(yǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　(3）通過本設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)正確運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊和查閱科技文獻(xiàn)資料以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用及專業(yè)課軟件的應(yīng)用，培養(yǎng)自身的設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　(4）要求采用計(jì)算機(jī)輸入本次設(shè)計(jì)結(jié)果（圖紙、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書）。</p><p><b>

5、;　　二、內(nèi)容：</b></p><p>　　題目為一套全自動多功能去皮機(jī)械設(shè)計(jì)，包括設(shè)備外開執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要求獨(dú)立完成以下內(nèi)容：</p><p>　?。?)施工圖一套（含總裝圖、零部件圖、圖紙目錄及相關(guān)技術(shù)文件）；</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份；</p><p><b>　　一、步驟及要求：</b&g

6、t;</p><p>　　1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)要求和工作條件，通過查看實(shí)物，相關(guān)資料了解產(chǎn)品及技術(shù)資料。</p><p>　　2、以容器數(shù)據(jù)表作為設(shè)計(jì)條件，確定設(shè)計(jì)思路，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)作運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。</p><p>　　3、施工圖的繪制要求(CAD輔助繪圖)。</p><p><b>　　4、機(jī)構(gòu)動力計(jì)算。&l

7、t;/b></p><p>　　5、編寫說明書（用計(jì)算機(jī)輸入）。</p><p><b>　　6、設(shè)計(jì)總結(jié)。</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍：</p><p>　　1、由主構(gòu)架、刀具、驅(qū)動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制器、及傳感器組成，機(jī)械主體采用鋁合金制作，具有以下特點(diǎn)：自動化程度高，使用壽命長，耐腐蝕，操

8、作便捷，穩(wěn)定可靠；</p><p>　　2、采用高分辨率攝像機(jī)掃描菠蘿表面計(jì)算刀具去皮軌跡，使用單片機(jī)軟件完成去皮機(jī)控制部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 機(jī)器人 攝像識別 伺服 單片機(jī)</p><p><b>　　目 次</b></p><p>　　第一章 引言 ………………………………………………

9、………………………………4</p><p>　　第二章 課題的來源…………………………………………………………………………5</p><p>　　2.1 課題的提出 ……………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 課題的內(nèi)容、要求及影響 ……………………………………………………………5</p>&l

10、t;p>　　第三章 設(shè)計(jì)方案的確定……………………………………………………………………6</p><p>　　3.1 全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)計(jì)要求 …………………………………………………6</p><p>　　3.2 全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)計(jì)方案 …………………………………………………7</p><p>　　3.2.1 全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)

11、計(jì) ………………………………………………………7</p><p>　　3.2.2 全自動多功能去皮機(jī)的控制原理 ……………………………………………………8</p><p>　　第四章 去皮機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)件的選擇……………………………………………………………8</p><p>　　4.1 去皮機(jī)支撐架的選擇 …………………………………………………………………8<

12、;/p><p>　　4.2 去皮機(jī)驅(qū)動方式的選擇 ………………………………………………………………9</p><p>　　4.3 去皮機(jī)傳動方式的選擇 ………………………………………………………………10</p><p>　　4.4 去皮機(jī)識別系統(tǒng)的選擇 ………………………………………………………………12</p><p>　　4.5

13、 去皮機(jī)的其它零部件的選擇 …………………………………………………………12</p><p>　　第五章 去皮機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工………………………………………………13</p><p>　　5.1 小臂的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工 ………………………………………………………………13</p><p>　　5.1.1 零件分析 …………………………………………

14、……………………………………13</p><p>　　5.1.2 零件計(jì)算 ………………………………………………………………………………13</p><p>　　5.1.3 零件的工藝分析 ………………………………………………………………………14</p><p>　　5.1.4 確定生產(chǎn)類型 …………………………………………………………………………15</p

15、><p>　　5.1.5 確定毛胚種類 …………………………………………………………………………15</p><p>　　5.1.6 確定加工零件圖 ………………………………………………………………………15</p><p>　　5.1.7 工藝規(guī)程設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………15</p><p>　　5.2

16、 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工 ………………………………………………………………18</p><p>　　5.3 其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工 ………………………………………………………18</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)軟件………………………………………………………………………18</p><p>　　6.1 預(yù)期的功能 ……………………………………………

17、………………………………18</p><p>　　6.2 實(shí)現(xiàn)的方法 ……………………………………………………………………………19</p><p>　　結(jié)論 ……………………………………………………………………………………………20</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………………………21</p>&l

18、t;p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………22</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　感謝您翻閱本設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，本書僅作為溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)顆題理論與實(shí)踐考核綜合作業(yè)課題的設(shè)計(jì)計(jì)算說明。</p><p>　　隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的逐步建立，科學(xué)技

19、術(shù)的飛速進(jìn)步和教育體制改革的不斷深化，對于我們機(jī)械制造與自動化專業(yè)的學(xué)生來說，更需要通過理論聯(lián)系實(shí)際，提高設(shè)計(jì)能力，掌握正確的設(shè)計(jì)思想和工作方法，并能不斷更新自己的知識面，引入新的設(shè)計(jì)思路和現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)課題為：全自動多功能去皮機(jī)械的設(shè)計(jì)。由溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系的張亮老師負(fù)責(zé)對本次綜合作業(yè)的指導(dǎo)，在這里表示誠摯感謝。</p><p>　　在全自動多功

20、能去皮機(jī)械的設(shè)計(jì)中，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)主要有兩方面，機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。而設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：設(shè)定設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)確定基座，選定電機(jī)，再設(shè)計(jì)計(jì)算下夾具，設(shè)計(jì)校核基座及機(jī)械手臂，最后是繪制機(jī)械部分裝配圖和零部件圖。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的要求，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于去皮機(jī)械手外形的設(shè)計(jì)與計(jì)算。作為綜合設(shè)計(jì)作業(yè)，本次設(shè)計(jì)的涉及面也是相當(dāng)廣的，由主要部件（如：基座、擺線針輪減速器）計(jì)算與選型到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

21、對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，便于制造、加工；并能正確的選材，確定熱處理方式；所以設(shè)計(jì)時必須認(rèn)真，深入，盡量使之具有良好的加工工藝性能和較高的使用壽命及綜合的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　對于本課題的的分析理解：對于就全自動多功能去皮機(jī)械，應(yīng)確定其數(shù)據(jù)表，即設(shè)計(jì)壓力、溫度、工作壓力、介質(zhì)等等，在設(shè)計(jì)過程中畫出簡圖，對其受力分析，便于設(shè)計(jì)分析和理解，提高工作效率。</p><p>　　由于編者水平所限，書

22、中難免存在錯誤和缺點(diǎn)希望指導(dǎo)老師能給予提出，以進(jìn)一步提</p><p>　　高編者的理論和設(shè)計(jì)水平。</p><p><b>　　張國雄</b></p><p>　　2012 年 4 月</p><p>　　第二章 課題的來源</p><p><b>　　2．1課題的提出</b&

23、gt;</p><p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它是機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部

24、門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。</p><p>　　水果是大眾生活必需品之一，水果去皮不僅是一種習(xí)慣，也是防止果皮中殘留農(nóng)藥等有害物傷害人體的一種有效辦法。然而，傳統(tǒng)的一手握刀一手持果的去皮方式不僅費(fèi)時、費(fèi)力又容易傷手、不衛(wèi)生。于是，根據(jù)機(jī)械手的原理我們經(jīng)過適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新改造，將機(jī)械手末端裝上刀具，就可以進(jìn)行切削使用，家用簡易式的全自動多功能去皮機(jī)械就應(yīng)運(yùn)而生了。 </p><p>　　

25、眾所周知，傳統(tǒng)的去皮機(jī)，它的去皮原理都是將水果固定在水果叉上，刀片貼在水果的表面，靠手搖動將皮削下。這類小型去皮機(jī)解決的僅僅是手持水果刀削皮的麻煩，而且在去皮中也存在種種缺陷，比如水果去皮后要手動取下，同時水果會被戳孔等。深入研究已有的水果削皮機(jī)，對其在去皮過程中出現(xiàn)的缺點(diǎn)和不足進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一種既符合食品消毒、衛(wèi)生條件又能滿足現(xiàn)代化家居生活需要的高生產(chǎn)率、低勞動強(qiáng)度、低成本、高制成率的全自動多功能去皮機(jī)械非常必要。</p&

26、gt;<p>　　2．2課題的內(nèi)容、要求及影響</p><p>　　生活中有許多水果蔬菜類需要去皮后才能再加工食用，每天繁忙的工作后很多人不愿意多一道去皮的工作，所以開發(fā)一個能全自動多功能去皮機(jī)械就顯得有必要了，能為我們生活、工業(yè)、服務(wù)帶來諸多的方便。對于去皮機(jī)械的主要性能—能自動抓取物品和簡單的大小分析計(jì)算,并根據(jù)事先編寫好的運(yùn)行程序進(jìn)行切割操作。去皮機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用的性能以及組合性、多用

27、性、重復(fù)性等特殊要求。本課題就是依托我?，F(xiàn)有的工藝裝備，為其設(shè)計(jì)一套有較高通用性的家庭用實(shí)用去皮機(jī)械。所設(shè)計(jì)的機(jī)器人要有新穎性、先進(jìn)性、實(shí)用性，并盡可能在設(shè)計(jì)周期內(nèi)制作成形，得以應(yīng)用。</p><p>　　第三章 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　3.1全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)計(jì)要求</p><p>　　本課題要求設(shè)計(jì)一個去皮機(jī)械手，使人們每天繁忙的工作后，回到

28、家里都能少去一道手動去皮的工作，就能吃上新鮮的水果，免去手動去皮的麻煩，享受生活。此裝備以機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)為模板，以擺線針輪減速器為傳遞動力，以電機(jī)為引擎，實(shí)現(xiàn)水果的去皮功能。全自動多功能去皮機(jī)應(yīng)滿足自動化程度高、去皮效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、安全性能高等為前提，做到技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)巧妙、經(jīng)濟(jì)合理等。</p><p>　　一、全自動多功能去皮機(jī)應(yīng)具有的性能要求： </p><p>　?。?）方便的操

29、作使用性能； </p><p>　?。?）系統(tǒng)的穩(wěn)定性即運(yùn)動平穩(wěn)準(zhǔn)確，能保證規(guī)定的運(yùn)動精度； </p><p>　　（3）工作的可靠性即能根據(jù)功能要求完成既定的動作，且各動作應(yīng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定； </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低； </p><p>　?。?）去皮效率高，能耗少； </p><p>　　（

30、6）減輕勞動強(qiáng)度，不污染環(huán)境； </p><p>　　二、去皮機(jī)械的具體目標(biāo)及技術(shù)參數(shù)： </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)全自動的水果夾具系統(tǒng)，完成水果的夾緊與松開。 </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)全自動的智能仿形刀架驅(qū)動裝置，完成去皮的水平進(jìn)給、垂直進(jìn)給運(yùn)動，并使削皮的厚度盡可能的均勻。</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)：功率0.8KW

31、速度150r/min </p><p>　　（3）設(shè)計(jì)Wifi遠(yuǎn)程控制軟件，完成去皮機(jī)控制部份PC至單片機(jī)軟件編寫，攝像頭、傳感器等裝備的應(yīng)用。</p><p>　?。?）去皮機(jī)應(yīng)能自動識別物體的大小等能力。</p><p>　　3.2全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.2.1全自動多功能去皮機(jī)的總設(shè)計(jì)如圖所示：<

32、/p><p>　　該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺切屑水果皮的機(jī)器手人，利用高分辨率的攝像頭識別水果表面，本文中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要偏向于對機(jī)械手的設(shè)計(jì)。</p><p>　　去皮機(jī)械平臺主要由以下幾部分組成：</p><p>　?。?）手部(或稱抓取機(jī)構(gòu)) 包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要其抓取和放置物件的作用。</p><p>　　（2）傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）

33、 包括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的作用。</p><p>　?。?）驅(qū)動部分 它是前兩部分的動力，因此也稱動力源，常用的有液壓氣壓電力和機(jī)四種驅(qū)動方式。</p><p>　?。?）控制部分 他是機(jī)械手動作的指揮系統(tǒng)，由它來控制動作的順序（程序）、位置和速度（甚至是速度和加速度）等。</p><p>　?。?）其它部分 如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程

34、檢測裝置和傳感裝置等。</p><p>　　對于本設(shè)計(jì)而言，還具有智能系統(tǒng)，主要視覺裝置，主要是在賦予機(jī)器人“眼睛”，運(yùn)用一個攝像頭，使它能識別物體，機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。</p><p>　　2.2.2全自動多功能去皮機(jī)的控制原理如

35、圖所示：</p><p>　　通過鍵盤控制客戶端PC，把信號傳遞給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)接收到信號時做出反應(yīng)，把信號繼續(xù)傳遞給控制器，進(jìn)而控制器通過電源的供電發(fā)出信號給電機(jī)，當(dāng)電機(jī)接收到信號時，通過反饋給單片機(jī)，單片機(jī)再把信號反饋給客戶端PC，通過攝像頭識別水果，最后電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，實(shí)現(xiàn)水果的去皮動作。</p><p>　　第四章 去皮機(jī)各標(biāo)準(zhǔn)件的選擇</p><p>　

36、　4.1去皮機(jī)支撐架的選擇</p><p>　　基座是整個機(jī)器人本體的支撐。為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“工”字形空心鋁材作支撐。（如下圖所示）</p><p><b>　　鋁合金的特點(diǎn)：</b></p><p>　　1、采用加厚鋁材和方型的結(jié)構(gòu)，負(fù)重能力強(qiáng)。</p><p>　　2、鋁合金不會生銹、變色、氧化，可

37、以長久如新。</p><p>　　基座需要承受很大的負(fù)載強(qiáng)度能力，對其的設(shè)計(jì)分析要綜合考慮其材料性能，制造工藝。采用鋁合金制造支撐架，鋁合金是利用各種合金之添加和軋延、鍛壓及不同等級之熱處理制程，可產(chǎn)生之強(qiáng)度達(dá)HB250 - HB1670之間。</p><p><b>　　鋁合金參數(shù):</b></p><p>　　名稱：3030L鋁型材<

38、/p><p><b>　　材質(zhì)：鋁</b></p><p>　　單位質(zhì)量：1.42kg/m</p><p>　　供貨長度：100~6000mm</p><p>　　集合慣性： lx:9.25cm4 ly:9.25cm4</p><p>　　截面慣性： lx:4.86cm3 ly:4.8

39、6cm3</p><p>　　4.2 去皮機(jī)驅(qū)動方式的選擇</p><p>　　該機(jī)器人一共具有六個獨(dú)立的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動，一共需要七個動力源。液壓驅(qū)動：控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，氣動驅(qū)動：阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制。電機(jī)驅(qū)動：能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系

40、統(tǒng)復(fù)雜。</p><p>　　機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有：</p><p>　　1）．驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；</p><p>　　2）．反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換；</p><p>　　3）．驅(qū)動盡可能靈活，位

41、移偏差和速度偏差要?。?lt;/p><p><b>　　4）．安全可靠；</b></p><p>　　5）．操作和維護(hù)方便；</p><p>　　6）．對環(huán)境無污染，噪聲要?。?lt;/p><p>　　7）．經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。</p><p>　　基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的

42、設(shè)計(jì)要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。（如下圖所示） </p><p><b>　　交流伺服電機(jī)特點(diǎn)</b></p><p>　　1. 工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。</p><p>　　2. 定子繞組散熱比較方便。</p><p>　　3. 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。</p>

43、;<p>　　4. 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。</p><p>　　5. 同功率下有較小的體積和重量。</p><p>　　4.3 去皮機(jī)傳動方式的選擇</p><p>　　由于一般的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過傳動機(jī)構(gòu)來增加力矩，</p><p>　　提高帶負(fù)載能力。對機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)的一般要求有：</p>

44、<p>　　（1）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動功率和傳動比時體積最小，重量最輕；</p><p>　　（2）傳動剛度大，即由驅(qū)動器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時角度變形要小，這樣可以提高整機(jī)的固有頻率，并大大減輕整機(jī)的低頻振動；</p><p>　?。?）回差要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度；</p><p>　　

45、（4）壽命長、價(jià)格低；</p><p>　　本文所選用的電機(jī)都采用了電機(jī)和擺線針輪減速器一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，但是不能通過電機(jī)直接驅(qū)動各個連桿的運(yùn)動。為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了擺線針輪減速器傳動。</p><p>　　擺線針輪減速器原理：在輸入軸上裝有一個錯位180度的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，形成H機(jī)構(gòu)，兩個擺線輪的中心孔即為信心套上轉(zhuǎn)臂軸承

46、的滾道，并由擺線輪與針齒殼上一組環(huán)行排列的針齒銷相嚙哈，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在速比小的減速機(jī)中，針齒銷上帶有針齒套）。當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于擺線輪上齒廊曲線的特點(diǎn)及其受針齒殼上針齒銷限制之故，擺線輪的運(yùn)動成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時，偏心套亦轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)過一個齒差從而得到減速，再借助W輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。&

47、lt;/p><p>　　擺線針輪減速器傳動原理如下圖所示：</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，屬于常用的一種工業(yè)機(jī)器人之一。</p><p><b>　　具有以下特點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）有很高的自由度，7軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作</p><p>　　（2）活動

48、靈敏，操作簡單</p><p>　?。?）通過擺線針輪減速器起到了連接兩連桿機(jī)構(gòu)的作用</p><p>　　4.4 去皮機(jī)識別系統(tǒng)的選擇</p><p>　　為了解決機(jī)器人如何采集物體信息，采用攝像頭采集物體表面圖像，傳輸給客戶端PC，</p><p>　　經(jīng)過客戶端PC的處理傳輸給單片機(jī)，計(jì)算出機(jī)器手運(yùn)動軌跡，控制器控制各個電機(jī)的動<

49、/p><p>　　作從而使機(jī)械手末端的刀具沿一定的軌跡切削。（其原理圖如下圖所示）</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是高分辨率攝像頭（如下圖所示）</p><p>　　攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片(DSP)中加工處理，再通過US

50、B接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。</p><p>　　4.5去皮機(jī)的其它零部件的選擇 </p><p>　　除了上述的支撐架、驅(qū)動方式、傳動方式外，還有彈簧、螺母、導(dǎo)線等部分進(jìn)行合理的選擇，在此不進(jìn)行詳細(xì)的展開。</p><p>　　第五章 去皮機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工</p><p>　　5.1小臂的設(shè)計(jì)計(jì)算

51、與加工</p><p>　　小臂長度225mm，具體尺寸如圖2.2所示：</p><p><b>　　5.1.1零件分析</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中所給的零件是機(jī)器人的手臂。它位于連桿機(jī)構(gòu)中，主要起連接，通過關(guān)節(jié)連接大筆與機(jī)械手末端的連接，獲得所需的連接和扭矩的作用。</p><p>　　5.1.2 零件計(jì)算&l

52、t;/p><p>　　手臂運(yùn)動由提升末端物體的豎直運(yùn)動與帶動重物旋轉(zhuǎn)的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動組成。故設(shè)計(jì)時要考慮末端物體G的作用，手臂受力如圖所示</p><p><b>　?。?）抗拉強(qiáng)度條件</b></p><p>　　如圖所示，手臂N點(diǎn)處受到最大拉應(yīng)力σmax，σmax是由彎矩M產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ1與向心力σ2組成。其中σ1=M/Wz，式中Wz為抗彎截面系

53、數(shù)，僅與截面形狀、尺寸有關(guān)。對于外徑為D內(nèi)徑為d的圓環(huán)截面有</p><p>　　Wz=πD^3*[1-(d/D)]/32, (1)</p><p>　　M=G*L (2)</p><p>　　σ2=F/A

54、，式中A為手臂橫截面積（m^2） </p><p>　　A=π{(D/2)^2-[(D-T)/2]^2}=π/4(2DT-T) (3)</p><p>　　F=mLω^2 (4)</p><p>　　據(jù)抗拉強(qiáng)度條件有 σmax=MN/Wz+F

55、/A≤[σ] (5)</p><p>　　將式（1）、（2）、（3）、（4）及已知數(shù)據(jù)代入式（5），取g=10m/s^2計(jì)算整理得</p><p>　　120D^3-970D^2+34D-6.4LD≥0</p><p><b>　?。?）抗剪強(qiáng)度條件</b></p><p>　　手臂N點(diǎn)所

56、受剪應(yīng)力最大，因圓環(huán)截面壁厚T小于外徑D，故最大剪應(yīng)力為：</p><p><b>　　t=2(ON/A)</b></p><p><b>　　據(jù)抗剪強(qiáng)度條件有：</b></p><p>　　tmax=2G/A≤[t]</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（σ），計(jì)算整理得</p>&

57、lt;p><b>　　D≥30mm</b></p><p><b>　?。?）剛度條件</b></p><p>　　如圖所示，受力分析得M點(diǎn)處撓度Y最大，據(jù)剛度條件：</p><p>　　Ymax=GL^3/3EI≤[Y]=L/1000 （7）</p><p&g

58、t;　　式中，E為材料的彈性模量(Gpa),I為截面的慣性矩（cm^4）</p><p>　　I=π/[64*(D^4-d^4) （8）</p><p>　　將式（8）及已知數(shù)據(jù)代入式（7），計(jì)算整理得</p><p>　　30D^3-18D^3-0.64L^3≥0</p><p><b

59、>　?。?）結(jié)構(gòu)尺寸限制</b></p><p><b>　　D＞2T</b></p><p><b>　　L≥210(mm)</b></p><p>　　5.1.3零件的工藝分析</p><p>　　零件的材料為鋁材，切削加工性能優(yōu)良，可以先加工小臂外輪廓，然后加工中心通孔以此作

60、為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。</p><p>　　5.1.4 確定生產(chǎn)類型</p><p>　　已知此零件生產(chǎn)類型是單一生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序要分類；加工設(shè)備需要多種設(shè)備，</p><p&g

61、t;　　5.1.5 確定毛胚種類</p><p>　　零件材料為鋁材。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)類型為單一生產(chǎn)，鋁材切削性能良好，故選擇鋁材毛坯。</p><p>　　5.1.6 確定加工零件圖</p><p>　　5.1.7 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、選擇定位基準(zhǔn)</b&

62、gt;</p><p><b>　?、俅只鶞?zhǔn)的選擇</b></p><p>　　以零件的下端為主要的定位基準(zhǔn)，</p><p><b>　?、诰鶞?zhǔn)的選擇</b></p><p>　　考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以加工后的通孔為主要的定位精基準(zhǔn)，以

63、下端孔為輔助的定位精基準(zhǔn)。</p><p><b>　　二、制定工藝路線</b></p><p>　　根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用各種機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下： &

64、lt;/p><p><b>　　三、選擇加工設(shè)備</b></p><p><b>　?、贆C(jī)床的選擇</b></p><p>　　工序1、3采用CA6140型臥式普通車床</p><p><b>　　工序2采用線切割機(jī)</b></p><p>　　工序4、5、

65、6采用數(shù)控銑床</p><p><b>　?、谶x擇夾具</b></p><p>　　該小臂的生產(chǎn)綱領(lǐng)為單一生產(chǎn)，所以采用專用夾具（三爪卡盤等）。</p><p><b>　?、圻x擇刀具</b></p><p>　　在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。</p><

66、;p><b>　?、苓x擇量具</b></p><p>　　加工的孔均采用極限量規(guī)。</p><p><b>　?、萜渌?lt;/b></p><p>　　對長度誤差采用千分表進(jìn)行檢測，對角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。</p><p>　　5.2 大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工</

67、p><p>　　大臂長度405mm，具體尺寸如圖下圖所示：</p><p>　　大臂的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工類似小臂，與小臂的加工基本一致，就不展開說明了。</p><p>　　5.3 其它零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工</p><p>　　除了上述的小臂、大臂外，還有夾具、連接機(jī)構(gòu)等零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與加工，在此就不進(jìn)行詳細(xì)的展開說明。</p>

68、<p>　　第六章 控制系統(tǒng)軟件</p><p>　　以上完成了機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)硬件的搭建，下面將通過設(shè)計(jì)控制軟件，使計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡有條不紊地向外部發(fā)送指揮信號，最終驅(qū)動機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動，使之按照人的意愿“工作”。</p><p><b>　　6.1預(yù)期的功能</b></p><p>　?。?）. 實(shí)時顯示各個關(guān)

69、節(jié)角，并且可以防止各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動角度超出預(yù)定的關(guān)節(jié)角范圍內(nèi)；</p><p>　?。?）. 實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的伺服控制；</p><p>　?。?）. 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自鎖；</p><p>　?。?）. 實(shí)現(xiàn)示教編程及在線修改程序；</p><p>　?。?）. 可以設(shè)置參考點(diǎn)，使機(jī)器人在空間有一個固定的參考位置，可以回參考點(diǎn)。</p>

70、<p><b>　　6.2 實(shí)現(xiàn)方法</b></p><p>　　以模塊化程序設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，以預(yù)期要實(shí)現(xiàn)的功能作為各個模塊，設(shè)計(jì)控制軟件。</p><p>　　從下圖中可以看出，工控機(jī)通過數(shù)據(jù)采集控制。編程的任務(wù)其實(shí)就是用計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集卡使之發(fā)出或獲取一系列數(shù)字量、模擬量。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序中，附帶許多與

71、板卡相關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以供使用，極大的方便了程序編寫。</p><p>　　本文PC端采用了Visual C++作為編程工具。客戶端采用keil作為編程工具。</p><p>　　經(jīng)過安裝調(diào)試，最終完成整個去皮機(jī)的動作，實(shí)現(xiàn)去皮功能。（如下圖所示）</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　1、

72、本次設(shè)計(jì)是多功能全自動去皮機(jī)械，采用擺線針輪減速器傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，工作環(huán)境適應(yīng)性好。不會因?yàn)榄h(huán)境變化影響傳動及控制性能。阻力損失小，成本低廉。</p><p>　　2、機(jī)器人采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時間控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定PLC程序來實(shí)現(xiàn)。可以根據(jù)機(jī)械人動作順序而修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。</p><p><b&

73、gt;　　致 謝</b></p><p>　　為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個過程，我深有感受。老師認(rèn)真地給我們講解了其工作原理，分析了各部件的功能特性和構(gòu)造，避免了我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的盲目性。在設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了大量的相關(guān)資料，同時將大一至大三上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知識。以前我對機(jī)器人的工作原理、和機(jī)器人的構(gòu)造，沒什么認(rèn)識，但通過這次設(shè)計(jì)，我了解了，也感受

74、到了。總之，這次設(shè)計(jì)，使我將三年中所學(xué)到的基礎(chǔ)知識得到了一次綜合應(yīng)用，使學(xué)過的知識結(jié)構(gòu)得到科學(xué)組合，同時也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計(jì)是理論知識與實(shí)踐運(yùn)用之間互相過渡的橋梁。</p><p>　　知識的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺得這次設(shè)計(jì)的完成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時我認(rèn)識到：無論做什

75、么事，只要你深入的去做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭取將設(shè)計(jì)做到在最好。我認(rèn)為我在這段時間內(nèi)所有的收獲，對我今后的學(xué)習(xí)和工作會是一筆難得的財(cái)富。</p><p>　　張老師總是耐心地給我們講解有關(guān)方面的知識，及時了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使我得以在短時間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)

76、計(jì)中，張老師以及其他指導(dǎo)老師付出了辛勤的勞動，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組其他人員的通力合作也是分不開的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表示感謝！ </p><p>　　由于自己能力所限，時間倉促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請各位老師同學(xué)給予批評指正。</p><p><b>　　2012年4月</b></p><p&g

77、t;<b>　　張國雄</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 </p><p>　　[2] Basilio Bona and Aldo Curatell

78、a. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE</p><p>　　International Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, Ap

79、ril 2005</p><p>　　[3] 索羅門采夫. 工業(yè)機(jī)器人圖冊. 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 </p><p>　　[4] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì). 北京 機(jī)械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社，2006</p><p&g

80、t;　　[6] 三浦宏文. 機(jī)電一體化實(shí)用手冊. 科學(xué)出版社 OHM社，2001</p><p>　　[7] 陳國聯(lián) 王建華 夏建生. 電子技術(shù). 西安交通大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[8] 沈裕康 嚴(yán)武升 楊庚辰. 電機(jī)與電器. 北京理工大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放. 大學(xué)C+