【JX18-15】柑橘采摘机械手设计（二维+三维+论文）
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JX18-15
【JX18-15】柑橘采摘机械手设计二维+三维+论文
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湖北理工学院毕业设计（论文）任务书题目：柑橘类采摘机械手的设计 学 院：机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化(新兴产业) 班 级：机械设计制造及其自动化(新兴产业)2014(1)班 学生姓名：邓元元 学 号：201440160112 指导教师：江金鱼 职 称：讲师 （任务起止日期 2017 年10 月 27日至 2018 年 5月20 日）系 主 任： 年 月 日湖北理工学院教务处制1.毕业设计（论文）的主要内容（课题内容介绍，包括选题来源、目的、意义等） 针对水果采摘困难危险等现实问题，为提高采摘效率及质量，本毕业设计拟开展柑橘类采摘机械手的设计，并对主要部件采用三维软件进行实体设计和造型，主要内容包括： （1）查阅相关资料，了解采摘机械手的工作原理，在此基础上进行总体方案的论证与设计。撰写开题报告。 （2） 拟订出工作机构和系统运动方案。 （3） 画出采摘机械手的运动简图。 （4） 对工作机构和传动系统进行设计计算，包括主要部件的设计计算、强度校核和运动分析。 （5） 设计绘制采摘机械手的总图和主要零件工作图。（6） 利用三维CAD软件对主要零件进行实体设计和造型。 （7） 翻译指定外文技术资料。 （8） 编写设计说明书。2.毕业设计（论文）的要求（包括主要工作内容等）小型采摘机械装置指：便携，单人操作，辅助果农个体人工采摘方式； 要求整体结构紧凑，性能稳定。传动机构工作可靠、运动平稳；主要零件的实体设计和造型应与工作机构和传动系统设计的数据保持一致，并按设计装配关系进行装配。 （1）根据毕业设计内容收集资料，完成3000字的开题报告； （2）保质保量完成汽车转向机构总体设计、各部件设计，完成图纸绘制、设计说明书撰写； （3）三张零号图纸； （4）编写设计说明书。（包括概述、设计方案分析，可行性论证、机械传动装置的设计计算、其他部件的选择等）。 （5）完成1000015000个字符的设计论文，要求内容完整，层次清楚，论证充分，符合规范要求。3.主要参考文献1宗望远, 顾林.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2015.082范钦珊.工程力学.北京：清华大学出版社，20123成大先.机械设计手册. 北京: 化学工业出版社, 20164李威.中文版AutoCAD 2016机械设计实例教程. 北京: 清华大学出版社, 20165冯仁余, 张丽杰.机械设计典型应用图例. 北京: 化学工业出版社, 20166张永茂, 王继荣. AutoCAD 2016中文版机械绘图实例教程. 北京: 机械工业出版社, 20167王莉静, 李从清.机械设计基础. 武汉: 华中科技大学出版社, 20168丁华.计算机三维机械设计基础. 北京: 科学出版社, 20169贾瑞清, 刘欢.机械创新设计案例与评论.北京 : 清华大学出版社, 201610侯力.机电一体化系统设计. 北京: 高等教育出版社, 201611余达太，马香峰.工业机器人应用工程.北京:冶金工业出版社,2001.12 黄瓜采摘机器人运动规划与控制系统研究 王燕 浙江工业大学 201013 基于FPA的多指机械手及其在果实采摘中的应用研究 钱少明 浙江工业大学 2012 14 采摘机械手的设计及其控制研究 黄浩乾 南京农业大学 2010 15 果蔬采摘机器人末端执行器的设计与研究 李欢 沈阳工业大学 2015 16 笃斯越桔采摘机械手机构设计运动学分析 王晨 东北林业大学 2008 17 番茄采摘机械手运动学仿真与避障算法研究 戈志勇 江苏大学 2007- 18 苹果采摘机械手的逆运动学求解研究 邹志勇 浙江农业学报 2016 19 香蕉采摘机械手结构设计及样机试验 王红军 机械设计 2013 20 基于ATmega16的六自由度果实采摘机械手控制系统的设计 宁志超 东北农业大学 2010 21 荔枝采摘机械手机构设计及运动学仿真 陈燕 机械设计 2010- 22 采摘机械手虚拟设计与仿真系统的研究 邹湘军 系统仿真学报 2010- 23 番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用 姜丽萍 江苏大学 2006 24 运用LMBP神经网络的黄瓜采摘机械手定位误差补偿算法 王燕 现代制造工程 2011 25 串并联式坚果采摘机械手机构研究 狄剑超 吉林大学 2012 26 杨文亮. 苹果采摘机器人机械手结构设计与分析D. 江苏大学, 2009 . 4.进度安排毕业设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1确定课题，查阅相关资料2017.10.272017.11.52总体方案的论证与设计2017.11.62017.11.303撰写开题报告，开题，外文文献翻译2017.12.15前完成4采摘机构和传动系统运动方案的拟订与分析2017.12.162017.12.255采摘机构和传动系统的设计计算2017.12.262018.1.56主要部件的强度校核，运动分析2018.1.62018.1.157总图或装配图的设计和绘制2018.1.162018.2.98毕业设计（论文）的初稿2018.2.102018.2.149控制系统的设计2018.2.152018.3.1110毕业设计中期检查2018.3.122018.3.1611柑橘类采摘机械手的性能分析2018.3.112018.3.2512毕业设计（论文）修稿，论文整理及定稿2018.3.262018.4.1713整理设计资料及答辩准备2018.4.182018.4.2714答辩2018.4.282018.4.2915将全套毕业设计资料（含外文翻译、开题报告、毕业设计（论文）、机械图样）整理上交2018.4.302018.5.1205.其它先查阅相关资料，设计几种方案进行比较分析，再选择其中一种进行设计。题目开始实施后，每周星期二、五下午15时在K1-206集中：考勤，检查进度，协调事项，进行组内讨论，解答问题。毕业实习为期两周，2018年3月31日前完成，在实习后应完成毕业实习报告。要求有统一的毕业设计笔记本，记录资料查阅、问题及解决方案等。每周集中时间进行检查。湖北理工学院2018届毕业设计（论文）开题报告题目：柑橘类采摘机械手的设计 学 院：机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化(新兴产业) 班 级：机械设计制造及其自动化(新兴产业)2014(1)班 学生姓名：邓元元 学 号：201440160112 指导教师：江金鱼 职 称： （任务起止日期 2017 年 11月 15日至 2017 年 12 月 15 日）系 主 任： 年 月 日湖北理工学院教务处制 一、选题的意义、目的、主要内容和主要研究方法：1.选题的意义：用于再现人手功能的技术装置称为机械手，机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现抓取、搬运或操作的机械装置，结构复杂的如工业上应用的工业机械手，日常生活中也有应用结构较为简单的机械手以扩展人手操控范围。果实的采摘是果树生长管理时期不可或缺的重要环节；对于高枝果实，现有的采摘一般都是采用爬树的方式，或者用竹竿打果的原始方法进行采摘，效率均不高；而且，爬树采摘的危险性较高，一旦树枝断裂，或者因雨水打滑，工人容易从树上掉；而竹竿打果则容易对果实造成损伤，采摘质量低，影响销售。因此，就需要一种采摘机械手，使工人能够在地面对高枝果实进行采摘，提高采摘效率，操作安全性高，保证所采摘果实的质量。每到水果成熟季节是果农最喜欢的时候，但是要在短时间内米摘果园中所有水果，也存在一定的困难，且生长在高处的水果不易被采摘，而传统的手工采摘效率低下，容易损坏水果表皮，直接影响到果农的经济效益，因此急需一个高效率且容易采摘高处或人手不方便达到的位置的机械手来代替人手采摘，并且能够保证水果表皮的完整性，从而提高经济效益。目前，市场上还没有成熟的水果采摘机械手，现有的一些果实采摘机械手有半自动式的抓剪式机械手和抓拉式机械手，但效率低下，且容易损坏水果表层。随着计算机和电控技术的迅速发展，机械手逐渐趋向于智能化，已经应用于各个领域，但在农业林业领域，还没具备实用性。在国际上一些发达的国家，特别是日本，从上世纪八十年代开始研究，取得了一些成果，已经开始投入应用阶段。 机械手结构设计是一项重要的工作，机械手机构型式和结构尺寸决定了机械手的操作特性和末端执行器的位姿。2.选题的目的：在果蔬生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40%，采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低，目前国内果蔬采摘作业基本上还是手工完成。随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本的提高，果蔬采摘这个问题已经慢慢被人们所重视。我国在机械手领域的研究目前还处于起步阶段，与发达国家相比差距还较大。开发各类农林机械手，适应农林生产过程机械化自动化发展的趋势，是当代农林工程领域的重要研究课题。开发现代高科技手段制造的收获机械手来取代人工繁重、低效的手工劳动成为必然。这样一方面可以减轻采摘者的劳动强度、大幅度提高劳动生产率，从而达到大幅提高劳动人员单位时间内的经济收入，提高劳动者产值的目的，同时还能够保证浆果的质量，提高资源利用率。 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种采摘机械手，使工人能够在地面对高枝果实进行采摘，提高采摘效率，操作安全性高，保证所采摘果实的质量。3.主要内容：方案一采果机械由采果剪刀机构、 接果网机构和伸缩杆3部分组成 。采果剪刀机构和接果网机构依次安装在伸缩杆上，伸缩杆控制钢球分别安装在第1节和第2节管的上部位置，控制绳索接在剪刀机构的滑块上，如图1所示。采果机械手工作时先打开伞状机构尼龙网，将可缩杆调到合适的高度，然后对准果柄或挂果果枝，拉动与滑块相连的绳索，使活动剪刀片向固定剪刀片合拢，实现剪刀剪切的动作，剪下的果实落人接果尼龙网中，松开绳子在弹簧的作用下，可动剪刀片复位。由于采摘果实是直接剪断果实的果柄，并不与果实表面接触而挤压果实，所以特别适合采摘软质果实或无外果皮包裹的果实。 方案二包括操作杆、剪具、用于远程驱动剪具进行剪切的驱动机构及用于承接被剪下的果实的接果容器，所述剪具、驱动机构和接果容器均连接在操作杆上；所述接果容器与剪具之间设有导果容器，所述导果容器的横截面积从上往下逐渐减小且其底部设有供果实穿过的通孔，果实从通孔落至接果容器。进一步，所述剪具包括动刀片、与动刀片铰接的定刀片和转轴，所述定刀片固定在操作杆顶端，所述动刀片与驱动机构相连。进一步，所述动刀片和定刀片的刃口呈圆弧状弯曲，且动刀片的刀刃端长度大于定刀片的刀刃端长度。进一步，所述驱动机构包括拉索和拉手，所述拉手通过转轴连接于操作杆，所述拉手与动刀片通过拉索相连接，且所述拉手在操作杆上绕转轴转动时通过拉索带动动刀片绕转轴转动。进一步，所述动刀片与定刀片的剪柄之间设有用于提供复位作用力的复位弹簧。进一步，所述复位弹簧穿在拉索上。进一步，所述操作杆内设有用于供拉索穿过的索通道，所述拉索的一端从索通道穿出并与动刀片相连。进一步，所述操作杆为由若干杆段依次套接的伸缩式结构；所述操作杆的底端设有换向器，所述拉索从索通道穿出并通过换向器后缠绕在一绕线器上，所述绕线器设在操作杆上；换向器与绕线器之间的拉索穿过拉手的开合受力部位。进一步，所述接果容器和或导果容器为网状结构、袋状结构或者篓状结构。本实用新型的有益效果：本实用新型的采摘机械手，通过操作杆对剪具和接果容器提升至合适的采摘高度后，通过驱动机构远程驱动剪具对，果枝进行剪切，果实即掉落至接果容器，从而使工人能够在地面对高枝果实进行采摘，提高了采摘效率，操作安全性高，保证所采摘果实的质量。4.主要研究方法：（1）理论解析，计算：进行理论上的分析和计算，可对其在进行工作时的应力应变下的结构特点进行分析，了解可行性的优化设计方案，结合方案中对设计进行优化设计。（2）文献研究：可在中国知网，万方数据库，百度文库等电子书库进行相关资料的收集，也可以在校内图书馆进行汽车离合器优化这方面的资料的查阅。（3）交流探讨：通过和指导老师，同学间的探讨学习，相互交流，了解设计的方案方法。2、 参考文献综述：收获作业的自动化和机器人的研究始于20世纪60年代的美国（1968年），采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获。从20世纪80年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表的发达国家，包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家，在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人、甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。东北林业大学的研究人员研制了林木球果采摘机器人，主要由5自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。采摘时，机器人停在距离母树3-5m处，操纵机械手回转马达对准母树。然后，单片机控制系统控制机械手大、小臂同时柔性升起达到一定高度，采摘爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采摘爪沿着树枝生长方向趋近1.5-2m，然后采摘爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。这种机器人效率是500kg/天，是人工的30-50倍。而且，采摘时对母树的破坏较小，采净率高。通过上文不难看出，国内外专家在果蔬采摘机器人这一领域都有不同程度的研究。2.主要参考文献；1宗望远, 顾林.机械设计.武汉：华中科技大学出版社，2015.082范钦珊.工程力学.北京：清华大学出版社，20123成大先.机械设计手册. 北京: 化学工业出版社, 20164李威.中文版AutoCAD 2016机械设计实例教程. 北京: 清华大学出版社, 20165冯仁余, 张丽杰.机械设计典型应用图例. 北京: 化学工业出版社, 20166张永茂, 王继荣. AutoCAD 2016中文版机械绘图实例教程. 北京: 机械工业出版社, 20167王莉静, 李从清.机械设计基础. 武汉: 华中科技大学出版社, 20168丁华.计算机三维机械设计基础. 北京: 科学出版社, 20169贾瑞清, 刘欢.机械创新设计案例与评论.北京 : 清华大学出版社, 201610侯力.机电一体化系统设计. 北京: 高等教育出版社, 201611余达太，马香峰.工业机器人应用工程.北京:冶金工业出版社,2001.12 黄瓜采摘机器人运动规划与控制系统研究 王燕 浙江工业大学 201013 基于FPA的多指机械手及其在果实采摘中的应用研究 钱少明 浙江工业大学 2012 14 采摘机械手的设计及其控制研究 黄浩乾 南京农业大学 2010 15 果蔬采摘机器人末端执行器的设计与研究 李欢 沈阳工业大学 2015 16 笃斯越桔采摘机械手机构设计运动学分析 王晨 东北林业大学 2008 17 番茄采摘机械手运动学仿真与避障算法研究 戈志勇 江苏大学 2007- 18 苹果采摘机械手的逆运动学求解研究 邹志勇 浙江农业学报 2016 19 香蕉采摘机械手结构设计及样机试验 王红军 机械设计 2013 20 基于ATmega16的六自由度果实采摘机械手控制系统的设计 宁志超 东北农业大学 2010 21 荔枝采摘机械手机构设计及运动学仿真 陈燕 机械设计 2010- 22 采摘机械手虚拟设计与仿真系统的研究 邹湘军 系统仿真学报 2010- 23 番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用 姜丽萍 江苏大学 2006 24 运用LMBP神经网络的黄瓜采摘机械手定位误差补偿算法 王燕 现代制造工程 2011 2
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