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采摘机器人设计开题报告
本科毕业设计开题报告
1.本课题的概述一.课题研究的目的和意义在果蔬生
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。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。近些年来,
陕西省已成为全国苹果产量大省。白水、礼泉、洛川、等地
的果农们有的每户每年大多需要手工收获5-10万多斤的苹
果,采摘劳动强度大,非常辛苦。摘果时常因上梯或上树而
感到非常劳累不便,也常听到有人不慎从树上或梯子上掉下
来的消息,这就对果农们的安全生产带来不便。所以,设计
一种既能有效采摘果实又能减轻果农劳动负担的小型实用
机械就显得非常重要了。目前市面上此类工具很少,况且有
很多弊端。因此,设计一种更为先进的果实采摘机对实现农
业机械自动化和提高农业生产效率有重大意义。二.本课
题国内外研究状况分析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,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
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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5自度机械手、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,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.课题总体方案设计一.苹果采摘
机基本组成控制机构动力系统苹果采摘机
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升降机构夹持机构末端执行器联接装置
切割机构二.苹果采摘机的关键技术问题1.要具备可靠
性好、精度高的视觉系统,以便于能够准确地识别和定位成
熟的果实,并引导末端执行器灵活准确地接近目标。2.要
具备柔性和灵巧性都比较好的机械手及末端执行器,能够在
作业过程中躲避障碍物,这就要求机械手具有一定的冗余
度。3.研究采摘机器人的主要目的之一是代替人工作业,
提高采摘效率。同时,还要注意保证采摘的成功率,尽量避
免采摘到不成熟的果实。4.于采摘机器人的操作者是农
民,操作过程必须简单.而且要尽可能地降低成本,以确保
更好地推广。三.苹果采摘机升降机构设计方案
苹果采摘机的升降机构可以完成自动升降的动作,这使
采摘机对不同高度苹果的采摘有着很好的效果,对苹果采摘
效率的提高有着很大的帮助。以下为设计升降机构的两
种方案:方案一:方案一说明:上图为苹果采摘机升降
机构的设计方案一,重要组成部分在图中已有明确表示,主
要包括底座,升降台一,升降台二,杆一,杆二,伸缩支撑
器等
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