开题报告苹果采摘机的设计》

1本课题研究的背景、目的及意义背景:农业是民生之本，随着工业及科学技术的发展，农业机械的自动化、智能化在农业现代化生产的进程中也越来越迫切。果实采摘是水果生产和加工领域中必不可少的一环，摘果机械的升级可解放劳动力、提高工作效率，在农业现代化方面具有广阔的应用前景。 摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国际上摘果机市场大概有80亿至100亿，其中工业摘果机占的比重最大。2025年，整个摘果机市场将达到500亿，服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台，特种摘果机（如：农业摘果机、排爆摘果机、医疗摘果机等）的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。 随着摘果机技术的发展国内外开始探索相关技及先进成果应用在农业领域，其中果实采摘收割摘果机是农业领域中相对大的比重，相关摘果机随着技术进步及相关经验的成熟会为人们解放劳动力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。目的：以苹果采摘为背景，设计一款适应多变的开放式的苹果园地面环境，稳定性好，控制能力高的苹果采摘机，采摘部分要求实现自动化。本课题预期设计一款轮式苹果采摘机，由移动载体和带夹持机构的机械臂组成，其底部结构可自由行进，控制能力灵活。预期在摘果过程中首先通过夹持机构将果实夹紧，之后利用切割机构，通过刀片对果柄进行切割，使果实与果柄分离，从而完成果实采摘。意义：提高和锻炼学生的设计能力和综合知识的应用能力，锻炼学生解决实际工程问题的能力。本文所设计摘果机虽然尚无法取代人工作业，但是对摘果机应用到农业采摘相关技术奠定了实践基础，并对进一步实验带来了可操作的实验平台，对累积相关制作技术有很好的验证作用。2本课题主要研究内容和预期目标主要内容：移动底盘的：为了适应多变的开放式的苹果园地面环境，预期选用履带式移动小车作为移动底盘。上面加装了主控电路板，采摘辅助装置，多种传感器，电源模块等。传动结构：预期由机械手腰部，大臂，小臂组成。预期选用电动推杆作为小臂伸缩的部件，在伸出杆的末端通过螺丝连接相应法兰盘与末端执行器固连。末端执行器：末端执行器初步选定使用夹持机构将果实夹紧，再利用剪刀将果柄剪断，这种方法需要精确的检测果柄的位置，之后通过精确调整末端执行器的位置和姿态，其系统的控制难度稍难。 其主要通过动力源，切割机构，接近机构，夹持机构，传感控制系统组成。接近机构设计：初步确定由电动机的丝杠螺母结构、机架、滑块和导杆构成。夹持机构：初步确定由电动机的丝杠螺母结构、滑块和机架构成切割机构： 初步确定由刀架和双面刀片组成。预期目标：1）适应多变的开放式的苹果园地面环境2）摘过过程中具有较好的稳定性和较高的控制能力3）保证摘果的效率和果实的完整4）传动过程较为简洁3本课题拟采用的研究方法、步骤研究方法：运用三维建模软件对全自动摘果机进行设计。查阅书籍了解并掌握全自动摘果机各个模块的功能和设计，制作出相应模块的图纸，并对主要零部件进行强度校核计算，保证全自动摘果机的安全性，并实现对其的运动控制。研究步骤：计算苹果采摘机受力情况时，假设摘果机在平地上直线加速行驶，不考虑摘果机在过程中产生的阻力；大臂小臂的设计：根据结构限制，扭矩与功率公式等条件来计算大臂小臂的长度和转矩；驱动电机的功率：由摘过质量、运行速度、驱动轮直径等因素来确定驱动电机的功率；轴承的选择与校核：要考虑到轴径、轴承的性能还有寿命、可靠度、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等因素。4本课题主要参考文献1杨冬进,张燕.基于单片机控制的自动苹果采摘机设计J.农机化研究, 2015(2):28-31.2李伟,李吉,张俊雄, et al.苹果采摘机器人机械臂优化设计及仿真J.北京工业大学学报, 2009, 35(6):721-726.3张杰,姬长英,顾宝兴, et al.三自由度苹果采摘机器人本体设计J.计算机工程与应用, 2015, 51(23).4樊琛,曹凡,杨振坤.小型可升降苹果采摘机的设计J.农机化研究, 2013, 35(1):129-132.5孙贤刚,伍锡如,党选举, et al.基于视觉检测的苹果采摘机器人系统设计与实现J.农机化研究, 2016(9).6伍锡如,黄国明,刘金霞, et al.新型苹果采摘机器人的设计与试验J.科学技术与工程, 2016, 16(9):71-79.7宣峰,朱清智,张毅.基于MSP430F149智能监控的苹果采摘机器人设计J.农机化研究, 2016(9).8张宾,宿敬肖,张微微, et al.基于激光视觉的智能识别苹果采摘机器人设计J.农机化研究, 2016, 38(7).9李润娟,贾宇向.苹果采摘机械手设计探讨J.河南科技, 2014(2):107-107.10李珈慧.苹果采摘机器人移动平台机械系统的设计及仿真D. 2014.11高群,于欢,段旭明.苹果采摘机器人的机械结构设计分析J.南方农机, 2018, v.49;No.294(02):42.12郑爽爽,李艳聪,张盛, et al.苹果采摘机械人结构设计J.科技创新与应用, 2015(21).13黄震宇,党丽峰,史银花.基于单片机的自动苹果采摘机系统设计J.农业装备技术, 2013(5):58-59.14马履中,杨文亮,王成军, et al.苹果采摘机器人末端执行器的结构设计与试验J.农机化研究, 2009, 31(12):65-67.15陈川雄,张学明,汪小志.苹果采摘六自由度机械手设计 基于迭代学习和智能轨迹规划J.农机化研究, 2016, 38(7).5本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）2018.12.312019.1.31查阅相关文献资料，写文献综述。2019.2. 12019.3.31方案选择及初步设计。2019.4.12019.4.20详细设计，设计计算，选择设计所需零部件和元器件型号。2019.4.212019.5.31设计图、软件、硬件设计及仿真调试。2019.6.12019.6.10论文撰写、工作审定。2019.6.112019.6.20论文修改、答辩准备、毕业答辩。指导教师意见： 指导教师： （亲笔签名） 年 月 日