國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告書

長安大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告項(xiàng)目名稱：基于深度視覺的果實(shí)采摘機(jī)器人研究項(xiàng)目級(jí)別：國家級(jí)項(xiàng)目類別：□創(chuàng)新訓(xùn)練□創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練□創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目編號(hào)：201510710015項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：林綿浩專業(yè)班級(jí)：機(jī)械電子工程所屬學(xué)院：工程機(jī)械學(xué)院執(zhí)行年限：1年電話:E-mail:填表日期：長安大學(xué)教務(wù)處制基本情況項(xiàng)目名稱基于深度視覺的果實(shí)采摘機(jī)器人研究成果形式研究報(bào)告立項(xiàng)時(shí)間2015年4月28日完成時(shí)間2016年5月10日鑒定時(shí)間2016年5月20日項(xiàng)目主要研究人員序號(hào)姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)所在學(xué)院項(xiàng)目分工1林綿浩201325050306機(jī)械電子工程機(jī)械學(xué)院負(fù)責(zé)Kinect深度視覺定位系統(tǒng)傳感器開發(fā)及控制系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)2李加啟201325050308機(jī)械電子工程機(jī)械學(xué)院負(fù)責(zé)電路設(shè)計(jì)和機(jī)械零部件平面繪圖3秦望興201325040715機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化機(jī)械學(xué)院負(fù)責(zé)賬目報(bào)銷及文檔處理、ppt等工作4喬依然201325040706機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化機(jī)械學(xué)院負(fù)責(zé)機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)分析5黎新子201325040710機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化機(jī)械學(xué)院負(fù)責(zé)機(jī)械臂設(shè)計(jì)proe三維繪圖研究過程簡介內(nèi)容提示：創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目：研究過程中財(cái)務(wù)執(zhí)行情況；團(tuán)隊(duì)成員分工和合作情況；研究報(bào)告、研究日記的完整性；項(xiàng)目研究的目的、意義；研究成果的主要內(nèi)容、重要觀點(diǎn)或?qū)Σ呓ㄗh；創(chuàng)新特色、實(shí)踐意義和社會(huì)影響；發(fā)表論文及獲得專利情況等。研究過程中財(cái)務(wù)執(zhí)行情況當(dāng)前項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)費(fèi)多是導(dǎo)師預(yù)支的，為項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了很大的支持。同時(shí)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)、制作、采購、文本寫作等各個(gè)方面老師都給予了有效支持，為項(xiàng)目的順利實(shí)施做出了很大的貢獻(xiàn)。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)做到了使用有記錄、合理使用、科學(xué)規(guī)劃。團(tuán)隊(duì)成員分工和合作情況隊(duì)長林綿浩負(fù)責(zé)Kinect深度視覺定位系統(tǒng)傳感器開發(fā)及控制系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)，李加啟負(fù)責(zé)電路設(shè)計(jì)和機(jī)械零部件平面繪圖，喬依然負(fù)責(zé)機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)分析黎新子負(fù)責(zé)機(jī)械臂設(shè)計(jì)proe三維繪圖，秦望興負(fù)責(zé)賬目報(bào)銷及文檔處理、ppt等工作。團(tuán)隊(duì)成員各司其職，在做完本職工作的同時(shí)，互幫互助，相互交流。通過這次項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員不僅提高了科研能力，還在這個(gè)集體中培養(yǎng)了責(zé)任意識(shí)、擔(dān)當(dāng)精神、互幫互助等優(yōu)秀品質(zhì)。項(xiàng)目研究的目的、意義果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的必要環(huán)節(jié)。目前，大多數(shù)果蔬采摘作業(yè)仍以人工采摘為主。隨著我國種植業(yè)生產(chǎn)水平與市場(chǎng)消費(fèi)水平的不斷提高，高成本低效率的人工采摘方式已經(jīng)影響到了我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。近年來，我國農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不斷減少，人工采摘的成本不斷提高，人工采摘方式開始漸漸無法滿足現(xiàn)在的市場(chǎng)需求。另一方面，果蔬采摘作業(yè)比較復(fù)雜，采摘環(huán)境也有很強(qiáng)的多樣性?，F(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正向著機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)方式不斷轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)的人工采摘方式相比，果蔬采摘機(jī)器人工作速度更快，受環(huán)境影響更小，且能夠在不同工作條件下保持基本相同的采收效率和采收質(zhì)量。由人工設(shè)定采摘標(biāo)準(zhǔn)后，通過搭載一定的識(shí)別功能，果蔬采摘機(jī)器人可以十分方便地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量等級(jí)的劃分與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。由于機(jī)械化采收具有成本低、效率高、損失小等多方面的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)有市場(chǎng)條件下具有很強(qiáng)的競爭力和廣闊的發(fā)展前景。果蔬采摘機(jī)器人的研究，對(duì)于果蔬種植產(chǎn)業(yè)的大批量、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展與機(jī)械化水平的提高都具有非常重要的意義。目前，日本、美國、荷蘭等發(fā)達(dá)國家已將部分農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。日本的一些公司已成功將嫁接機(jī)器人商品化，機(jī)械手類型的機(jī)器人已進(jìn)入到商品化生產(chǎn)前的最后研發(fā)階段。但總體而言，采摘機(jī)器人的研究與開發(fā)仍處于試驗(yàn)階段，距離實(shí)用化和商品化還有一定距離。研究主要內(nèi)容本課題針對(duì)果蔬采摘機(jī)器人的機(jī)械臂部分進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，最終完成一個(gè)5自由度機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體包括如下內(nèi)容：機(jī)構(gòu)選型：根據(jù)目標(biāo)作物形態(tài)特點(diǎn)和采摘作業(yè)要求確定機(jī)械手機(jī)構(gòu)型式。并初步確定部分設(shè)計(jì)參數(shù)，包括預(yù)計(jì)工作空間、臂長、額定負(fù)載、驅(qū)動(dòng)方式等。尺寸綜合：通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定機(jī)械臂各桿件尺寸。工作空間分析：對(duì)機(jī)械臂的工作空間進(jìn)行分析。力學(xué)分析：分析機(jī)械臂各關(guān)節(jié)部分的受力狀態(tài)，確定各電機(jī)需要的載荷。電機(jī)選型：根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行電機(jī)的選型。零件的設(shè)計(jì)與裝配圖繪制：根據(jù)所得參數(shù)進(jìn)行具體的零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成零件圖與裝配圖的繪制。通過該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械尤其是采摘機(jī)械的改進(jìn)與發(fā)展具有重要的意義。本項(xiàng)目研究過程中財(cái)務(wù)嚴(yán)格按照《長安大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)使用管理細(xì)則》執(zhí)行，經(jīng)費(fèi)由指導(dǎo)老師協(xié)助管理，完全用于項(xiàng)目實(shí)施。研究報(bào)告、研究日記完整。研究總結(jié)報(bào)告內(nèi)容提示：預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況，項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況，研究工作中取得的主要成績和收獲，研究工作有哪些不足，有哪些問題尚需深入研究，研究工作中的困難、問題和建議。（限定在1000字左右，附件另附）本課題完成了一個(gè)果蔬采摘機(jī)器人機(jī)械臂部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究重點(diǎn)在于對(duì)目標(biāo)作物的特點(diǎn)進(jìn)行分析后，通過一系列方法確定了適合番茄等果蔬采摘的機(jī)械臂類型與各類參數(shù)，以此為依據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并對(duì)機(jī)械臂的工作空間進(jìn)行了一定的探討與分析。在本課題研究過程中，主要得到以下結(jié)論：通過機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)選型過程，選定了5自由度的機(jī)械臂形式，并對(duì)采摘作業(yè)的工作需求進(jìn)行了分析。對(duì)機(jī)械臂做了尺寸綜合分析，優(yōu)化了機(jī)械臂的特性，使其更能夠滿足番茄采摘作業(yè)的需要。對(duì)機(jī)械臂的工作空間進(jìn)行了仿真，分析了其避障與運(yùn)動(dòng)性能。完成了受力分析以及電機(jī)、傳感器的選型，使機(jī)械臂在力學(xué)性能上能夠滿足采摘作業(yè)需求。對(duì)果蔬采摘機(jī)器人的機(jī)械臂部分進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成了機(jī)械臂部分在機(jī)械方面的設(shè)計(jì)任務(wù)。在設(shè)計(jì)過程中使用MATLAB編寫程序輔助仿真與分析，減小了計(jì)算量，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性與直觀性。使用SOLIDWORKS，PROE等作圖軟件進(jìn)行三維輔助設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率。目前，本課題所得成果在以下方面仍有待提高：未進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，所得結(jié)果的運(yùn)動(dòng)特性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。在各零件的加工、配合，以及電氣線路的布置等方面存在考慮不周的地方，具體結(jié)構(gòu)仍有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。由于時(shí)間所限，只對(duì)機(jī)械臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和一定程度的完善，未進(jìn)行外殼設(shè)計(jì)等工作。研究工作過程中遇到的問題：（1）設(shè)計(jì)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)與選用的材料強(qiáng)度以及電機(jī)的性能發(fā)生了沖突，超過的電機(jī)的最大功率，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力不足。（2）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的過程中沒結(jié)合實(shí)際的加工情況，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)難以加工或者費(fèi)用過高。對(duì)零件的加工水平情況以及機(jī)構(gòu)的組成零件的結(jié)構(gòu)與工作過程，標(biāo)準(zhǔn)件的技術(shù)指標(biāo)要求不夠了解，導(dǎo)致選購零件材料清單不太明晰或不合理，導(dǎo)致零件有遺漏或多出的情況。四、論文及專利登記表序號(hào)姓名論文名稱期刊名稱期刊級(jí)別刊號(hào)發(fā)表時(shí)間本人角色論文類別備注注：1.發(fā)表的論文應(yīng)標(biāo)明“獲得國家級(jí)或省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助”2.期刊級(jí)別注明EI收錄、中文核心期刊、省一級(jí)期刊、普通四類3.本人角色注明是第幾作者4.論文類別包括教育和專業(yè)序號(hào)專利名稱專利（申請(qǐng)?zhí)枺╊悇e申請(qǐng)人備注注：類別注明是發(fā)明、實(shí)用新型還是外觀設(shè)計(jì)五、經(jīng)費(fèi)使用情況經(jīng)費(fèi)合計(jì)元，其中，學(xué)