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1、1本課題研究的背景、目的及意義背景:農(nóng)業(yè)是民生之本，隨著工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化、智能化在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的進(jìn)程中也越來越迫切。果實(shí)采摘是水果生產(chǎn)和加工領(lǐng)域中必不可少的一環(huán)，摘果機(jī)械的升級(jí)可解放勞動(dòng)力、提高工作效率，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 摘果機(jī)技術(shù)毫無疑問是未來的戰(zhàn)略性高技術(shù)，充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前，國際上摘果機(jī)市場大概有80億至100億，其中工業(yè)摘果機(jī)占的比重最大。2025年，整個(gè)摘果機(jī)市場將達(dá)到500億，服務(wù)摘果機(jī)從原來的300多萬臺(tái)增加到1200多萬臺(tái)，特種摘果機(jī)（如：農(nóng)業(yè)摘果機(jī)、排爆摘果機(jī)、醫(yī)療摘果機(jī)等）的呼聲也越來越高。另外，微軟等IT企業(yè)，豐田、奔馳等汽車
2、公司，甚至還有家具、衛(wèi)生潔具企業(yè)都紛紛參與摘果機(jī)的研制。 隨著摘果機(jī)技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)外開始探索相關(guān)技及先進(jìn)成果應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中果實(shí)采摘收割摘果機(jī)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中相對大的比重，相關(guān)摘果機(jī)隨著技術(shù)進(jìn)步及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的成熟會(huì)為人們解放勞動(dòng)力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。目的：以蘋果采摘為背景，設(shè)計(jì)一款適應(yīng)多變的開放式的蘋果園地面環(huán)境，穩(wěn)定性好，控制能力高的蘋果采摘機(jī)，采摘部分要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本課題預(yù)期設(shè)計(jì)一款輪式蘋果采摘機(jī)，由移動(dòng)載體和帶夾持機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂組成，其底部結(jié)構(gòu)可自由行進(jìn)，控制能力靈活。預(yù)期在摘果過程中首先通過夾持機(jī)構(gòu)將果實(shí)夾緊，之后利用切割機(jī)構(gòu)，通過刀片對果柄進(jìn)行切割，使果實(shí)與果柄分離，
3、從而完成果實(shí)采摘。意義：提高和鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和綜合知識(shí)的應(yīng)用能力，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。本文所設(shè)計(jì)摘果機(jī)雖然尚無法取代人工作業(yè)，但是對摘果機(jī)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)采摘相關(guān)技術(shù)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)，并對進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)帶來了可操作的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對累積相關(guān)制作技術(shù)有很好的驗(yàn)證作用。2本課題主要研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)主要內(nèi)容：移動(dòng)底盤的：為了適應(yīng)多變的開放式的蘋果園地面環(huán)境，預(yù)期選用履帶式移動(dòng)小車作為移動(dòng)底盤。上面加裝了主控電路板，采摘輔助裝置，多種傳感器，電源模塊等。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：預(yù)期由機(jī)械手腰部，大臂，小臂組成。預(yù)期選用電動(dòng)推桿作為小臂伸縮的部件，在伸出桿的末端通過螺絲連接相應(yīng)法蘭盤與末端執(zhí)行器固連。末端執(zhí)行器：末
4、端執(zhí)行器初步選定使用夾持機(jī)構(gòu)將果實(shí)夾緊，再利用剪刀將果柄剪斷，這種方法需要精確的檢測果柄的位置，之后通過精確調(diào)整末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，其系統(tǒng)的控制難度稍難。 其主要通過動(dòng)力源，切割機(jī)構(gòu)，接近機(jī)構(gòu)，夾持機(jī)構(gòu)，傳感控制系統(tǒng)組成。接近機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：初步確定由電動(dòng)機(jī)的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、機(jī)架、滑塊和導(dǎo)桿構(gòu)成。夾持機(jī)構(gòu)：初步確定由電動(dòng)機(jī)的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、滑塊和機(jī)架構(gòu)成切割機(jī)構(gòu)： 初步確定由刀架和雙面刀片組成。預(yù)期目標(biāo)：1）適應(yīng)多變的開放式的蘋果園地面環(huán)境2）摘過過程中具有較好的穩(wěn)定性和較高的控制能力3）保證摘果的效率和果實(shí)的完整4）傳動(dòng)過程較為簡潔3本課題擬采用的研究方法、步驟研究方法：運(yùn)用三維建模軟件對全自動(dòng)摘
5、果機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。查閱書籍了解并掌握全自動(dòng)摘果機(jī)各個(gè)模塊的功能和設(shè)計(jì)，制作出相應(yīng)模塊的圖紙，并對主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，保證全自動(dòng)摘果機(jī)的安全性，并實(shí)現(xiàn)對其的運(yùn)動(dòng)控制。研究步驟：計(jì)算蘋果采摘機(jī)受力情況時(shí)，假設(shè)摘果機(jī)在平地上直線加速行駛，不考慮摘果機(jī)在過程中產(chǎn)生的阻力；大臂小臂的設(shè)計(jì)：根據(jù)結(jié)構(gòu)限制，扭矩與功率公式等條件來計(jì)算大臂小臂的長度和轉(zhuǎn)矩；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率：由摘過質(zhì)量、運(yùn)行速度、驅(qū)動(dòng)輪直徑等因素來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率；軸承的選擇與校核：要考慮到軸徑、軸承的性能還有壽命、可靠度、靜載荷、動(dòng)載荷、額定壽命、基本額定壽命、基本額定載荷等因素。4本課題主要參考文獻(xiàn)1楊冬進(jìn),張燕.基于單片機(jī)控制的自動(dòng)蘋
6、果采摘機(jī)設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2015(2):28-31.2李偉,李吉,張俊雄, et al.蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械臂優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真J.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 35(6):721-726.3張杰,姬長英,顧寶興, et al.三自由度蘋果采摘機(jī)器人本體設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2015, 51(23).4樊琛,曹凡,楊振坤.小型可升降蘋果采摘機(jī)的設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2013, 35(1):129-132.5孫賢剛,伍錫如,黨選舉, et al.基于視覺檢測的蘋果采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2016(9).6伍錫如,黃國明,劉金霞, et al.新型蘋果采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)與試
7、驗(yàn)J.科學(xué)技術(shù)與工程, 2016, 16(9):71-79.7宣峰,朱清智,張毅.基于MSP430F149智能監(jiān)控的蘋果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2016(9).8張賓,宿敬肖,張微微, et al.基于激光視覺的智能識(shí)別蘋果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2016, 38(7).9李潤娟,賈宇向.蘋果采摘機(jī)械手設(shè)計(jì)探討J.河南科技, 2014(2):107-107.10李珈慧.蘋果采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真D. 2014.11高群,于歡,段旭明.蘋果采摘機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析J.南方農(nóng)機(jī), 2018, v.49;No.294(02):42.12鄭爽爽,李艷聰,張盛, et
8、 al.蘋果采摘機(jī)械人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2015(21).13黃震宇,黨麗峰,史銀花.基于單片機(jī)的自動(dòng)蘋果采摘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù), 2013(5):58-59.14馬履中,楊文亮,王成軍, et al.蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)J.農(nóng)機(jī)化研究, 2009, 31(12):65-67.15陳川雄,張學(xué)明,汪小志.蘋果采摘六自由度機(jī)械手設(shè)計(jì) 基于迭代學(xué)習(xí)和智能軌跡規(guī)劃J.農(nóng)機(jī)化研究, 2016, 38(7).5本課題的具體進(jìn)度安排（包括序號(hào)、起迄日期、工作內(nèi)容）2018.12.312019.1.31查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，寫文獻(xiàn)綜述。2019.2. 12019.3.31方案選擇及初步設(shè)計(jì)。2019.4.12019.4.20詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇設(shè)計(jì)所需零部件和元器件型號(hào)。2019.4.212019.5.31設(shè)計(jì)圖、軟件、硬件設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試。2019.6.12019.6.10論文撰寫、工作審定。2019.6.112019.6.20論文修改、答辯準(zhǔn)備、畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師： （親筆簽名） 年 月 日
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