葡萄采摘機的設計【葡萄采摘收獲機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】
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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）開題報告
課題名稱 葡萄采摘機的設計
學生姓名 宋曉雪
學 號 8011212240
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機械16-2
指導教師 孟煒
起止時間 2015/10/15-2016/6/2
機械電氣化工程學院教務辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
開題報告正文
1 本課題來源及研究的目的和意義
1.1課題來源
貿易額已超過230億美元的果品在全球也只有葡萄產業(yè)，遠遠超過了其他果品，是名副其實的高效產業(yè)。葡萄生產以幾個發(fā)達國家為主，產量和種植面積分別占全球65.6%、70.7%[1]。近10年來，我國鮮食葡萄進口位居第10位，年進口量達8萬t以上，價值9062.9萬美元，而葡萄出口量僅1.8萬t，占世界葡萄出口量的0.58%，出口值781.5萬美元，價格不足世界出口平均價的1/2【1】，國內外鮮食葡萄采摘沒有機械化，依然依靠人工，或者一些簡單的機械，葡萄采摘機器人停留在機器人視覺系統(tǒng)研究階段。我國葡萄生產發(fā)展迅速，尤其，依托優(yōu)勢資源，大力發(fā)展特色產業(yè)，葡萄產業(yè)得到了快速發(fā)展，種植面積、產量、深加工能力大幅提高。
葡萄的收獲是葡萄生產過程中的非常重要的一個環(huán)節(jié)，目前我國葡萄產業(yè)的機械化采收主要體現(xiàn)在釀酒葡萄上，在采摘成串葡萄上機械沒有普及，并存在下面幾個問題：
（1） 采收成串葡萄完全依靠人手，勞動強度大、生產效率低；
（2） 收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟作物收獲期重疊，導致雇傭工困難；
（3） 采收成串葡萄所用農業(yè)機器人，不能很好的節(jié)省人力，難以普及；
1.2研究目的
為了使我國的葡萄貿易額進一步的提高，葡萄產業(yè)鏈中的采收環(huán)節(jié)遇到問題亟需解決，本課題提出的葡萄采摘機以達到以下目的：
（1） 采收依靠機械，降低人的勞動強度，提高生產效率；
（2） 解決收獲季節(jié)與棉花、番茄等經(jīng)濟作物收獲期重疊，導致雇傭工困難的問題；
（3） 降低采摘機器各項成本，促進我葡萄產業(yè)的發(fā)展；
1.3 研究意義
任何產業(yè)要實現(xiàn)產能大幅的提高，機械化是避免不了的，葡萄產業(yè)中的采收環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化意義在于：
（1） 體現(xiàn)了人類社會的進步，效率更高；
（2） 體現(xiàn)了人類科技的積淀已滲透到生活的方方面面，使人類的生活更加舒適；
2 本課題所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析
2.1 國外葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀及分析
2.1.1 美國
在美國，葡萄機械化應用在釀酒葡萄上，采收的葡萄成顆粒狀，收獲作業(yè)試驗開始于1952年的美國加利福尼亞州，1963年建成了第一臺商業(yè)化的葡萄收獲機，1965年對該機進行了改進。目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。
2.1.2 法國
在法國，法國從拖拉機到與之配套的栽植、剪枝、整形、施肥、施藥、采收、包裝、運輸?shù)染邢鄳淖鳂I(yè)機械，其葡萄采收機械每年生產量較大，出口較多，與美國的機械相同也是振動分離式釀酒葡萄收獲機，目前對鮮食葡萄的采摘機械，沒有制造出采摘鮮食葡萄機器人[2]。
2.1.3 紐荷蘭
在紐荷蘭， Braud 9080L釀酒葡萄葡萄收獲機，在沈陽展會展出，是全天候生產設計機型，其工作涵蓋從預修剪和葡萄收貨各個環(huán)節(jié)，為中國的葡萄酒業(yè)提供更加強大的支撐和動力，為用戶提供高質量的收貨狀態(tài)，節(jié)約種植成本。
2.2 國內葡萄采摘機的研究現(xiàn)狀
近年來，我國大學對葡萄采摘機開展了大量的研究工作，最早的機械采摘方法是采用機械振搖式和氣動振搖式，應用于釀酒葡萄，中國農業(yè)大學工學院聯(lián)合浙江理工大學機械與自動控制學院、美國華盛頓州立大學精細與自動化農業(yè)研究中心對振動原理分離果實與果梗做了詳細的演算，石河子大學研發(fā)出一臺振動分離原理的葡萄采摘機和相配合的輸送機構，摘下來之后是顆粒狀的，目前對鮮食葡萄的采摘機械，停留的機器人視覺系統(tǒng)-葡萄采摘點控制方法的理論階段。2002年克州農機研究推廣所，研究出一種4PCQ-1采摘高架鮮食葡萄的機器。
2.3分析
隨著科學技術的發(fā)展，農業(yè)機器人在國內外迅速發(fā)展起來。自從20世紀60年代美國人Schertz和Brown提出用機器人采摘果實之后，對采摘機器人的研究受到廣泛重。我國農業(yè)機器人的研究起步比較晚，但正在不斷的發(fā)展。其中包括中國農業(yè)大學的草莓采摘機器人研究、東北林業(yè)大學林木球果采摘機器人研究及上海交通大學的黃瓜機器人研究等。目前國內外采摘鮮食葡萄沒有機器人，停留在機器人判斷采摘鮮食葡萄的采摘點理論方法上。
3對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析
3.1 任務要求
1. 設計一種葡萄采摘機，收貨成串的葡萄，具有采摘機構，葡萄輸送機構；
2. 輸送過程中盡量不能使其受損傷；
3. 要求利用Solidworks（或PRO/E）繪制三維圖，完成運動仿真，繪制CAD二維圖。
3.2實現(xiàn)預期目標的可行性分析
進行市場調查，發(fā)現(xiàn)葡萄梗的粗細約為直徑2-3mm的圓，確定采用手推式采摘機，采摘末端機構為剪刀，輸送機構為斜坡帶傳動，臨時存儲框安裝在手推小車內。
4本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路
4.1 研究內容及關鍵問題
（1）搭載葡萄采摘裝置和輸送裝置的整機機構。
（2）葡萄采摘裝置。
（3）葡萄接收，輸送及臨時存儲裝置。
（4）人性化、美觀化設計。
4.2解決思路
根據(jù)葡萄架的高低，調節(jié)坡式帶傳動結構的坡度，調節(jié)適當后，人推動四輪小車，到葡萄架下，手持桿式采摘剪刀剪葡萄，剪落后的葡萄落在布網(wǎng)狀帶上，由斜坡式運輸機構將葡萄運輸?shù)剿妮喰≤嚨目騼取?
5完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
（1）查最新的相關資料——圖書館浩大的數(shù)據(jù)庫可提供。
（2）自己能力范圍之外的問題——可咨詢指導老師及同學們。
6完成本課題的工作方案及進度計劃
6.1工作方案
（1）采用手推式的四輪小車，上搭建有葡萄輸送機構、葡萄的臨時存儲倉和葡萄采摘裝置放置位置，根據(jù)實際計算四輪小車的各部分尺寸。
（2）葡萄采摘裝置由剪刀(彈簧撐于剪刀開閉路徑控制器處，使剪刀常閉)、桿，閘線（自行車剎車閘線），手握柄組成；裝置詳細構造：常閉剪刀固定在桿的一端，桿的另一端設計類似自行車剎車閘的手握手柄，手握手柄與常閉剪刀用閘線連接，握動手握手柄，可使常閉剪刀開，放松手握手柄，常閉剪刀在彈簧的作用下自動閉合。
（3）葡萄接收與輸送裝置原理，斜坡式可折疊帶傳動，臨時存儲裝置：四輪小車內放置框；a.斜坡式帶傳動具體構造:由汽油機，二級減速帶（使葡萄輸送帶的速度降低到不損傷葡萄），特制葡萄傳輸帶，主動輪，從動輪，搭載機架，斜坡角度可調裝置組成；b. 特制葡萄傳輸帶的構成：帶的兩側由普通的平帶，中間用略寬松的棉布組成，棉布的矩形網(wǎng)眼不易過大，不能超過葡萄的直徑。c.接收與輸送裝置運動方式，剪刀剪落下來的葡萄掉落在略寬松的網(wǎng)上，不會滑落，由汽油機帶動主從動輪帶動網(wǎng)帶運輸，將葡萄輸送到四輪小車的框內。
（4）葡萄采摘機的設計應該人性化，有適當長度的桿，采摘裝置的重量和四輪小車的重量也要適當，應用藝術的方法進行機械的外觀設計。產品形態(tài)不是一個孤立的外觀形式，而是通過材料、結構、人-機關系以及生產工藝等因素展示出的產品外在表現(xiàn)。通過產品形態(tài)，使消費者了解到產品的使用功能、操作方式、文化內涵等一系列的具體內容。
6.2進度計劃
1-2周 確定總體設計方案，畫出葡萄采摘機的結構簡圖；
3-8周 細化設計，對葡萄采摘機的各部件進行設計，畫裝配圖和零部件結構圖；
9-10周 利用Solidworks（或PRO/E）軟件繪制三維圖，完成裝配圖，對其可行性進行分析，完成運動仿真；
11 - 13周 撰寫設計說明書，整理材料，準備答辯。
7主要參考文獻
[1]胡志超，田立佳，彭寶，計福來，王海鷗.國內外葡萄生產機械化的研究與應用[J].農業(yè)機械，2005，9（1）:62-63.
[2]王秋錦.法國用機器收獲葡萄情況[J].拖拉機與農業(yè)機械，1980，11:62-65.
[3]劉瑩，吳宗澤.機械設計教程[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社，2007.
[4]孫桓，陳作模，葛文杰，西北工業(yè)大學機械原理與機械零件教研室.機械原理[M].8版.北京:高等教育出版社，2013.
[5]大連理工大學工程圖學教研室.機械制圖[M].6版.北京:高等教育出版社，2007.
[6]孔曉玲.公差與測量技術[M].北京:北京大學出版社，2009.
[7]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].I.7版.北京:高等教育出版社，2009.
[8]單輝祖.材料力學[M].3版.北京:高等教育出版社，2009.
[9]海力力，沙比提·扎克爾.4PCQ-1型葡萄采摘器.農機化[J].2002，25(4)：52-53.
學生簽名 宋曉雪
2015年 11 月 14日
指導教師審閱意見
指導教師簽名
年 月 日
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