论文摘要
随着农业机械化程度的提高使得农业机械的应用范围越来越广,油菜钵苗以其独特的优点在油菜种植中的应用越来越多。如何利用机械手夹取钵苗,并减小对钵苗的伤害,成为钵苗移栽中亟待解决的问题。可以根据需要和抓取物的物理特性来设计机械手爪。油菜苗的茎杆是生物体,其组织在较大压力下易遭破坏。油菜苗的夹取手爪设计时,如果夹持力过大,将直接破坏油菜苗茎杆组织,降低钵苗的成活率,给钵苗栽植带来巨大损失,因此研究油菜苗茎杆的力学特性很有必要。利用TA-XT2i物性仪可以很方便地测得油菜苗茎杆的抗压极限力,为机械手爪的设计提供有力的理论依据。手部是机械手直接抓取和握紧工件进行操作的关键部件,手部结构的设计,要符合实际应用的角度。选择外夹钳式、连杆杠杆回转型机械手是因为在手部结构形式中,它结构简单、控制方便、可靠性高。通过传动比和传动效率的计算分析,揭示出机械手的驱动力与机械手夹持力的传动比例,使得选用动力源时更好的与设备匹配,同时也为机械手的其他结构参数的确定提供了设计依据。设计操作机械手的手部机械结构,使用PRO/ENGINEER对手部进行了三维建模和装配。根据取苗手爪的工作原理和要求,确定机械手手部的机械传动系统。滚珠丝杠副具有摩擦损失小、传动效率高、运动平稳、具有传动的可逆性等特点,广泛应用于机电一体化系统中。从结构、主要尺寸、轴向间隙调整与预紧方式、支撑方式选择合适的滚珠丝杠副,并为机械手爪传动选择合适的滚珠丝杠,力求充分发挥滚珠丝杠副的传动性能、减小设备体积。驱动元件是为机电一体化系统提供动力的装置,它种类繁多,其中电气执行元件具有通用性强、操作简便、易于控制器件间的连接、响应快、动力较大、无污染的特点,所以应用广泛。步进电机具有可直接接受脉冲信号控制、误差小而且不累积的优点。文章介绍了步进电机的种类、选用步进电机的基本原则:基本参数、性能特点、工作原理、驱动方法等,并给出详细的计算过程。为研究机械手爪的工作情况,将该手部置于一个五自由度的机械手上,建立五自由度机械手笛卡尔坐标系,推导出该机械手的正、逆运动学矩阵方程,并研究了正、逆运动学方程的解,为更深入地研究机械手的动力学和控制问题提供了理论基础。