開題報告蘋果采摘機的設(shè)計》

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)機械的自動化、智能化在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的進程中也越來越迫切。果實采摘是水果生產(chǎn)和加工領(lǐng)域中必不可少的一環(huán)，摘果機械的升級可解放勞動力、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。 摘果機技術(shù)毫無疑問是未來的戰(zhàn)略性高技術(shù)，充滿機遇和挑戰(zhàn)。目前，國際上摘果機市場大概有80億至100億，其中工業(yè)摘果機占的比重最大。2025年，整個摘果機市場將達到500億，服務(wù)摘果機從原來的300多萬臺增加到1200多萬臺，特種摘果機（如：農(nóng)業(yè)摘果機、排爆摘果機、醫(yī)療摘果機等）的呼聲也越來越高。另外，微軟等IT企業(yè)，豐田、奔馳等汽車公司，甚至還有家具、衛(wèi)生潔具企業(yè)都紛紛參與摘果機的研制。 隨著摘果機技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)外開始探索相關(guān)技及先進成果應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中果實采摘收割摘果機是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中相對大的比重，相關(guān)摘果機隨著技術(shù)進步及相關(guān)經(jīng)驗的成熟會為人們解放勞動力、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，采摘部分要求實現(xiàn)自動化。本課題預(yù)期設(shè)計一款輪式蘋果采摘機，由移動載體和帶夾持機構(gòu)的機械臂組成，其底部結(jié)構(gòu)可自由行進，控制能力靈活。預(yù)期在摘果過程中首先通過夾持機構(gòu)將果實夾緊，之后利用切割機構(gòu)，通過刀片對果柄進行切割，使果實與果柄分離，從而完成果實采摘。意義：提高和鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力和綜合知識的應(yīng)用能力，鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力。本文所設(shè)計摘果機雖然尚無法取代人工作業(yè)，但是對摘果機應(yīng)用到農(nóng)業(yè)采摘相關(guān)技術(shù)奠定了實踐基礎(chǔ)，并對進一步實驗帶來了可操作的實驗平臺，對累積相關(guān)制作技術(shù)有很好的驗證作用。2本課題主要研究內(nèi)容和預(yù)期目標主要內(nèi)容：移動底盤的：為了適應(yīng)多變的開放式的蘋果園地面環(huán)境，預(yù)期選用履帶式移動小車作為移動底盤。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。傳動結(jié)構(gòu)：預(yù)期由機械手腰部，大臂，小臂組成。預(yù)期選用電動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：末端執(zhí)行器初步選定使用夾持機構(gòu)將果實夾緊，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。 其主要通過動力源，切割機構(gòu)，接近機構(gòu)，夾持機構(gòu)，傳感控制系統(tǒng)組成。接近機構(gòu)設(shè)計：初步確定由電動機的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、機架、滑塊和導(dǎo)桿構(gòu)成。夾持機構(gòu)：初步確定由電動機的絲杠螺母結(jié)構(gòu)、滑塊和機架構(gòu)成切割機構(gòu)： 初步確定由刀架和雙面刀片組成。預(yù)期目標：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的完整4）傳動過程較為簡潔3本課題擬采用的研究方法、步驟研究方法：運用三維建模軟件對全自動摘果機進行設(shè)計。查閱書籍了解并掌握全自動摘果機各個模塊的功能和設(shè)計，制作出相應(yīng)模塊的圖紙，并對主要零部件進行強度校核計算，保證全自動摘果機的安全性，并實現(xiàn)對其的運動控制。研究步驟：計算蘋果采摘機受力情況時，假設(shè)摘果機在平地上直線加速行駛，不考慮摘果機在過程中產(chǎn)生的阻力；大臂小臂的設(shè)計：根據(jù)結(jié)構(gòu)限制，扭矩與功率公式等條件來計算大臂小臂的長度和轉(zhuǎn)矩；驅(qū)動電機的功率：由摘過質(zhì)量、運行速度、驅(qū)動輪直徑等因素來確定驅(qū)動電機的功率；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1 楊冬進, 張燕. 基于單片機控制的自動蘋果采摘機設(shè)計J. 農(nóng)機化研究, 2015(2):28-31.2 李偉, 李吉, 張俊雄, et al. 蘋果采摘機器人機械臂優(yōu)化設(shè)計及仿真J. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 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器人本體設(shè)計J. 計算機工程與應(yīng)用, 2015, 51(23).4 樊琛, 曹凡, 楊振坤. 小型可升降蘋果采摘機的設(shè)計J. 農(nóng)機化研究, 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器人系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J. 農(nóng)機化研究, 2016(9).6 伍錫如, 黃國明, 劉金霞, et al. 新型蘋果采摘機器人的設(shè)計與試驗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)控的蘋果采摘機器人設(shè)計J. 農(nóng)機化研究, 2016(9).8 張賓, 宿敬肖, 張微微, et al. 基于激光視覺的智能識別蘋果采摘機器人設(shè)計J.農(nóng)機化研究, 2016, 38(7).9 李潤娟, 賈宇向. 蘋果采摘機械手設(shè)計探討J. 河南科技, 2014(2):107-107.10 李珈慧. 蘋果采摘機器人移動平臺機械系統(tǒng)的設(shè)計及仿真D.  2014.11 高群, 于歡, 段旭明. 蘋果采摘機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析J. 南方農(nóng)機, 2018, v.49;No.294(02):42.12 鄭爽爽, 李艷聰, 張盛, et al. 蘋果采摘機械人結(jié)構(gòu)設(shè)計J. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2015(21).13 黃震宇, 黨麗峰, 史銀花. 基于單片機的自動蘋果采摘機系統(tǒng)設(shè)計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. 蘋果采摘機器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗J. 農(nóng)機化研究, 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械手設(shè)計 基于迭代學(xué)習(xí)和智能軌跡規(guī)劃J. 農(nóng)機化研究, 2016, 38(7).5本課題的具體進度安排（包括序號、起迄日期、工作內(nèi)容）2018.12.312019.1.31   查閱相關(guān)文獻資料，寫文獻綜述。2019.2. 1 2019.3.31    方案選擇及初步設(shè)計。2019.4.12019.4.20     詳細設(shè)計，設(shè)計計算，選擇設(shè)計所需零部件和元器件型號。2019.4.21 2019.5.31   設(shè)計圖、軟件、硬件設(shè)計及仿真調(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