食品物性仿生检测口腔设计.doc

摘要:食品物性仿生检测口腔是仿照人的口腔咀嚼运动来检测食物的硬度等参数。通过仿口腔咀嚼机器人的研究，研制能够完全再现人类咀嚼过程的仿口腔咀嚼机器人.该仿生机器人的口腔环境在温度、湿度、大小等各方面达到与真正人类的近似.仿生机器人口腔咀嚼运动模式也是模仿人类对不同物性食品的咀嚼模式.在做到运动方式和咀嚼环境与真正人类近似的基础上，为该仿生机器人口腔配置大量用于食品物性监测的传感器，实现对各类食品的咀嚼过程中的实时全程跟踪的物性智能化检测.同时进行逆向研究，研究不同物性的食品对咀嚼运动方式产生的影响，进而研究食品物性对牙齿健康、食品营养吸收的影响，为食品的加工制造提供理论数据，使得加工制造的食品更符合食用对象的口味、更有利于食用对象的牙齿健康，更有利于人们对食品的营养吸收.

该机器人是采用并联机构模型，并基于SPS型stewart模型而来。根据毕业设计课题的要求，完成对食品检测机器人机械部分的设计，并完成机械部分的二维图、三维图。建立三维模型和装配，并进行简单仿真，使机器人口腔完成所要求的动作；对机构进行运动分析，评估方案的可行性，并根据各个零部件的受力情况和各种环境的因素进行设计，对关键部件进行有限元分析；最后给出机构的工程图。

关键词：stewart；咀嚼运动；并联机构

目录

摘要

ABSTRACT

第1章   绪论-3

1.1 研究的目的和意义-3

1.2 设计题目的简要分析-3

1.2.1 食品检测机器人的主要用途-3

1.2.2 国内外的研究进展-4

1.2.3 本课题要达到的目的-6

1.3 应用前景-6

第2章 方案设计-7

2.1 平台结构-7

2.2 具体设计方案的确定-8

2.2.1 驱动装置-9

2.2.2 支架-9

2.2.3 动平台和静平台-9

2.3 重要零部件的工作原理-10

第3章   机构设计3.1 电机的选择-13

3.1.1 载荷的确定-13

3.1.2计算分配到各个杆件上的力-13

3. 1.3 伸缩量的确定-14

3.1.4 运动速度的确定-14

3.1.5 计算功率的确定-14

3.1.6 电机型号的确定-14

3.2 丝杠的设计-15

3.2.1 丝杠的转速-15

3.2.2 丝杠的参数计算-15

3.2.3 螺母的参数-16

3.2.4 电机扭矩的校核-16

3.2.5 螺旋传动许用压强的校核-17

3.2.6 丝杠拉压强度校核-17

3.2.7 压杆稳定校核-18

3.2.8 螺母强度校核-18

3.2.9 螺母和丝杠的零件图-20

3.3 齿轮的设计-21

3.3.1 载荷系数K的确定-21

3.3.2 齿形系数YFa 和应力校正系数YSa的确定-23

3.3.3 许用弯曲疲劳应力[σF]的确定-23

3.3.4 齿轮传动的校核-25

3.3.5 齿轮的参数-27

3.3.6 齿轮的零件图-28

3.4 滚动轴承的设计-29

3.4.1 小齿轮轴上的轴承设计-29

3.4.2 大齿轮上轴承设计-31

3.5 轴上键的设计-32

3.6 丝杠弯扭组合强度校核-33

3.7 滑动轴承的设计-34

3.7.1 滑动轴承受力分析：-34

3.7.2 宽径比的选择：-34

3.7.3 计算圆周速度（线速度）-35

3.7.4 计算轴承的工作压力-35

3.7.5 选择轴瓦材料-35

3.7.6 初估轴承的动力粘度-35

3.7.7 计算运动粘度-35

3.7.8 选定平均油温-36

3.7.9 选定润滑油牌号-36

3.7.10 计算动力粘度-36

3.7.11 计算相对间隙-37

3.7.12 计算承载量系数-38

3.7.13 确定偏心率-38

3.7.14 计算最小油膜厚度-38

3.7.15 确定粗糙度-38

3.7.16 许用油膜厚度-38

3.7.17 计算轴承与套筒的摩擦系数-38

3.7.18 查润滑油流量系数-39

3.7.19 计算润滑油温升-39

3.7.20 配合选择-39

3.7.21 总结-39

3.8 螺母与滑动轴承内径过盈配合计算-40

3.8.1 能传递力的最小压强-40

3.8.2 滑动轴承的强度条件-40

3.8.3 螺母的强度条件-40

3.8.4 过盈量计算-40

3.8.4 滑动轴承零件图-41

3.9 大齿轮轴的校核-42

3.10直线轴承的选择-42

3.11 伸缩杆强度的校核-43

3.12 联轴器选择-45

3.13 伸缩杆与螺母连接的螺钉强度校核-46

3.13.1 计算预紧力F0-47

3.13.2 计算危险截面应力-47

3.14 与球幅连接的销的强度校核-47

3.15 支架的设计-48

3.16 其他关键部件的有限元分析-50

3.17 其他关键零部件的零件图-52

第4章 运动分析及干涉计算-59

4.1 设定坐标系-59

4.2 运动反解举例-59

4.2.1 算法简介-60

4.2.2 极限位置的参数计算-64

4.2.3 一个工作过程中的运动方程-64

4.3 干涉计算-65

4.3.1 伸缩杆与动平台的干涉-65

4.4 根据轴颈与球副盖的干涉设计球副盖-67

4.5 球副盖零件图-69

4.6 运动仿真-69

参考文献-71

致谢-73