摘要
随着农业智能化水平不断提升，果蔬采摘是农业生产流程中至关重要的一环，至今仍主要依靠人工来完成，普遍存在用工成本偏高、采摘效率偏低、果实容易受损等问题，这在很大程度上限制了农业的规模化发展进程。目前市面上的采摘机器人大多采用串联式结构，普遍存在作业精度不够、末端运行稳定性欠佳等不足，相比之下，并联机器人虽然拥有结构刚度大、定位精度高、响应速度快等突出优点，但现有结构设计并没有充分考虑果蔬采摘的实际作业环境特点，导致设备适配性不强、难以实现大规模推广应用。为了解决这些实际问题，专门针对果蔬采摘场景开展并联采摘机器人的机械结构设计研究，对于加快农业采摘环节的自动化、智能化发展具有十分重要的现实意义。
本文主要面向大棚种植和矮化密植果园这两类场景下的果蔬采摘作业，针对并联采摘机器人的机械结构展开全面、系统的设计工作。第一步先结合果蔬采摘的实际作业要求，确定具体的设计指标，经过多种方案的对比分析，最终确定了整机动力系统、行走机构和执行机构的总体设计方案；接下来对核心执行部件进行精细化设计，对并联机械臂开展结构强度校核计算，同时完成末端执行器的结构选型设计和关键参数计算，保证各个部件都能满足无损采摘和高效作业的实际需要求；最后使用SolidWorks软件完成所有零部件的三维建模，以及部件装配和整机总装，通过干涉检查验证了整体结构设计的合理性和实际可装配性。本次研究设计的并联采摘机器人机械结构，同时兼顾了轻量化要求和作业过程中的稳定性，可以满足多种不同品类果蔬的采摘需要求，为后续果蔬智能化采摘装备的研发工作提供了机械结构方面的设计参考。
关键词：采摘机器人；结构设计；Delta机械臂；末端执行器
目录
摘 要 I
Abstract II
引 言 VII
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 本文主要研究内容 4
1.4 本章小结 5
2 总体方案设计 6
2.1 工况需求分析 6
2.2 动力方案设计 7
2.2.1 柴油发动机驱动方案 7
2.2.2 蓄电池供电方案 7
2.3 行走机构方案设计 7
2.3.1 履带式行走方案 8
2.3.2 轮式行走方案 8
2.4 机械臂方案设计 8
2.4.1 串联机械臂方案 9
2.4.2 三自由度并联机械臂方案 9
2.5 末端执行器方案设计 10
2.5.1 两指夹剪式执行器方案 10
2.5.2 真空吸盘式执行器方案 10
2.5.3 两指齿轮驱动带姿态调节执行器方案 11
2.6 本章小结 11
3 机械臂详细设计 12
3.1 总体设计要求 12
3.2并联机械臂构型确认 12
3.3机械臂运动学分析 13
3.3.1 坐标系建立 13
3.3.2 逆运动学公式推导 13
3.4关键结构参数计算 14
3.4.1 机械臂核心参数计算 14
3.4.2 直线模组关键参数计算 15
3.4.3 整体作业空间校核 16
3.5 核心零部件设计与选型 16
3.5.1 机械臂零部件设计与选型 16
3.5.2 直线模组设计与选型 17
3.6 结构强度与刚度校核 18
3.6.1 机械臂支链强度校核 18
3.6.2 动平台刚度校核 19
3.7 本章小结 19
4 末端执行器详细设计 20
4.1 末端执行器构型与工作原理 20
4.1.1 结构组成 20
4.1.2 工作原理 21
4.2 关键参数计算 21
4.2.1 手抓尺寸确定 21
4.2.2 齿轮传动机构参数设计与校核 22
4.2.3 电机选型计算 23
4.3 本章小结 24
5 行走机构选型计算 26
5.1 选型计算前提条件 26
5.2 行走机构核心参数计算 26
5.2.1 负载与承载能力计算 26
5.2.2 驱动功率与轮毂电机参数计算 27
5.2.3 车轮参数与轮距轴距计算 28
5.2.4 转向电机参数计算 30
5.3 核心零部件选型校核 32
5.4 选型计算总结 32
6 输送装置选型计算 34
6.1 设计要求与工况前提 34
6.1.1 设计需求与工况分析 34
6.1.2 选型计算前提条件 35
6.2 核心参数计算 35
6.2.1 输送带与滚筒核心参数计算 35
6.2.2 驱动功率与牵引力计算 36
6.2.3 驱动电机选型计算 38
6.3 核心零部件选型与食品级材料校核 39
6.3.1 食品级输送带选型 39
6.3.2 滚筒与传动部件选型 39
6.3.3 机架与支撑结构选型 39
6.3.4 整机性能校核 40
6.4 本章小结 40
7 基于SolidWorks的三维模型绘制 41
7.1 机架三维模型绘制 41
7.2 直线模组模型绘制 41
7.3 行走机构模型绘制 42
7.4 机械臂模型绘制 43
7.5 末端执行器模型绘制 43
7.6 输送装置模型绘制 44
7.7总装配与干涉检查 45
7.7.1整机总装配 45
7.7.2干涉检查 45
7.8 本章小结 46
总结与展望 47
参考文献 48
致谢 49
附录 i
说明书
三维模型
CAD图纸
文件列表
