CN109673262B - 一种果实采摘末端执行机构的设计方法 - Google Patents
一种果实采摘末端执行机构的设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种果实采摘末端执行机构的设计方法,属于农业果实机械化采摘机械开发技术领域,本发明为了解决目缺少一套完善的果实采摘末端执行机构的设计方法的问题。根据果实的尺寸特性,结合果实采摘末端执行结构各部分之间的相互关系,推导出果实采摘末端执行结构各部分结构参数;设计方法简单,有效,能够将采摘果实的尺寸特性及采摘末端执行机构自身尺寸参数有效的结合起来,按照本方法设计出的末端执行机构结构紧凑、简单,采摘过程中不与果实直接接触,可进行连续采摘,采摘质量和效率高。本发明的一种果实采摘末端执行机构的设计方法可以使设计出的果实采摘末端执行结构能够最大限度的适应果实的尺寸特性。
Description
技术领域
本发明涉及末端执行机构的设计方法,具体涉及一种果实采摘末端执行机构的设计方法,属于农业果实机械化采摘机械开发技术领域。
背景技术
我国是世界上最大的果蔬生产和消费国,据统计2016年我国果园、蔬菜种植面积分别为1298.2万hm2和2232.83万hm2,果蔬产量稳居世界第一。而果蔬采摘是生产链中最为耗时、费力的一个环节。目前,国内多数果蔬采摘采用人工采摘,采摘费用约占成本的50%—70%。实现果蔬的机械化采摘,对于解决水果产业的劳动力不足、生产成本高、生产效率低等问题以及提高果蔬的市场竞争力等方面均有重要的意义。
果实分离过程是果实机械化采摘中重要的环节之一,果实的分离是通过果实采摘末端执行机构作用实现的。果实采摘末端执行机构是采摘机械最重要的组成部分,它对高质量、高效率的果实采摘有着总要的影响,果实采摘末端执行结构的设计一直是果实采摘机械研究的前沿性课题和研究热点,也是果实机械化采摘技术的核心内容之一。由于我国对果实采摘末端执行机构设计的研究工作起步较晚,以及国外在果实采摘末端执行机构设计方法上的技术封锁,使得国内的果实采摘末端执行机构大多处于仿制阶段。因此,构建一套完善的果实采摘末端执行结构设计方法,不仅可以弥补现有设计方法的不足,也将有利于提高果实的采摘质量和采摘效率,有利于降低果实采摘的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种果实采摘末端执行机构的设计方法,以解决目缺少一套完善的果实采摘末端执行机构的设计方法的问题。
一种果实采摘末端执行机构的设计方法,包括以下步骤:
步骤a,假设大剪切板参数;
步骤b,根据步骤a中大剪切板参数确定小剪切板参数;
步骤c,根据步骤a和步骤b中大剪切板参数和小剪切板参数确定小剪切板导轨参数;
步骤d,建立小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定小剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤e,确定小剪切板推板孔参数;
步骤f,确定小剪切板动力液压缸支座参数;
步骤g,确定大剪切板推板长度;
步骤h,建立大剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定大剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤i,确定大剪切板导轨参数;
步骤j,确定基座参数;
步骤k,确定大剪切板导轨长度;
步骤l,确定机械臂连接板及肋板参数;
步骤m,确定大液压缸底座及前支座参数;
步骤n,确定大剪切板推片参数;
步骤o,根据步骤a~步骤o中各零件参数,加工相应尺寸参数的零件,加工完成后进行组装。
优选的:步骤a中大剪切板导向边倾角:α1=45°,大剪切板导向边与剪切槽的夹角:α2=75°;大剪切板剪切槽宽度:式中,为果梗直径,单位mm;大剪切板两剪切槽外边最小距离:大剪切板两剪切槽外边最大距离:b=1.5Φ,式中,Φ为果实的最大直径,单位mm;大剪切板宽度:B1=3Φ;大剪切板厚度:z1=3~5mm;
步骤b中小剪切板顶角:α3=60°;小剪切板宽度:B2=b+5;小剪切板长度:L2=2Φ;小剪切板厚度:z2=z1;小剪切板推板宽度:小剪切板推板厚度:z3=z2;小剪切板推板高度:推板距后面的距离:L'3=0.1B3+5;小剪切板肋板长度:L4=L2-L'3-z3;小剪切板肋板高度:小剪切板肋板厚度:z4=z3;小剪切板两肋板之间的距离:
步骤d中小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式为:式中,η满足0≤η≤10,η∈N;根据初算的小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程L6选择确定液压缸型号,满足液压缸活塞杆最大行程大于L6,并确定活塞杆直径D'6,液压缸外径D6,液压缸体长度L'6,活塞杆伸出段长度L”6,液压缸缸体螺纹段直径D″6,缸体螺纹段长度L″′6。
步骤f中小剪切板动力液压缸支座高度:小剪切板动力液压缸支座宽度:B7=D6+26;小剪切板动力液压缸支座厚度:z7=z5;小剪切板动力液压缸支座长度:小剪切板动力液压缸支座圆孔直径:D7=D″6+2;小剪切板动力液压缸支座圆孔距底面的距离:
步骤h中大剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式为:根据初算的大剪切板动力液压缸活塞最大行程L9选择确定液压缸型号,满足液压缸活塞杆最大行程大于L9,并确定大液压缸缸体长度L'9,大液压缸缸体直径D9,大液压缸活塞杆直径D'9,伸出段长度L”9,大液压缸尾部定位销孔直径D″9,大液压缸尾部定位销孔壁厚z9。
优选的:步骤i中大剪切板导轨厚度:z10=z1+1;大剪切板导轨宽度:B10=z10+10;大剪切板导轨槽高:h10=z1+1;
步骤j中基座厚度:z11=z10+2;基座宽度:B11=B1+2z10+2;基座槽宽:B′11=B11-2×(B10+3)-10;基座槽高度:基座长度:L11=max(L'11,L′11),式中,L'11=Γ+10,
优选的:步骤k中定大剪切板导轨长度:L10=0.9L11;
步骤l中机械臂连接板宽度:B12=B11;机械臂连接板高度:h12=4h11;机械臂连接板厚度:z12=z11+2;机械臂连接板肋板高度:h13=h11;机械臂连接板肋板厚度:z13=z11;机械臂连接板肋板长度:
优选的:步骤m中大液压缸底座厚度:z14=z11;大液压缸底座长度:L14=D9+z14;大液压缸底座宽度:B14=z9+2z14+10;大液压缸底座高度:h14=D9+2;大液压缸前支座厚度:z15=z14;大液压缸前支座槽长度:L15=D9+2;大液压缸前支座槽高度:h15=D9+1;大液压缸前支座长度:L'15=L15+2z15+40;大液压缸前支座高度:h′15=h15+z15;大液压缸前支座宽度B15=L15;
步骤n中大剪切板推片底板长度:L16=B2+2(z5+1)+40;大剪切板推片底板宽度:大剪切板推片底板厚度:z16=z15;大剪切板推片立板长度:L'16=B16;大剪切板推片立板高度:大剪切板推片立板厚度:z'16=z16;大剪切板推片距大剪切板后边距离:大剪切板推片肋板高度:大剪切板推片肋板长度:L17=B16-z'16;大剪切板推片肋板厚度:z17=z16。
本发明与现有产品相比具有以下效果:
1、设计出的果实采摘末端执行结构能够最大限度的适应果实的尺寸特性,使采摘末端执行机构结构紧凑、简单,采摘过程中不与果实直接接触,可进行连续采摘,采摘质量和效率高;
2、根据果实的尺寸特性,结合果实采摘末端执行结构各部分之间的相互关系,推导出果实采摘末端执行结构各部分结构参数,设计方法简单,有效,能够将采摘果实的尺寸特性及采摘末端执行机构自身尺寸参数有效的结合起来,按照本方法设计出的末端执行机构结构紧凑、简单,采摘过程中不与果实直接接触,可进行连续采摘,采摘质量和效率高。
附图说明
图1是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构结构图。
图2是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构的仰视图。
图3是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大剪切板结构图。
图4是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构小剪切板部件图。
图5是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构小剪切板导轨结构图。
图6是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构小剪切板动力液压缸支座结构图。
图7是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大剪切板导轨结构图。
图8是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构基座结构图。
图9是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构机械臂连接板结构图。
图10是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构机械臂连接板肋板结构图。
图11是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大液压缸底座结构图。
图12是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大液压缸前支座结构图。
图13是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大剪切板推片部件图结构图。
图14是按照本发明设计方法设计出的果实采摘末端执行机构大剪切板与大剪切板推片装配位置关系图。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1至图3所示,本发明所述的一种果实采摘末端执行机构的设计方法,包括以下步骤:
步骤a,假设大剪切板参数;
步骤b,根据步骤a中大剪切板参数确定小剪切板参数;
步骤c,根据步骤a和步骤b中大剪切板参数和小剪切板参数确定小剪切板导轨参数;
步骤d,建立小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定小剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤e,确定小剪切板推板孔参数;
步骤f,确定小剪切板动力液压缸支座参数;
步骤g,确定大剪切板推板长度;
步骤h,建立大剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定大剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤i,确定大剪切板导轨参数;
步骤j,确定基座参数;
步骤k,确定大剪切板导轨长度;
步骤l,确定机械臂连接板及肋板参数;
步骤m,确定大液压缸底座及前支座参数;
步骤n,确定大剪切板推片参数;
步骤o,根据步骤a~步骤o中各零件参数,加工相应尺寸参数的零件,加工完成后进行组装。
进一步:步骤a中大剪切板导向边倾角:α1=45°,大剪切板导向边与剪切槽的夹角:α2=75°;大剪切板剪切槽宽度:式中,为果梗直径,单位mm,本实施例中a=1.4×5=7mm;大剪切板两剪切槽外边最小距离:c=2×5=10mm;大剪切板两剪切槽外边最大距离:b=1.5Φ,式中,Φ为果实的最大直径,单位mm本实施例中Φ=60,b=1.5×60=90mm;大剪切板宽度:B1=3Φ,B1=3×60=180mm;大剪切板厚度:z1=3~5mm,z1=3mm;
步骤b中小剪切板顶角:α3=60°;小剪切板宽度:B2=b+5,B2=90+5=95mm;小剪切板长度:L2=2Φ,L2=2×60=120mm;小剪切板厚度:z2=z1,z2=3mm;小剪切板推板宽度:小剪切板推板厚度:z3=z2,z3=3mm;小剪切板推板高度:推板距后面的距离:L'3=0.1B3+5,L'3=0.1×60+5=11mm;小剪切板肋板长度:L4=L2-L'3-z3,L4=120-11-3=106mm;小剪切板肋板高度: 小剪切板肋板厚度:z4=z3,z4=3mm;小剪切板两肋板之间的距离:
步骤d中小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式为:式中,η满足0≤η≤10,η=1mm;根据初算的小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程L6选择确定液压缸型号,满足液压缸活塞杆最大行程大于L6,并确定活塞杆直径D'6,液压缸外径D6,液压缸体长度L'6,活塞杆伸出段长度L”6,液压缸缸体螺纹段直径D″6,缸体螺纹段长度L″′6,选择液压缸型号为:ROB32×100,确定相关参数:液压缸活塞杆直径D'6=6mm,液压缸外径D6=32mm,液压缸体长度L'6=220mm,活塞杆伸出段长度L”6=30mm,液压缸缸体螺纹段直径D″′6=26mm,缸体螺纹段长度L″′6=20mm;。
步骤f中小剪切板动力液压缸支座高度: 小剪切板动力液压缸支座宽度:B7=D6+26,B7=32+26=58mm;小剪切板动力液压缸支座厚度:z7=z5,z7=3mm;小剪切板动力液压缸支座长度:小剪切板动力液压缸支座圆孔直径:D7=D″6+2,D7=26+2=28mm;小剪切板动力液压缸支座圆孔距底面的距离:
进一步:步骤g中大剪切板长度:L1=max(L'1,L”2),L1=max(572,460)=572mm,式中,L″1=Γ+10,式中,Γ为果实在果树上的分布纵深,单位mm;L″1=450+10=460mm,;
步骤h中大剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式为: 根据初算的大剪切板动力液压缸活塞最大行程L9选择确定液压缸型号,满足液压缸活塞杆最大行程大于L9,并确定大液压缸缸体长度L'9,大液压缸缸体直径D9,大液压缸活塞杆直径D'9,伸出段长度L”9,大液压缸尾部定位销孔直径D″9,大液压缸尾部定位销孔壁厚z9,选择液压缸型号:ROB40×200,确定相关参数:液压缸缸体长度L'9=380mm,液压缸缸体直径D9=40mm,液压缸活塞杆直径D'9=10mm,液压缸活塞杆伸出段长度L”9=50mm,液压缸尾部定位销孔直径D″9=20mm,液压缸尾部定位销孔壁厚Z9=10mm。
进一步:步骤i中大剪切板导轨厚度:z10=z1+1,z10=3+1=4mm;大剪切板导轨宽度,B10=4+10=14mm:B10=z10+10;大剪切板导轨槽高:h10=z1+1,h10=3+1=4mm;
步骤j中基座厚度:z11=z10+2,z11=4+2=6mm;基座宽度:B11=B1+2z10+2,B11=180+2×4+2=190mm;基座槽宽:B1'1=B11-2×(B10+3)-10,B′11=180-2×(14+3)-10=146mm;基座槽高度:基座长度:L11=max(L'11,L″11),L11=max(460,436)=460mm,式中,L'11=Γ+10,L'11=450+10=460mm,
进一步:步骤k中定大剪切板导轨长度:L10=0.9L11,L10=0.9×460=414mm;
步骤l中机械臂连接板宽度:B12=B11,B12=190mm;机械臂连接板高度:h12=4h11,h12=4×48=192mm;机械臂连接板厚度:z12=z11+2,z12=6+2=8mm;机械臂连接板肋板高度:h13=h11,h13=48mm;机械臂连接板肋板厚度:z13=z11,z13=6mm;机械臂连接板肋板长度:
进一步:步骤m中大液压缸底座厚度:z14=z11,z14=6mm;大液压缸底座长度:L14=D9+z14,L14=40+6=46mm;大液压缸底座宽度:B14=z9+2z14+10,B14=10+2×6+10=32mm;大液压缸底座高度:h14=D9+2,h14=40+2=42mm;大液压缸前支座厚度:z15=z14,z15=6mm;大液压缸前支座槽长度:L15=D9+2,L15=40+2=42mm;大液压缸前支座槽高度:h15=D9+1,h15=40+1=41mm;大液压缸前支座长度:L'15=L15+2z15+40,L'15=42+2×6+40=94mm;大液压缸前支座高度:h′15=h15+z15,h′15=41+6=47mm;大液压缸前支座宽度:B15=L15,B15=42mm。
步骤n中大剪切板推片底板长度:L16=B2+2(z5+1)+40,L16=95+2×(3+1)+40=143mm;大剪切板推片底板宽度: 大剪切板推片底板厚度:z16=z15,z16=6mm;大剪切板推片立板长度:L'16=B16,L'16=36;大剪切板推片立板高度: 大剪切板推片立板厚度:z'16=z16,z'16=6mm;大剪切板推片距大剪切板后边距离: 大剪切板推片肋板高度: 大剪切板推片肋板长度:L17=B16-z'16,L17=36-6=30mm;大剪切板推片肋板厚度:z17=z16,z17=6mm。
最后可根据上述步骤推导出的各零件尺寸加工相应零件,加工完成后可进行组装工作。
本实施方式只是对本专利的示例性说明,并不限定它的保护范围,本领域技术人员还可以对其局部进行改变,只要没有超出本专利的精神实质,都在本专利的保护范围内。
Claims (6)
1.一种果实采摘末端执行机构的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤a,假设大剪切板参数;
步骤b,根据步骤a中大剪切板参数确定小剪切板参数;
步骤c,根据步骤a和步骤b中大剪切板参数和小剪切板参数确定小剪切板导轨参数;
步骤d,建立小剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定小剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤e,确定小剪切板推板孔参数;
步骤f,确定小剪切板动力液压缸支座参数;
步骤g,确定大剪切板推板长度;
步骤h,建立大剪切板动力液压缸活塞杆最大行程公式,确定大剪切板动力液压缸活塞杆的最大行程,选择液压缸型号;
步骤i,确定大剪切板导轨参数;
步骤j,确定基座参数;
步骤k,确定大剪切板导轨长度;
步骤l,确定机械臂连接板及肋板参数;
步骤m,确定大液压缸底座及前支座参数;
步骤n,确定大剪切板推片参数;
步骤o,根据步骤a~步骤n中各零件参数,加工相应尺寸参数的零件,加工完成后进行组装;
所述步骤a中大剪切板导向边倾角:α1=45°,大剪切板导向边与剪切槽的夹角:α2=75°;大剪切板剪切槽宽度:式中,为果梗直径,单位mm;大剪切板两剪切槽外边最小距离:大剪切板两剪切槽外边最大距离:b=1.5Φ,式中,Φ为果实的最大直径,单位mm;大剪切板宽度:B1=3Φ;大剪切板厚度:z1=3~5mm;
步骤b中小剪切板顶角:α3=60°;小剪切板宽度:B2=b+5;小剪切板长度:L2=2Φ;小剪切板厚度:z2=z1;小剪切板推板宽度:小剪切板推板厚度:z3=z2;小剪切板推板高度:推板距后面的距离:L'3=0.1B3+5;小剪切板肋板长度:L4=L2-L'3-z3;小剪切板肋板高度:小剪切板肋板厚度:z4=z3;小剪切板两肋板之间的距离:
6.根据权利要求5所述的一种果实采摘末端执行机构的设计方法,其特征在于:所述步骤m中大液压缸底座厚度:z14=z11;大液压缸底座长度:L14=D9+z14;大液压缸底座宽度:B14=z9+2z14+10;大液压缸底座高度:h14=D9+2;大液压缸前支座厚度:z15=z14;大液压缸前支座槽长度:L15=D9+2;大液压缸前支座槽高度:h15=D9+1;大液压缸前支座长度:L'15=L15+2z15+40;大液压缸前支座高度:h1'5=h15+z15;大液压缸前支座宽度B15=L15;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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