五自由度机械手臂功能原理设计与仿真
基于MATLAB五自由度机械手运动学仿真分析
基于MATLAB五自由度机械手运动学仿真分析五自由度机械手是一种具有五个独立自由度的机械装置，可以实现复杂的姿态和路径规划。
为了研究其运动学特性，可以使用MATLAB进行仿真分析。
本文将基于MATLAB对五自由度机械手的运动学进行仿真分析，包括直接运动学和逆运动学。
首先，我们需要定义机械手的结构和参数。
五自由度机械手通常由五个关节连接而成，每个关节的旋转角度可以通过电机控制。
我们可以使用DH参数建立机械手的运动学模型，在MATLAB中定义每个关节的DH参数。
DH参数包括关节的长度、偏移、旋转角度和连接方式等。
在定义了机械手的结构和参数之后，我们可以进行直接运动学分析。
直接运动学是指根据机械手的关节角度计算末端执行器的位置和姿态。
在MATLAB中，可以使用正运动学算法根据给定的关节角度计算末端执行器的位置和姿态。
这个过程可以通过建立运动学模型和坐标变换矩阵实现，在MATLAB中可以使用符号计算工具箱对模型进行符号计算，得到末端执行器的位置和姿态的闭式解。
接下来，我们可以进行逆运动学分析。
逆运动学是指根据机械手的末端执行器位置和姿态计算关节角度。
在MATLAB中，可以使用逆运动学算法根据给定的末端执行器的位置和姿态计算关节角度。
这个过程通常需要使用数值方法进行迭代求解，MATLAB提供了多种数值求解方法，如牛顿法和Levenberg-Marquardt算法等。
我们可以使用这些算法对逆运动学进行求解，得到关节角度的解。
在进行仿真分析之前，我们还需要定义机械手的工作空间。
工作空间是机械手可以达到的位置和姿态的集合。
对于五自由度机械手，可以使用三维空间中的一个区域表示其工作空间。
在MATLAB中，可以定义一个三维空间的体积，在此体积内的点被认为是机械手的工作空间。
在MATLAB中进行仿真分析时，可以使用图形界面工具进行交互式仿真分析。
MATLAB提供了多种可视化和动画功能，可以实时显示机械手的运动过程和工作空间。
五自由度机械手的抓取设计
五自由度机械手的抓取设计随着工业自动化的快速发展，机器人技术也在不断进步，其中五自由度机械手作为机器人的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将围绕五自由度机械手的抓取设计展开讨论，旨在深入探讨其工作原理、设计方法及应用案例。
五自由度机械手、抓取设计、自由度、机械手机构、运动学、应用案例五自由度机械手是一种具有五个独立运动自由度的机器人手臂。
这五个自由度包括三个线性移动自由度和两个旋转自由度。
这种机械手能够在三维空间中完成各种复杂的动作，如抓取、搬运、装配等。
抓取设计是五自由度机械手的关键技术之一，通过对机械手爪部进行精确的定位和姿态调整，实现物体的稳定抓取和操作。
五自由度机械手主要由基座、臂部、手部和驱动器等部分组成。
其中，手部是进行抓取操作的关键部件，它通常包括一个或多个手指，以及相应的关节和驱动器。
手指的形状和大小应根据抓取物体的形状和大小进行设计，以确保良好的适应性。
机械臂的每个自由度都由一个电机驱动，通过控制器实现对机械手的位置、姿态和动作的精确控制。
五自由度机械手的五个自由度分别为三条臂的直线移动和两条臂的旋转运动。
通过这五个自由度的协调动作，机械手可以实现空间中的任意位置和姿态。
在抓取设计中，需要根据实际应用需求，对机械手的运动进行规划，以实现物体的稳定抓取和操作。
抓取设计还需要考虑手指与物体的接触方式。
这通常包括面接触、点接触和侧面接触等。
面接触适用于抓取表面较大的物体，可以提供较好的稳定性；点接触适用于抓取表面较小的物体；侧面接触则适用于抓取有一定长度的物体，可以通过多个手指的协同动作实现稳定抓取。
五自由度机械手的抓取设计具有许多优点。
它具有较高的灵活性和适应性，可以抓取各种形状和大小的物体。
五个自由度的设计使得机械手可以到达空间中的任意位置和姿态，实现了更大的操作空间。
通过精确的控制系统和运动规划，机械手可以实现精确的定位和稳定的操作。
然而，五自由度机械手的抓取设计也存在一些缺点。
五自由度机械手的抓取设计
五自由度机械手的抓取设计一、本文概述随着现代工业自动化程度的不断提高，机械手作为实现自动化生产的关键设备之一，其设计和应用日益受到重视。
其中，五自由度机械手因其灵活的操作能力和广泛的适用范围，成为了研究和应用的热点。
本文旨在探讨五自由度机械手的抓取设计，包括其结构特点、抓取策略、运动规划与控制等方面，以期为实现高效、精确的抓取操作提供理论支持和实践指导。
本文将简要介绍五自由度机械手的基本结构和运动特点，包括其各个关节的转动范围和自由度分配，为后续的设计和分析奠定基础。
本文将重点分析五自由度机械手的抓取策略，包括抓取力的计算、抓取姿态的确定以及抓取过程中的稳定性分析等内容。
在此基础上，本文将探讨五自由度机械手的运动规划与控制方法，包括路径规划、速度控制、力位混合控制等方面，以实现快速、准确的抓取操作。
本文将通过实例分析，展示五自由度机械手在实际应用中的抓取效果，并总结其设计要点和注意事项。
本文的研究成果将为五自由度机械手的设计和应用提供有益的参考和借鉴，同时也为相关领域的研究和发展提供新的思路和方法。
二、五自由度机械手的抓取设计原理五自由度机械手的抓取设计主要基于机械臂的运动学和动力学原理，以及物体的形状、尺寸和重量等特性。
通过合理的设计，五自由度机械手可以实现精准、稳定、高效的抓取操作。
五自由度机械手的运动学设计是关键。
运动学主要研究物体的运动规律，而不考虑引起这些运动的力和力矩。
在五自由度机械手的抓取设计中，我们需要根据目标物体的位置和姿态，通过运动学计算，确定机械手的各个关节角度，使机械手的末端执行器能够准确地到达并适应物体的形状和尺寸。
动力学设计也是必不可少的。
动力学主要研究物体的运动状态和引起这些状态的力和力矩。
在抓取过程中，五自由度机械手需要克服物体的重力和摩擦力等外部力，因此，我们需要通过动力学计算，确定适当的关节力矩，以保证机械手能够稳定地抓取物体。
抓取设计还需要考虑物体的形状、尺寸和重量等特性。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计多功能机械臂是一种能够完成多种任务的机械装置，可以在工业生产线上进行物料搬运、装配、焊接等工作。
为了能够满足不同的应用需求，传统的机械臂设计通常采用六自由度结构，即具有六个独立驱动轴。
随着人工智能和机器学习的发展，对机械臂的要求越来越高，例如执行精确的操作、完成复杂的任务等。
提出了五自由度桌面级多功能机械臂设计的概念。
五自由度桌面级多功能机械臂设计的首要目标是实现紧凑的结构和高精度的控制。
在结构设计上，可以采用轻量化的材料和紧凑的机构布局，以减少整体尺寸和重量。
五个自由度分别包括三个旋转关节和两个平移关节，旋转关节和平移关节可以通过电机驱动和传动装置实现运动。
通过合理的结构设计，可以最大程度地减小机械臂的体积和质量，并且提高机械臂的刚度和稳定性。
在控制系统设计上，可以采用先进的传感器技术和自适应控制算法，以实现高精度的位置控制和力控制。
可以在机械臂的末端装配视觉传感器和力传感器，通过对工作环境的感知和力量反馈，实现对机械臂运动的精确控制。
还可以使用机器学习算法对机械臂进行学习和优化，以适应复杂的工作场景和环境变化。
五自由度桌面级多功能机械臂的设计还应考虑到安全性和人机交互性。
在安全性方面，可以在机械臂的关节和末端装配接近传感器和碰撞检测装置，以及相应的自动停机装置，以确保机械臂在遇到障碍物或危险情况时能够自动停止运动。
在人机交互性方面，可以通过触摸屏等人机界面，实现对机械臂的简单和直观的操作。
五自由度桌面级多功能机械臂设计是一种结合了先进的结构设计、控制系统和人机交互技术的机械臂设计方法。
通过合理的结构设计和精确的控制系统，可以实现高精度、高效率和高可靠性的工作。
还可以根据实际应用需求，对机械臂进行模块化设计和定制化开发，以满足不同行业和领域的需求。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计一、机械臂的结构和工作原理五自由度桌面级多功能机械臂通常由基座、臂段、关节和末端执行器等部分组成。
基座通常用来支撑整个机械臂，臂段则是机械臂的主要结构部分，关节可以使机械臂进行柔性的动作，末端执行器则是进行各种操作的工具。
机械臂的工作原理主要是通过控制各个关节的运动来实现机械臂的运动，实现各种任务的完成。
二、机械臂的设计要点1. 结构设计：五自由度桌面级多功能机械臂的结构设计需要考虑机械臂的稳定性、承载能力和灵活性。
机械臂的结构设计还需要考虑材料的选择、连接方式等因素，以保证机械臂在工作过程中能够稳定可靠地进行各种动作。
2. 关节设计：机械臂的关节设计是关键的部分，关节需要能够进行灵活的转动，并且能够承受机械臂的重量。
关节的设计也需要考虑到控制的精准度和速度，以保证机械臂在工作过程中能够准确地完成各种任务。
3. 控制系统设计：五自由度桌面级多功能机械臂的控制系统设计是机械臂设计中至关重要的一部分。
控制系统需要能够实现对各个关节的精确控制，并且需要具备一定的智能化能力，以便机械臂能够自主地完成一些复杂的任务。
4. 末端执行器设计：末端执行器是机械臂进行各种操作的工具，如抓取、搬运等。
末端执行器的设计需要考虑到不同的操作需求，比如需要设计不同的夹具、传感器等，以适应不同的任务需求。
三、机械臂的应用领域五自由度桌面级多功能机械臂设计广泛应用于各种领域，比如工业生产、医疗、科研等。
在工业生产中，机械臂可以完成装配、搬运、焊接等任务，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域，机械臂可以用于手术、康复等工作，实现精确的操作和治疗。
在科研领域，机械臂可以用于实验室操作、科学研究等，为科研人员提供便利。
四、结语五自由度桌面级多功能机械臂设计是一项具有挑战性的工作，需要综合考虑结构、关节、控制系统和末端执行器等多个因素。
机械臂的设计也需要根据具体的应用场景进行定制，以保证机械臂能够最大限度地发挥其作用。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计1. 引言1.1 研究背景通过对研究背景的分析，可以发现目前市场上的五自由度桌面级多功能机械臂存在着一些问题，如在工作精度、灵活性和智能化程度方面还有待提升。
有必要对这些机械臂进行深入研究，探索如何改进其设计，提高其工作效率和性能。
这样不仅可以满足现代工业生产的需求，还可以推动机器人技术的发展，促进人机合作的进一步深化。
1.2 研究意义五自由度桌面级多功能机械臂设计具有灵活、精准、高效的特点，能够完成多种复杂任务，满足不同应用场景的需求。
通过研究和设计这种机械臂，可以进一步推动机器人技术的发展，促进智能制造的普及和应用，提高生产效率和产品质量，促进产业升级和创新发展。
开展五自由度桌面级多功能机械臂设计的研究具有重要的理论意义和实际应用价值，对推动机器人技术的进步和应用具有重要的意义。
2. 正文2.1 机械臂动力学设计机械臂动力学设计是实现机械臂运动和控制的重要环节。
在设计过程中，需要考虑到机械臂的动力学模型，以便进行运动规划和轨迹控制。
通常，机械臂的动力学设计包括以下几个方面：1. 负载分析：首先需要对机械臂的负载情况进行分析，包括负载的大小、重心位置、惯性矩阵等参数。
这些参数将影响机械臂的运动学和动力学性能。
2. 运动学分析：通过建立逆运动学方程和正运动学方程，可以确定机械臂的关节角度和末端执行器的位置之间的关系。
这是进行轨迹规划和控制算法设计的基础。
3. 动力学建模：根据机械臂的结构和工作原理，可以建立机械臂的动力学模型。
这包括力学模型、惯性模型和阻尼模型等，用于模拟机械臂的运动和受力情况。
4. 控制算法设计：基于动力学模型，可以设计出适合机械臂运动控制的算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法可以实现机械臂的准确运动和轨迹跟踪。
机械臂动力学设计是实现机械臂运动和控制的关键步骤，对于提高机械臂的性能和精度具有重要意义。
通过合理的动力学设计，可以实现机械臂的高效工作和多功能应用。
五自由度机械臂设计
五自由度机械臂设计引言机械臂是一种能够模拟人的手臂运动的机器设备，具有较大的灵活性和精确性，因此在制造业、医疗领域、物流等各种领域都得到了广泛应用。
本文将介绍一个基于五自由度的机械臂的设计方案。
设计目标本文设计的机械臂拥有五个自由度，可以分别沿x、y、z轴方向进行平移和绕y轴和x轴旋转。
机械臂需要具备以下特点：1.准确度：机械臂能够在指定范围内精确地定位和操作物体；2.稳定性：机械臂在运动过程中应保持稳定，不产生抖动和震动；3.轻量化：机械臂需要具备较轻的重量，以方便搬运和操作。
机械结构设计基座机械臂的基座是机械臂的基础支架，承担着承重和稳定的作用。
基座需要具备足够的强度和刚度，以确保机械臂运动过程中的稳定性。
关节机械臂的五个自由度通过关节来实现。
每个关节均由电机、减速器和传动装置组成。
电机提供动力，减速器降低转速并提高扭矩，传动装置将力传递到机械臂的杆件上。
杆件机械臂的杆件用于连接各个关节和末端执行器。
杆件需要具备足够的刚度和轻量化，以减小机械臂自身的重量，提高运动速度和负载能力。
末端执行器机械臂的末端执行器用于实现机械臂的工作功能，如夹取、装配等。
末端执行器需要根据具体任务的需求进行设计，并与机械臂其他部分相匹配。
运动控制设计机械臂的运动控制由控制系统来实现。
控制系统包括硬件电路和软件程序。
硬件电路负责接收传感器信号和控制执行器，软件程序负责控制机械臂的运动轨迹和参数。
控制算法机械臂的控制算法采用精确的运动学算法和动力学算法。
运动学算法用于计算机械臂末端执行器的位置和姿态；动力学算法用于计算机械臂的力和扭矩分配。
传感器机械臂的运动控制需要依靠传感器来获取外部环境和机械臂自身的信息。
常用的传感器包括编码器、力传感器和位移传感器。
编码器用于测量电机转动角度，力传感器用于测量机械臂施加的力，位移传感器用于测量机械臂的位移。
结论本文介绍了一个基于五自由度的机械臂的设计方案。
通过合理的机械结构设计和运动控制设计，机械臂可以实现准确度、稳定性和轻量化的要求。
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析一、本文概述随着机器人技术的快速发展，机械臂作为其中的重要组成部分，已在工业自动化、医疗、航空航天等领域得到广泛应用。
机械臂的运动和控制问题是机器人研究领域的核心问题之一。
本文旨在探讨五自由度机械臂的运动学和动力学模型，分析其运动特性，并在此基础上研究其控制策略，为机械臂的精确控制和优化提供理论支持。
文章首先介绍五自由度机械臂的基本结构和运动学原理，阐述其运动学模型的建立过程。
然后，通过拉格朗日方法或牛顿-欧拉方法建立机械臂的动力学模型，分析其在不同运动状态下的动力学特性。
接着，文章将研究机械臂的控制策略，包括位置控制、速度控制和力控制等，通过仿真实验验证控制策略的有效性。
文章将总结五自由度机械臂的运动和控制特性，并展望未来的研究方向。
本文的研究对于提高机械臂的运动精度、稳定性和效率具有重要意义，有望为机械臂在实际应用中的优化和升级提供理论指导和技术支持。
二、五自由度机械臂的结构与特点五自由度机械臂是一种高度灵活和复杂的机器人系统，其结构设计和特点决定了其在运动和控制方面的性能。
五自由度机械臂通常包括一个基座、一个旋转关节、两个或更多个移动关节以及一个末端执行器。
这种配置使得机械臂可以在三维空间中实现广泛的运动范围，从而满足各种复杂任务的需求。
结构设计：五自由度机械臂的结构设计通常遵循模块化原则，每个关节都由一个电机、减速器和传动机构组成。
基座关节负责机械臂的整体定位和姿态调整，而移动关节则负责实现末端执行器在三维空间中的精确移动。
这种结构设计使得机械臂具有较高的刚性和稳定性，同时也便于维护和升级。
灵活性：五自由度机械臂的灵活性是其最大的特点之一。
通过合理控制各个关节的运动，机械臂可以在复杂环境中实现精确的操作。
例如，在装配线上，五自由度机械臂可以准确地抓取和放置不同大小和形状的零件；在医疗领域，五自由度机械臂可以用于执行精细的手术操作。
控制精度：为了实现精确的运动控制，五自由度机械臂通常配备有高性能的控制系统。
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1 引言目前在我国林果产业快速发展的同时，林果种植机械化水平较发达国家相比还很落后。
林果产业生产环节的修枝、植保、施肥、采摘等机械作业难题较突出。
其中果园喷施农药80%是依靠人力完成，剪枝机械化作业几乎为零，劳动强度非常大，而发达国家喷施农药机械化率已达95%，剪枝机械化作业率为100%，所以农民迫切需要解决林果生产环节机械化作业水平低、劳动强度大、人工作业成本高、作业质量差等问题。
国内在农业机器人方面的研究始于20 世纪90 年代中期, 相对于发达国家起步较晚。
但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。
我国是一个农、林业大国，实现农林机械化生产的意义重大。
油茶树因其种子可榨油(茶油)供食用，故名油茶。
茶油色清味香，营养丰富，耐贮藏，是优质的食用油，也可作为润滑油、防锈油用于工业。
茶饼既是农药，又是肥料，可提高农田蓄水能力和防治稻田害虫。
果皮是提制栲胶的原料。
叶部含有花黄素、茶碱等，是医药工业的原料。
具有很高的经济效益。
目前油茶果树的采摘主要是依靠人力，这大大增加了果农的负担，而且人工采摘的效率低下，油茶果的采摘期大概有一个月左右，对于大面积种植油茶果树的果农来说，油茶果的采摘，就成了一个让人头疼的问题。
对于林果采摘机械手臂的研究不仅是和国际接轨的要求，更是国内市场的强烈需求。
本课题试图运用功能原理的求解方法，发散思维，创新结构设计，并通过计算机仿真软件对最终方案进行虚拟样机仿真研究，根据机械运动系统方案建立仿真用虚拟样机三维装配模型，仔细研究其约束条件、和初始输入数据，在成熟的虚拟样机系统中进行运动学和动力学仿真，检验方案的可行性，并查找方案的潜在问题加以修正，直到得到较满意的结果。
2 设计要求与计划2.1设计要求2.1.1 功能性要求机械臂要能够采摘树冠尺寸直径为3米，高3.5米以内的所有油茶树上的油茶果实（直径约 4.5cm），其运动要灵活自如，响应要快同时稳定性要好。
不破坏油茶树的树枝，不伤油茶树的花蕾。
2.1.2 适应性要求可用于在基本尺度内各种树冠形状的油茶树油茶果的采摘，适应大小范围在20mm-60mm的所有油茶果的采摘。
2.1.3方案求解的要求综合应用机械设计学、设计方法学、创造性设计工学中的功能原理设计求解方法（功能分析法、形态分析法及各种创造技法等），求解的范围要尽量广泛，力争产生创新性功能原理方案。
2.1.4方案评价要求方案评价要兼顾效率和质量，综合应用简单评价法和技术经济评价法进行评价。
2.1.5方案表达要求主要预选方案要用功能原理方案简图和文字说明同时表达。
最终方案还要通过机械运动系统方案设计用传动系统图和总体布置示意图来表达。
2.1.6安全保护在进行功能原理设计时应考虑系统工作时的各种状态以确保整个系统能在多种环境下稳定工作。
2.1.7仿真要求使用带ADAMS求解器的虚拟样机系统或Pro/e的机构、动画仿真模块：如M SC公司的ADAMS系统或VISUAL NASTRAN DESKTOPE系统进行运动学动力学仿真。
并认真研究输入条件，力求使仿真数据接近实际。
2.2 设计计划1 首先网上、图书馆收集相关资料。
了解机械手臂的相关技术知识，与发展前沿，为自己以后的方案设计提供参考。
2 到油茶林现场调查，了解油茶树的生长状况以及机械手臂在采摘果实的过程中可能出现的各种问题。
3 功能分析与功能原理求解按机械设计学中功能原理设计理论用黑箱法描述总功能并进行功能分解，按各子功能综合应用设计方法学中的设计目录法，物理效应求解法，创造性设计工学中的各种创造技法求解各子功能的解法原理。
4 功能原理方案的构成与方案评价筛选：用形态分析法（形态表）构成尽可能多的功能原理方案，不下于100种可能性，用简单评价法进行方案的初步评价，筛选出3到4个较理想方案，画出其功能原理方案简图。
再用技术经济评价方法对这3到4个方案进行最后评价，得出1到2个最理想的方案。
5 机械运动系统方案设计对所选出的功能原理方案进行机械运动系统方案设计，画出运动循环图、传动系统图，必要时画出工作原理的三维轴测图。
6 对最终方案进行虚拟样机仿真研究根据机械运动系统方案建立仿真用虚拟样机三维装配模型，仔细研究其约束条件、和初始输入数据，在成熟的虚拟样机系统中进行运动学和动力学仿真，检验方案的可行性，并查找方案的潜在问题加以修正，直到得到较满意的结果。
7 整理结果准备答辩整理设计资料，其中包括不少于10张的工程图（仿真模型的轴测图、机械系统传动方案简图、功能原理方案简图、传动系统图等）；保存仿真结果和仿真动画；将设计说明书中用到的各种表格以及插图按照国家有关标准进行修改，书写设计说明书，准备答辩。
3 功能原理设计本课题属于一种开发性设计，所以工作原理、功能结构都是未知的，我们的目的是通过功能分析来创新结构设计。
3.1 功能原理分析3.1.1机械系统的概念一切机械设计对象即机械产品，都可以理解为一个由若干功能元件有序结合而成、通过输入和输出与外部环境相联系并具有特定便捷的人工系统，成为机械系统。
用机械系统的概念来描述和研究机械产品，则不论产品的名称或类别如何，即不论是机器、仪器、设备、装置还是机床、汽车、水泵、绘图机等等，都可以一律视为具有某些共同规律的系统。
在设计工作之初，因对系统的具体结构尚不清楚，故常用“黑箱图”的方式来加以抽象描述。
能量、物料、信息构成了机械系统的输入和输出三要素。
通常这三个要数在机械系统中从输入到输出都会随着时间而变化，故成为能量流、物料流、信息流。
机械系统的功能，就是把从外界接受到的一定类型、形式和大小的能量、物料和信息，在系统中传递或转换成另一种类型、形式和大小的能量、物料和信息。
在大多数机械系统中，能量流、物料流、信息流同时存在，只是主次不同而已。
通常所谓的动力机械如内燃机、电动机、发电机、压气机等，以能量转换为主；工作机械如机床、包装机、收割机、搅拌机以及汽车、起重机、传送带等，以物料转换为主；信息机械如打印机、绘图机、录像机等，以信息转换为主。
这些为主的转换过程与该机械系统的目的功能密切相关，是设计工作中需要重点考虑和解决的问题。
3.1.2 功能原理设计功能是指系统将输入转换为输出的能力，是对输入和输出转换的抽象化描述。
美国人迈尔斯于1947年首次提出“用户购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能”,明确了“功能”是研究开发、创新产品的本质与核心。
功能原理设计分类1 简单动作功能由两个或两个以上的具有特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征，可以实现互相运动或锁合的动作。
解法：几何形体组合法2 复杂动作功能以采用常用基本机构为主，其设计已有很成熟的理论和经验，以形体来实现功能。
主要要用形象思维、视觉思维和动作思维。
解法：基本机构组合法3 工艺功能1 S1—主体，S2—客体，F—场a. F、S1搜寻；b. 完善；c. 增加；d. 变换2 工艺功能要考虑两个重要因素：一是采用哪种工艺方法；二是工作头采用什么形状和动作。
3 工艺功能的特点：工作头的形状、运动方式和作用场—完成工艺功能的三个主要因素。
4 解法：物—场分析法4 关键技术功能1 特点：由于特殊的工作条件（约束）或特殊的使用要求，用常规技术或已有技术难以达到的技术难点，或是别人目前尚难以实现的技术高度，总的来说它的技术要求高，而解决的方法也往往是出奇制胜。
2 产品中的关键技术主要与以下几个方面有关：材料、制造工艺、设计。
3 解法：技术矛盾分析法5 综合技术功能1 特点：在某些特定的条件下，采用广义物理效应，有可能实现比纯机械方法更好的动作或工艺功能，但并不强调全部可以代替机械功能许多场合纯机械的动作和工艺功能还是特别简单可靠的，没有必要用更复杂的广义物理效应支代替。
2 物理效应：力学效应、热力学效应、流体效应、电磁效应、光声效应。
3 解法：物理效应引入法3.1.3 设计创造流程有时仅仅是一种含糊的不满，一种不舒服的感觉，或者仅是一种对某些事物感到不对的感觉。
总之需求常常是不明确的对需求的认识常常由相反的情况触发的，是由一种随机产生的事件引发的。
3.1.3.2 目标界定把需求限定在附加种确定的方面，并限定满足需求的一些特殊的技术要求和特性。
3.1.3.3 问题求解把各种可能的解法尽可能多地收集起来，供下一步分析比较，尽可能避免把也许是最好的解法遗漏掉。
3.1.3.4 分析选优优化处理，尽可能把各种解法的缺点加以克服，把优点加以突出，以便在下一步做出合理评价，千万不要有先入之见，过早地把个人偏见放入分析过程去往往是有害的。
创意：新颖性 构思：创造性实现：合理性3.1.3.5 评价决策挑选有实际前途的解法，挑选出几个最有希望的解法作进一步的分析和试验。
在决策中采取种种保护措施，以便在情况变化时能及早转向，避免钻牛角尖，当然也要注意不要经不起风吹草动，轻易甩掉一个正确的方向。
3.1.3.6 表达设法把自己闪光的创新构思向有关领导、同事或合作者说明，使他们理解、惊喜，直至感兴趣，以使他们支持你，赞成将这个创新构思设计付诸实施。
设计表达的三种方式：写、说、画3.1.3.7 实现设计不同于艺术创作的主要区别或者说难点就是必须要以物质形式来实现预想的机械功能。
在功能原理设计阶段，实现的手段是模型或原理样机；在实用化设计阶段，实现的手段是实用样机；在商品化设计阶段，实现的手段就是产品样机；实现的最后标准是市场，市场是检验设计成功与否的唯一标准。
3.2 功能分析3.2.1功能要求机械臂要能够采摘树冠尺寸直径为3米，高3.5米以内的所有油茶树上的油茶果实（直径约 4.5cm ），其运动要灵活自如，响应要快同时稳定性要好。
不破坏油茶树的树枝，不伤油茶树的花蕾。
可用于在基本尺度内各种树冠形状的油茶树油茶果的采摘，适应大小范围在20mm-60mm 的所有油茶果的采摘。
旋转 伸缩 支撑 采摘 剪切 伺服电机、液压刚 伺服电机、滚珠丝杆 刀片图3_1 功能分解图3.2.2系统方案该系统的功能为复杂动作功能，即通过一系列现有的机构连接实现最终的摘取动作。
考虑到其功能方面的要求该系统至少要包含三个主要部分：1地面行走部分；2 机械传动部分；3 工作头（采摘头）。
其次机械手臂要能在空间内运动自如，且能够满足采摘位置的要求，初定系统自由度不低于五个。
3.2.2.1地面行走部分方案设计传统行走方案大部分采用车轮式，但考虑到油茶果生长环境，我们也可以考虑采用履带式。
由于本课题主要侧重于机械手臂即机械传动部分的研究，对于地面行走部分的设计我们可以参考有关资料，直接选用。
3.2.2.2机械传动部分方案设计1．对于机器人机械手臂我们通常采用开式链的传动机构，为了满足系统工作要求我们采用关节式的机械手臂、柱坐标形式机械手臂、以及二者相结合这样三种形式，针对三种不同的传动方案，分别做出传动示意图如下：机械手臂 动 力 控 制 梳理 动 力 源 传 动 信号采集 控 制 梳齿 电动机、液压马达 齿轮、连杆、皮带、链轮、槽轮 光电开关、行程开关 PLC 、继电器第一种：图3_3第二种：图3_4第三种：手臂采用柱坐标形式；图3_5第四种：图3_63.2.2.3 工作头方案设计人工采摘果实时无非通过两种方法，一种是借助工具将果实从枝叶上剪下来，另一种是直接用力将果实从枝叶上扯下来。