1、二類(lèi)特制# 水果采摘機(jī)械手裝置設(shè)計(jì)與仿真水果采摘機(jī)械手裝置設(shè)計(jì)與仿真 摘要摘要 近年來(lái)，隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)果蔬的需求越來(lái)越大。在我國(guó)的果蔬 生產(chǎn)中，柑橘生產(chǎn)所的占比重日益增大。而在整個(gè)柑橘生產(chǎn)活動(dòng)中，柑橘的采摘所占 的工作量十分巨大。除此之外，水果采摘質(zhì)量的好壞還將直接影響到水果的保鮮儲(chǔ)藏， 運(yùn)輸配送等后續(xù)工作，并最終將嚴(yán)重影響到經(jīng)濟(jì)效益。如果繼續(xù)延續(xù)原始的手工采摘， 不僅工作環(huán)境十分的艱苦，效率低下，而且水果采摘質(zhì)量也得不到保障，更甚至?xí)r有 采摘工作者在采摘過(guò)程中因?yàn)榄h(huán)境的復(fù)雜不小心從樹(shù)上摔下而受傷的事故發(fā)生。為了 適應(yīng)當(dāng)代果蔬經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)計(jì)一種多自由度，滿足工作空間的小型柑橘

2、采摘機(jī)械手 對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。 根據(jù)柑橘生產(chǎn)活動(dòng)中完成果實(shí)采摘整個(gè)過(guò)程的的具體條件，首先運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn) 行機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)；然后創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)采摘機(jī)械手所有零部件的具體合理尺寸； 再按照設(shè)計(jì)的零件圖通過(guò) Pro/E 三維造型出機(jī)械手的所有零部件；接著根據(jù)機(jī)械手的 工作方式選擇合理的連接方式并通過(guò)創(chuàng)建合理約束完成機(jī)械手的裝配；最后通過(guò)選用 Pro/E 中的機(jī)構(gòu)模式，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的自定義，伺服電機(jī)的添加，定義初始條件等完成機(jī) 械手的運(yùn)動(dòng)仿真。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：柑橘采摘機(jī)械手，內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)，Pro/E 三維造型，運(yùn)動(dòng)仿真 二類(lèi)特制# Abstract In recent yea

3、rs, with the continuous development of economy, the proportion of citrus production in fruit and vegetable production is growing in our country. In the entire citrus production activities, the workload of citrus picking is very big. Whats more, the quality of fruit picking will directly affect the f

4、ruit storage, transportation and other follow-up work ,which eventually has serious influence on the economic benefit. If we continue to use the original manual picking, not only working environment is very difficult, working inefficient, but also the quality of fruit picking is not guaranteed .what

5、s worse, the fruit picking workers maybe fell from the trees and injured accidentally because the environment is very complex in the process of picking . In order to adapt to the development of contemporary economic fruit and vegetable, it is of great significance to agricultural automation realized

6、 and improving the economic benefit that designing a kind of small citrus picking manipulator with the features of multi-degree of freedom and satisfied the working space. According to the specific conditions of the whole process of fruit picking in citrus production activities, at first ,using the

7、acquired knowledge to creatively design all parts of embedded citrus picking manipulator joints with reasonable size. Then according to the design of the part drawing shapes all parts of the manipulator through the Pro/E 3d modeling software. Next choosing the reasonable connection according to the

8、workings of a manipulator and creating a reasonable constraint to complete the assembly of the manipulator. Finally ,through choosing mechanism model in Pro/E, after the axis of rotation of the custom, the adding of the servo motor and defined the initial conditions to complete the motion simulation

9、 of the manipulator. Keywords: citrus picking manipulator, embedded joints, Pro/E 3d modeling , motion simulation 二類(lèi)特制# 第一章 緒論.1 1.1 前言.1 1.2 機(jī)械手的介紹.1 1.3 水果采摘機(jī)械手研究概況 .1 1.3.1 國(guó)外機(jī)械手的研究概況.1 1.3.2 國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究概況.3 1.4 目的和意義.3 第二章 柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).5 2.1 柑橘采摘機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成 .5 2.2 柑橘采摘機(jī)械手的材料選定 .5 2.3 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 .6 2.3

10、.1 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定.6 2.3.2 基于果園環(huán)境的機(jī)械手 CAD 模擬.6 2.4 機(jī)械手關(guān)節(jié)處伺服電機(jī)內(nèi)嵌式創(chuàng)新.8 2.5 電機(jī)的選定 .8 2.5.1 電機(jī)種類(lèi)的選擇選擇發(fā).8 2.5.2 電機(jī)規(guī)格的選擇 .9 2.6 機(jī)械臂尺寸的設(shè)計(jì) .12 2.6.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .12 2.6.2 機(jī)械手各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì).12 第三章 三自由度機(jī)械手的三維造型.14 3.1 機(jī)械手大臂的三維造型。.14 3.2 機(jī)械手小臂的造型 .16 3.3 機(jī)械手底座的造型 .16 3.4 舵機(jī)的三維造型 .17 第四章 三自由度機(jī)械手的裝配.18 4.1 基于 PRO/E 的裝配簡(jiǎn)概.18

11、 4.2 三自由度柑橘采摘機(jī)械手的裝配.18 第五章 三自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真.21 5.1 基于 PRO/E 的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真簡(jiǎn)概.21 5.2 三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真.21 5.2.1 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 .21 5.2.2 運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的設(shè)置 .21 5.2.3 伺服電機(jī)的添加 .22 5.2.4 初始條件的定義 .22 二類(lèi)特制# 5.2.5 定義分析 .23 5.3 運(yùn)動(dòng)仿真視頻制作 .24 第六章 總結(jié).26 6.1 主要工作回顧.26 6.2 本課題今后需進(jìn)一步研究的地方 .26 參考文獻(xiàn).27 致謝.28 二類(lèi)特制# 第一章第一章 緒論緒論 1.1 前言前言 近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)

12、展，果蔬供應(yīng)需求日益增大。作為一個(gè)多類(lèi)型果蔬生 產(chǎn)的大國(guó)，果蔬的生產(chǎn)對(duì)全國(guó)的農(nóng)業(yè)乃至國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不過(guò)或缺的重要作用。 為了適應(yīng)時(shí)代的需求，在國(guó)家的鼓勵(lì)號(hào)召下，全國(guó)大部分的果蔬生產(chǎn)已經(jīng)成功進(jìn)行了 轉(zhuǎn)型，由原來(lái)的小型散戶種植變成了更加科學(xué)化，規(guī)?；?，可控化的果蔬種植園，而 全國(guó)果蔬的生產(chǎn)總量也得到了量和質(zhì)的突破。可是相對(duì)經(jīng)營(yíng)方式的成功轉(zhuǎn)型，在果蔬 生產(chǎn)活動(dòng)中，幾乎占整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)工作量 40%的水果采摘卻在很大程度的扼制著全國(guó) 果蔬經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。大量人力資源的投入不僅生產(chǎn)率沒(méi)得到保障，就連生產(chǎn)質(zhì)量也是不 盡人意，而且艱苦的工作條件常使采摘人員工作中圖中發(fā)生意外，導(dǎo)致人員受傷。為 了提高果蔬采摘的

13、效率，解放勞動(dòng)力，保證水果采摘的質(zhì)量，設(shè)計(jì)一款輕巧，靈便， 滿足工作條件的水果采摘機(jī)械手變得迫切且意義重大。 1.2 機(jī)械手的介紹機(jī)械手的介紹 機(jī)械手是人們?yōu)榱送瓿赡承┨囟ǖ纳a(chǎn)活動(dòng)，通過(guò)觀察人類(lèi)手臂的移動(dòng)和手掌的 抓舉仿生設(shè)計(jì)出來(lái)的可控的機(jī)械系統(tǒng)，其一般包括由實(shí)現(xiàn)靈活移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)（手臂） 和實(shí)現(xiàn)最終生產(chǎn)活動(dòng)的執(zhí)行末端（手掌）組成。機(jī)械手的靈活程度在很大程度上取決 于機(jī)械手的自由度數(shù)和控制系統(tǒng)。自由度越多的機(jī)械手一般運(yùn)動(dòng)起來(lái)更加的靈活，人 類(lèi)的整個(gè)手部就是一個(gè)具有二十多個(gè)自由度的精巧結(jié)構(gòu)。不過(guò)自由度越多，機(jī)械手控 制起來(lái)就會(huì)變得越復(fù)雜，而人類(lèi)之所以能夠靈活的使用自己的手，是因?yàn)橛猩蟽|神經(jīng) 系

14、統(tǒng)的精密控制。所以在設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí)，合理的選擇機(jī)械手的自由度和完善控制系將 決定它最終的成敗。 1.3 水果采摘機(jī)械手研究概況水果采摘機(jī)械手研究概況 水果采摘機(jī)械手的研究是當(dāng)今農(nóng)業(yè)機(jī)械研究的一個(gè)熱點(diǎn)。為了提高生產(chǎn)，解放勞 動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化程度的進(jìn)一步提高，世界各國(guó)在這方面都投了大量的 人力物力資源等，也取得了一定的成就。 1.3.1 國(guó)外機(jī)械手的研究概況國(guó)外機(jī)械手的研究概況 在德國(guó)，美國(guó)，法國(guó)，韓國(guó)，日本等發(fā)達(dá)的國(guó)家，隨著產(chǎn)業(yè)多樣化，國(guó)際化，以 及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作性質(zhì)等原因，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)勞動(dòng)力不足遠(yuǎn)比其它行業(yè)來(lái)的嚴(yán)重。為了 解決勞動(dòng)力分散不均勻，保障生產(chǎn)，提高人們的生活質(zhì)量，各個(gè)國(guó)家都不

15、斷研發(fā)出了 二類(lèi)特制# 一些農(nóng)業(yè)機(jī)械手。 例如美國(guó)在 1883 年成功研制了世界上第一臺(tái)西紅柿采摘機(jī)械手；1987 年研制出 了對(duì)于樹(shù)冠外的果實(shí)分辨率很高于的柑橘采摘的機(jī)械手。韓國(guó)在 1998 年也開(kāi)發(fā)研制了 一種利用傳感器的識(shí)別專(zhuān)門(mén)用來(lái)采摘成熟果實(shí)的蘋(píng)果采摘機(jī)械手，圖 1-1。而且該裝置 還可以比較輕松的在果園里自由移動(dòng)，工作空間范圍較廣。 而作為新興的發(fā)達(dá)國(guó)家的代表，日本在農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究方面更是全面且多方位。 例如為了噴灑農(nóng)藥專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)出來(lái)的噴農(nóng)藥機(jī)器人，傳感器的加入使它能自動(dòng)的噴灑農(nóng) 藥。還有為了嫁接特意設(shè)計(jì)的機(jī)器人，極速的嫁接成倍的提高了生產(chǎn)效率。施肥機(jī)器 人利用橡皮做成的四個(gè)超窄輪子可

16、以做到在在狹窄的作物間行走。人機(jī)協(xié)作型機(jī)器人 則是通過(guò)人與機(jī)械手的共同協(xié)調(diào)作用來(lái)完成水果采摘的。在采摘過(guò)程中，通過(guò)用人來(lái) 完成定位與機(jī)器的導(dǎo)航的任務(wù)，而其它的工作（例如：關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)等） 則是由機(jī)器人精準(zhǔn)控制來(lái)協(xié)調(diào)完成。 圖 1-1 蘋(píng)果采摘機(jī)械手 除此之外，日本還研究了西紅柿，葡萄，草莓，黃瓜等一系列的水果采摘機(jī)器人， 如圖 1-2。 西紅柿采摘機(jī)器人 草莓采摘機(jī)器人 二類(lèi)特制# 黃瓜采摘機(jī)器人 葡萄采摘機(jī)器人 圖 1-2 1.3.2 國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究概況國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究概況 作為一個(gè)果蔬生產(chǎn)大國(guó)，中國(guó)雖然在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化方面晚起步于其他發(fā)達(dá)國(guó)家， 但是先天的不足不能扼住奮發(fā)的國(guó)人。

17、1997 年，東北林業(yè)大學(xué)教授陸懷民以液壓為驅(qū) 動(dòng)，配合以單片機(jī)控制系統(tǒng)，成功的研制出了松木球果實(shí)采摘機(jī)器人。果實(shí)采摘作業(yè) 時(shí)，由底部的行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)五自由度的機(jī)械手靠近果樹(shù)，然后由控制系統(tǒng)控制液壓缸 實(shí)現(xiàn)大小臂的俯仰從而實(shí)現(xiàn)果實(shí)的精確采摘。2001 年，針對(duì)番茄采摘采摘過(guò)程中定位 不精準(zhǔn)的問(wèn)題，張瑞合等人巧妙地運(yùn)用雙目立體視覺(jué)的辦法成功的解決了這一大難題。 2005 年，梁喜鳳 苗香雯 等人針對(duì)番茄機(jī)械手的機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性問(wèn)題成功的進(jìn)行了結(jié)構(gòu) 的優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)的仿真。而近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的重視和資源投入加大，作為農(nóng)用 機(jī)械的一大熱點(diǎn)，機(jī)械手更是有了質(zhì)的優(yōu)化和跨越，不過(guò)面對(duì)復(fù)雜多變的工作環(huán)境， 機(jī)械

18、手的研究依舊任重而道遠(yuǎn)。 1.4 目的和意義目的和意義 在當(dāng)今日新月異的社會(huì)浪潮中，社會(huì)生產(chǎn)種類(lèi)日益多樣化。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，各種機(jī)械手已經(jīng)逐漸替代人工勞動(dòng)力出現(xiàn)在不同的工作崗位上。其 目的和意義: 一、將人類(lèi)從枯燥單調(diào)的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中解放出來(lái)。隨著社會(huì)的發(fā)張，為了更好 的管理，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，果園種植生產(chǎn)活動(dòng)的許多勞動(dòng)力越來(lái)趨于專(zhuān)業(yè)化和模塊化， 長(zhǎng)時(shí)間的單一重復(fù)的工作不僅很容易使人疲勞，而且長(zhǎng)就的往往會(huì)給人帶來(lái)一定的身 體傷害，用機(jī)械手代替勞動(dòng)力，可以將人類(lèi)從枯燥單調(diào)的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中解放出來(lái)。 二、代替人類(lèi)勞動(dòng)力從事危險(xiǎn)的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)。水果采摘作為一項(xiàng)戶外生產(chǎn)活動(dòng)， 往往會(huì)

19、存在著一些不可預(yù)知的危險(xiǎn)，實(shí)施人工采摘容易發(fā)生意外事故。而且經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展不斷的刺激著人類(lèi)對(duì)未知環(huán)境以及事物的探索，可是未知的環(huán)境往往隱藏著許多不 為人知的危險(xiǎn)，貿(mào)然投入人力，很容易發(fā)生意外，導(dǎo)致人員受傷。而機(jī)器人機(jī)械手的 投入使用可以提前將那些隱藏的危險(xiǎn)提前觸發(fā)或者發(fā)現(xiàn)，更甚者可以提前排除那些隱 二類(lèi)特制# 藏的危險(xiǎn)，為工作人員的進(jìn)一步工作提供良好的環(huán)境。 三、極大的提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)效率的保證是一項(xiàng)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)健康進(jìn)行的重要 指標(biāo)。為了保證效率，許多果園往往會(huì)投入大量的人力資源以及出臺(tái)一系列的政策去 刺激生產(chǎn)?？墒谴罅縿趧?dòng)力的投入往往并不意味著生產(chǎn)率的提高，而由于人的作息問(wèn) 題，生產(chǎn)政策的出

20、臺(tái)往往也只能短期時(shí)間內(nèi)起到刺激生產(chǎn)的作用，根本不能從根本上 解決問(wèn)題。而機(jī)械手的投入使用卻可以從根本上完美的解決這個(gè)問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間精準(zhǔn)的 運(yùn)轉(zhuǎn)不僅極大的提高了效率，而且采摘質(zhì)量也得到了保證。 二類(lèi)特制# 第二章第二章 柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柑橘采摘機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 柑橘采摘機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成柑橘采摘機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成 為了實(shí)現(xiàn)柑橘果實(shí)采摘活動(dòng)，并在滿足工作條件的情況下有盡可能大的工作空間， 機(jī)械手必須滿足俯仰，旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)，所以機(jī)械手必須是多自由度的。圖 2-1 為其簡(jiǎn)易 結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 2-1 柑橘采摘機(jī)械手簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)示意圖 在圖 2-1 中，1 是控制計(jì)算機(jī)；2 是底座；3 是腰部；4

21、是大臂；5 是小臂。在采摘 過(guò)程中，機(jī)械手在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)腰部的旋轉(zhuǎn)，大小臂的俯仰將機(jī)械手的末 端定位到所需要采摘的柑橘位置，然后通過(guò)末端的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)果實(shí)的采摘。 2.2 柑橘采摘機(jī)械手的材料選定柑橘采摘機(jī)械手的材料選定 在柑橘采摘的整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中，由于機(jī)械臂并不需要受很大的力，為了更好的適 應(yīng)復(fù)雜的果園環(huán)境整體機(jī)構(gòu)盡量靈巧輕便，另外考慮到制造的成本問(wèn)題，綜上幾點(diǎn)， 選擇密度相對(duì)較低，但強(qiáng)度較高的鋁合金為制造機(jī)械手的材料。以下是幾種型號(hào)鋁合 金的性能參數(shù)表 2-1： 表 2-1 鋁合金性能參數(shù)表 牌號(hào)屈服強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度密度（20） 20243254702.82 50521951752.

22、72 50832111802.72 60612763102.73 70504555102.82 為了滿足機(jī)械臂對(duì)強(qiáng)度的要求以及盡可能的是機(jī)械手輕巧，優(yōu)先選牌號(hào)為 6061 的 鋁合金作為機(jī)械手的材料。 二類(lèi)特制# 2.3 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 2.3.1 機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定機(jī)械手大小臂長(zhǎng)度的確定 柑橘作為南方特有的一種常綠小喬木，樹(shù)高通常在近兩米左右。在果園種植時(shí)， 一般采取 46m 的種植間距，且經(jīng)過(guò)科學(xué)修剪，果實(shí)一般都結(jié)在距地面一米到兩米的 范圍之內(nèi)，如圖 2-2。在使用機(jī)械手實(shí)施采摘生產(chǎn)活動(dòng)者，為了能成功采摘到樹(shù)上的 果實(shí)，機(jī)械手必須滿足一定的尺寸要求。參考國(guó)

23、內(nèi)外果實(shí)采摘機(jī)械人的成功案列，先 大致確定機(jī)械手大臂長(zhǎng)度 L1=600mm,小臂長(zhǎng)度 L2=500mm 圖 2-2 果園柑橘種植 2.3.2 基于果園環(huán)境的機(jī)械手基于果園環(huán)境的機(jī)械手 CAD 模擬模擬 模擬原則：假設(shè)機(jī)械手是安裝在履帶式的行走機(jī)構(gòu)上，在采摘過(guò)程中，當(dāng)行走機(jī) 構(gòu)帶著機(jī)械手靠近果樹(shù)邊沿時(shí)，要使機(jī)械手能成功采摘到果樹(shù)上的所有成熟果實(shí)，在 腰部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定時(shí)，必須使其工作空間能夠覆蓋其半剖面，如圖 2-3。 二類(lèi)特制# 圖 2-3 果實(shí)分布圖 根據(jù)柑橘樹(shù)的徑冠具體參數(shù)，確定圖 2-3 中，A 點(diǎn)坐標(biāo)(1100，1000)，B 點(diǎn)坐標(biāo) (100，0)，C 點(diǎn)坐標(biāo)(1100，0)。 （單位

24、：mm） 模擬過(guò)程： （1）在 CAD 工作空間內(nèi)，先假設(shè)機(jī)械手的初始位置，大臂與橫坐標(biāo)軸的初始夾角 為零，小臂與縱坐標(biāo)的初始夾角為 60。 （2）初步假設(shè)關(guān)節(jié)處電機(jī)的轉(zhuǎn)角范圍均為 180，并以各關(guān)節(jié)處為原點(diǎn)，先以大 臂長(zhǎng)為半徑畫(huà)半圓即大臂的運(yùn)動(dòng)范圍。 （3）在大臂運(yùn)動(dòng)范圍，讓大臂繞原點(diǎn)（關(guān)節(jié) 1）逐次均勻轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，然后在 各個(gè)角度讓小臂繞關(guān)節(jié) 2 畫(huà)半圓(小臂運(yùn)動(dòng)范圍)，最后得出機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)范圍。 （4）將步驟三得出的機(jī)械手工作空間向上移動(dòng)一定高度(h=1000mm)，得出機(jī)械手 最終的總工作空間，圖 2-4。 二類(lèi)特制# 圖 2-4 機(jī)械手 CAD 模擬 結(jié)果分析：經(jīng) CAD 模擬

25、，機(jī)械手的最終工作空間，果 1ADKJEFCFEGHILHIH SSSS 實(shí)的分別空間。由上圖 2-4 可知，可完全覆蓋，所以桿長(zhǎng) 2AFHC SS 1 S 2 S L1=600mm,L2=500mm 滿足要求。 2.4 機(jī)械手關(guān)節(jié)處伺服電機(jī)內(nèi)嵌式創(chuàng)新機(jī)械手關(guān)節(jié)處伺服電機(jī)內(nèi)嵌式創(chuàng)新 進(jìn)幾年以來(lái)，隨著果蔬采摘機(jī)械手領(lǐng)域的飛速發(fā)展，目前市面上以及實(shí)驗(yàn)室已經(jīng) 研究設(shè)計(jì)了不少種類(lèi)的用于果蔬采摘的機(jī)械手，不過(guò)由于果蔬采摘機(jī)械手為小型機(jī)械 手而普通伺服電機(jī)普遍轉(zhuǎn)矩小而外形尺寸參數(shù)偏大，外加考慮經(jīng)濟(jì)的原因，所以很多 機(jī)械手關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)任就為傳統(tǒng)的伺服電機(jī)加減速增力裝置（減速器）外懸式的設(shè)計(jì)，如 圖 2-5?？墒?/p>

26、傳統(tǒng)的外懸式關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)不僅使機(jī)械手看起來(lái)變得不協(xié)調(diào)，更笨重，而且在 復(fù)雜的果蔬采摘環(huán)境中也容易成為障礙，不利于成功完成水果采摘，有違機(jī)械手需靈 活輕巧的基本原則。 二類(lèi)特制# 而如果能設(shè)計(jì)一種將伺服電機(jī)內(nèi)嵌于關(guān)節(jié)內(nèi)部的機(jī)械手，不僅可以大幅減小機(jī)械 手的體積使機(jī)械手整體看起來(lái)更加小巧精簡(jiǎn)，而且可以避免外懸的伺服電機(jī)在機(jī)械手 采摘過(guò)程中與果樹(shù)枝丫發(fā)生不必要的碰撞，即保護(hù)了伺服電機(jī)，又保證了機(jī)械手水果 采摘的順利進(jìn)行。 綜上考慮，本次設(shè)計(jì)著重點(diǎn)再設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)且伺服電機(jī)內(nèi)嵌式的關(guān)節(jié)在機(jī)械 手。 蘋(píng)果采摘機(jī)械手 西紅柿采摘機(jī)械手 圖 2-5 外懸式機(jī)械手 2.5 電機(jī)的選定電機(jī)的選定 2.5.1 電機(jī)

27、種類(lèi)的選擇選擇發(fā)電機(jī)種類(lèi)的選擇選擇發(fā) 在當(dāng)今的機(jī)械手領(lǐng)域，根據(jù)機(jī)械手在運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)方式的不同可大概的分為液動(dòng)， 氣動(dòng)，電動(dòng)式等幾大類(lèi)。而且每種類(lèi)型的機(jī)械手等都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。液壓式的機(jī) 械手通常都操作起來(lái)動(dòng)作平穩(wěn)且具有強(qiáng)大的抓舉力，一般用于執(zhí)行無(wú)法替代的繁重生 產(chǎn)活動(dòng)。不過(guò)液壓類(lèi)型的機(jī)械手由于液壓缸的加入普遍都比較笨重且對(duì)液壓缸等零件 的制造精度要求較高。氣動(dòng)式的機(jī)械手一般機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)較低，不過(guò)抓舉力一般較小 且難以進(jìn)行控制。而相對(duì)于前兩大類(lèi)專(zhuān)用型的機(jī)械手，具有較大驅(qū)動(dòng)力矩以、響應(yīng)速 度快以及靈活可控性的，綜合性能較強(qiáng)的電動(dòng)式機(jī)械手才是社會(huì)生產(chǎn)中使用最多最廣 泛的一種，它在械手領(lǐng)域占據(jù)了重要的

28、地位。 而在就目前所有的電動(dòng)式機(jī)械手中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)又分步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩大類(lèi)。 步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)通過(guò)將電流中的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)為角位移來(lái)工作的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)件，精度 由電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)決定且電機(jī)不具有過(guò)載能力；伺服電機(jī)也叫執(zhí)行電機(jī)，是一個(gè)將 電信號(hào)轉(zhuǎn)換成速度或者角位移輸出的閉環(huán)電器件，精度取決于編碼器的線數(shù)而且具有 較強(qiáng)的過(guò)載能力。在開(kāi)啟時(shí)，步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度慢并在運(yùn)行過(guò)程由于開(kāi)環(huán)控制會(huì)發(fā)生 過(guò)沖或丟步現(xiàn)象，而閉環(huán)的伺服電機(jī)不僅開(kāi)機(jī)響應(yīng)迅速，而且不會(huì)有這種現(xiàn)象發(fā)生， 二類(lèi)特制# 更利于精準(zhǔn)控制。 在水果采摘中，為了能成功采摘形狀不規(guī)則果樹(shù)上的果實(shí)，需要機(jī)械手能精準(zhǔn)的 定位并實(shí)施采摘，所以選擇驅(qū)動(dòng)方式為伺服

29、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2.5.2 電機(jī)規(guī)格的選擇電機(jī)規(guī)格的選擇 在使用機(jī)械手進(jìn)行柑橘果實(shí)采摘時(shí)，為了能準(zhǔn)確、高質(zhì)量的采摘到果樹(shù)上的果實(shí)， 機(jī)械手必須先通過(guò)大小臂以及旋轉(zhuǎn)底座協(xié)調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)一定角度將進(jìn)行最后柑橘采摘的執(zhí) 行末端移動(dòng)到果實(shí)位置，而要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，則要求各關(guān)節(jié)處的電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須要大于 各部件作用在各關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)矩總和。 大小臂連接處伺服電機(jī) 2 的選擇：在機(jī)械手進(jìn)行柑橘采摘過(guò)程中，為了使小臂能 實(shí)現(xiàn)自由俯仰，電機(jī) 2 必須克服小臂本身以及執(zhí)行末端對(duì)該關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行做功。 根據(jù)小臂桿長(zhǎng) L2=500mm，尺寸 d=60mm，壁厚=5mm，材料密度 =2.73g/cm3 ，假設(shè)機(jī)械手執(zhí)行末端重量為 m=

30、0.5kg 小臂體積為： 2 V 2222-43 2 ()(0.03 -0.025 ) 0.54.3 10VRrLm 則桿的質(zhì)量為： 2 m -43 22 4.3 102.73 101.17mVkg 則對(duì)大臂與小臂連接部分中心的扭矩為： 2 M mNLgm L gmM5.450.5100.525 . 0 1017 . 1 2 2 2 22 經(jīng)計(jì)算，為了滿足連接點(diǎn)所需的轉(zhuǎn)矩以及實(shí)現(xiàn)機(jī)械手內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)構(gòu)思，需 要選擇一款轉(zhuǎn)矩大于或等于 5.45且外形較規(guī)則，尺寸較小的伺服電機(jī)。不過(guò)傳統(tǒng)Nm 的伺服電機(jī)普遍轉(zhuǎn)矩都較小，一般都需要配合一定的減速增力裝置才能達(dá)到力矩要求， 而且考慮到傳統(tǒng)伺服電機(jī)的外

31、形尺寸都比較大且不規(guī)則，又比較笨重等，所以傳統(tǒng)的 伺服電機(jī)顯然不是用于內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)水果采摘驅(qū)動(dòng)的最佳選擇。而相對(duì)傳統(tǒng)的伺服電機(jī)， 完美的將伺服電機(jī)和減速器結(jié)合到一起的舵機(jī)不僅轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大，而且體積，質(zhì)量遠(yuǎn) 小于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)，是內(nèi)嵌式關(guān)節(jié)機(jī)械手的最佳選擇。再加上考慮到機(jī)械手機(jī)構(gòu)的 對(duì)稱(chēng)性設(shè)計(jì)，最終選擇舵機(jī) 2 的具體參數(shù)具體如下： 舵機(jī)名稱(chēng)：法蘭型機(jī)器人舵機(jī) 型號(hào)：UD-100F/100FD/100Fr 功率：30（w） 電壓：12V/24 輸出轉(zhuǎn)矩：10Nm 旋轉(zhuǎn)角度：180 輸出速度（空載）：0.20 秒/60 重量：575g 尺寸：外徑 64*85mm 具體尺寸圖如 2-6： 二類(lèi)特制#

32、圖 2-6 舵機(jī) 2 大臂底座連接處電機(jī) 1 的選擇：相對(duì)于電機(jī) 2 只需要克服小臂及執(zhí)行末端在關(guān)節(jié) 2 處的力矩外，位電機(jī) 1 不僅需要克服大臂在關(guān)節(jié) 1 處的力矩，而且還要克服連接大臂 的小臂以及執(zhí)行末端對(duì)關(guān)節(jié) 1 的力矩。 根據(jù)大臂桿長(zhǎng) L1=600mm，小臂桿長(zhǎng) L2=500mm，小臂質(zhì)量 m2=1.17kg，執(zhí)行末質(zhì) 量 m=0.5kg，電機(jī) 2 質(zhì)量 m 電 2=575g 大臂體積為： 1 V 2243 1 (0.030.25 ) 0.65.18 10Vm 則桿的質(zhì)量為： 1 mkgVm1.411073 . 2 105.2 3-4 11 則大臂對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 1 11 1.

33、41 10 0.34.23 2 D L MmgNm 小臂對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 2 221 ()1.17 10 0.60.60.259.95 2 D L MmgLNm 執(zhí)行末端對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 312 ()0.5 10 1.15.5 Z Mm gLLNm 電機(jī) 2 對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩： 221 0.575 10 0.63.45 JJ MmgLNm 對(duì)底座靜接觸點(diǎn)的總轉(zhuǎn)矩： 1232 23.89 ZDZJ MMMMMNm 舵機(jī) 1 的具體參數(shù)： 舵機(jī)名稱(chēng)：法蘭型機(jī)器人舵機(jī) 型號(hào)：UD-250F/UD-FD/UD-250FR 功率：65（w） 電壓：12V/24V 輸出轉(zhuǎn)矩：25Nm 旋轉(zhuǎn)

34、角度：180 輸出速度（空載）：0.24 秒/60 重量：1350g 二類(lèi)特制# 尺寸：外徑 88188mm 具體尺寸圖如 2-7： 圖 2-7 舵機(jī) 1 旋轉(zhuǎn)底部電機(jī) 3 的選擇:由于電機(jī) 3 的主要作用是為了擴(kuò)大機(jī)械手的工作空間，安 裝在機(jī)械手底部帶動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，使工作空間其由二維的區(qū)域面擴(kuò)大為三維的立體空 間。所以在運(yùn)行過(guò)程中，除了克服底部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)零件之間的摩擦和外部環(huán)境對(duì)機(jī)械手 的一些不定性阻力外，電機(jī) 3 并不需要受太大的力，所以電機(jī)對(duì)于力矩并沒(méi)有太大的 要求。而且由于電機(jī) 3 不像關(guān)節(jié)處電機(jī)需要考慮機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，所以不需要虛軸。綜 上選擇電機(jī) 3 的具體參數(shù)如下: 舵機(jī)名稱(chēng)：法蘭型

35、機(jī)器人舵機(jī) 型號(hào)：UD-250F/UD-FD/UD-250FR 功率:65（w） 電壓：12V/24V 輸出轉(zhuǎn)矩：25Nm 旋轉(zhuǎn)角度：360 輸出速度（空載）：0.24 秒/60 重量：1350g 尺寸：外徑 88188mm 具體尺寸如圖 2-8： 二類(lèi)特制# 圖 2-8 舵機(jī) 3 2.6 機(jī)械臂尺寸的設(shè)計(jì)機(jī)械臂尺寸的設(shè)計(jì) 2.6.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在根據(jù)所選的電機(jī)的具體 外形尺寸，以盡量使機(jī)械手輕巧，緊湊為原則，合理設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)處電機(jī)的放置與安裝， 然后根據(jù)電機(jī)放置的方式與安裝后的效果，設(shè)計(jì)大臂小臂分別與電機(jī) 2，電機(jī) 1 的連

36、接 部位。其初步設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖 2-6 下: 圖 2-9 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 2.6.2 機(jī)械手各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì)機(jī)械手各個(gè)零件的尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，設(shè)計(jì)優(yōu)化機(jī)械手的大臂，小臂，底座等各個(gè)零件的尺寸 參數(shù)，然后繪出零件圖 2-7。 二類(lèi)特制# 小臂 大臂 圖 2-10 零件圖 二類(lèi)特制# 第三章第三章 三自由度機(jī)械手的三維造型三自由度機(jī)械手的三維造型 3.1 機(jī)械手大臂的三維造型。機(jī)械手大臂的三維造型。 （1）打開(kāi) Pro/E 軟件，新建零件名稱(chēng) prt0001-dabi 并使用省缺模板，如圖 3-1。 然后選擇模板類(lèi)型為 mmns_part_solid，如圖 3-2。 圖 3-1 新建對(duì)話框

37、 圖 3-2 公制對(duì)話框 （2）大臂上關(guān)節(jié) 2 處的拉伸造型。點(diǎn)擊 進(jìn)行拉伸操作。先選定 FRONT 為拉伸平 面，然后根據(jù)零件的具體尺寸在 FRONT 平面上進(jìn)行草繪，圖 3-2。等確定草繪的內(nèi)容 跟零件的具體尺寸準(zhǔn)確無(wú)誤后，按 鍵結(jié)束草繪，并按鍵選擇進(jìn)行對(duì) FRONT 平面 對(duì)稱(chēng)的拉伸造型，最后確定拉伸長(zhǎng)度為 84mm，按鍵結(jié)束拉伸，圖 3-4。 圖 3-2 草繪截圖 圖 3-3 拉伸 （3）大臂關(guān)節(jié) 2 處多余材料的去除。選定相對(duì)應(yīng)的面為基面分別進(jìn)行草繪，然后 按鍵進(jìn)行去除材料，按鍵結(jié)束拉伸，具體過(guò)程如圖 3-4。 二類(lèi)特制# a b C d 圖 3-4 大臂關(guān)節(jié) 2 （4）螺栓孔的創(chuàng)建

38、。選擇拉伸平面為基面進(jìn)行直徑為 5mm 孔的草繪并按選擇去 除多余的線完成拉伸面的封閉，圖 3-5。然后按去除材料，最后按鍵結(jié)束拉伸，如 圖 3-6。 圖 3-5 草繪環(huán)境 圖 3-6 螺栓孔 （5）大臂主體部分的造型。運(yùn)用拉伸和去除材料完成長(zhǎng)為 500mm，直徑為 60mm,厚 度為 5mm 大臂主體的三維造型，如圖 3-7。 圖 3-7 大臂主體部分 （6）大臂處關(guān)節(jié) 1 處的造型。通過(guò)選擇或者創(chuàng)建不同的基準(zhǔn)面，運(yùn)用拉伸和去除 材料繼續(xù)完完善大臂的三維造型。其模型樹(shù)和最終結(jié)果如圖 3-8。 二類(lèi)特制# 模型樹(shù) 大臂 圖 3-8 3.2 機(jī)械手小臂的造型機(jī)械手小臂的造型 （1）同大臂三維造型

39、相似，根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖紙，通過(guò)選擇或創(chuàng)建不同的基面拉 伸出小臂的主體部分。 （2）通過(guò)拉伸去除材料除去主體的多余部分來(lái)完成小臂部分的造型。具體如圖 3- 9。 圖 3-9 小臂 3.3 機(jī)械手底座的造型機(jī)械手底座的造型 由于機(jī)械手底座部分設(shè)計(jì)的是一個(gè)以舵機(jī)為驅(qū)動(dòng)繞電機(jī)軸 360旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 所以其底座部分分為底座旋轉(zhuǎn)上部和底座固接下部。 底座旋轉(zhuǎn)上部造型: （1）按先去設(shè)計(jì)的具體尺寸用拉伸命令對(duì)底座旋轉(zhuǎn)上部主體進(jìn)行拉伸造型。 （2）通過(guò)選用以及創(chuàng)建 DTM1，DTM2， DTM3 等基面進(jìn)行多余材料的去除處理。如 圖 3-10 二類(lèi)特制# 圖 3-10 底座旋轉(zhuǎn)上部造型 底座固接下部造型:

40、 底座固接下部的造型過(guò)程與上部的造型相差不大，其主要過(guò)程也分為主體的拉伸 和多余材料的拉伸去除處理。其具體造型結(jié)果如圖 3-11 。 圖 3-11 底座固接下部 3.4 舵機(jī)的三維造型舵機(jī)的三維造型 由于舵機(jī) 1，舵機(jī) 2，舵機(jī) 3 均為設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)計(jì)算以及對(duì)比選定的標(biāo)準(zhǔn)器件， 不用自己做具體的設(shè)計(jì)，所以只需根據(jù)所選舵機(jī)的具體規(guī)格參數(shù)，運(yùn)用 Pro/E 對(duì)其進(jìn)行 三維造型即可。其過(guò)程大致一樣，具體為： （1）運(yùn)用拉伸工具對(duì)舵機(jī)進(jìn)行主體特征的三維建模。 （2）運(yùn)用倒角工具對(duì)舵機(jī)有要求的邊角進(jìn)行倒角。如圖 3-12。 舵機(jī) 1 舵機(jī) 2 舵機(jī) 3 圖 3-12 舵機(jī) 二類(lèi)特制# 第四章第四章 三

41、自由度機(jī)械手的裝配三自由度機(jī)械手的裝配 4.1 基于基于 Pro/E 的裝配簡(jiǎn)概的裝配簡(jiǎn)概 在 Pro/E 的工作環(huán)境中，機(jī)械系統(tǒng)的裝配過(guò)程一般相同，大致過(guò)程如圖 4-1 所示。 圖 4-1 裝配過(guò)程圖 在各個(gè)零件與零件或零件與組件的裝配過(guò)程中， 為了式最后的機(jī)械系統(tǒng)能達(dá) 到我們預(yù)計(jì)的運(yùn)動(dòng)要求， 需要先選擇合理的連接方式例如：銷(xiāo)釘，固接等，然后通 過(guò)創(chuàng)建與之相對(duì)應(yīng)的約束完成兩者之間的連接。 4.2 三自由度柑橘采摘機(jī)械手的裝配三自由度柑橘采摘機(jī)械手的裝配 根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程，分析零件的裝配過(guò)程為底座 電機(jī) 3旋轉(zhuǎn)腰部電機(jī) 1大 臂電機(jī) 2小臂 具體裝配步驟如下： （1）運(yùn)行 Pro/E，新建組件 a

42、sm0001 并去掉“使用省缺模板 ”的勾選，圖 4-2。然后選擇模板類(lèi)型 mmns_asm_design（公制），最后點(diǎn)擊確定進(jìn)入 裝配模式， 圖 4-3。 圖 4-2 新建對(duì)話框 圖 4-3 公制對(duì)話框 （2）點(diǎn)擊工具欄按鈕，按照裝配次序在工作目錄中選擇 第一個(gè)所需要添 二類(lèi)特制# 加的元件即旋轉(zhuǎn)底部，然后點(diǎn)擊打開(kāi)進(jìn)入裝配環(huán)境。 對(duì)于第一個(gè)裝配的零件，為 了使其達(dá)到完全約束狀態(tài)，需要在軟件左上角約束類(lèi)型工具欄里面選擇缺省，圖 4-4。 圖 4-4 省缺定義 當(dāng)指示零件約束狀態(tài)的狀態(tài)欄顯示零件已經(jīng)完成完全約束時(shí)，點(diǎn)擊確定按鈕 完成第一個(gè)零件即旋轉(zhuǎn)底部的裝配 ，圖 4-5。 圖 4-5 狀態(tài)顯

43、示欄 （3）按照機(jī)械臂的裝配次序 ，依次繼續(xù)選擇打開(kāi)添加之后 所需裝配的元件， 然后根據(jù)機(jī)械手進(jìn)行采摘活動(dòng)時(shí)各元件間的運(yùn)動(dòng)方式，合理的選擇各零件的裝配方 式。若元件之間 無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則 通過(guò)在放置中直接創(chuàng)建合理約束 ，例如配對(duì)，軸 對(duì)齊，相切等完成兩者間的裝配，如圖 4-6。 圖 4-6 定義約束對(duì)話框 若元件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)運(yùn)動(dòng)的方式在左上角用戶自定義欄選擇合理的 連接方式，圖 4-7。然后創(chuàng)建合理約束完成裝配，如圖4-8。例如在機(jī)械手關(guān)節(jié)處 由于要實(shí)現(xiàn)大小臂的俯仰，則選擇銷(xiāo)釘連接。 二類(lèi)特制# 圖 4-7 自定義欄 圖 4-8 約束對(duì)話框 （4）待所有的零件裝配完成，機(jī)械手的最終結(jié)構(gòu)

44、如圖 4-9 所示。 圖 4-9 機(jī)械手 二類(lèi)特制# 第五章第五章 三自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真三自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.1 基于基于 Pro/E 的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真簡(jiǎn)概的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真簡(jiǎn)概 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真是在完成所有零件的裝配，形成完整的機(jī)械系統(tǒng)后，在不施加外力， 不考慮元件間摩擦的理想條件下，通過(guò)添加動(dòng)力，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)副，定義運(yùn)動(dòng)參數(shù)等使 機(jī)構(gòu)能按預(yù)想的運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)行起來(lái)。而在用過(guò)Pro/E 對(duì)采摘機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿 真時(shí)，其主要工作是通過(guò)定義各旋轉(zhuǎn)軸處的參數(shù)，添加伺服電機(jī)以及設(shè)置各電機(jī)的 參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的規(guī)范運(yùn)行。 5.2 三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真三自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 5.2.1 進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊

45、進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊 運(yùn)行 Pro/E，單擊位于軟件運(yùn)行窗口最上方菜單欄里面的 “運(yùn)用程序”，選 擇二級(jí)菜單欄里面的 “機(jī)構(gòu)”，圖 5-1。完成進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊，如圖所示 5-2。 圖 5-1 應(yīng)用程序 圖 5-2 機(jī)構(gòu)樹(shù) 5.2.2 運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的設(shè)置運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)的設(shè)置 成功進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊后 ，為了限制兩不同 主體間的相對(duì)位置， 定義旋轉(zhuǎn)軸零位 置，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在規(guī)定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)， 需要開(kāi)始對(duì)機(jī)械手的各旋轉(zhuǎn)軸按運(yùn)動(dòng)要 求做具體的參數(shù)設(shè)置。 其具體過(guò)程為 ，先在機(jī)構(gòu)樹(shù)中選定需要設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸，右鍵 選定菜單欄中的 “編輯定義”，圖 5-3。然后進(jìn)入所選運(yùn)動(dòng)軸參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框， 二類(lèi)特制# 圖 5-4。 圖 5-3

46、 機(jī)構(gòu)樹(shù) 圖 5-4 旋轉(zhuǎn)軸對(duì)話框 5.2.3 伺服電機(jī)的添加伺服電機(jī)的添加 在機(jī)構(gòu)模式下，點(diǎn)擊工具欄伺服電機(jī)按鈕，選擇所需添加驅(qū)動(dòng) 的運(yùn)動(dòng)軸處 進(jìn)行伺服電機(jī)的添加，然后在伺服電機(jī)定義框中對(duì)所添加的電機(jī)進(jìn)行自定義。其具 體操作過(guò)程為：在類(lèi)型欄中點(diǎn)選 “運(yùn)動(dòng)軸”，圖 5-5；在輪廓欄規(guī)范項(xiàng)中選擇 “速度”，模項(xiàng)中選擇 “常數(shù)”，A 項(xiàng)中設(shè)置常數(shù) “10”，圖 5-6。 圖 5-5 伺服電機(jī)對(duì)話框 圖 5-6 輪廓定義對(duì)話框 5.2.4 初始條件的定義初始條件的定義 在旋轉(zhuǎn)軸參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中 ，編輯各個(gè)電機(jī) 的“當(dāng)前位置”為我們定義的初 始位置，按確定。然后點(diǎn)擊位于窗口上方工具欄拖動(dòng)元件的按鈕彈出拖動(dòng) 對(duì)話框，圖 5-7。單擊對(duì)話框里面的 “快照”生成“Snapshot1”。并關(guān)閉快照對(duì) 話框。繼續(xù)按打開(kāi)初始條件定義框 ，定義名稱(chēng)為 “InitCond1”并在快照項(xiàng)選擇 “Snapshot1”，按“確定”結(jié)束初始條件的定義 ，圖 5-8。 二類(lèi)特制# 圖 5-7 快照