0025-水果采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【CAD圖+SW三維模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書】,CAD圖+SW三維模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書,水果,生果,瓜果,采摘,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad,sw,三維,模型,文獻(xiàn),翻譯,說明書,仿單 開題報(bào)告 題目名稱 水果采摘機(jī)器手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專 業(yè) 班 級(jí) 1、 選題的目的意義 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于作業(yè)對(duì)象的復(fù)雜、多樣，使得新概念農(nóng)業(yè)機(jī)械一一農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)具有了巨大經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場(chǎng)前景，符合社會(huì)發(fā)展的需求。 目前，在我國(guó)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)中農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步對(duì)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率已達(dá)到45%以上，超過了土地、勞動(dòng)力以及物資投入要素的貢獻(xiàn)份額。新階段“科教興農(nóng)’’的目標(biāo)是力求通過5-8年的不懈努力，農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率達(dá)到55%以上，科學(xué)技術(shù)成為農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動(dòng)力。但是，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率僅為17%，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大的差距，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，實(shí)施“精確”農(nóng)業(yè)，廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，以提高資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效率將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的水果采摘作業(yè)基本上都是手工進(jìn)行的。而21世紀(jì)，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將逐漸向社會(huì)其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，世界各國(guó)面臨著人口老齡問題，勞動(dòng)力不足將逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。隨著老齡化和勞動(dòng)力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相應(yīng)的提高，更重要的是溫室作業(yè)環(huán)境下勞動(dòng)舒適度較差，收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人特別是果實(shí)收獲機(jī)器人具有重要意義。 番茄內(nèi)含有糖、有機(jī)酸、礦物質(zhì)和多種維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，屬于營(yíng)養(yǎng)豐富的“水果蔬菜”，是廣泛栽培的重要果菜種類。據(jù)20世紀(jì)90年代中期統(tǒng)計(jì)，世界番茄的總產(chǎn)量為4900萬噸/年，其中美國(guó)750萬噸/年，中國(guó)680萬噸/年。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和作業(yè)機(jī)械化的要求，對(duì)番茄種植模式要求也越來越高，尤其是在可控環(huán)境的溫室中種植面積迅速增長(zhǎng)，因此種植、管理和收獲的勞動(dòng)量也越大，研究開發(fā)果實(shí)收獲機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化收獲是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程的重要課題。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，番茄的機(jī)械化采收與人工采收相比，具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。表1.1列舉了機(jī)械化采收與人工采收在費(fèi)用，速度，損失等方面的對(duì)比情況。 表1.1番茄機(jī)械化采收與人工采收對(duì)比 表中我們可以明顯的看到番茄機(jī)械化采收與人工采收在各方面對(duì)比的優(yōu)勢(shì)，我們只要設(shè)計(jì)合理的末端執(zhí)行器，盡量降低采收損失，番茄采收機(jī)械化必將具有廣闊的發(fā)展前景。 二、國(guó)內(nèi)外研究綜述 1.國(guó)外研究狀況 從1983年第一臺(tái)番茄采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來，采摘機(jī)器人的研究和開發(fā)已經(jīng)歷經(jīng)了近20年。日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼立項(xiàng)研究用于采摘蘋果、番茄、葡萄等水果的智能機(jī)器人。到1997年，國(guó)外開發(fā)的一系列果品蔬菜收摘機(jī)器人均研制出了樣機(jī)。在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究方面，法國(guó)是最早研究水果收獲機(jī)器人的國(guó)家之一。荷蘭收獲機(jī)器人的研究工作也走在很多國(guó)家的前面，但研究的果蔬種類并不多。日本于20世紀(jì)80年代初期已開始農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人研究，1984年Kyoto大學(xué)研究番茄收獲機(jī)械手以來，日本在農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究方面一直居各國(guó)之首。農(nóng)業(yè)機(jī)器人在日本、美國(guó)、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，其中嫁接機(jī)器人已在日本一些公司商品化，以動(dòng)物為作業(yè)對(duì)象的機(jī)器人都已分別在澳大利亞和荷蘭一些公司商品化，機(jī)械手類型的機(jī)器人在日本的幾個(gè)農(nóng)機(jī)公司和電氣公司進(jìn)入到商品化生產(chǎn)前的最后研發(fā)階段。 表1.2為部分國(guó)家果蔬收獲機(jī)器人的研究進(jìn)展統(tǒng)計(jì)情況。番茄收獲機(jī)器人屬于機(jī)械手系列。番茄收獲機(jī)器人是多用途機(jī)器人，通過改變末端執(zhí)行器與控制程序，不僅可以采摘普通番茄，還可以采摘櫻桃番茄。 表1.2 國(guó)內(nèi)外果蔬收獲機(jī)器人研究進(jìn)展統(tǒng)計(jì) 如圖1.1是日本的N.Kondo等人研制的番茄收獲機(jī)器人，由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺傳感器、移動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分組成。用彩色攝像機(jī)作為傳感器尋找和識(shí)別成熟果實(shí)。利用７自由度的工業(yè)機(jī)器人。為了不損傷果實(shí)，機(jī)械手的末端執(zhí)行器是帶有軟襯墊的吸引器，中間有壓力傳感器，把果實(shí)吸住后，利用機(jī)械手的腕關(guān)節(jié)把果實(shí)擰下。行走機(jī)構(gòu)有4個(gè)車輪，能在田間自動(dòng)行走，利用機(jī)器人的光傳感器和設(shè)置在地頭土埂的反射板，可檢測(cè)是否到達(dá)土埂，到達(dá)后自動(dòng)停止，轉(zhuǎn)動(dòng)后再繼續(xù)前進(jìn)。圖1.2所示為番茄采摘機(jī)械手。 圖1.1番茄采摘機(jī)器人 圖1.2番茄采摘機(jī)器手 圖1.3為日本的N.Kondo等人研制的黃瓜收獲機(jī)器人，采用三菱六自由度工業(yè)機(jī)器人，利用CCD攝像機(jī)，根據(jù)黃瓜比其葉莖對(duì)紅外光的反射率高的原理來識(shí)別黃瓜和葉莖。收獲時(shí)，先把黃瓜抓住，用接觸傳感器找出柄，然后剪斷。 圖1.4為西瓜采摘機(jī)器人，日本Kyoto大學(xué)研制出一個(gè)5自由度液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人用于收獲西瓜，它包括機(jī)器手、末端執(zhí)行器、視覺傳感器和行走裝置。 圖1.3 黃瓜采摘機(jī)器人 圖1.4西瓜采摘機(jī)器人 2.國(guó)內(nèi)研究狀況 在中國(guó)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究也逐漸起步。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)率先在我國(guó)研制出自動(dòng)嫁接機(jī)器人，并先后研制成功了自動(dòng)嫁接法、自動(dòng)旋切貼合法等嫁接技術(shù)。并獲得發(fā)明專利，填補(bǔ)了我國(guó)自動(dòng)化嫁接技術(shù)的空白，形成了我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化嫁接技術(shù)。嫁接機(jī)器人能夠完成砧木、穗木取苗、接合、固定、排苗等嫁接過程的自動(dòng)化作業(yè)，大大提高了作業(yè)效率和質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可用于黃瓜、西瓜、甜瓜苗的自動(dòng)嫁接。 吉林工業(yè)大學(xué)與吉林農(nóng)業(yè)研究所研制的鋤草機(jī)器人，裝有攝像機(jī)和圖像處理計(jì)算機(jī)。能快速準(zhǔn)確地分辨出蔬菜苗、雜草和土壤之間的差別，還能在種植行間自動(dòng)行走。上海交通大學(xué)的曹其新等人研發(fā)了草莓揀選機(jī)器人樣機(jī)。該樣機(jī)具有學(xué)習(xí)功能，作業(yè)時(shí)可根據(jù)示教揀選對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)樣本，改變或調(diào)整機(jī)器人揀選草莓的種類，并可一機(jī)多用，即使是沒有專業(yè)知識(shí)的操作人員，也能很容易地掌握其操作方法門。 東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人如圖1.2，主要由5自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，如圖1.3所示。采摘時(shí)，機(jī)器人停在距離母樹3~5m處．操縱機(jī)械手回轉(zhuǎn)馬達(dá)對(duì)準(zhǔn)母樹。然后，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時(shí)柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開并擺動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)要采集的樹枝。大小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使采摘爪沿著樹枝生長(zhǎng)方向趨近1.5~2m，然后采摘爪的梳齒央攏果枝，大小臂帶動(dòng)采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。這種機(jī)器人效率是500kg/天，是人工的30~50倍。而且，采摘時(shí)對(duì)母樹的破壞較小，凈采率高。另外，我國(guó)一些科研院所也正在對(duì)移動(dòng)機(jī)器人定位、導(dǎo)航等方面進(jìn)行研究。但均處于研究開發(fā)階段。 圖1.2 實(shí)物圖 圖1.3示意圖 分析國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)器人研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀可知，國(guó)外已經(jīng)研制了各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人，技術(shù)比較成熟，部分農(nóng)業(yè)機(jī)器人己有初步應(yīng)用，但我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究處于起步階段。與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大。開發(fā)各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人，適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程智能化發(fā)展的趨勢(shì)，是當(dāng)代農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的重要研究課題。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法 1. 參考國(guó)內(nèi)外機(jī)械手專利或文獻(xiàn)進(jìn)行參考設(shè)計(jì)； 2. 學(xué)習(xí)機(jī)器人知識(shí)，模仿人類采摘水果動(dòng)作進(jìn)行類比設(shè)計(jì)； 3. 運(yùn)用機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型； 4. 利用三維建模的方式對(duì)機(jī)械手零件進(jìn)行建模與裝配； 設(shè)計(jì)步驟： 搜索相關(guān)資料——熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)方法——整體結(jié)構(gòu)粗略構(gòu)思與設(shè)計(jì)——整合資料精確設(shè)計(jì)——繪制三維零件圖——完成零件三維裝配——撰寫說明書、打印圖紙——畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯； 四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況 參考文獻(xiàn)： ［1］曹杰，張靜。番茄機(jī)械化采收的發(fā)展［J］．中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2003．1：45-47． ［2］丁國(guó)文．2001年我國(guó)蔬菜生產(chǎn)與市場(chǎng)分析．中國(guó)溫室．2002．9：5-8 ［3］ 方建軍．移動(dòng)式采摘機(jī)器人研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)．2004．2：273-378 ［4］梁喜風(fēng)．苗香雯．崔糾榮．于永維，番茄收獲機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展［J］，農(nóng) 機(jī)化研究，2003(4)，1-4 ［5］趙勻．武傳寧．胡旭爾等，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展及存在的問題［J］，農(nóng)業(yè) 工程科學(xué)報(bào)，2003，19(1)，20-24 ［6］張鐵中．徐麗明，人有前景的蔬菜白動(dòng)嫁接機(jī)器人技術(shù)．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 2001(2),14-15 ［7］曹其新．呂恬生．永田雅輝．干紅永，草莓揀選機(jī)器人的開發(fā)，上海交通大 學(xué)學(xué)報(bào)，1999，33(7)，880-883 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