發(fā)布時間：2020-11-18 01:48

　　 我國是果樹種植大國,據(jù)統(tǒng)計,我國蘋果、柑橘、梨的種植面積約1億畝,產(chǎn)量在億噸左右,且上述果樹大多種植在山坡、丘陵地區(qū),不利于大型采摘設(shè)備的使用�，F(xiàn)今,果樹采摘絕大部分還是以人工采摘為主。為提高果農(nóng)的收益,急需研制結(jié)構(gòu)輕便、操作方便的手持式果實采摘設(shè)備。本設(shè)計獲2018年全國大學(xué)生機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新比賽一等獎,主要研究如下:1、研究并建立符合中國國情的手持式果實采摘設(shè)備的評價體系。通過對果農(nóng)的調(diào)查,建立了操作輕便性、采摘效率、價格、可靠性等評價指標(biāo)體系及相應(yīng)的評價權(quán)重,為設(shè)計新型的手持式果實采摘設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。2、以蘋果樹為例,分析其種植特征參數(shù),及其果柄的物理特性,如直徑、剪切力等。基于評價體系,提出新型手持式果實采摘設(shè)備應(yīng)具備的設(shè)計特點:手動剪切、周向多工位采摘、設(shè)備可便捷調(diào)節(jié)桿長、視頻輔助采摘、果樹收集緩沖等功能。3、對手持式果實采摘設(shè)備進(jìn)行型綜合設(shè)計,并優(yōu)化了結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過機(jī)構(gòu)型綜合方法,分析得出采摘設(shè)備輸入和輸出的運動方式為擺動,根據(jù)采摘設(shè)備的工作條件和使用要求,確定傳動機(jī)構(gòu)為帶高副的五桿機(jī)構(gòu)。選用Adams軟件對采摘設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)仿真分析,通過Step階躍函數(shù)對虛擬樣機(jī)施加載荷。以人手舒適握力30N和舒適擺動角度30°為邊界,初步確定連桿長度為40～100mm和搖桿初始角度20°～60°。通過二分查找法,最終確定連桿長度為62mm,搖桿初始角度為21°,此時的剪切力最大為7.4N、剪切行程大于70mm,滿足果柄的剪切要求。4、研制樣機(jī),并進(jìn)行驗證。對手動剪切機(jī)構(gòu)、周向多工位采摘機(jī)構(gòu)、桿長調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、視頻輔助部件、果實收集緩沖機(jī)構(gòu)等分別進(jìn)行了設(shè)計、研制、試驗驗證等工作,并進(jìn)行了整機(jī)裝配。5、到高郵果園進(jìn)行采摘試驗,并改進(jìn)發(fā)現(xiàn)的問題。到高郵果園進(jìn)行多次采摘試驗,并逐步改進(jìn)了果實收集套筒存在劃傷果實表皮的缺陷。經(jīng)采摘試驗表明,本設(shè)計相比于傳統(tǒng)的人工采摘,效率約提高3倍以上,相對于其他輔助采摘設(shè)備,效率約提高1倍以上。不裝攝像頭,批量生產(chǎn),預(yù)計每套的成本可以控制在150元以內(nèi),性價比高。
【學(xué)位單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S225.93
【部分圖文】：

蘋果采摘機(jī)器人［１２】。ＪｏｈｎＢａｅｔｅｎ等人研制蘋果采摘機(jī)器人。其移動平臺是一臺拖拉機(jī)，??整體占地面積比較大，重量較大，且成本較高，只適于植株較矮小的蘋果樹。??西紅柿采摘機(jī)器人［１３］。日本研制出一臺７自由度的西紅柿采摘機(jī)器人，如圖１－１所示。??該機(jī)器人由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺傳感器和移動機(jī)構(gòu)等組成，通過彩色攝像機(jī)來尋找??和識別成熟果實，利用雙目視覺方法對目標(biāo)進(jìn)行定位。其采摘效率約為１５ｓ／個，成功率約??為７０％。存在的問題是被葉莖遮擋的成熟西紅柿不能完全采集。??麵??圖１－１西紅柿采摘機(jī)器人??甘藍(lán)采摘機(jī)器人［１４］。日本國立農(nóng)業(yè)研宄中心的Ｍｕｍｋａｍ丨等人研制了甘藍(lán)采摘機(jī)器人，??該機(jī)器人由極坐標(biāo)機(jī)械手、末端執(zhí)行器、履帶式行走裝置和視覺系統(tǒng)組成。利用人工神經(jīng)??網(wǎng)絡(luò)算法提取果實的二值圖像，通過模板匹配識別合格的甘藍(lán)。采摘速度為５５ｓ／個，成功??率為４３％。??葡萄采摘機(jī)器人［１５］。日本研制出一種五自由度的葡萄采摘機(jī)器人。采用ＰＳＤ三維視覺??傳感器，可檢測到成熟度己達(dá)到收獲要求的果實位置信息。且開發(fā)了多種末端執(zhí)行器，滿??足葡萄在不同生長階段的需求，如套袋、施肥等。??黃瓜采摘機(jī)器人［１６］。荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研宄所研制出黃瓜采摘機(jī)器人。機(jī)械臂在絲杠??上線性滑動，擴(kuò)大了采摘的范圍。末端執(zhí)行器為電極切割，在切割莖脈的同時有殺菌功能，??減少水分流失

蘋果采摘機(jī)器人［１２】。ＪｏｈｎＢａｅｔｅｎ等人研制蘋果采摘機(jī)器人。其移動平臺是一臺拖拉機(jī)，??整體占地面積比較大，重量較大，且成本較高，只適于植株較矮小的蘋果樹。??西紅柿采摘機(jī)器人［１３］。日本研制出一臺７自由度的西紅柿采摘機(jī)器人，如圖１－１所示。??該機(jī)器人由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺傳感器和移動機(jī)構(gòu)等組成，通過彩色攝像機(jī)來尋找??和識別成熟果實，利用雙目視覺方法對目標(biāo)進(jìn)行定位。其采摘效率約為１５ｓ／個，成功率約??為７０％。存在的問題是被葉莖遮擋的成熟西紅柿不能完全采集。??麵??圖１－１西紅柿采摘機(jī)器人??甘藍(lán)采摘機(jī)器人［１４］。日本國立農(nóng)業(yè)研宄中心的Ｍｕｍｋａｍ丨等人研制了甘藍(lán)采摘機(jī)器人，??該機(jī)器人由極坐標(biāo)機(jī)械手、末端執(zhí)行器、履帶式行走裝置和視覺系統(tǒng)組成。利用人工神經(jīng)??網(wǎng)絡(luò)算法提取果實的二值圖像，通過模板匹配識別合格的甘藍(lán)。采摘速度為５５ｓ／個，成功??率為４３％。??葡萄采摘機(jī)器人［１５］。日本研制出一種五自由度的葡萄采摘機(jī)器人。采用ＰＳＤ三維視覺??傳感器，可檢測到成熟度己達(dá)到收獲要求的果實位置信息。且開發(fā)了多種末端執(zhí)行器，滿??足葡萄在不同生長階段的需求，如套袋、施肥等。??黃瓜采摘機(jī)器人［１６］。荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研宄所研制出黃瓜采摘機(jī)器人。機(jī)械臂在絲杠??上線性滑動，擴(kuò)大了采摘的范圍。末端執(zhí)行器為電極切割，在切割莖脈的同時有殺菌功能，??減少水分流失

３??茄子采摘機(jī)器人［１７］。日本國立蔬菜茶葉研究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人，??其末端執(zhí)行器原理圖如圖１－３所示。機(jī)器人由ＣＣＤ機(jī)器視覺系統(tǒng)、５自由度工業(yè)機(jī)械手、??末端執(zhí)行器以及行走裝置組成。采摘成功率為６２．５％，工作速度為６４．１ｓ／個。??４??１．光電傳感器，２．引導(dǎo)桿，３．橡膠手爪，４．?dāng)z像機(jī)??圖１－３末端執(zhí)行器原理圖??蘑菇采摘機(jī)器人［｜８］。英國Ｓｉｌｓｏｅ研究院成功研制出了用于蘑菇采摘的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。釆??摘機(jī)械臂為３自由度，為防止果實損傷，末端執(zhí)行器上設(shè)置有軟襯墊和吸引設(shè)備。果實識??別和定位的視覺傳感器采用ＴＶ?jǐn)z像頭。該收獲機(jī)器人采摘成功率在７５％左右，采摘效率??為６．７ｓ／個。??１．２．２果蔬采摘機(jī)器人國內(nèi)研究狀況??２０世紀(jì)９０年代中期，我國開始接觸農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人領(lǐng)域。東北林業(yè)大學(xué)陸懷民研制??出林木球果采集機(jī)器人１Ｍ。其采摘原理圖如圖１－４所示。此機(jī)器人移動平臺采用履帶式行??走機(jī)構(gòu)以及液壓驅(qū)動系統(tǒng)，越障性能優(yōu)異，采摘執(zhí)行機(jī)構(gòu)為六自由度機(jī)械手，控制系統(tǒng)運??用單片機(jī)技術(shù)。其采摘效率約為人工采摘的３０？５０倍。??６ｍ??圖１－４林木果球采摘機(jī)器人原理圖??江蘇大學(xué)的陳樹人以ＫＨ－１００自動引導(dǎo)小車、ＭＯＴＯＭＡＮ機(jī)器人搭建了西紅柿
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本文編號：2888191