草莓采摘机器人设计说明书.docx

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1、草莓采摘机器人设计国内对大多数水果的采摘机研究开发出专业机械化采摘装置，但是对于目前普遍使用的草鞋这一田垄式栽培技术的采摘却是一个重大难点。这种独特的栽培条件下的取样对于保持水果的完美性具有很大难度。本项目的设计是针对当前我国现今的草莓生产采摘环境情况进行分析了解，在此基础上结合实际的采摘情况，对一些草莓采摘细节问题进行研究,设计出合理的采摘机构，大大降低采摘难度。这种简易的草莓采摘机以一台人力驱动的方式行走，对草寿田垄的形状进行适应改进，加入了收紧滚轮结构。设计过程包括采摘机采摘部分设计和传送部分设计，以及一些零件的选择。关键词 草莓采摘机；简易方便；结构设计Design of Strawb

2、erry picking RobotAbstractMost of the domestic fruit picking machine research and development of professional mechanized picking device, but for the current widely used strawberry field ridge cultivation technology is a major difficulty. Sampling under this unique cultivation condition is very diffi

3、cult to maintain the perfection of the fruit.The design of this project is to analyze and understand the current strawberry production and picking environment in our country. On this basis, combined with the actual picking situation, some strawberry picking details are studied, and a reasonable pick

4、ing mechanism is designed to greatly reduce the difficulty of picking. This simple strawberry picking machine walks in a manualdriven manner, adapts to the shape of strawberry ridges and adds a tightened roller structure. The design process includes the design of the picking part of the picking mach

5、ine andthe design of the transmission part, as well as the selection of some parts.Keywords Strawberry picker, Simple and convenient, Structure design摘要IAbstractII第1章绪论51.1 课题背景51.1.1 研究意义51.1.2 国内外研究现状分析51.1.3 论文研究的主要内容6第2章 草莓采摘机器人总体设计72.1 末端执行器介绍72.1.1 末端执行器的分类82.2 视觉传感器82.3 机械手82.4 草莓采摘机设计基础92.5

6、总体方案设计102.5.1 总体方案确定102.5.2 旋转式结构102.5.3 摆动式结构112.6 总体方案介绍和选择112.6.1 旋转式采摘介绍112.6.2 摆动式采摘介绍122.6.3 采摘方案选择12第3章草莓采摘机的结构设计及计算133.1 参数设定133.2 材料选择及重量计算133.2.1 润滑的方式选择133.3 采摘机装置设计143.4 采摘挡板的设计143.5 弹簧的设计143.6 齿轮的设计153.6.1 齿轮材料及参数初步确定163.6.2 按齿面接触强度设计163.6.3 按齿根弯曲强度设计173.6.4 几何尺寸计算183.7 低速齿轮的设定193.8 轴的设

7、计193.8.1 轴的材料193.8.2 轴的参数设计203.8.3 求作用在齿轮上的力203.8.4 初步确定轴的最小直径203.9 初选轴承213.9.1 选择联轴器213.9.2 根据弯扭的合成应力校核轴的强度233.9.3 校核轴的强度243.9.4 轴承的强度校核243.9.5 求两轴承的径向载荷243.9.6 求两轴承的计算轴向力243.9.7 求轴承当量动载荷P253.9.8 验算轴承寿命253.10 传送装置的设计253.10.1 传送带的宽度设计263.10.2 传送带的选型263.11 滚筒的选择26结论28致谢29参考文献30附录A外文文献32附录B错误!未定义书签。附录

8、C错误!未定义书签。IV第1章绪论1.1 课题背景采摘作业在草莓产业中占有重要地位，草莓的人工收获作业量大、劳动强度高，草莓的整个种植生产过程中约有1/4的时间被草鞋采摘所占用，并且由于草莓果实成熟后必须尽快采摘，盛果期采摘作业的劳动强度大，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，将自动化技术引入草莓采摘作业环节，研发草莓采摘机器人成为亟待解决的问题。日本冈山大学、宫崎大学、美国佛罗里达大学、我国上海交通大学和中国农业大学相继开展草莓采摘机器人的研究工作。目前国内外草寿采摘机器人研究中尚存在以下问题：普遍采用多目机器视觉系统，结构 复杂，成本较高。整体机构庞大，工作过程中

9、占用较多行走空间，影响种植密度。面向我国国内草莓生长环境特点的采摘机器人研究较少，尚无样机问世。1.1.1 研究意义工作作用原理:简易式小型草莓水果采摘机机车是一种小型的车型,工作时就是要求草鞋果农紧紧抓住草寿采摘机的一个把手,推动一台草寿水果采摘机车向横跨田垄内侧方向快速前进,安装在草莓采摘台上机车的前端依次装上靠近于田垄内侧的一个集中采摘器，对各种草莓水果进行集中采摘。当一个进行采摘的草莓挡板移动贯穿于整个草莓和果实田垄之间时，会将其全部挑起，随着挡板移动的草鞋果实顺着采摘杆子方向移动到一个刀片上,刀片通过转动将其进行切割后接下来，掉在一条传送带上，通过电线输送，将草莓送至收集框中。为减少

10、草莓碰撞损失，传送带用橡胶材质。LL2国内外研究现状分析1.1.2.1 国内研究现状中国农业大学的教授张铁中等研究负责人针对目前我国常见的可在低温耕作湿地气候条件下可在高垄拔的耕作湿地栽培采摘草莓，初步研究搭建起草莓湿地采摘瓜果机器人湿地实验监控系统,设计了 2种新型湿地采摘草莓机器人实验样品。在对家用草莓的种子果实植被目标种子辨认、提取、定位、采摘管理机器人系统及其采摘手爪等各个环节技术方面的应用科学技术研究已经基本取得了一定的研究成果，采用了单眼双目激光视觉等多种数字化视频图像以及信号综合处理等该技术已经基本实现了家用草莓的种子目标果实辨认和提取定位，并对每一株家用草莓的果实植被生长特性、

11、成熟生长程度、多株家用草莓的阳光遮挡等实际应用情况都已经进行了深入的科学研究，取得了一些新的科学技术研究成果，为当前的家用草莓果实采摘管理机器人及其工艺设计提供了工程设计的理论依据和技术原则。论根本。上海交通大学和一家日本宫崎大学日前联合共同研制自主开发并推出了一款让人可以同时跨垄断地作业4个厘米半径和多自由度的新型草莓蔬菜收获作业机器人。该遥控机器人通过使用两个具有可以同时俯视于草莓地面的镜头或者两个摄像机镜头来实时获取整个草莓的动态影像，计算可以得出整个草莓的整体形状和生长方位,用一种激光运动传感器技术来精确测量一个机械手至整个草寿之间的移动距离;同时采用气动式使机械手紧紧抓住整个草莓的顶

12、部果柄，并用剪切式草莓切刀机来切断草莓果柄。但这仅仅仅只是一个用于草莓种类产品的枝叶采收处理实验专用设备，它的采收体积相对比较巨大,且它还由于没有设备带动采收装置，对于目前许多草莓种类产品的采收枝叶易被遮盖、重叠等技术问题尚未深入进行研究，距生产实践中的应用仍然存在还有一段相当长的发展距离。1.1.2.2 国外研究现状日本冈山大学研制了高架栽培草莓采摘机器人。采用三自由度直角坐标型机械臂作业，也有两种末端执行器:旋转式末端执行器为了补偿视觉传感器的位置误差，采用了送风机吸引的方法收获，可收获不同大小的果实。为判断果实是否被吸引进来，采用了三组光电阻断器，通过吸盘旋转，将果梗送到切刀的位置切断。

13、收下的果实在送风机引力作用下通过管道，落入果盘。试验结果表明，该机器人采摘一个果实，作为目标的果实能够全部采摘，但是采摘时连同未成熟果实一起一次收获多个果实的情况有50%o后又经试验，钩式末端执行器在机构上方安装了钩子，可以把目标果实拉住继而进行采摘，所以将邻近果实一起收下来的情况基本没有LL3论文研究的主要内容简易草莓采摘机对国内棚栽草莓的收获有很大的使用价值。并且要做到以下几点：71）结构合理，在棚栽草莓田垄上能够合理发挥其作用；（2）结构操作简单，让采摘工人能快速学会使用和维护修理；（3）合理高效的采摘方案，使机采效率高于人工采摘效率-9-第2章草莓采摘机器人总体设计根据植物采摘过程机器

14、人的一些基本功能及如图我们难以可知，机器人由三大组成部分:视觉即驱动机械和手的运动本体部分、传感和视觉控制部分、人工智能和工业自动化两大组成部分共同结合组成，这三个特大部分一般来说可以依次划分分别为机械行走和手部运动控制系统、机械和运动本体控制系统、驱动和传感控制管理系统、视觉和传感控制管理系统、人机互操作性和人工自动化性及控制管理系统六个组成部分。草莓水果采摘农业机器人的主要功能组成和分部件主要有:移动终端命令执行器，视觉图像传感器，机械手。2.1 末端执行器介绍为了大大提高采摘机械手的工作效率，机械手的结构和设计应该做到合理,而且能够进行有效地控制,但是想要顺利并且高效地把采摘得到草寿，机

15、械手的设计也是十分重要的因此一般把装在机械手的前端和直接连同采摘物品的对象基本相连接的部位叫做末端执行器。末端执行器是安装在一个机械手的最后一根支撑杆上，它的功能与人手相同,而不是直接接触到目标物。但是末端执行器的机械结构却是完全与人手相同的,它们根据具体的工作物件和对象所处的特点而定。对于一些需要采摘草莓的终端执行器来说，因为每一株草寿之间都有着不同的种类和个体之间的区别,所以在我们设计终端执行器的时候就需要综合考虑许多因素。末端执行器是根据工作物件和机械运动的特点和工作机械的基础结构而选择。大多数的末端执行器的结构和尺寸都是根据其不同的工况和任务需求来进行设计的，因而这些末端执行器的结构多种多样。直至现在，终端执行器均为自己的专门使用。在我们设计终端执行器时,就应当充分地考虑到手指的数量，以及关节上的手指，还有摘取水果实时的方法等。末端果实执行器通常是直接与其他果实相互容易接触的一个非