果蔬自动包装装置设计

王瑞

摘要

本着节约材料，安全，简便，高效，低成本的原则，在水果袋机械臂的设计基础上，完成了以下基本任务：在国外，已经提供了重要的数据库和设备关键部件的数据以及实验研究，课题主要研究设计了5自由度套袋机械臂，针对目前末端执行器的问题设计了一种可以通过气爪夹持果梗套袋包装的，灵活通用，满足需求。通过对课题的研究，进一步优化了套袋机器人的机械结构，提高了水果套袋机器人的通用性和套袋成功率，从而真正实现水果套袋的自动化和智能化。

关键词：套袋机械臂末端执行器三维建模

第一章  总体方案设计

1.1 方案设计要求

智能套装是一项极其繁复的系统工程，在天然条件下，水果往往会被树叶所遮蔽，难以辨识，而在人工摘心时，则要求具有高度智能的机械装置，能够避开树叶和树枝。此外，在采摘的时候，要注意对执行者的动作进行控制，防止对水果造成损伤。为了适应工作环境，合理地进行机械的结构优化，是目前我国研制的一种新型的智囊袋机器人。在未来，人们需要更多的自动化设备和更好的产品和更好的发展。

为更好地满足工业的要求，在设计过程中必须遵守下列几点：

(1)设计的主要目标是：仓库机械臂必须具备合理的作业范围，并具备较强的规避性能；

(2)在终端操纵机工作时，不得对果皮和果肉造成损害；

(3)不能将活动台和机械手工作。

（4）方便操作，简单容易上手；

（5）降低成本，提高利用率，方便普及。

1.2 总体设计方案

机械装置由移动平台、套袋机械臂、气动末端执行器等组成，采用车轮式移动机械臂，套袋机械臂采用自行研制的灵活机械臂，末端执行器采用气动机械指，将果梗切断，夹住果梗。该机由PLC进行控制，工作可靠，具有很好地抗干扰性。空气动力指针具有较高的反应能力，体积小，结构简单，维护和操作简单，可以利用卡住水果的卡紧来达到袋子的目的，具有很强的普适性，但是它的握紧力量很难准确地把握，而且在操作过程中会有一些噪声。

优势：当前最广泛、最成熟的运动机械，具有能量消耗少、负荷大、运动速度快、运转稳定、容易操作、机械结构简单、生产费用低廉、适应性好。

不利：与地表的接触面较少，较高的地线压力，不适合于泥浆或软质土地，在摩擦较低时，会产生滑动，粘合能力差。

第二章  套袋机械臂的设计

2.1 机械臂构型方案的选择

水果套袋式机械手的结构和结构必须依据其具体的操作条件和要求而确定，关节坐标式机械手主要由三个关节构成，即立柱、前臂和后臂，三个关节被称为腰、肩和肘关节，三个关节互相协作，将终端操纵杆运动到预定的地方，然后由手腕来控制操纵杆的运动，从而实现对植物的分离。由于其旋转接头多，因此承载力相对较低，但由于其承载力低，且其位置精度也不高，因此这种机械手被广泛用于袋装机器人。

2.2 机械臂结构设计

2.2.1 驱动方式及传动机构的选择

由于其具有高转速、高位置精确度、高随动性能、高输出功率等优点，不易被直接控制，多与减速器配套，适合中等负荷、高精度作业的机械手；而针对农用套袋机械，作业场所多在野外作业，不易安装水力或气动，而且在套袋时需要精确的定位，因此采用电动传动。本课题所研制的机械臂以电池为动力来源，本课题除了手腕与底座，其余皆以DC扭矩马达为动力。

针对需要低转速大扭矩驱动的水果套袋机械手，需要与减速机构配套，并将各种类型的减速机特性进行了对比，结果表明，除了底座以外，所有的铰链都采用了交流转矩电动机串联的形式。

2.2.2 机械臂本体材料的选择

机械手的材质必须符合设计的强度，选用密度小、强度大、惯性小的物料，以改善其机械特性。在确保刚性和高强度的基础上，底座及铰链为硬铝合金，机械手手柄为高强度的碳素纤维。其硬度超过一般钢铁的5倍，密度小于钢铁1/4，是当前应用最广的医疗设备和航天领域。

第三章  结论

本项目以一种新型的水果包装机器人为对象，进行了机械机构的设计与研制。本研究在对果梗进行分析的基础上，对常规的果梗进行了改进，提出了一种新型的利用气力钳制果梗和切断果梗的方法。针对目前末端制动系统中出现的问题，开发出一种采用气动钳将果实梗固定的包装袋，使其具有灵活性、通用性，能够满足使用的需求。在设计时，本项目选用了RBBBR五个自由度铰接式机械手，以改善其使用性能。本文重点介绍了水果套袋式机械手和末端执行机构的设计，并对其应用作了较大的改进，但其设计的合理性、稳定性和可靠性有待于改进。总之，对智能化果品套袋作业机器人的研制，对于我国的农用机械化、智能化发展具有十分积极的作用，未来果品套袋作业也必将走上市场。智能农机装备的发展方向和发展方向，将对我国农民的未来发展和农民增收产生重要的作用。

参考文献

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