能。全自动多功能去皮机应满足自动化程度高、去皮效率高、系统稳定、安全性能高等为前提,做到技术先进,结构巧妙、经济合理等。 一、全自动多功能去皮机应具有的性能要求: (1)方便的操作使用性能;
(2)系统的稳定性即运动平稳准确,能保证规定的运动精度;
(3)工作的可靠性即能根据功能要求完成既定的动作,且各动作应协调稳定; (4)结构简单,制造容易,成本低; (5)去皮效率高,能耗少; (6)减轻劳动强度,不污染环境; 二、去皮机械的具体目标及技术参数:
(1)设计全自动的水果夹具系统,完成水果的夹紧与松开。
(2)设计全自动的智能仿形刀架驱动装置,完成去皮的水平进给、垂直进给运动,并使削皮的厚度尽可能的均匀。
技术指标:功率0.8KW 速度150r/min
(3)设计Wifi远程控制软件,完成去皮机控制部份PC至单片机软件编写,摄像头、传感器等装备的应用。
(4)去皮机应能自动识别物体的大小等能力。
3.2全自动多功能去皮机的总设计方案
2.2.1全自动多功能去皮机的总设计如图所示:
该设计的目的是为了设计一台切屑水果皮的机器手人,利用高分辨率的摄像头识别水果表面,本文中的结构设计主要偏向于对机械手的设计。 去皮机械平台主要由以下几部分组成:
(1)手部(或称抓取机构) 包括手指、传力机构等,主要其抓取和放置物件的作用。 (2)传送机构(或称臂部) 包括手腕、手臂等,主要起改变物件方向和位置的作用。 (3)驱动部分 它是前两部分的动力,因此也称动力源,常用的有液压气压电力和机四种驱动方式。
(4)控制部分 他是机械手动作的指挥系统,由它来控制动作的顺序(程序)、位置和速度(甚至是速度和加速度)等。
(5)其它部分 如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等。
对于本设计而言,还具有智能系统,主要视觉装置,主要是在赋予机器人“眼睛”,运用一个摄像头,使它能识别物体,机器人的这些组成部分并不是各自独立的,或者说并不是简单的叠加在一起,从而构成一个机器人的。要实现机器人所期望实现的功能,机器
人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。 2.2.2全自动多功能去皮机的控制原理如图所示:
通过键盘控制客户端PC,把信号传递给单片机,当单片机接收到信号时做出反应,把信号继续传递给控制器,进而控制器通过电源的供电发出信号给电机,当电机接收到信号时,通过反馈给单片机,单片机再把信号反馈给客户端PC,通过摄像头识别水果,最后电机转动起来,实现水果的去皮动作。
第四章 去皮机各标准件的选择
4.1去皮机支撑架的选择
基座是整个机器人本体的支撑。为保证机器人运行的稳定性,采用两块“工”字形空心铝材作支撑。(如下图所示)
铝合金的特点:
1、采用加厚铝材和方型的结构,负重能力强。 2、铝合金不会生锈、变色、氧化,可以长久如新。
基座需要承受很大的负载强度能力,对其的设计分析要综合考虑其材料性能,制造工艺。采用铝合金制造支撑架,铝合金是利用各种合金之添加和轧延、锻压及不同等级之热处理制程,可产生之强度达HB250 - HB1670之间。 铝合金参数: 名称:3030L铝型材 材质:铝
单位质量:1.42kg/m 供货长度:100~6000mm
集合惯性: lx:9.25cm4 ly:9.25cm4 截面惯性: lx:4.86cm3 ly:4.86cm3
4.2 去皮机驱动方式的选择
该机器人一共具有六个独立的转动关节,连同末端机械手的运动,一共需要七个动力源。液压驱动:控制精度较高,输出功率大,可无级调速,反应灵敏,可实现连续轨迹控制,气动驱动:阻尼效果差,低速不易控制,难以实现高速、高精度的连续轨迹控制。电机驱动:能精确定位,反应灵敏,可实现高速、高精度的连续轨迹控制,伺服特性好,控制系统复杂。
机器人驱动系统各有其优缺点,通常对机器人的驱动系统的要求有: 1).驱动系统的质量尽可能要轻,单位质量的输出功率要高,效率也要高;
2).反应速度要快,即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大,能够进行频繁地起、制动,正、反转切换;
3).驱动尽可能灵活,位移偏差和速度偏差要小; 4).安全可靠; 5).操作和维护方便;
6).对环境无污染,噪声要小;
7).经济上合理,尤其要尽量减少占地面积。
基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求,本文选用直流伺服电机驱动的方式对机器人进行驱动。(如下图所示)
交流伺服电机特点
1. 工作可靠,对维护和保养要求低。 2. 定子绕组散热比较方便。
3. 惯量小,易于提高系统的快速性。 4. 适应于高速大力矩工作状态。 5. 同功率下有较小的体积和重量。
4.3 去皮机传动方式的选择
由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小,需要通过传动机构来增加力矩, 提高带负载能力。对机器人的传动机构的一般要求有:
(1)结构紧凑,即具有相同的传动功率和传动比时体积最小,重量最轻;
(2)传动刚度大,即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小,这样可以提高整机的固有频率,并大大减轻整机的低频振动;
(3)回差要小,即由正转到反转时空行程要小,这样可以得到较高的位置控制精度; (4)寿命长、价格低;
本文所选用的电机都采用了电机和摆线针轮减速器一体化的设计,结构紧凑,但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动,并且不降低控制精度,采用了摆线针轮减速器传动。
摆线针轮减速器原理:在输入轴上装有一个错位180度的双偏心套,在偏心套上装有两个滚柱轴承,形成H机构,两个摆线轮的中心孔即为信心套上转臂轴承的滚道,并由摆线轮与针齿壳上一组环行排列的针齿销相啮哈,以组成少齿差内啮合减速机构,(为了减少摩擦,在速比小的减速机中,针齿销上带有针齿套)。当输入轴带着偏心套转动一周时,由于摆线轮上齿廊曲线的特点及其受针齿壳上针齿销限制之故,摆线轮的运动成为即有公转又有自转的平面运动,在输入轴正转一周时,偏心套亦转动一周,摆线轮于相反方向转过一个齿差从而得到减速,再借助W输出机构,将摆线轮的低速自转动通过销轴,传递给输出轴,从而获得较低的输出转速。
摆线针轮减速器传动原理如下图所示: