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毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目 辅助人工采摘苹果装置设计一选题的目的和意义21 世纪以来，随着我国现代化农业改革建设的不断深入，原始的农业发展模式正逐渐被各种机械所替代，但在苹果采摘这一领域却并没有实质性的研究突破。在我国大多数地区，苹果采摘工作仍旧是纯手工完成。这样的生产方式不仅耗时费力，而且在采摘过程中，果农需要不断地爬高，存在一定的危险。本课题的研究就是为了减轻果农的劳动强度，提高采摘效率，避免爬高带来的意外伤害。二国内外研究现状国外研究现状：目前国外对采摘机械的研究主要是以采摘机器人为主。其研究思想是人机协作，即由人来完成寻找、导航、定位待采摘苹果，由机器人来完成果实的采摘任务。机器人采摘苹果可以极大地解放生产力，提高采摘效率，但其缺点也十分明显。由于工作环境的复杂性和不确定性，目前采摘机器人的智能化水平离实际应用和商业化还有很长一段路要走。国内研究现状：我国从 20 世纪 70 年代开始研究果园采摘机械。受我国地域种植条件限制，此类研究主要以人工作业用的辅助机械为主。至 90 年代开始，由于市场因素带动果树种植热潮，因此以市场需求为导向的各种简易采摘器应运而生。2007 年新疆机械研究所研制出了我国第一台多功能果园作业机，即 LG-1 型多功能自走式作业机。该作业机的研制成功，标志着我国果园由单一的采摘机械进入到了多功能作业的机械时代。在机器人采摘研究方面，我国尚处于起步状态。2006 年我国出台了“十一五”国家高科技研究发展计划（863 计划） ，提出了高科技技术项目果园采摘机器人关键技术研究 。近年来国内许多高校也积极介入农业机器人采摘领域的研究，取得了一定成果。在我国现阶段内苹果种植方式主要是分散栽培，分户管理。真正集中成片统一管理的大型现代化果园其实很少。所以就成本，技术等种种因素考虑，现阶段内果农可以使用的采摘机械应是以人为主，机械为辅的。即考虑到适用对象是果农，并不具备系统的，专业的机电知识，所以设计出来的机械装置应合理可靠，操作简便，成本低廉。三课题研究内容果农在采摘苹果时，导致采摘效率低的主要原因有：（1）果树高矮程度不一，在采摘时需要利用短梯爬高或弯腰甚至蹲伏；（2）人工采摘苹果时，有的苹果根部难以折断，耗时较长；（3）果农在爬高采摘苹果时，一次的采摘量最多有三到四个，需反复地爬上 爬下，既浪费时间增加了危险性。要提高采摘效率，实现本次辅助人工采摘装置设计的目的，则必须考虑上述原因。 因此本课题的研究具体内容如下：（1）了解果农在采摘苹果时所遇到的各种具体问题；（2）结合实际构思辅助人工采摘苹果装置的基本结构；（3）辅助人工采摘苹果装置的机构设计和整体建模；（4）辅助人工采摘苹果装置的结构可靠性分析；（5）通过 Creo 对辅助人工采摘苹果装置进行仿真研究。四研究方案以及步骤本次毕业设计是以设计与实践相结合的方式进行的，所以在撰写论文的同时，也应该结合实际情况对所要设计的机械装置进行可行性分析，所以研究方案及步骤如下：第一阶段：1）查阅相关资料，整理出所需的信息，形成文献综述和开题报告；2）明确设计要求，借鉴其他现有的研究思路；3）学习相关软件。第二阶段：1）深入研究，根据实际情况设计合理的机械结构，初步形成设计方案；2）初步确定方案，并对其可行性、操作性能进行分析并改进；3）对改进后的计算方法演算，确定最终分析方案；4）绘制完整的装配图及零件图。第三阶段：对辅助人工采摘苹果装置进行仿真测试，并分析实验数据，撰写论文并反复修改，完成定稿。五.论文提纲题目：辅助人工采摘苹果装置设计摘要：关键词：1.绪论1.1 辅助人工采摘苹果装置研究背景1.2 国内外研究现状及发展趋势1.3 辅助人工采摘苹果装置研究的目的和意义2.辅助人工采摘苹果装置构型设计2.1 辅助人工采摘苹果装置总体方案设计2.2 辅助人工采摘苹果装置机械结构方案设计2.3 辅助人工采摘苹果装置传动方案设计3.辅助人工采摘苹果装置设计方案的可行性论证4.辅助人工采摘苹果装置结构设计4.1 辅助人工采摘苹果装置的结构尺寸确定4.2 辅助人工采摘苹果装置的传动计算5.主要零件校核5.1 主要零件受力分析5.2 主要零件校核6.辅助人工采摘苹果装置的 Creo 仿真分析6.1 Creo 仿真软件概述6.2 辅助人工采摘苹果装置的机构仿真分析6.3 辅助人工采摘苹果装置的运动效果仿真7.结论六预计完成工作量和工作条件1.初步设计辅助人工采摘苹果装置的技术条件及其结构2.确定辅助人工采摘苹果装置基本结构3.确定设计方案4.对主要零件进行受力分析及校核5.绘制装配草图及主要零件工作图6.外文翻译7.毕业论文工作条件：1）自主学习相关仿真软件；2）查阅与辅助人工采摘苹果装置相关的文献资料；3）校后工厂房各类机床设施及资料；4）专业老师的指导；5）动态仿真视频录制。七存在问题及拟采取的解决措施问题：1.在保证工作效率的前提下，如何使结构尽可能简单，方便操作。2.材料如何选取。拟解决的措施：对于第一个问题来说，要使结构尽可能简单，并不是在前期设想中就可以解决，而是在整个设计过程中，遵循机械零件的设计准则，对机器的主要要求等，不断改进，不断优化，以期能够得到最优的解决方案。对于选取材料，应以经济性要求，质量小的要求为准则，结合机械装置工作要求来选取。参考文献1孙伟，张晓光，张魁松.可控式苹果采摘装置设计.辽宁工业大学机械工程与自动化学院.2017.42张晋婷，张建，郭玉明.苹果采摘装置的研究与探讨.电子世界2014 年第十期 505-506.3国内外果园采摘机械研究与发展趋势探讨.华南农业大学文献综述4刘贯博.从日本果园机械化现状看我国果园机械发展趋势.1994.5陈翊栋，刘轶.果树气动剪枝机工作原理及现状.农业机械.2008.6濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计.高等教育出版社.2016.7刘长林，杨丽，张铁中.果蔬采摘机器人研究进展.2008.5.8罗平，王桂兰，李英娇.我国现代化农业机械的发展方向.2010.9.9王建超.悬挂式丘陵山地果园作业升降平台设计.2013.6.10Kumhala F Kavka M Prosek V. Capacitive throughput unit applied to stationary hop picking machine.Computers and Electronics in Agriculture.2013.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）：指导教师签名：年 月 日毕业论文工作组意见及建议毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。2.此表随毕业论文装订并由学院存档。1辅助人工采摘苹果装置设计摘要：目前，世界上各国对于果园收获机器人的研究虽然很多，但由于果园环境复杂，自动导航辨识系统工作时的准确率并不是很高，所以全自动智能化作业采摘苹果设备并没有大规模地应用到实际生产生活中，而农民阶层从古时候到现代一直都属于收入偏低的一群人，他们挣钱的方式就是靠自己纯粹的体力劳动来换取报酬，这也是在我国高度智能化农业机械未能大规模应用的重要原因之一，再加上我国从建国到如今科技飞速发展的时间并不是很长，在农机这方面的投入比重也是从最近几年才开始增加，所以，现阶段内其实是很需要有一种农业机械来代替人力完成繁重的果园劳作，这次的毕业设计课题从某种意义上来说，也是对这个领域的一种探索，而且家里的主要经济来源也是依靠苹果园林，本身也希望未来能够有这么一种机械问世以减轻父母身上的重担，所以这次的毕业设计是很有意义的。抛开我国的智能化采摘机械设备研究进展程度不说，但就其成本而言，一台成熟的智能采摘设备对于果农而言，它的价格是无法接受的。而市面上常见的一些简易采摘器又无法完全承担起整个采摘任务，减轻果农的劳动强度，希望能够通过本次的毕业设计课题改善这种情况。本次毕业设计的主要内容包括：首先，从搜集的资料来看，关于辅助人工采摘苹果的研究很少，所以很多地方了参考国内外关于苹果采摘机器人的设计思路，提出本次课题设计研究的基本原则。其次结合果园实际情况，以整个装置中的采摘机构为主进行设计工作，同时对其他各部分机构进行了具体的结构设计，除此之外，还结合果园植株的实际生长情况对装置的各部分零件的参数规格进行了计算，利用所学知识对整个装置的伸缩杆进行稳定性校核，以及对主要零件进行强度校核，确保方案的可行性。然后利用现有的仿真软件 Creo 2.0 对辅助人工采摘苹果装置进行模拟仿真，做出整个装置的三维效果图，对照实际果园采摘情况进行分析，改进方案，同时利用工程制图软件 CAD 软件绘出辅助人工采摘苹果装置的装配图及各部分主要零件的零件图，使整个方案设计更加严谨，准确。关键词：采摘器；伸缩杆；农业机械；模拟仿真；苹果IDesign of the device for assisted artificial picking of applesAbstract:At present, there are many researches on orchard harvesting robot in the world, but because of the complexity of orchard environment, the accuracy of automatic navigation and identification system is not very high. So the fully automatic and intelligent apple picking device has not been applied to actual production and life on a large scale, and the peasant class has been a group of people with low incomes from ancient times to modern times. Their way of earning money is to rely on their own pure physical labor in exchange for remuneration, which is one of the important reasons why highly intelligent agricultural machinery has not been applied on a large scale in our country. In addition, the period between the founding of the peoples Republic of China and the rapid development of science and technology in our country is not very long. The proportion of agricultural machinery in this area has also increased in recent years. Therefore, at this stage, we really need a kind of agricultural machinery instead of manpower to complete heavy orchard work. In a sense, this graduation project is also an exploration of this field, and the main source of income of the family is also dependent on the apple garden. I hope there will be a machine to lighten the burden on my parents in the future, so this graduation project is very meaningful.Aside from the research progress of intelligent harvesting machinery in China, the price of a mature intelligent picking equipment is unacceptable to fruit farmers in terms of its cost. And some common simple pickers in the market can not fully undertake the task of picking, reduce the labor intensity of fruit farmers, hope to improve this situation through the graduation project. The main contents of this graduation project include:First of all, according to the collected data, there is little research on artificial apple picking, so many places refer to the design ideas of apple picking robot at home and abroad, and put forward the basic principles of this subject design research. Secondly, according to the actual situation of orchard, the picking mechanism of the whole device is used as the main design work, and the other parts of the mechanism are designed concretely, in addition, According to the actual growth of the orchard plant, the parameter specifications of each part of the device are calculated, the stability of the telescopic rod of the whole device is checked by using the knowledge learned, and the strength of the main parts is checked, and the strength of the main parts is verified. And 1IIthen using the existing simulation software Creo 2 to simulate the artificial picking Apple device, make the three-dimensional effect map of the whole device, analyze the actual orchard picking situation and improve the scheme, and draw the assembly drawing of the auxiliary artificial picking Apple device by using the software CAD software of the engineering drawing software. The parts drawing of the main parts of each part makes the whole design more rigorous and accurate.Keywords：Picking device, telescopic rod, agricultural machinery, apple10目录1 绪论 .11.1 辅助人工采摘苹果装置的研究背景 .11.2 国内外研究现状及发展趋势 .11.2.1 国外研究成果现状： .11.2.2 国内研究现状： .21.3 辅助人工采摘苹果装置研究的目的和意义 .31.4 研究内容和方法 .32 辅助人工采摘苹果装置研究方案设计 .42.1 苹果生长特性环境及果园实际种植现状 .42.2 辅助人工采摘苹果装置总体设计 .42.2.1 辅助人工采摘苹果装置整机机构方案设计 .52.2.2 辅助人工采摘苹果装置工作过程简介 .53 辅助人工采摘苹果装置采摘执行机构的设计 .73.1 伸缩杆设计 .73.1.1 伸缩杆结构设计 .73.1.2 伸缩杆设计计算及校核 .83.2 采摘头连接装置设计 .103.3 采摘头设计 .103.3.1 夹持机构 .103.3.2 切割机构 .113.3.3 传动控制 .134 果实安全传输装置的结构设计 .145 辅助人工采摘苹果装置运输机构的选择 .166 采摘机构受力分析及弯曲切应力强度校核 .177 部位仿真模拟分析 .207.1 软件介绍 .207.2 绘制零件图 .20总结 .25参考文献 .26致 谢 .27附录 .3011 绪论苹果种植业是陕西地区农业生产的重要组成部分，苹果也是陕西的特产之一，尤其是我的老家几乎家家户户种植苹果。而每年秋季采摘苹果也成为果农们最重要，也是最辛苦的农业劳作之一，之所以这样说，是因为苹果成熟期很短，而果农们要赶在果实自然成熟脱落之前完成采收工作，劳动强度大，作业要求高，同时整个采摘工作完全依靠人工完成，自然也是果园农业生产工作效率低下的集中环节，而且随着工业的兴起和发展，相对于收入微薄的农业劳作，大部分人更愿意去大城市打工赚钱，这样就导致了大量劳动力流向工业领域，这对本就需要高强度劳作的苹果采摘来说无疑是雪上加霜，所以对于农业发展而言，机械化生产劳作无疑是提高生产效率的有效途径，也能大幅度缓解果农果农劳作的辛劳，对促进农业发展有着重要意义。1.1 辅助人工采摘苹果装置的研究背景在我国北方大多数地区，苹果种植多数停留在人工作业的阶段，由于成本以及环境等因素的制约，现代化机械生产作业对于果民来说还是有一定困难，而果园生产又是一项十分辛苦的劳作，除此之外，人工作业采摘苹果还存在很多的安全问题，比如在采摘苹果的过程中，难免会遇到需要穿过树枝驳杂的地方采摘苹果的情况，这时候手臂一不小心就会被树枝划伤。再比如果农在采摘果树枝头的苹果时，需要借助梯子或爬树才能够得着，有很大几率摔伤，这也是危险来源之一。据调查可知，果农在采摘高枝苹果时普遍采用人字梯工具，而且为了节省时间和采摘效率，很少采用安全防护措施，这使得高枝苹果采摘工作充满了危险和不确定性。而且这种采摘方式由于在高处作业，必然是一手扶梯以固定身形，另一只手单手进行采摘，容易使得苹果果柄从根部断开，或者在采摘时用力较大而影响其他成熟度高的苹果掉落，出现残次果品，影响苹果成交价格。所以需要一种辅助人工采摘装置来解决这些问题，使人们不用再爬高就能方便地完成采收工作。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外研究成果现状：利用机器人收获果品蔬菜的想法最早来源于美国的两个学者，自此后各国纷12纷展开了收获机器人方面的研究，直至今日已经颇有成效。目前国外对采摘机械的研究主要是向智能化，自动化的方向发展，借助机器人的机械结构来实现这一想法。它的主流研究思想是以人机协作的方式，即由人来完成寻找、导航、定位待采摘苹果，由机器人来完成果实的采摘任务，而在不久的将来，定位，导航的工作也将会有机械电子装置完成，到那时，所有的工作都将以机器来完成，果农不必再为采摘苹果而烦恼。从国外采摘机械的发展历程来看，收获机器人的主流结构大致有三个部分组成，即运输，采摘以及识别部分。其中采摘部分多数是采用机械臂结构，比如 1944 年韩国国立大学的 Jang 等人所设计的苹果收获机器人，还有 2004 年美国加利福尼亚西红柿机械公司生产出的一款西红柿采摘机器人，都是用机械臂，不同的只是其自由度不同。利用机械装置来代替人力作业一直都是社会发展进步的标志，采收智能机器人一方面可以极大地解放生产力，提高采摘效率，但同时它的缺点也十分明显，由于果园的环境比研究人员的实验室工作环境要复杂的多，比如多变的天气，地面并不是平整的混凝土而是松软的土壤等等，以及目前采收机器人的智能化水平并还不足以完全解决苹果采摘时的路径导航识别等问题，所以说，要想大规模地使用机器人来代替人去工作在现阶段内还是很难实现的。1.2.2 国内研究现状：由于历史及各方面的原因，我国研究果园采摘机械相比较于其他各国来说算是起步较晚的，而且在我国果树种植业多在北方，以山种植地为主，崎岖不平的路面使得正常车辆出行都受到限制，更别说是在果园的松软地面了，这也是机械化采摘作业发展受到限制的原因之一。不过随着社会经济的发展，从 90 年代开始，市场因素带动果树种植热潮，以市场需求为导向的各种简易采摘器越来越多的现在人们的视野，对果园种植业的发展也起到了一定的作用，不过这也不能完全地解决我国农业采摘的诸多问题，直到我国第一台多功能果园作业机问世，无论从那种角度来讲，这都是一件令人振奋的事情，因为这标志着我国的农业机械化发展迈出了关键性的一步。相比较于国外发达国家在机器人采摘领域方面的研究，我国在这方面确实还显得很稚嫩，不过国家对这一领域也是十分重视的，先后出台了不少政策以鼓励智能化机器人采摘果实研究领域的发展，不仅如此，近年来国内许多高校也积极投入农业机器人采摘领域的研究，取得了一定成果。在我国现阶段内苹果种植就成本，技术等种种因素考虑，现阶段内果农可以使用的采摘机械应是以人为主，机械为辅的。即机械装置被设计出来，其主要目的是为了帮助果农完成采摘任务，减轻果农的负担，而不是以完全替代果农劳作3为目的，这也是现阶段内最适合我国农业生产现状的机械装置设计思路，而这又往往被很多学者所忽略。1.3 辅助人工采摘苹果装置研究的目的和意义21 世纪以来，随着我国现代化农业改革建设的不断深入，原始的农业发展模式正逐渐被各种机械所替代，但在苹果采摘这一领域却并没有实质性的研究突破，比如工业上很多设备生产都已经实现智能化管理，而在农业采摘作业方面仍旧是纯手工完成，果农需要踩高爬低地辛勤劳作，累的腰酸背痛不说，效率还不高，这样的生产方式不仅耗时费力，而且在采摘过程中，果农需要不断地爬高，很容易从高处跌落，存在很大的危险。本课题的研究就是为了减轻果农的劳动强度，提高采摘效率，避免爬高带来的意外伤害。1.4 研究内容和方法次辅助人工采摘苹果装置的设计是结合果园实际情况，以及果农在人工劳作时的具体过程，了解苹果采摘的细节，然后以整个装置中的采摘机构为主进行设计工作，除此之外 ，对其他各部分机构也进行了具体的结构设计，还结合果园植株的实际生长情况对装置的各部分零件的参数规格进行了计算以确保装置被设计出来不会出现无法组装的问题。除了这些，还做了许多其他的工作，比如：（1）通过对苹果果园的实地考察，了解苹果的生长环境和栽培方法，收集苹果的主干基径，树冠高度，树冠基径等实际参数，并以此为基础，结合机械设计的基本准则，从实用性的角度出发，提出合适的设计方案。（2）利用自己熟悉的 CREO 2.0 仿真软件对辅助人工采摘苹果装置进行模拟仿真，对照实际果园采摘情况进行分析，改进方案，同时利用 CAD 软件会出辅助人工采摘苹果装置的装配图及各部分主要零件的零件图，使整个方案设计更加严谨，准确。(3) 利用所学知识对整个方案的主要零件进行设计计算与校核，确保整个装置的可靠性与可行性。142 辅助人工采摘苹果装置研究方案设计2.1 苹果生长特性环境及果园实际种植现状本次辅助人工采摘苹果装置的设计涉及到苹果的采摘作业，所以在选定设计方案前，需要对苹果的植株生长情况及果园的地形地貌有一定的了解，以礼泉的果园为例，本次的实地考察调研得到的数据资料，虽不全面，但也能反映出一些情况。果园内在种植苹果时，通常会分列种植，两列之间会留出足够距离作为作业通道，以方便管理果树。植株以高度分为乔化树种和矮化树种，考虑到树冠基径，树冠高度等情况，会留出 3-4 米的距离作为株距，为果树留出足够的生长空间。果园地面多为松软的土壤，目前果树果实的培育方式多为双层套袋，及在果树刚结出果实的时候为其套上一层塑料薄膜，待其长大一些，再套
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