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（优秀毕业全套设计）蔬菜自动嫁接机夹持机构设计（整套下载）

应电路得到触发信号，传送给单片机，单片机控制步进电机停止转动，因此蔬菜苗的茎杆锁定在激光发出的这条直线上，相当于坐标系中的轴为。而蔬菜苗夹进给方向与轴垂直，与激光束方向平行，即坐标系中的轴。当蔬菜苗茎杆挡住激光，与此同时单片机控制夹紧气缸伸长，使嫁接夹开始左右同步向中心夹紧，即向,轴平面原点夹紧，落入夹紧区域任何点的苗的位置趋于唯点，即原点。由于气缸的夹紧力和速度是可调的，所以不会对苗造成伤害。当苗木夹紧后切割刀片在切割气缸的推动下快速进给，呈度夹角斜刺向苗木，通过电机带动刀片实现高速切削。并且速度刀片的角度可调。同理，砧木嫁接夹也采用相同机构实现定位切削。由于接穗嫁接夹与砧木嫁接夹臂长可调，只要嫁接夹臂长相等，中心重合，那么旋转定的弧度就可以实现砧木与接穗自动对齐。即砧木嫁接夹的轴原点与接穗嫁接夹轴原点对齐。并且通过电磁铁辅助定位，实现精确对接。蔬菜自动嫁接机夹持机构是实现嫁接任务过程中最关键的机构之。由设计方案可知砧木夹持机构与接穗夹持机构完全样，不同的是砧木嫁接夹没有单独配备切削机构，因为增加切削机构，刀片的切削角度容易产生误差及增加系统控制复杂程度，所以采用同切削机构。实现切削的方法是当固定在穗木嫁接夹上的切削机构切完穗木后旋转定角度运转到砧木夹上方，使砧木嫁接夹的轴原点与接穗嫁接夹轴原点对齐。切割气缸快速进给，呈度夹角斜刺向苗木，通过电机带动刀片实现高速切除砧木。由于本设计主要研究的对象是蔬菜自动嫁接机的夹持机构，所以只对切削机构单独作简单介绍。.蔬菜嫁接机工作流程本设计蔬菜嫁接机的工作大致可分为步个循环，详见附录工作流程图。.夹持机构夹具设计夹具自由度计算要设计个能够夹持直径约大小的蔬菜苗机构，那么我们首先要考虑的是怎样设计出能够将定区域内的目标捕捉到我们希望的唯点机构，只有满足这样的条件才能够实现精确对接。如图所示，采用连杆机构同步进给，能够在定捕捉区域内严格保证夹具的中心点唯。夹具有运动机构个,其中有运动低副个,高副个,所以自由度为机构构成确定的运动。.夹持架.扁连杆.光敏接收头.夹苗夹具.激光头图夹持机构方案.图夹持机构方案原理图.夹具伤苗优化为保证达到夹持而又不伤害蔬菜幼苗的功能，我们需要考虑的是夹具在蔬菜茎杆上作用力的分布。由于蔬菜苗的茎杆相当脆弱，所以我们只有考虑增加夹具与蔬菜苗茎的接触面积以保证达到夹持而不伤害幼苗的目的。如图所示结构，通过改进采用交差夹合的办法来增加接触面积。橡胶夹头，粘贴板，夹具杆图夹持机构夹具示意图.夹具的捕捉范围的确定根据设计，传动带的设计的宽度为，蔬菜苗种植在高，直径的营养钵里面。为了提高嫁接的成活率，操作要求营养钵中的苗尽可能放在传送带的中心部分。虽然我们希望苗最好在夹持机构的中心。但是苗正好在夹持机构中心的可能性比较小，操作难度大。因此考虑到苗的放置误差要求允许苗有定的偏离范围，设计夹持机构的捕捉范围为。因为传送带宽为，所以即使苗偏离营养钵中心的方向与苗偏离夹持机构的方向距离叠加这种最坏的情况下也不会从传送带上掉下来。夹具的高度的确定瓜类砧木的最适嫁接苗龄是以第片真叶出现时为最佳，过于幼嫩的苗，嫁接时不易操作过老的苗，不仅中心髓腔大，接口也不易愈合。般苗的高度为至。由于苗的高度所限,所以这个嫁接操作应该控制在营养钵以上高的范围内。苗木特性分析由于苗木脆弱，特别容易折断，夹持苗木时夹持力不能太大，太大易导致苗木的损伤夹持力也不能太小，太小又不能满足夹持固定的要求。因此针对上述矛盾设计如下实验。试验名称黄瓜西瓜幼苗茎杆的压力承受试验试验目的为了研究蔬菜幼苗在不影响成活的情况下所能够承受的最大压力，从而确定在所设计嫁接机的嫁接过程中机械夹持力的大小范围。试验要求根据试验目标及专家建议，预设嫁接苗被压变形成厚度为自身直径的时为承压极限。主要设备器材天平，砝码，轻质铝合金板长，宽，重,在测量中忽略不计，尺子，放大镜试验条件本苗木茎杆的压力试验是在刚性较强铁质工作台和刚性较强铝合金板之间进行的。试验步骤及原始数据记录试验方法由于预先不能确定苗所能够承受的最大压力，所以采用如图的试验方法。图蔬菜苗茎杆压力承受试验意图.由于铝合金板的长度为，苗的直径约，所以形成的夹角相当小。当重力分布在中心时，苗所承受的压力约为重力的。在试验过程中我们逐渐加重作用在铝合金板中心的压力，我们发现苗的茎杆所能承受的压力远超乎我们的现象。直到最后我们把的重力完全压在铝合金板中心也没有达到苗所能够承受的最大的压力。试验方法二由于测量原理有误差，所以采用第二种试验方法。图蔬菜苗茎杆压力承受试验二意图.根据前面试验的经验积累，我们通过向左右两边烧杯添加水，由于水的重量使其接近临界状态，最终达到平衡以观察苗茎杆的受压情况。由于苗的茎杆受力物理特性具有般普遍性，所以只要对相关条件下部分苗进行试验就能发现它的般规律。具体试验数据如下表西瓜苗与黄瓜苗的抗压能力试验二对象苗茎高度直径生长状态承重量承重状态黄瓜苗.叶心根据试验目标及专家建议，预设嫁黄瓜苗.叶心黄瓜苗.叶心对象苗茎高度直径生长状态承重量承重状态黄瓜苗.叶心接苗被压变形成厚度为自身直径的时为承压极限。黄瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心备注根据试验目标及专家建议，预设嫁接苗被压变形成厚度为自身直径的时为承压极限。验结论与分析通过试验可知在西瓜苗与黄瓜苗在适合嫁接期茎杆的抗压基本在以上，重力转化成压力为.。夹具夹紧力的计算由上述实验可以得到嫁接苗能够承受的最大压力约为，由于夹具设计由四个方向的挤压得以夹紧嫁接苗。也就是说苗在对平衡方向上的最大受力约为，如图所示由力学分析可知，当苗承受的力时，夹具的夹紧力为。符合夹具的设计要求。因此确定夹具的夹紧力为。图蔬菜苗茎杆压力示意图.确定夹具的厚度及高度计算在夹持机构设计中，我们既要求两个夹持夹具之间的距离尽可能小，以保证苗的切削斜面尽量重合又要求在两个夹持夹具之间的距离尽可能大，以方便切削刀片在两个夹持夹具之间切削和包扎机构的包扎工作。所以在设计中要求在条件允许的情况下实现矛盾的统。切削刀片所占空间高度根据勾股定律可知当苗的直径为时，如果用刀将直径削成度斜切，那么斜切面的长度为。所以我们就可以确定，如果要将苗斜切断，至少刀片切削直径大于。根据设计，本设计刀片的长度为，其旋转直径达，远远满足切断的要求。当刀片长度确定后又由于苗的茎杆在被夹持状态下垂直于水平面，而刀片与苗的茎杆成到度角，所以刀片在旋转状态下的垂直高度为夹持夹具高度由于苗的最低高度为，所以要求整个夹持机构高度不大于。又因为切削刀片在两夹持夹具之间旋转，要求要有定的间隙，预计所留空间高度为。所剩的分配给两夹持夹具，两夹持夹具完全相同，即厚度为。夹持机构保持架设计夹持机构保持架是保证夹头精确工作的重要构件。嫁接机的宽度定位，且为对称结构。旋转柱的最大直径为，除去保留空间，将保持架的整体长度为。如图所示夹具连杆长度计算驱动力由实验可知夹具的加持力即为构件的驱动力，为。夹具阻抗力夹具夹紧嫁接苗，且要阻止穗木落下。.光敏二极管安装孔夹具安装孔，.激光器安装孔，.气缸固定孔，.连杆滑槽，.连杆销轴滑槽图夹持机构保持架.摩擦力计算根据摩擦力计算公式式中为当量摩擦系数。图夹持机构方原理图.由于保持架滑槽可变，夹具杆采用铆钉连接也可变长短，在可变范围内都可采用，因此根据构成四杆机构杆长条件式中为最短杆长为最长杆长综上所述计算求得连杆长度为。夹具杆长度计算和确定根据设计,嫁接机的宽度为，且两边是对称结构。因此夹具杆有四个，并且要留有的加持苗的空间。因此初步定夹具长度为夹具杆要构成机构运动，上面已经可以确定不能小于，留有伸缩空隙最后确定夹具杆长为。.夹具运动结构完善和优化苗木夹具材料优化上述试验苗木茎杆的压力试验是在刚性较强铁质工作台和刚性较强铝合金板之间进行的。由于弹性较差，几乎没有形变，对苗的损害大。所以考虑采用编号为弹性较好的工业用橡胶材料制作夹持夹具。该材料具有定的弹性，相对刚性材料极大地提高了苗的临界破坏压力值，且橡胶可以注塑成型，相对于机械加工而言大大降低了材料成本和加工成本。但是本优化方案由于试验条件限制，没有相关数据，只能根据橡胶材料具有弹性的特性预计压力趋势。但是为了尽可能了解弹性特性在嫁接中的作用，在前面两个试验的基础上采用加夹.的泡沫塑料实现缓冲。具体试验数据如下图蔬菜苗茎杆压力承受试验三示意图.试验结论与分析通过试验可知在西瓜苗与黄瓜苗在适合嫁接期茎杆的抗压基本在以上，重力转化成压力为.。而在增加.泡沫塑料做缓冲后其抗压能力达以上，增大了近倍，这对于机械嫁接有着重大的作用。根据设计夹头厚度为。而试验板宽为，所以夹具的最大夹持为表西瓜苗与黄瓜苗的抗压能力试验三对象苗茎高度直径生长状态承重量承重状态黄瓜苗.叶心根据试验目标及专家建议，预设嫁接苗被压变形成厚度为自身直径的时为承压极限。黄瓜苗.叶心黄瓜苗.叶心黄瓜苗.叶心黄瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心西瓜苗.叶心苗木夹具结构优化如果将夹具整体用材料制作那么该夹具的弹性太大，影响定位的精确性能且与夹具保持机构的摩擦很大。所以根据这种情况优化设计方案，将夹具分成夹具头和夹具杆两部分。夹具头形状复杂，要求有弹性。根据金属材料特性选择天然橡胶作为夹具头材料。主要性能弹性极大，有非常好的机械强度，抗折耐磨耐挠曲，有较好的耐透气性，可塑性和工艺加工性能良好。广泛用于轮胎胶带胶管胶鞋及其他橡胶制品以及电线电缆的绝缘层。夹具杆形状相对简单，要求有较好的形状保持能力及较小的摩擦系数，所以选用圆钢及铁板焊接制造。夹具整体是由夹具头和夹具杆粘接在起构成的。当夹具头因磨损或变形不能工作时还可以很方便地更换夹具头。图蔬菜苗茎杆夹具头示意图.图蔬菜苗茎杆夹具杆示意图原动件驱动方案设计夹具中的原动件的运动形式是直线运动，完成这个运动，有多种设计方案。直线电机驱动方案。直线电机是种新型电机，它可以直接输出直线运动。但是这种方案所使用的电机成本太高，不宜使用。齿轮齿条驱动方案。这种方案也能够很方便地实现直线运动，但是电机夹紧力刚性太大，并且占空间不利于嫁接过程中的对接和包扎。螺纹传动方案。螺纹传动件可以把回转运动转变成直线运动，但是由于具有自锁特性，不能良好反馈夹持力的大小，容易压坏幼苗，且由于螺纹自锁时传动比较小，运动速度太慢，不宜采用。气压驱动方案。气压驱动能够很方便地实现直线住复运动，并且由于气体具有压缩特性，随着压力的增大到定范围后能够达到平衡。元件结构简单．紧凑，易于制造。这种特性对嫁接非常有利而且节省空间设计制造成本不是很高，因此采用该方案。为保证原动杆最短长度尽量小而且便于齿轮齿条的传动，所以将驱动电机主轴垂直于齿条杆放置。电动机输出的动力经过减速器减速，带动齿轮驱动齿条上下运动。气动工作原理图如附录二。.气动元件选择气缸系列微型气缸，按日本产品的性能及外观尺寸设计，采用不锈钢筒，活塞及密封件采用进口件，端盖和缸筒之间采用滚压连接。本设计采用型不锈钢迷你缸复动型气缸，产品的动作形式是复动型内径为行程为使用压力范围为.，最大压力为保证