目錄32196摘要 V25571Multi-functionaltrimmerdesign VI15027Abstract VI24151引言 360541.1研究背景和研究意義 3250711.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3142641.3主要研究?jī)?nèi)容 477092多功能修剪機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 5252482.1地形分析 5248782.2擬定工作路線 5101602.3多功能修剪機(jī)的設(shè)計(jì)要求 5231282.4多功能修剪機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 525022.5工作原理 6223913多功能修剪主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 79943.1修剪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 74763.2修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10294923.3視覺采集裝置 15160083.4農(nóng)藥噴灑裝置設(shè)計(jì) 1668863.5小車行走裝置的設(shè)計(jì) 16136744多功能修剪機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算 17222574.1修剪運(yùn)動(dòng)帶傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17244054.2傳動(dòng)主軸設(shè)計(jì) 20324324.3軸承的計(jì)算及選型 23145284.4鍵連接設(shè)計(jì) 24156425修剪機(jī)的三維設(shè)計(jì)與仿真分析 24265275.1修剪機(jī)主要零件的三維設(shè)計(jì) 2550665.2修剪機(jī)總裝配體的三維設(shè)計(jì) 27217045.3修剪機(jī)的靜力學(xué)仿真分析 28100446總結(jié)與展望 31321996.1總結(jié) 3196976.2展望 3210768參考文獻(xiàn) 331引言研究背景和研究意義研究背景在夏季果樹生長(zhǎng)速度較快，新生半木質(zhì)化徒長(zhǎng)枝的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)也較為旺盛，枝條之間呈現(xiàn)為交叉重疊REF_Ref3668\r\h[1]的狀態(tài)，整體較為密集，這會(huì)影響光照資源的吸收效果，也會(huì)分出一部分的營(yíng)養(yǎng)元素。多功能修剪機(jī)是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。主要運(yùn)用于山地的果樹枝條的修剪及雜草的修剪，用來加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中修剪果樹跟雜草的效率，減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負(fù)擔(dān)。多功能修剪機(jī)的原理是通過電機(jī)帶動(dòng)刀片來對(duì)果樹多余的枝條進(jìn)行修剪。通過設(shè)計(jì)出合理的功率來控制機(jī)器的修剪速度以便達(dá)到工作的最優(yōu)速率幫助農(nóng)民修剪果樹。機(jī)械化輔助農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)將會(huì)是未來的主流，通過機(jī)械解放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力是未來發(fā)展的方向，目前在山地地區(qū)我國(guó)這一方面仍有待提高。使用樹冠修剪機(jī)的修剪質(zhì)量,明顯要比工人搭梯使用傳統(tǒng)工具的修剪質(zhì)量好很多,REF_Ref3930\r\h[2]樹冠更美觀。因此設(shè)計(jì)出一款功能相對(duì)齊全、修剪操作簡(jiǎn)單、能夠?yàn)椴僮魅藛T省力的多功能修剪機(jī)就具備研究的價(jià)值和應(yīng)用前景?；诖搜芯勘尘跋拢菊撐拈_展了多功能修剪機(jī)的設(shè)計(jì)和研究。研究意義目前，我國(guó)對(duì)于山地果樹枝條修剪機(jī)的部分還是空缺，有一些還是使用人工上樹對(duì)樹枝進(jìn)行修剪，也有一些會(huì)使用握桿試割草機(jī)對(duì)果樹進(jìn)行修枝，但是面對(duì)一些高一點(diǎn)的果樹就會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闄C(jī)器的握柄高度不夠?qū)е滦藜舨怀浞中枰罄m(xù)人工進(jìn)行修剪的問題。這就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)生產(chǎn)效率低的問題。通過對(duì)現(xiàn)有的修剪機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出多功能修剪機(jī)。在原來的機(jī)器上增加可伸長(zhǎng)縮短握柄的設(shè)計(jì)，在面對(duì)較高的果樹時(shí)能夠通過調(diào)節(jié)握桿來調(diào)節(jié)刀片的高度對(duì)樹枝進(jìn)行充分修剪，同時(shí)設(shè)計(jì)有增大功率的開關(guān)，在面對(duì)較大的樹枝時(shí)能夠?qū)⑵湫藜粝聛?，使人力勞?dòng)強(qiáng)度降低，增加了修剪的效率，降低了勞動(dòng)量。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)于山地果樹修剪機(jī)目前由于地形問題還沒有出現(xiàn)能完全自動(dòng)化的大型修剪設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)外能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化修剪的多數(shù)是平地地區(qū)。在山地地區(qū)由于地形問題國(guó)內(nèi)多數(shù)都是使用人工操作小型機(jī)器或者人工對(duì)果樹進(jìn)行枝條修剪。在美國(guó)對(duì)山地的樹枝修剪是使用直升機(jī)搭載一個(gè)長(zhǎng)的電鋸對(duì)生長(zhǎng)過長(zhǎng)的樹枝進(jìn)行修剪，但這種修剪方式只適用于經(jīng)濟(jì)樹林，不適合用于果樹的修剪，且搭配直升機(jī)及大功率修剪設(shè)備成本過高不使用于我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)狀的果樹修剪機(jī)還是根據(jù)場(chǎng)合的需要進(jìn)行選擇。在平地地區(qū)能夠選擇自動(dòng)化程度較高的車載形樹枝修剪機(jī)，對(duì)于山地地區(qū)選用小型機(jī)器的樹枝修剪機(jī)。在全國(guó)范圍內(nèi)，從事園林機(jī)械研究的單位少、人員少、REF_Ref4119\r\h[3]成果少。中國(guó)修剪機(jī)械產(chǎn)業(yè)鏈的參與者越來越多，行業(yè)生態(tài)日趨完善。位于產(chǎn)業(yè)鏈中段的產(chǎn)業(yè)基金理財(cái)，與其它的修剪機(jī)相比，因?yàn)樗目蛻羧菏遣灰粯拥?，它的主要服?wù)目標(biāo)是母公司，因此，它的價(jià)值服務(wù)也更注重給母公司創(chuàng)造價(jià)值，也就是說，它能為母公司提供什么樣的機(jī)制和組織安排，幫助母公司進(jìn)行開放式創(chuàng)新，充當(dāng)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)和企業(yè)內(nèi)部機(jī)構(gòu)的緩沖地帶，它不僅能減少相互間的影響，而且還能通過吸收外部的技術(shù)資源，加速技術(shù)的商業(yè)化，減少企業(yè)創(chuàng)新的成本。與此同時(shí)，它還能為企業(yè)內(nèi)部的“創(chuàng)業(yè)”提供一條外部的商業(yè)化途徑，以此來激勵(lì)企業(yè)的“創(chuàng)業(yè)者”，并和外部資源方一起承擔(dān)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)。因此，在這些企業(yè)中，大型企業(yè)對(duì)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新修剪機(jī)的開發(fā)起到了至關(guān)重要的作用，在細(xì)分產(chǎn)業(yè)鏈上擁有絕對(duì)的話語(yǔ)權(quán)，但也正是這些大企業(yè)，才是目前修剪機(jī)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的動(dòng)力。主要研究?jī)?nèi)容(1)本設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)出一種比較適合果樹樹枝修剪的小型機(jī)器，以解決市面上已有的修剪機(jī)長(zhǎng)度不夠或者功率不夠?qū)е滦藜舨怀浞值膯栴}。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)多功能剪草機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，確定了多功能修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)布局形式和設(shè)計(jì)參數(shù)和需求，再對(duì)修剪裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力裝置和輔助機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，最終形成了本文所研究的多功能修剪機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。最后，在此基礎(chǔ)上，利用SolidWorks，對(duì)多功能切割機(jī)的主要零件進(jìn)行了三維三維建模設(shè)計(jì)和三維裝配體設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，采用Ansys軟件對(duì)多功能剪切機(jī)各部件進(jìn)行了數(shù)值模擬和計(jì)算，并對(duì)各部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用AutoCAD對(duì)多功能修剪機(jī)進(jìn)行了2D裝配圖的繪制，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，編寫設(shè)計(jì)說明。具體的研究?jī)?nèi)容如下列出。(1)本論文需完成了多功能修剪機(jī)的研究背景、研究的重要性、當(dāng)前的研究狀況，并制定了合適的研究?jī)?nèi)容和方法。(2)需完成修剪機(jī)整體設(shè)計(jì)的方案，對(duì)原先的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算和整理。(3)著重介紹了多功能修剪機(jī)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、整形機(jī)構(gòu)以及修剪機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和計(jì)算。(4)利用SolidWorks建立了機(jī)器的3D模型，并且使用軟件里面自帶的限元分析軟件Ansys對(duì)修剪機(jī)的主要受力傳遞連桿進(jìn)行靜力學(xué)仿真分析，根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)傳遞連桿進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。(5)在CAD中，主要零件和組裝件的平面工程圖紙的編制。(6)對(duì)所有設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行匯總，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。2多功能修剪機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)2.1地形分析兩廣地區(qū)多為丘陵山地，丘陵果園為了果樹栽種和管理方便，REF_Ref16155\r\h[4]通常開發(fā)成梯田形式。這也有利于修剪機(jī)的工作。2.2擬定工作路線以南部地區(qū)的荔枝樹園為例，梯田的寬度約為3m,側(cè)坡旁邊的高度約為1.5m,由于果樹將梯田分為內(nèi)外兩個(gè)部分，修剪機(jī)進(jìn)行工作時(shí)需要避開果樹的主要枝干，需要通過繞果樹一周修剪多余的樹枝完成作業(yè)。2.3多功能修剪機(jī)的設(shè)計(jì)要求目前修剪機(jī)可分為；按驅(qū)動(dòng)方式分為燃油式和電動(dòng)式兩種REF_Ref4331\r\h[5]。因?yàn)樾藜糁饕窃谑彝庾鳂I(yè)，所以有兩種不同的動(dòng)力方式可以選擇：一種采用直流電動(dòng)機(jī)+蓄電池；另一種選擇是選擇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。考慮到環(huán)保等因素,REF_Ref4406\r\h[6]故選擇第一種方案比較適合。根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)書和相關(guān)的參考資料，本課題中設(shè)計(jì)的多功能修剪機(jī)的設(shè)計(jì)方案要求如下：所設(shè)計(jì)的多功能修剪機(jī)要體現(xiàn)出修剪機(jī)的多功能性。根據(jù)果樹的樹枝韌性切割阻力還有雜草的切割阻力進(jìn)行分析，使得修剪刀輸入不同切割頻率，來修剪不同種類的植物。為了徹底清除雜草，需在修剪刀具出設(shè)計(jì)農(nóng)藥噴灑裝置。2.4多功能修剪機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)修剪機(jī)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、REF_Ref4491\r\h[7]工作機(jī)構(gòu)和輔助機(jī)構(gòu)組成。此次設(shè)計(jì)的多功能修剪機(jī)主要的結(jié)構(gòu)包括修剪機(jī)構(gòu)裝置三維建模、農(nóng)藥噴灑裝置、主體機(jī)構(gòu)裝置、視覺系統(tǒng)、傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)、行走裝置部位和控制系統(tǒng)。修剪刀具的刀片、刀刃角和刀具厚度都會(huì)影響到刀片的使用時(shí)間。刀片刃角相對(duì)過大或者過小，REF_Ref4560\r\h[8]均會(huì)降低割草機(jī)割草的效率。所以在功能上為了滿足修剪樹枝和雜草的要求，采用了多自由度機(jī)械手的裝置，使得該裝置能夠在空間內(nèi)不同位置自由切換不同的工作姿勢(shì)完成想要的修剪工作，修剪機(jī)運(yùn)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使修剪裝置更加的靈敏。修剪機(jī)構(gòu)片用連桿驅(qū)動(dòng)多功能帶動(dòng)單排修剪刀刃對(duì)果園樹枝進(jìn)行修剪，可用于多種類植物的修剪工作；整體材料簡(jiǎn)化，使用起來更加便捷，充分發(fā)揮了多功能修剪機(jī)的作業(yè)環(huán)境需要。在運(yùn)動(dòng)特性上采用越障輪事行走裝置，降低行走的裝置的復(fù)雜程度，又相比足式結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)它能夠更好的適應(yīng)于濕滑路面和復(fù)雜路面，通過性更好，從而極大的提升了其工作效率。修剪機(jī)工作原理主要包括五個(gè)運(yùn)動(dòng)方式：升降運(yùn)動(dòng)、伸縮運(yùn)動(dòng)、刀具組變形運(yùn)動(dòng)、REF_Ref4619\r\h[9]刀鋸?fù)鶑?fù)切削運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2.-1多功能修剪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖越障輪式行走小車；2-農(nóng)藥箱；3-底座；4-轉(zhuǎn)盤；5-大臂控制電機(jī)；6-大臂；7-工業(yè)相機(jī)；8-小臂；9-小臂控制電機(jī)；10-農(nóng)藥噴灑裝置；11-修剪刀具；2.5工作原理多功能修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)安裝在越障輪式行走小車上，主體機(jī)構(gòu)類似一個(gè)多自動(dòng)度的機(jī)械手，具有大臂的旋轉(zhuǎn)和抬升、小臂的旋轉(zhuǎn)和抬升以及手腕的旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，能夠使修剪刀在X、Y、Z立體空間內(nèi)任意第一點(diǎn)工作，小臂的旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠使連接在小臂上的修剪刀處于水平和垂直位置，水平位置可以滿足雜草的修剪，豎直位置可以滿足樹枝的修剪，可以改變修剪刀具的高低、左右位置，使得該裝置能夠在空間內(nèi)不同位置、采用不同姿勢(shì)完成修剪工作。行走小車上配備有農(nóng)藥箱，配合農(nóng)藥噴灑裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)雜草的二次清理。在小臂上安裝有高清CCD工業(yè)相機(jī)用于采集圖像，分析圖像中的荔枝樹、黃皮樹和雜草，將視覺信號(hào)傳遞給處理器，處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息的實(shí)時(shí)處理，區(qū)分出荔枝樹、黃皮樹和雜草，根據(jù)果樹的樹枝的切割阻力還有雜草的切割阻力來進(jìn)行分析，并將信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng),控制刀的切割頻率對(duì)荔枝樹、黃皮樹和雜草實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確修剪。工作原理及流程圖如圖2-2所示：圖2-2修剪機(jī)工作原理及流程圖3多功能修剪主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算3.1修剪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)修剪機(jī)構(gòu)主要由修剪刀具、傳動(dòng)連桿、電機(jī)以及帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其工作原理為由電動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)V帶傳動(dòng)向輸出轉(zhuǎn)盤傳送，驅(qū)動(dòng)連桿裝置設(shè)置在輸出轉(zhuǎn)盤上，驅(qū)動(dòng)桿的另一端設(shè)置有修剪刀具機(jī)構(gòu)。當(dāng)輸出圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，該連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)也隨之旋轉(zhuǎn)，而在另一端面上的修剪刀具機(jī)構(gòu)則進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)果園樹枝的修剪工作。如圖3-1所示圖3-1修剪機(jī)構(gòu)3.1.1修剪刀具的設(shè)計(jì)修剪機(jī)刀具的可靠性是指刀具在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，REF_Ref4710\r\h[10]完成要求功能的能力。表3-1是修剪刀具隨枝條直徑所受載荷變化的數(shù)據(jù)，其中Fn表示修剪刀具承受的法向受力，與自行小車機(jī)構(gòu)前進(jìn)的方向相反，F(xiàn)t表示修剪機(jī)構(gòu)修剪枝條時(shí)承受的切向受力。表3-1鋸切力隨枝條變化數(shù)據(jù)直徑（㎜）10203040法向力Fn4.541.896.0268.4切向力Ft1.426.630.430.7根據(jù)相關(guān)的參考文獻(xiàn)與多功能修剪機(jī)的產(chǎn)品調(diào)研可知，枝條的分布密度一般低于30%，排除新長(zhǎng)出的枝莖外，需要修剪的枝條經(jīng)一般分布在5mm-10mm之間，此處取枝條直徑最大直徑為10mm，修剪刀具的最大尺寸按照1m計(jì)算得：根據(jù)表3-1可分別計(jì)算修剪刀具的法向力和切向力，分別為：Fn=30×4.5=120NFt=30×1.4×2=84N≈90N使用橫截面積跟剪切力的關(guān)系來計(jì)算，為：F=10x?230在上述公式中x為果園修剪的橫向切割面積，代入10mm計(jì)算出修剪刀具的剪切力為556N。通過重新審視相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，我們觀察到修剪刀具的法向切削力Fn的范圍是（0.1-0.6）F。依據(jù)這一特定數(shù)值，修剪刀具所需的總鋸切力大致落在200N至1200N的區(qū)間內(nèi)，而在選擇修剪刀具時(shí)，所需的剪切力則是600N。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，修剪刀具結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2修剪刀具結(jié)構(gòu)圖3.1.2修剪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)本文設(shè)計(jì)的鋰電修剪機(jī)具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、切割效率高、重量輕等特點(diǎn)，REF_Ref4850\r\h[11]同時(shí)無需考慮排放問題。修剪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是修剪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來源，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在V帶的帶動(dòng)下做圓周運(yùn)動(dòng)，多功能修剪機(jī)構(gòu)的連桿機(jī)構(gòu)安裝輸出圓周的上面，由連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)修剪裝置進(jìn)行往反運(yùn)動(dòng)使刀片可以正常運(yùn)行，從而修剪果園樹枝。根據(jù)上面的計(jì)算，修剪刀具的切向力是600N，假定修剪刀具的往復(fù)旋轉(zhuǎn)速度是1米/秒，則修剪機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)功率為：P=FV1000η=600×11000×0.96=0.625kw考慮到傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，取總效率為0.98，安全系數(shù)取2，則修剪機(jī)構(gòu)的電機(jī)所需的工作功率為：PW=0.625/0.98×2=1.275kw。參考《電機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)》，此處可選擇型號(hào)為RQC-1.5/960型號(hào)的電機(jī)，其額定功率為1.5kW。3.1.3修剪機(jī)構(gòu)連桿設(shè)計(jì)在對(duì)皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、REF_Ref4945\r\h[12]鏈條傳動(dòng)及液壓傳動(dòng)等方式分析比較后。本論文中設(shè)計(jì)的修剪機(jī)構(gòu)的刀具需要在連桿機(jī)構(gòu)來的帶動(dòng)下使修剪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的修剪果園枝條的作業(yè)。修剪驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3修剪驅(qū)動(dòng)連桿3.2修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主體機(jī)構(gòu)類似一個(gè)多自動(dòng)度的機(jī)械手，具有大臂的旋轉(zhuǎn)和抬升、小臂的旋轉(zhuǎn)和抬升以及手腕的旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，能夠使修剪刀在X、Y、Z立體空間內(nèi)任意第一點(diǎn)工作，小臂的旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠使連接在小臂上的修剪刀處于水平和垂直位置，水平位置可以滿足雜草的修剪，豎直位置可以滿足樹枝的修剪，可以改變修剪刀具的高低、左右位置，使得該裝置能夠在空間內(nèi)不同位置、采用不同姿勢(shì)完成修剪工作。主體機(jī)構(gòu)由底座、大臂、小臂、轉(zhuǎn)盤以及步進(jìn)電機(jī)組成。主體機(jī)構(gòu)如圖3-4所示圖3-4修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)3.2.1底座機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)底座的主要功能是支撐和轉(zhuǎn)動(dòng)作用，因此對(duì)其剛度的需求非常重要，而在本設(shè)計(jì)中，底座的另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是要給機(jī)械手支撐裝置提供一個(gè)電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，這樣才能保證主框架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要的渦輪蝸桿件的安裝位置，同時(shí)也需要考慮為電機(jī)的安裝設(shè)計(jì)定位的位置。（1）底座腰部驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算底座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算: M驅(qū)=（J+在上式中:J-——在這里指的是相對(duì)底座的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N.cm.sJ1-——在這里是指電動(dòng)機(jī)對(duì)底座轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(N.cm.ω-在這里指的是底座在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的的角速度，單位rad/s；Δt-是指底座在動(dòng)過程花費(fèi)的時(shí)間，單位是(s);假定刀具機(jī)構(gòu)質(zhì)量為10kg，小臂部件質(zhì)量為5kg，大臂部件質(zhì)量為10kg，底座質(zhì)量為15kg，則底座部位相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下：J=假設(shè)底座轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為：ω=6底座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩為：M?（1）底座腰部驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型可以初步選擇底座機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為110BYG350D，該步進(jìn)電機(jī)帶剎車功能，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)剎車失電時(shí)就會(huì)自動(dòng)抱閘，REF_Ref5024\r\h[13]實(shí)現(xiàn)自鎖功能。該電機(jī)的剎車離合需要的電壓為24V，所需額定電流為1A，電動(dòng)機(jī)的扭矩則為20N·m，使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ji=19.8kg·cm2.，則施加在轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep其實(shí)是由兩個(gè)主要成分構(gòu)成的：首先，這是電機(jī)轉(zhuǎn)軸在其正常工作中所能承受的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt；其次，不容忽視的是，當(dāng)移動(dòng)部件因運(yùn)動(dòng)而傳遞至電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦阻力所轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)矩Tf。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載矩計(jì)算得：Tep=Tf+Tt（3-3）Tt計(jì)算公式為：Tt=GP上式中：P——導(dǎo)程值為6mm；G——為轉(zhuǎn)軸沿軸向方向所承受載荷。代入數(shù)值可算出Tt≈1.77N·m。則Tf計(jì)算公式為：Tf=μF在上式中：Ff=620N，摩擦系數(shù)μ=0.006，將其代入數(shù)值Tf=0.002N·m。因此等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tep計(jì)算得：Tep=1.77+0.002=1.772N·m（3-6）假設(shè)安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算得Tj=4×1.772=7.09N·m，因此上述選擇步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩為20N·m能夠滿足設(shè)計(jì)要求。在步進(jìn)電機(jī)初次以最大空載條件啟動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)軸會(huì)承受一個(gè)特殊的加速度轉(zhuǎn)矩Teq1并對(duì)其加速轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算：Tmax=2πJ上式中：Nm——可取值800r/min，電機(jī)加速最高轉(zhuǎn)速需0.4s。代入數(shù)值計(jì)算得：Tmax=2π×37.5×10摩擦轉(zhuǎn)矩計(jì)算為0.002N·m，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0.992N·m。電機(jī)上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1.772N·m，取安全系數(shù)K=4，其最終電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為Tj=4×1.772=7.09N·m，并選擇電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩為20N·m能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.2大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）大臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求大臂功能是支撐手部，推動(dòng)手部作空間運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂移動(dòng)的目標(biāo)是：使其機(jī)械臂以任意的姿態(tài)移動(dòng)到三維空間任意位置點(diǎn)上這樣才能滿足修剪工作要求。大臂的自由度為俯仰擺動(dòng)工作，主要依靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它的特點(diǎn)是具有較大的傳輸能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，具有較高的效率，較高的承載能力，以及較好的通用性。手臂部的設(shè)計(jì)有如下要求：1)臂部必須要有足夠的負(fù)載，足夠的剛度，足夠的重量。2)上肢的運(yùn)動(dòng)要有柔韌性。3)必須具有較高的定位精度。（2）大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型假設(shè)小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的重量：M2=5Kg，M3=10KgJ2=M2L42+M3L52=5×0.0972+10×0.1942=0.16kg.m2大臂速度為10r/min，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下：T=J×式中：T-旋轉(zhuǎn)開始時(shí)轉(zhuǎn)矩N.mJ–轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2ω?-角加速度rad/s使機(jī)械手大臂從ω0=0到ω1T1正在工作時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩假設(shè)：10N.m，安全系數(shù)取2，電機(jī)需最小轉(zhuǎn)矩：T01步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout1=選擇型號(hào)55BF003電機(jī)，這款55BF003型號(hào)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)具有較高的靜轉(zhuǎn)矩0.686N.m和精確的1.5°步距角。3.2.3小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電機(jī)選型主體機(jī)構(gòu)小臂擁有旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)兩個(gè)自由度，由于軸承原因，旋轉(zhuǎn)所需的靜轉(zhuǎn)矩比較小。分別設(shè)求兩臂及腕部繞自身質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JG1、JG2、JG3，對(duì)其平行軸定理得繞第一關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J1=JG1+M1L12+JG2+M2L22+JG3+M3L32其中：M1，M2，M3為負(fù)載10Kg，手臂1Kg，腕部4Kg；L1，L2，L3其長(zhǎng)度。JG1<<M1L12、JG2<<M2L22、JG3<<M3L32。J1=M1L12+M2L22+M3L32=10×0.1432+1×0.4452+4×0.5422=1.46kg.m2同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：M2=2Kg，L4=97mm；M3=4Kg，L5=194mm。J2=M2L42+M3L52=1×0.0972+4×0.1942=0.16kg.m2設(shè)小臂轉(zhuǎn)速ω2=15°/s，角速度從0加到ω2T2機(jī)械啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)假定為10N.m，取安全系數(shù)為2，電機(jī)需輸出最小轉(zhuǎn)矩：T01步進(jìn)電機(jī)應(yīng)輸出力矩為：Tout1=T01i?選擇型號(hào)55BF003電機(jī)，這款55BF003型號(hào)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)具有較高的靜轉(zhuǎn)矩0.686N.m和精確的1.5°步距角。3.3視覺采集裝置在修剪機(jī)小臂上安放有視覺采集裝置，采用高清晰度CCD攝像機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，同時(shí)將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥髦羞M(jìn)行快速處理，并將處理的信息傳遞給PLC,對(duì)果樹實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及精確化的修剪。該視覺采集裝置可以獲得更準(zhǔn)確的位置，從而提高了視覺觀測(cè)的準(zhǔn)確性。該視覺采集裝置和多功能修剪機(jī)組合在一起，可以很好地完成圖像的獲取、捕獲、識(shí)別和對(duì)信息進(jìn)行分析和處理，完成對(duì)修剪機(jī)的控制，輸入不同的切割頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)荔枝樹、黃皮樹和雜草實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確修剪。視覺采集裝置如圖3-5所示；圖3-5視覺采集裝置3.4農(nóng)藥噴灑裝置設(shè)計(jì)為了徹底清除雜草，行走小車上配備有農(nóng)藥箱，配合農(nóng)藥噴灑裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)雜草修剪之后的二次清理。該機(jī)構(gòu)主要由農(nóng)藥箱、輸藥管、農(nóng)藥噴灑器組成。農(nóng)藥噴灑裝置如圖3-6所示圖3-6農(nóng)藥噴灑裝置3.5小車行走裝置的設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的行走裝置采用越障輪式行走裝置，不僅降低行走裝置的復(fù)雜程度，而且相比足式結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)它能夠更好的適應(yīng)于濕滑路面和復(fù)雜路面，通過性更好，從而極大的提升了修剪機(jī)工作效率。可采用脈振方波高頻注入的方式實(shí)現(xiàn)割草機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)，確保電機(jī)全轉(zhuǎn)速運(yùn)行中轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的準(zhǔn)確性，REF_Ref5121\r\h[14]提高割草機(jī)電機(jī)在啟動(dòng)的平穩(wěn)。該機(jī)構(gòu)主要由后輪對(duì)裝置、安裝板、減速機(jī)、電機(jī)、前輪對(duì)裝置、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向電機(jī)組成，本次的行走小車裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-7所示：1-后輪對(duì)裝置，2-安裝板，3-皮帶，4-減速機(jī)，5-電機(jī)，6-前輪對(duì)裝置，7-轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，8-轉(zhuǎn)向電機(jī)圖3-7行走小車裝置結(jié)構(gòu)示意圖4多功能修剪機(jī)主要傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算4.1修剪運(yùn)動(dòng)帶傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1V帶設(shè)計(jì)計(jì)算確定計(jì)算功率Pca由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選工作情況系數(shù)為KA=1.3,得第三章修剪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)可知電機(jī)額定功率為1.5kW，便代入計(jì)算：Pca=KAP=1.3×1.5kW=1.95kW（4-1）上述公式中：Pca為計(jì)算功率，單位kW；KA為工作情況系數(shù)；P為V帶傳遞過程的額定功率，單位kW。選取V帶帶型根據(jù)計(jì)算功率并參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，此處選用Z型V帶。帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1并驗(yàn)算帶速v初步選取主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=71mm＞50mm，需驗(yàn)算V帶速度v計(jì)算得：v=πdd1n160×1000=3.14×71×284060×1000=10.552m/s<25m/s計(jì)算結(jié)果可知選V帶的速度未超過25m/s，初步選定數(shù)值合理。根據(jù)傳動(dòng)比計(jì)算式dd2=idd1，因此從動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2計(jì)算得：dd2=i1dd1=3×71=213mm（4-3）上述計(jì)算數(shù)值向上適當(dāng)圓整，可取d從動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑dd2=224mm。V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a計(jì)算查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式0.7(dd1+dd2)<a0<2(dd1+dd2),初步選定V帶的中心距為a0=400mm。則可計(jì)算V帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為：πdd2+dd12+dd2=〔2×400+Π×71+2242+71?224=1278mm查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-2，再根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可選V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為L(zhǎng)d=1250mmEQ，則可計(jì)算V帶的實(shí)際中心距a為：ld?ld021250?12782)mm=386mm驗(yàn)算小帶輪上的包角α1帶輪包角計(jì)算得：α1≈180°?EQ\F(（dd2-dd1）×57.5°,a)（4-6）=180?（224?71）該計(jì)算結(jié)果顯示主動(dòng)輪上的包角合適EQ。計(jì)算V帶的根數(shù)z由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知V帶根數(shù)計(jì)算公式為：z=Pca(P已知數(shù)值n0=2840r/min、dd1=71mm、i1=3，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可取值P0=0.5kW，△P0=0.04kW，Kα=0.93，KLZ=1.95×向上圓整V帶的根數(shù)可取z=2根計(jì)算預(yù)緊力F0V帶帶輪的預(yù)緊力計(jì)算公式為：F0=500Pca(2.5/Kα?1)/vz+qv2查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的V帶傳動(dòng)技術(shù)參數(shù)，取值q=0.06kg/m，帶入數(shù)值預(yù)緊力計(jì)算得：F0=[500×1.95×(2.5/0.95?1)/10.552×4+0.06×10.5522]N=44.37N作用在軸上的壓軸力Fp查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的（8–28），可得壓軸力計(jì)算公式為：Fp=2zF04.1.2帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算帶輪的材料選擇由本課題中設(shè)計(jì)的帶輪的圓周速度＜25m/s，得帶輪的材料可選用HT150鋼材質(zhì)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理制作而成。帶輪的結(jié)構(gòu)型式由上述計(jì)算結(jié)果可知大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1＜71×2.5=177.5mm，因此可以采用實(shí)心帶輪結(jié)構(gòu)。帶輪的基本結(jié)構(gòu)尺寸帶輪的結(jié)構(gòu)模型圖如圖4-1所示。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)帶輪的基本機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算然后再選取相應(yīng)的數(shù)值，如表4-2所示。表4-2V帶輪的輪槽尺寸表項(xiàng)目符號(hào)槽型Z基準(zhǔn)寬度（節(jié)寬）bd(bp)8.5基準(zhǔn)線上槽深hamin2.0基準(zhǔn)線下槽深hfmin7.0槽間距e12±0.3圖4-1小帶輪結(jié)構(gòu)示意圖帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算：Dd1=71mmd1=(1.8～da=dd1+2h=71+2×2=75mm大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算：d1'=(1.8～2)d'=36～40mm，可取d1′=38mmC'=(1/7～1/4)B=(1/7～1/4)×52=7.4～13mm，可取C′=10mm大帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2大帶輪結(jié)構(gòu)示意圖4.2傳動(dòng)主軸設(shè)計(jì)傳動(dòng)主軸的材料選擇綜合以上分析，從驅(qū)動(dòng)軸的特性出發(fā)，選擇45#鋼作為驅(qū)動(dòng)軸的材質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行了調(diào)質(zhì)。設(shè)計(jì)傳動(dòng)主軸共有3段，第1和第3段主要用于支撐軸承，支撐軸承的內(nèi)徑為20毫米，因此第1段和第3段主軸的直徑為φ12毫米，長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為160毫米；第2段主軸作為定位軸肩，直徑為20毫米，長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為20毫米。傳動(dòng)軸如圖4-3所示。傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核按照傳動(dòng)主軸的工作情況，其受力分析、彎矩圖和扭矩凸如圖4-4所示。圖4-3傳動(dòng)主軸結(jié)構(gòu)圖（a）受力圖（b)彎矩圖（c)扭矩圖圖4-4傳動(dòng)主軸的受力分析圖軸的最大彎矩出現(xiàn)在支撐軸承的作用點(diǎn)上，利用彎矩公式計(jì)算得：M=4×0.180=0.72N·m軸承所承受的全部扭矩均來自帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)所帶來的扭矩，根據(jù)扭矩公式得：0.754800=1.49N·m完成傳動(dòng)軸的扭矩與彎矩計(jì)算后，特別關(guān)注了軸徑最小的危險(xiǎn)截面。針對(duì)這一關(guān)鍵部位，進(jìn)行了詳盡的強(qiáng)度校核，旨在確保其能承受彎矩與扭矩的協(xié)同作用產(chǎn)生的綜合應(yīng)力，按照第三強(qiáng)度公式計(jì)算應(yīng)力，按照第三強(qiáng)度公式計(jì)算應(yīng)力。公式為：σca=σ一般情況下由于彎矩造成的彎曲應(yīng)力σ是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而通過扭矩造成的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ通常不是對(duì)稱的循環(huán)變應(yīng)力?？紤]這兩個(gè)應(yīng)力之間循環(huán)特性影響的不同，加入折合系數(shù)α，計(jì)算應(yīng)力的公式變?yōu)椋害襝a=σ當(dāng)截面為圓形時(shí)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ=TWT=T2W，彎曲應(yīng)力為σca=MW公式中：σcaT——軸的扭矩，N·mm；M——軸的彎矩，N·mm；W——軸的抗彎截面系數(shù)，mm圓軸的抗彎截面系數(shù)計(jì)算公式為：W=π試驗(yàn)軸所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是靜應(yīng)力，彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，所以取α=0.3，由公式中求得截面的抗彎及屋面系數(shù)：W=0.1d3=21600m將所算到的結(jié)果全部代入公式（4-10），得到彎曲扭轉(zhuǎn)合成強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力。計(jì)算過程如下：σ=(0.72×10σ?14.3軸承的計(jì)算及選型由前文設(shè)計(jì)計(jì)算可知，軸承安裝處的軸徑為d=20mm，其轉(zhuǎn)速n=650r/min，因此可選用圓錐滾子軸承，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇其型號(hào)為30208，該軸承的基本參數(shù)為d=20mm,D=40mm,B=8mm，基本額定動(dòng)載荷Cr以上述的軸承幾何數(shù)據(jù)，可分別計(jì)算得：圓周力：F徑向力：F軸向力：F則該圓錐滾子軸承主要受Fr和Fα的作用，當(dāng)量動(dòng)載荷P=X上述公式中X，Y分別表示徑向系數(shù)和軸向系數(shù)。由于：Fα因此當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算得：P該軸承的徑向基本額定載荷C計(jì)算得：Cr上述公式中：fp—表示載荷系數(shù)，可取fPrft—表示溫度系數(shù)，可取值fL?—表示基本額定壽命，預(yù)估壽命Ln—表示軸承的轉(zhuǎn)速，取值650r/min；ε—表示壽命指數(shù)，可取值軸承ε=10/3。將上述數(shù)值代入公式中計(jì)算得：Cr=(1×1239.44/1)(60×650×8000/1故所選軸承符合要求。軸承的使用壽命計(jì)算得：L?'4.4鍵連接設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中選用平鍵連接作為傳動(dòng)主軸與軸承的連接方式。分別選擇傳動(dòng)主軸第1段和第3段的平鍵尺寸分別為b×h×L=6mm×6mm×10mm、b×h×L=10mm×8mm×10mm。平鍵材料選擇為45#鋼，該材質(zhì)許用擠壓應(yīng)力為σ=100?120Mpa，取其平均值為σ=110Mpa。本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，傳動(dòng)主軸的連接點(diǎn)承受了極高的扭矩負(fù)載。為符合規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)傳動(dòng)主軸的鍵連接進(jìn)行了深入的強(qiáng)度分析。為了實(shí)現(xiàn)均勻載荷分布，我們運(yùn)用了精密的擠壓強(qiáng)度理論對(duì)平鍵連接進(jìn)行了詳盡的計(jì)算與分析：σ上述公式中：T表示轉(zhuǎn)矩（N·mm）；d表示軸徑（mm）；?表示平鍵的高度（mm）；l表示平鍵的工作長(zhǎng)度（mm）；σp將上述數(shù)值代入上述計(jì)算公式中，計(jì)算平鍵的擠壓強(qiáng)度值為：σp=4T/d?l=4×7.5×1由上述計(jì)算結(jié)果可知平鍵的擠壓強(qiáng)度小于材質(zhì)的許用擠壓強(qiáng)度值，選擇的平鍵能夠滿足設(shè)計(jì)要求。5修剪機(jī)的三維設(shè)計(jì)與仿真分析5.1修剪機(jī)主要零件的三維設(shè)計(jì)SOLIDWORKS是一款主流的三維設(shè)計(jì)軟件，由法國(guó)的達(dá)索公司開發(fā)，目前與Pro/E、Catia等三維設(shè)計(jì)軟件齊名，REF_Ref5233\r\h[15]均大范圍的應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中。SOLIDWORKS和UG三維設(shè)計(jì)軟件的操作方法類似，均包括三大功能模塊：零件建模、裝配體建模和工程圖建模，這三個(gè)部分是建模工作的核心。前2章分別對(duì)本論文修剪機(jī)的部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，涉及的主要部件包括驅(qū)動(dòng)底座機(jī)構(gòu)、越障輪式行走小車、修剪機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。使用SOLIDWORKS軟件對(duì)這些部件進(jìn)行了三維建模。（1）驅(qū)動(dòng)底座機(jī)構(gòu)：能帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行360°左右旋轉(zhuǎn)，使修剪機(jī)的作業(yè)范圍更加廣泛及更加靈活，能夠在復(fù)雜及狹小的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)作業(yè)。驅(qū)動(dòng)底座機(jī)構(gòu)三維模型如下圖5-1所示：圖5-1驅(qū)動(dòng)底座機(jī)構(gòu)三維模型（2）越障輪式行走小車機(jī)構(gòu)：是整個(gè)修剪機(jī)的行進(jìn)機(jī)構(gòu)，小車機(jī)構(gòu)裝載有越障式輪胎跟轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，能保障修剪機(jī)在復(fù)雜的山地地區(qū)正常行駛作業(yè)。越障輪式行走小車機(jī)構(gòu)三維模型如圖5-1所示：圖5-2越障輪式行走小車機(jī)構(gòu)三維模型（3）修剪機(jī)構(gòu)：修剪機(jī)構(gòu)是修剪機(jī)的最重要工作部位，通過蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)對(duì)樹枝及雜草進(jìn)行修剪，修剪機(jī)構(gòu)三維模型如圖5-3所示：圖5-3修剪機(jī)構(gòu)三維模型（4）修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)：修剪機(jī)主體機(jī)構(gòu)是整個(gè)機(jī)器最復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，能夠控制修剪刀的旋轉(zhuǎn)和伸縮運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還能控制修剪刀的角度。修剪機(jī)主體三維模型如圖5-4所示：圖5-4修剪機(jī)主體三維模型5.2修剪機(jī)總裝配體的三維設(shè)計(jì)在第3第4章中在計(jì)算和建模重要部件時(shí)，我們使用了SOLIDWORKS軟件來創(chuàng)建Assembly裝配體文檔。在此過程中，我們將所有設(shè)計(jì)的部件整合到裝配體界面，并在此界面中加入了適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和機(jī)械配合限制參數(shù)，從而產(chǎn)生了如圖5-5所示的完整裝配圖示。圖5-5多功能修剪機(jī)的總裝配體5.3修剪機(jī)的靜力學(xué)仿真分析（1）有限元仿真分析介紹有限元法作為一種以有限元法為主要手段的數(shù)值模擬方法，它的主要理論依據(jù)是有限元法?，F(xiàn)在有限元分析法(FEA)已應(yīng)用得十分廣泛。（2）AnsysWorkbench有限元分析模塊AnsysWorkbench仿真分析模塊自身攜帶有很多中分析類型，如靜力學(xué)仿真分析、疲勞分析、熱分析、模態(tài)分析等類型的分析。采用AnsysWorkbench模擬軟件進(jìn)行靜態(tài)模擬和模式計(jì)算兩種形式進(jìn)行研究。本文介紹了ANSYS軟件中的一些關(guān)鍵技術(shù)：(1)系統(tǒng)及部件級(jí)分析(2)多領(lǐng)域的全面分析(3)面向設(shè)計(jì)者的多場(chǎng)耦合(4)特殊行業(yè)及領(lǐng)域的需求分析(5)高級(jí)分析需求利用Workbench軟件對(duì)零件進(jìn)行靜態(tài)分析，通常要經(jīng)過三個(gè)主要步驟：預(yù)處理，求解，后處理。詳細(xì)的步驟包括以下7個(gè)主要的步驟，分析流程圖如圖5-6所示。（1）模型建立及處理（2）新建分析算例（3）添加材料屬性（4）定義約束和載荷（5）網(wǎng)格劃分（6）求解（7）結(jié)構(gòu)后處理（8）義約束和載荷圖5-6有限元分析流程圖由圖5-6可知，修剪機(jī)的修剪機(jī)構(gòu)要想實(shí)現(xiàn)高效、多角度的修剪作業(yè)，驅(qū)動(dòng)修剪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的傳遞連桿機(jī)構(gòu)的工作可靠性極其重要，因此本章選擇修剪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)桿機(jī)構(gòu)作為靜力學(xué)分析對(duì)象。前處理由于ANSYS工作臺(tái)本身自帶的3D造型能力相對(duì)較弱,而傳遞連桿機(jī)構(gòu)的形狀又比較復(fù)雜,因此,首先在Pro/E中建立傳遞連桿機(jī)構(gòu)的三維模型,并將其保存為IGES格式。之后,將IGES格式的傳遞連桿機(jī)構(gòu)三維模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench中REF_Ref5507\r\h[16],對(duì)傳遞連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。首先在AnsysWorkbench軟件中的StaticStructural模塊中創(chuàng)建靜力學(xué)分析算例，然后點(diǎn)擊設(shè)置材料，接著對(duì)輸入軸進(jìn)行前處理分析，利用自帶的DM模塊將SolidWorks軟件創(chuàng)建的修剪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)連桿以x_t格式導(dǎo)入到AnsysWorkbench中，并采用默認(rèn)的正四面體網(wǎng)格劃分輸入軸，得到的前處理結(jié)果如圖5-7所示，共劃分得到129845個(gè)網(wǎng)格單元。圖5-7傳遞連桿機(jī)構(gòu)的前處理結(jié)果有限元分析計(jì)算在進(jìn)行了網(wǎng)格劃分后，對(duì)傳動(dòng)桿進(jìn)行了分析和計(jì)算，在對(duì)傳動(dòng)桿進(jìn)行了必要的約束和受力后，點(diǎn)擊“運(yùn)行”，打開了有限元分析的計(jì)算程序。傳遞連桿機(jī)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算后處理結(jié)果圖5-8傳遞連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)力云圖圖5-9傳遞連桿機(jī)構(gòu)的位移云圖圖5-10傳遞連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)變?cè)茍D分析上述傳遞連桿機(jī)構(gòu)有限元靜力學(xué)分析結(jié)果，在工作過程中，它所承受的最大壓力是120.7MPa，最大位移變形是0.26毫米，而該機(jī)構(gòu)使用的是45#鋼，具有235MPa的屈服強(qiáng)剛度，所以在強(qiáng)度上，它不會(huì)發(fā)生屈服失效，而位移也是可以忽視的。從而得出了裁剪機(jī)驅(qū)動(dòng)桿在靜力和機(jī)械性能上的結(jié)論。6總結(jié)與展望6.1總結(jié)通過本輪的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以使我在學(xué)習(xí)了專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上鍛煉和鞏固自己