采摘機器人設(shè)計開題報告

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.本課題的概述一課題研究的目的和意義在果蔬生產(chǎn)作業(yè)中，收獲采摘約占整個作業(yè)量的40%，采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響到果蔬的儲存、加工和銷售，從而最終影響市場價格和經(jīng)濟效益。由于采摘作業(yè)的復雜性，采摘自動化程度仍然很低，目前國內(nèi)果蔬采摘作業(yè)基本上還是手工完成。隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的提高，果蔬采摘這個問題已經(jīng)慢慢被人們所重視。近些年來，陜西省已成為全國蘋果產(chǎn)量大省。白水、禮泉、洛川、等地的果農(nóng)們有的每戶每年大多需要手工收獲5-10萬多斤的蘋果，采摘勞動強度大，非常辛苦。摘果時常因上梯或上樹而感到非常勞累不便，也常聽到有人不慎從樹上或梯子上掉下

2、來的消息，這就對果農(nóng)們的安全生產(chǎn)帶來不便。所以，設(shè)計一種既能有效采摘果實又能減輕果農(nóng)勞動負擔的小型實用機械就顯得非常重要了。目前市面上此類工具很少，況且有很多弊端。因此，設(shè)計一種更為先進的果實采摘機對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動化和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有重大意義。二本課題國內(nèi)外研究狀況分析收獲作業(yè)的自動化和機器人的研究始于20世紀60年代的美國（1968年），采用的收獲方式主要是機械震搖式和氣動震搖式，其缺點是果實易損，效率不高，特別是無法進行選擇性的收獲。從20世紀80年代中期開始，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是工業(yè)機器人技術(shù)、計算機圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟，以日本為代表的發(fā)達國家，包括

3、荷蘭、美國、法國、英國、以色列、西班牙等國家，在收獲采摘機器人的研究上做了大量的工作，試驗成功了多種具有人工智能的收獲采摘機器人，如番茄采摘機器人、葡萄采摘機器人、黃瓜收獲機器人、西瓜收獲機器人、甘藍采摘機器人和蘑菇采摘機器人等。在國內(nèi)，果蔬采摘機器人的研究剛剛起步。東北林業(yè)大學的研究人員研制了林木球果采摘機器人，主要由5自由度機械手、行走機構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)組成。采摘時，機器人停在距離母樹3-5m處，操縱機械手回轉(zhuǎn)馬達對準母樹。然后，單片機控制系統(tǒng)控制機械手大、小臂同時柔性升起達到一定高度，采摘爪張開并擺動，對準要采集的樹枝，大小臂同時運動，使采摘爪沿著樹枝生長方向趨近1.5-

4、2m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。這種機器人效率是500kg/天，是人工的30-50倍。而且，采摘時對母樹的破壞較小，采凈率高。通過上文不難看出，國內(nèi)外專家在果蔬采摘機器人這一領(lǐng)域都有不同程度的研究。2.課題總體方案設(shè)計一蘋果采摘機基本組成 控制機構(gòu) 動力系統(tǒng) 蘋果采摘機 升降機構(gòu) 夾持機構(gòu) 末端執(zhí)行器 聯(lián)接裝置 切割機構(gòu)二蘋果采摘機的關(guān)鍵技術(shù)問題1. 要具備可靠性好、精度高的視覺系統(tǒng)，以便于能夠準確地識別和定位成熟的果實，并引導末端執(zhí)行器靈活準確地接近目標。2. 要具備柔性和靈巧性都比較好的機械手及末端執(zhí)行器，能夠在作業(yè)過程中躲避障礙

5、物，這就要求機械手具有一定的冗余度。 3. 研究采摘機器人的主要目的之一是代替人工作業(yè)，提高采摘效率。同時，還要注意保證采摘的成功率，盡量避免采摘到不成熟的果實。 4. 由于采摘機器人的操作者是農(nóng)民，操作過程必須簡單而且要盡可能地降低成本，以確保更好地推廣。 三蘋果采摘機升降機構(gòu)設(shè)計方案 蘋果采摘機的升降機構(gòu)可以完成自動升降的動作，這使采摘機對不同高度蘋果的采摘有著很好的效果，對蘋果采摘效率的提高有著很大的幫助。 以下為設(shè)計升降機構(gòu)的兩種方案：方案一：方案一說明：上圖為蘋果采摘機升降機構(gòu)的設(shè)計方案一，重要組成部分在圖中已有明確表示，主要包括底座，升降臺一，升降臺二，桿一，桿二，伸縮支撐器等。其

6、中升降臺一可繞底座轉(zhuǎn)動，增大采摘面積。伸縮支撐器可上下伸縮，由此調(diào)整采摘桿相對于地面的角度，這樣一來更加增大了蘋果采摘的范圍。升降臺和伸縮支撐器的動力部分均是由液壓完成，液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備安裝在底座部分，其他的輔助設(shè)備安裝在適當部位。方案二：方案二說明：上圖為蘋果采摘機升降機構(gòu)的設(shè)計方案二，重要組成部分在圖中已有明確表示，主要包括凸輪機構(gòu)，箱體一和二，支架，支架板，球鉸鏈等。箱體一中安裝電動機，使得凸輪一轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)升降效果。支架固定于箱體一和支架板之間，起到穩(wěn)定支架板的作用。箱體二的作用主要為安裝桿件的驅(qū)動機構(gòu)和控制機構(gòu)，要是有更多的人為參與的話，箱體二的作用有所減弱。球鉸鏈的作用主要為讓桿件

7、獲得更多的自由度，以實現(xiàn)增大采摘范圍的目的。四：主要工作1. 了解蘋果自動采摘機應用的環(huán)境與條件，分析其功能要求；2. 查閱相關(guān)資料，學習研究設(shè)計小型機械的思路和方法；3. 設(shè)計出總體實現(xiàn)方案并進行充分論證；4. 畫出采摘機的總體設(shè)計圖；5. 設(shè)計出各部分的機械加工圖紙。3.主要進度安排第一周第二周 查閱相關(guān)資料，學習設(shè)計小型機械的思路和方法第三周第四周 反復論證所設(shè)計的總體實現(xiàn)方案第五周 設(shè)計出總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖第六周第八周 畫出切割等部分的機械加工圖紙第九周第十一周上半周 畫出支撐和升降、傳輸?shù)炔糠值臋C械加工圖紙第十一周下半周第十五周 撰寫論文，做好總結(jié)答辯工作第十六周 畢業(yè)論文答辯4.主要參考文獻目錄【1】農(nóng)業(yè)機械學報2006，37卷第5期.“果蔬采摘機器人研究進展與展望”【2】林業(yè)機械于木工設(shè)備20