某糧食翻垛機(jī)器人總體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u8015某糧食翻垛機(jī)器人總體設(shè)計(jì)案例 1162651.1糧食翻垛機(jī)器人工作原理簡介 1311911.1.1糧食翻垛機(jī)器人問題分析 1237871.1.2糧食翻垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成 253551.1.3機(jī)器的工作流程 3173201.2糧食翻垛機(jī)器人功能分析與總體方案 310031.1.1系統(tǒng)功能分析 3111681.1.2總體方案 4207861.3糧食翻垛機(jī)器人控制方案 81.1糧食翻垛機(jī)器人工作原理簡介1.1.1糧食翻垛機(jī)器人問題分析圖1.1糧庫圖1.1糧庫測溫1.1.2糧食翻垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成通過查閱專利、文獻(xiàn)等，我們發(fā)現(xiàn)完成這個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要完成三個(gè)部分的設(shè)計(jì)，所以我們需要對如下裝置進(jìn)行分別設(shè)計(jì)：（1）行進(jìn)裝置：對于機(jī)器人在糧食表面的行走我們需要提出一個(gè)可行的方法，機(jī)器既能夠在糧食的表面行進(jìn)，還需要對糧食產(chǎn)生盡可能小的傷害。所以提出了采用履帶式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)完成此項(xiàng)功能，設(shè)計(jì)一個(gè)占地面積約為一平方米的履帶式機(jī)器人底盤。需要把糧食的翻垛裝置和耙平裝置安裝在地盤上，使得機(jī)器在行走的同時(shí)能夠完也能夠完成其他工作。為減少對糧食谷物的損傷，會(huì)采用橡膠履帶與糧食進(jìn)行接觸。所以對于底盤的設(shè)計(jì)尤為重要，這將影響這整個(gè)機(jī)器是否能夠完成此項(xiàng)任務(wù)。（2）翻垛裝置：翻垛裝置一般為螺旋輸送機(jī)。所以本次設(shè)計(jì)也會(huì)采用螺旋輸送機(jī)使得位于中部的糧食能夠通過輸送機(jī)提升到上部。目前的糧食翻倉機(jī)大都為單螺旋桿，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的不平衡力，有可能對機(jī)器造成一定的機(jī)械損傷。于是所設(shè)計(jì)的糧食翻垛機(jī)器人會(huì)采用雙螺旋桿進(jìn)行工作，且兩個(gè)螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，這樣就可以平衡左右方向上的不平衡力。致于前進(jìn)方向上的不平衡力可以對機(jī)器產(chǎn)生一個(gè)向前的推力，促進(jìn)機(jī)器的向前移動(dòng)有利于提高糧食翻垛機(jī)器人的工作效率。（3）耙平裝置：耙平裝置為最長見的齒耙結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在不管是農(nóng)民晾曬糧食還是工廠進(jìn)行大規(guī)模的作業(yè)都會(huì)采用最簡單有效的齒耙，所以本次設(shè)計(jì)將不會(huì)對耙平裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。采用最簡單的齒耙結(jié)構(gòu)連接到機(jī)器的后端，隨著機(jī)器的移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成對已經(jīng)完成翻垛的糧食進(jìn)行耙平。此次設(shè)計(jì)需要對三個(gè)部分進(jìn)行分別設(shè)計(jì)，在機(jī)器工作時(shí)在進(jìn)行組裝作業(yè)。這樣方便機(jī)器的運(yùn)輸與使用，否則機(jī)器過于龐大會(huì)增加糧庫的運(yùn)輸使用成本，所以機(jī)器的三個(gè)部分可以拆分開來，在需要使用時(shí)可以直接在糧食的上表面進(jìn)行安裝和使用。1.1.3機(jī)器的工作流程機(jī)器工作流程如圖1.2所示：由于機(jī)器各個(gè)部分屬于分開運(yùn)輸，所以在使用前需要進(jìn)行安裝，把翻垛裝置和耙平裝置安裝在履帶底盤上即可完成安裝。由于兩根螺旋輸送桿較長，需要在水平面上安裝，螺旋輸送桿進(jìn)入糧食需要一定的力，所以需要先打開驅(qū)動(dòng)電機(jī)使螺旋輸送裝置開始旋轉(zhuǎn)。然后在豎平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和螺旋輸送桿到達(dá)垂直向下的狀態(tài)即可。經(jīng)過這些就可以打開行進(jìn)電機(jī)使得履帶機(jī)器人可以在糧食表面進(jìn)行行進(jìn)工作，直至完成所有翻垛任務(wù)。然后關(guān)閉所有電機(jī)進(jìn)行機(jī)器的拆卸，方便機(jī)器的搬運(yùn)和存放。這些就是整個(gè)糧食翻垛機(jī)器人的一個(gè)工作流程。圖1.2機(jī)器工作流程1.2糧食翻垛機(jī)器人功能分析與總體方案圖1.2機(jī)器工作流程1.1.1系統(tǒng)功能分析糧食翻垛機(jī)器人的功能主要是完成糧食的翻垛達(dá)到散熱的效果。所設(shè)計(jì)的機(jī)器人屬于農(nóng)用機(jī)械，具有明確的功能和目的性，翻垛就是把位于中部具有較高溫度的糧食翻到上部方便降低溫度，防止糧食的變質(zhì)及腐敗造成大量的浪費(fèi)。螺旋輸送機(jī)是現(xiàn)階段最適合在豎直方向上運(yùn)送松散物品的最優(yōu)選擇，所以整個(gè)翻垛裝置就是由兩個(gè)螺旋輸送桿和一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來組成。除此之外，糧食的耙平作業(yè)需要本次設(shè)計(jì)的耙平裝置來完成，目前大部分的人都選擇齒耙來完成糧食的耙平，對于這個(gè)裝置的創(chuàng)新沒有較大的經(jīng)濟(jì)效益，所以本次設(shè)計(jì)也是會(huì)采用齒耙連接與機(jī)器的后側(cè)對前側(cè)翻起的糧食完成一個(gè)耙平作業(yè)。對于糧食的翻倉現(xiàn)在機(jī)械化的糧庫內(nèi)的翻倉機(jī)進(jìn)本都是靠糧食堆疊產(chǎn)生的力使得機(jī)器能夠完成一個(gè)向前運(yùn)動(dòng)，為了提高糧食的翻倉效率，所以采用履帶式移動(dòng)機(jī)器人作為底盤來裝載翻垛裝置和耙平裝置。通過這樣就能是一個(gè)機(jī)器能夠同時(shí)完成翻垛、耙平和行進(jìn)三個(gè)功能，同時(shí)為糧庫帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和生活效益。（1）翻垛的功能：糧食通過螺旋輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)郊Z食上部，方便散出熱量，防止由于溫度過高而產(chǎn)生變質(zhì)造成損失，采用兩根螺旋輸送桿來提高糧食翻垛的效率，減少工作時(shí)間。（2）耙平的功能：機(jī)器通過后部安裝的齒耙來完成耙平的工作，機(jī)器通過履帶及糧食的推力向前運(yùn)動(dòng)的時(shí)候也帶動(dòng)齒耙向前移動(dòng)，使得機(jī)器前部的糧食能夠及時(shí)得到平整，減少工人的二次作業(yè)，提高糧庫的機(jī)械化程度。（3）行進(jìn)的功能：履帶式移動(dòng)機(jī)器人為現(xiàn)在較為常見的可搭載物體的方便移動(dòng)的機(jī)器，所以設(shè)計(jì)采用履帶式移動(dòng)機(jī)器人即可完成讓機(jī)器人移動(dòng)的功能。我們只需要合理的設(shè)計(jì)履帶式移動(dòng)機(jī)器人的底盤結(jié)構(gòu)，方便搭載翻垛裝置和耙平機(jī)構(gòu)，且其余裝置產(chǎn)生的力能夠促進(jìn)機(jī)器的向前運(yùn)動(dòng)，減少能量的使用即可。1.1.2總體方案圖1.3圖1.3機(jī)器總體方案翻垛裝置采用螺旋輸送機(jī)，為了克服工作過程中的不平衡力提出了兩種方案。方案一如圖1.3所示，在螺旋輸送桿外側(cè)加一個(gè)套筒，使得工作時(shí)不和糧食接觸就能減少糧食對機(jī)器產(chǎn)生的不平衡力。糧食從下側(cè)進(jìn)糧口進(jìn)入螺旋輸送裝置，通過套筒內(nèi)部到達(dá)頂部，使糧食從上冊出糧口向后側(cè)灑出，就能完成糧食的翻垛。方案二如圖1.4所示，采用雙螺旋桿來平衡糧食對機(jī)器的不平衡力。通過齒輪箱來使兩個(gè)螺旋輸送桿的旋向相反就能使糧食在橫向上產(chǎn)生的力大小相等、方向相反，這樣就能相互抵消掉。減少對糧食的影響。對于縱向方向上產(chǎn)生相同方向上的力，這個(gè)力能夠用來促進(jìn)糧食翻垛機(jī)器人的向前運(yùn)動(dòng)。通過對兩種設(shè)計(jì)方案的分析比較綜合分析，我決定選擇了第二種解決方案。方案一中的進(jìn)糧口較小，對于糧食的翻倉具有一定的限制性，并且增加一個(gè)外殼會(huì)使的機(jī)器的總體質(zhì)量增加，有可能對糧食產(chǎn)生損害。方案二不需要外殼就能平衡機(jī)器產(chǎn)生的不平衡力，且能轉(zhuǎn)化一部分力變?yōu)榇龠M(jìn)機(jī)器運(yùn)作的力，便于能源的節(jié)約。綜合考慮，對于翻垛裝置選擇雙螺旋輸送桿裝置比較好。圖1.6履帶傳動(dòng)方式行進(jìn)裝置采用履帶式移動(dòng)機(jī)器人。行進(jìn)裝置也是此次設(shè)計(jì)的搭載平臺(tái)，所以對于履帶式移動(dòng)機(jī)器人的底盤設(shè)計(jì)尤為重要，通過對汽車和坦克的底盤查閱資料分析，設(shè)計(jì)出圖1.4翻垛圖1.6履帶傳動(dòng)方式圖1.4翻垛裝置方案一圖1.5翻垛裝置方案二圖1.7履帶式移動(dòng)機(jī)器人圖1.8