李潤(rùn)娟 賈宇向

（河南廣播電視大學(xué)，河南 鄭州 450008）

1 設(shè)計(jì)方案

蘋果采摘機(jī)械手是直接作用于蘋果的。一般來(lái)說(shuō)，為了防止果實(shí)被碰傷，大多數(shù)的機(jī)械手的手指內(nèi)側(cè)都會(huì)采用尼龍或者是橡膠材料來(lái)接觸蘋果的。因?yàn)樘O果的外形，大小等條件，所以機(jī)械手的設(shè)計(jì)部分應(yīng)該仔細(xì)考慮尺寸，手指的關(guān)節(jié)數(shù)量等。

2 手指數(shù)量

蘋果的外形有時(shí)會(huì)因?yàn)楦鞣N外界原因而生長(zhǎng)得不規(guī)律，大部分外形相對(duì)比較規(guī)則的小型果實(shí)，會(huì)采用帶有吸盤的兩個(gè)手指用來(lái)直接抓取果實(shí)。相對(duì)兩個(gè)手指，3 個(gè)手指的收獲機(jī)械手在抓取果實(shí)的過(guò)程中它的穩(wěn)固性會(huì)更好地體現(xiàn)出來(lái)。若是采用4個(gè)手指的蘋果采摘機(jī)械手的話，它的效果會(huì)更好，但是對(duì)于控制方面會(huì)有點(diǎn)困難。機(jī)械手指的設(shè)計(jì)要求和蘋果果實(shí)的外形尺寸方面有著密切聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械手指的抓取效果與機(jī)械手指的數(shù)量成正比，但是隨著手抓的數(shù)量越多，它的控制也越來(lái)越難。這個(gè)時(shí)候就需要在這幾個(gè)條件中尋求一個(gè)平衡點(diǎn)了，根據(jù)需求本設(shè)計(jì)選取了4 個(gè)機(jī)械手指。

3 關(guān)節(jié)數(shù)量

一般來(lái)說(shuō)，蘋果形狀規(guī)則的，采用的是1 個(gè)關(guān)節(jié)手指的蘋果采摘機(jī)械手。但是與人類手指相似的手指，因?yàn)榭刂婆c材料相對(duì)比較麻煩，研究相對(duì)不是很多。蘋果的采摘機(jī)械手的原理是指尖通過(guò)類人類的肌肉組織與細(xì)軟鋼絲相連，在類人類肌肉收縮時(shí)，產(chǎn)生的拉力能夠讓指尖柔軟地彎曲。收獲蘋果機(jī)器手由于要控制其表皮不受到傷害，設(shè)計(jì)了四個(gè)機(jī)械手指，每個(gè)機(jī)械手指都有四個(gè)關(guān)節(jié)，通過(guò)控制繩的伸縮及其控制采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)，使手指彎曲成想要的形狀。

4 三維建模

軟件Pro-e 是美國(guó)PTC 公司旗下的產(chǎn)品Pro Engineer 軟件的簡(jiǎn)稱。在現(xiàn)今的三維軟件中有著非常重要地位，是當(dāng)今世界機(jī)械行業(yè)CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，得到機(jī)械行業(yè)的認(rèn)可和廣泛使用，是目前最成功的三維制圖CAD/CAM 應(yīng)用軟件之一。模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念是由Pro/E 第一個(gè)提出來(lái)的，還利用單一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理特征的相關(guān)問(wèn)題。此外，Pro/E 運(yùn)用模塊化的方式，用戶根據(jù)自身的需要選擇，而不用安裝全部的模塊。Pro/E的特征方法能夠?qū)a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程結(jié)合在一起，用來(lái)實(shí)現(xiàn)并行工程方案的設(shè)計(jì)。Pro/E 軟件不但能應(yīng)用在工作站上，而且也能應(yīng)用在單機(jī)中。Pro/E 應(yīng)用模塊的方式可以進(jìn)行產(chǎn)品的草圖繪制，零件制作和裝配設(shè)計(jì)以及加工處理等等，確保用戶按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。PRO-EENGLISH 的功能特點(diǎn)主要由以下幾個(gè)部分：具有完整的3d 建模功能，提高用戶的產(chǎn)品質(zhì)量和減小新產(chǎn)品的研發(fā)周期；模具設(shè)計(jì)，裝配指令和機(jī)床代碼能后自動(dòng)生成，生產(chǎn)效率高，技術(shù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，減少人為誤差；具有仿真和分析虛擬樣機(jī)的功能，從而優(yōu)化產(chǎn)品性能和產(chǎn)品設(shè)計(jì)；數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)能夠在適當(dāng)?shù)膱F(tuán)隊(duì)成員之間共享，避免重復(fù)地勞動(dòng)；可以與各種cad 軟件和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式兼容，文件的通用性高，有利于工作人員的技術(shù)交流和合作。三維建模軟件的版本為pro-e4.0，仿真軟件的版本也為pro-e4.0，但是高版本的pro-e 可以通過(guò)設(shè)置某些參數(shù)，在一定的條件下，將pro-e 創(chuàng)建的裝配圖或者零件圖以一定的方式導(dǎo)入進(jìn)去。為了保證這些零件在導(dǎo)入過(guò)程中的正確率，在pro-e 中造型是應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）盡量采用pro-e 中提供的缺省模塊。（2）在三維建模時(shí)要盡量減少零件的數(shù)量。如果不同的零件的相對(duì)位置是固定的，那么在不影響仿真效果的前提下，可以考慮將他們做成一個(gè)零件；（3）做好零件區(qū)別。在系統(tǒng)中如果存在幾個(gè)相同的零件時(shí)，應(yīng)將他們另存為不同的名字，以示區(qū)別。創(chuàng)建裝配體，需要在proe4.0 中創(chuàng)建機(jī)械手各個(gè)部件，包括活塞，手爪支架，手爪，連桿和刀片等各零件的三維圖，標(biāo)示所有零件及其對(duì)應(yīng)的名稱，將所有的零件圖pro-e 文件放置在一個(gè)文件夾中，以便于裝配的時(shí)候能夠快速準(zhǔn)備找到零件。在裝配模式下，采用不同的連接方式，包括匹配，對(duì)其等對(duì)元件進(jìn)行約束，放置相應(yīng)零件，并對(duì)零件之間的位置關(guān)系做出準(zhǔn)確的定位。在完成連續(xù)定義后，還可適當(dāng)增加一些約束，以便與在動(dòng)畫(huà)生成設(shè)定各約束的關(guān)鍵點(diǎn)，此類點(diǎn)在仿真的時(shí)候是可以捕捉到的點(diǎn)，有利于減少將模型導(dǎo)入后，設(shè)置約束著一塊的工作量。完成的裝配圖，并將其轉(zhuǎn)化為工程圖。根據(jù)蘋果采摘機(jī)械手的工程圖，對(duì)該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。其中大體組成從左向右分別是：活塞缸，連桿，手抓支架，手抓，刀片等零件。可以將其主要的工作原理概況為：將支架固定在行動(dòng)機(jī)構(gòu)中，行動(dòng)機(jī)構(gòu)完成整個(gè)機(jī)械手和蘋果相對(duì)位置的控制工作。當(dāng)機(jī)械手和蘋果具有正確的采摘位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手向蘋果靠近，與此同時(shí)，通過(guò)拉動(dòng)活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞前運(yùn)動(dòng)以使手指張開(kāi)。直到蘋果在機(jī)械手的包圍范圍內(nèi)，控制機(jī)械機(jī)構(gòu)是活塞向后以將手指合攏，實(shí)現(xiàn)蘋果的抓取。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸向精準(zhǔn)化，多樣化，規(guī)?；l(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力嚴(yán)重不足，隨著現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)逐漸向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域滲透，農(nóng)業(yè)技術(shù)的日趨成熟和現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人將越來(lái)越多地運(yùn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中去。

[1]郭翠珍，劉文芝，鄭洪靜.工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)仿真研究與實(shí)現(xiàn)[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，02.