【《蓝莓采收机械装置方案设计分析案例》2900字（论文）】

蓝莓采收机械装置方案设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28691蓝莓采收机械装置方案设计分析案例 1303071.1蓝莓的生长特性 130501.2水果采收方法 2114241.3蓝莓采收装置类型选择 2221561.3总体结构方案 21.1蓝莓的生长特性蓝莓是一种常见的水果，研制蓝莓采摘机前应该先了解蓝莓的生长习惯，与蓝莓生长环境。才能根据实际情况研制出相应的蓝莓采摘机。蓝莓生长实景图荣誉1.1所示。图1.1蓝莓果园实景本章节以安徽省怀宁县黄墩镇种植园为研究对象，通过对安徽省怀宁县黄墩镇种植园进行实地勘察，可得得出蓝莓果树相关的尺寸，为蓝莓采摘机器人的设计打下基础。蓝莓果树具体尺寸如表2-1所示。表2-1蓝莓果树具体尺寸项目强度基径/cm树冠高/cm底枝高/cm冠基径/m分枝数不同修建轻度修剪中度修剪重度修剪13.2414.2214.12251.6211.3141.673.41101.7111.21.411.661.111-168-116-8不同树龄4年10年15年8.1313.2219.47301.1211.1191.379.2100.188.31.591.781.116-107-127-10不同树形开心形纺锤形分层形14.2914.2213.22145.33208.45221.98108.8101.288.11.411.921.816-811-157-10调研的种植园地面较为平整，其中地上盖有塑料膜，这种措施可保证蓝莓的水分和温度在根部能够保持，与此同时通过塑料膜的反射光可以覆盖蓝莓的阴面部分。1.2水果采收方法水果蔬菜成熟后得采收方法主要有人工采摘和机械采摘两大类；(1)人工采摘水果蔬菜，主要方式有徒手采摘和手持剪刀采摘等两种采摘方式。手工采摘得水果蔬菜表皮完好不容易损坏，而且机械设备采摘果树容易破坏果蔬，并且机械采摘是不能区分果蔬的成熟程度，人工采摘可以区分果实得程度，能做到分期采收。但是人工采收成本高、采收效率低。(2)机械采收果蔬的产品具有采收效率快、节约人工成本。机械采收果蔬一般主要运用于果实成熟后，用于剥落果梗与果树之间得果实。一般使用刀片或者强压强或者机械振动等方式使果实脱落，果实落下后经传动带运输至果实收集装置。1.3蓝莓采收装置类型选择蓝莓采收装置应该具有以下特点：1)本文设计的蓝莓采摘机机械臂是主要采用工业常用的关节型机械臂，传统的工业机械臂由大臂、小臂、驱动电机等部分组成。2)在蓝莓采摘机的小臂设计中，增加一个收缩关节可以增加末端执行器的工作空间。综上所示，本文设计的蓝莓采摘机的机构简图如图1.2所示。图1.2蓝莓采摘机械臂机构1.3总体结构方案蓝莓种植园是一个开放式的果园，如果下雨的话会造成地面湿滑如果使用传统的轮胎行走方案可能会造成打滑或者沦陷等地方，因此本文采用履带式行走机构能够克服各种不同的地形。具体的蓝莓采摘机结构简图如图1.3所示，其具体的工作流程如下所示，首先由末端执行器对蓝莓果实进行识别，识别后靠近蓝莓并由末端执行器进行切断，蓝莓顺着柔性手机袋进入收集框。1、履带小车；2、收集框；3、柔性带；4、末端执行器；5、收集装置；6、电动推杆；7、小臂电机；8、大臂；9、大臂电机；10、腰部电机；11、腰部；12、升降台；13、电源机动力控制设备；14、地面；图1.3机器主体机构简图(1)升降机构结构方案蓝莓采摘机机械臂不易过长，如果采摘机械臂过长容易造成整体机构中心偏高，在运动和采摘过程中容易造成蓝莓采摘机的侵翻。为了使蓝莓采摘机能够适应不同的采摘高度，在不改变机械臂的整体尺寸的前提下，将采摘机械臂安装在一个升降台上，升降台的升高或降低使蓝莓采摘机能够适应不同的采摘高度。升降机构具体方案如图1.4所示，升降机构主要使用齿轮齿条拟合实现升降。1、液压缸；2、齿条；3、直齿圆柱齿轮；4、上平台；5、连杆折叠机构；6、滑杆；7、齿轮齿条机构；8、齿轮轴9、谐波减速器10、下平台图1.4液压驱动蓝莓采摘升降平台(2)机械臂的结构方案蓝莓采摘机的机械臂与工业机器人采用的机械臂的结构类似，但是整体尺寸应该较小，关节活动范围应该更广。工业使用的机械臂是很成熟的机械产品，其中的关键零部件已经实现标准化。因此，本文借鉴工业机械臂来设计符合蓝莓采摘机器人的机械臂，其具体结构如图1.5所示。1、腰部底座；2、大推力轴承；3、腰部面板；4、腰部减速器；5、大臂关节支架；6、大臂电机；7、大臂减速器；8、大臂空心体；9、大臂走线孔；10、小臂电机；11、小臂减速器；12、小臂关节支架；13、小臂连接坐；14、小臂伸缩关节减速器；15、小臂伸缩关节电机；图1.5机械臂的结构简图本文的蓝莓机械臂下盘底座采用了推力轴承，使其当作在腰部旋转关节的支撑部件，同时较大的轴承支撑直径在一定程度上保证了腰部的旋转平稳性。双支撑架结构被采用到其大臂和小臂的关节处，同时考虑到轴向晃动间隙，本文在一定程度上减少了腰部与大臂的关节，保证大臂转动的精度。大臂构型选择中间镂空型的弯件，同时设计矩形凹槽走线孔，利用该凹槽进行安置电气线路，让机械臂的外观造型，安线更加便捷。同时其伸缩机构与小臂连接。其中连接方式采用丝杠螺母副，其减速器和其驱动电机和与伸缩杆并联，动力传输通过顶端的齿形皮带进行动力传递，使其为伸缩动作过程的执行机构。通过设计，主体关节采用的动力源为交流伺服电机，该种电机通用具备过载能力控制、矩频的特性好、精度高、等等优点，同时结合行星齿轮减速器机构进降速。(3)末端执行器结构方案整体机构设计的巧妙性，最终由其末端执行器的工作性能来体现整体设计的巧妙性。同时它也是果蔬采摘机器机构的最主要的部分之一，将此安装在伸缩节的末端，在种植园进行采摘作业时，机械臂先让末端执行器先靠近移动到果实对应的易采摘点，再通过软件控制器末端执行器，联合完成蓝莓采摘作业的任务。国内外主流采摘有多种，但是主流方式为两种，第一种采用吸附式吸盘，通过空气差将果实吸住，然后再将果柄用类剪刀式剪断，但是该种方法必须保证检测出果柄的具体确切位置，同时利用软件进行控制，密切调整好其末端执行器的连贯动作，上述分析可知，该过程需要进行复杂的动作算法和编程控制，一定程度上是增加了其制造和开发的难度。第二种是采用腕关节的在2个互相垂直的方向的转动，从而模拟人类手臂的掰断果柄树枝的动作来完成采摘工作，但是其对象还需要求其果枝与果实容易区分，具有一定数量的分离，一定程度上还是限制了采摘对象的通用性。通过观察蓝莓的外形特征，一定程度上进行实用化的要求，本文设计出了一种球体果实的采摘末端执行器，其结构如图1.6所示。该果实的采摘末端执行器包含传感控制系统、切割装置、气动系统和夹持机构4大部分。直流电机；2、微型蜗轮蜗杆减速器；3、钢丝绕盘；4、钢丝；5、微型双作用气缸；6、手指支架；7、活塞缸；8、导杆；9、销轴；10、23、滚轮组；11、视觉传感器；12、切割转盘；13、转盘轴；14、刀架；15、压力传感器；16、海绵材料；17、橡胶材料；18、光电开关；19、双面刀片；20、21、左右手指；22、触觉传感器；24、限位开关；25、手指转轴；图1.6末端执行器机构简图同时其中导杆的末端设计有小孔，左右的手指末尾具有与销轴宽度相同的滑槽，安装过程中，销轴会接连穿插小孔和滑槽，这样一来使其导杆能够进行直线的伸缩运动，最后利用销轴来驱动左右的手指绕转轴从而进行摆