毕业设计（论文）-番茄苗期株间除草机结构设计与分析.docx

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1、毕业设计中文摘要番茄苗期株间除草机结构设计与分析摘要为了保护环境，促进自动化农业和绿色可持续发展，本文设计了一种适用于番茄苗期的株间除草机。本文在对国内外除草机械研究现状分析的基础上，根据田间除草的任务要求，提出了除草机的整体设计方案。株间除草机大体包括移动平台和除草机构两部分。重点设计移动平台的传动系统与转向机构，通过对除草过程进行作业分析确定移动平台采用逐行往返式作业模式，为实现在农田间稳步向前行走设计一套传动系统，为解决除草设备在农田间的转向问题设计一套梯形转向结构。根据植株行距株距、幼苗高度等确定自走式车辆本体的主要技术参数，通过理论分析确定转向机构的结构参数。为实现精准化除草作业，采

2、用Delta并联机构作为主要除草部件，保证除草精度。通过对并联机构进行运动学分析，确定其主要尺寸参数,再对执行器末端进行空间模拟验证其参数是否满足除草作业要求。关键词：株间除草；并联机构；梯形转向机构毕业设计英文摘要Structure Design and Analysis of Interplant WeedingMachine in Tomato Seedling StageAbstractIn order to protect the environment, promote automated agriculture and greensustainable development,

3、this paper designs an interplant weeder suitable for tomatoseedlings. Based on the analysis of the research status of weeding machinery at home andabroad, this paper puts forward the overall design plan of the weeding machine accordingto the task requirements of field weeding. The inter-plant weeder

4、 generally includes twoparts: a mobile platform and a weeding mechanism. Focus on the design of thetransmission system and steering mechanism of the mobile platform. Through theoperation analysis of the weeding process, it is determined that the mobile platformadopts a row-by-row reciprocating opera

5、tion mode. A transmission system is designed toachieve steady progress in the farmland, and to solve the problem of the weedingequipment in the farmland. Design a set of trapezoidal steering structure. The maintechnical parameters of the self-propelled vehicle body are determined according to thepla

6、nt row spacing, seedling height, etc., and the structural parameters of the steeringmechanism are determined through theoretical analysis. In order to achieve preciseweeding operations, the Delta parallel mechanism is used as the main weeding componentto ensure the accuracy of weeding. Through the k

7、inematic analysis of the parallelmechanism, the size parameters of the parallel mechanism are determined, and then thespace simulation of the end of the actuator is performed to verify whether the parametersmeet the requirements of the weeding operation.Key words: weeding among plants; Parallel mech

8、anism; Trapezoidal steeringmechanism1绪论11.1 研究背景及意义11.2 国外研究现状21.3 国内研究现状41.4 现状分析62技术任务书72.1 研究内容72.2 技术路线83总体设计方案93.1 移动方式的选择93.2 传动系统设计103.3 除草机构的选择124转向系统设计134.1 转向方案的确定134.2 转向梯形参数的确定144.3 步进电机的选择154.4 齿轮齿条的计算165 ,并联机构设计及空间分析255.1 并联机构设计255.2 空间分析285.3 末端执行装置296总结与展望306.1 结论306.2 创新点306.3 展望3()

9、参考文献31致谢33番茄苗期株间除草机结构设计与分析1绪论1.1 研究背景及意义番茄又名西红柿，其色泽鲜亮、形态饱满、酸甜适口，既可作水果生食，又可烹制成爽口佳肴，是广受好评的美味果蔬。番茄富含人体所需的多种营养物质、有各种健康养生的功效，被称为神奇的菜中之果，主要功效体现在其作为食物以及入药调理两个方面。番茄富含矿物质，维生素C,且而中医上主要用于生津止渴、凉血平肝、清热解毒；而在西医的体系中，番茄主要被用于清除自由基、抗氧化衰老、降低胆固醇、预防骨质疏松等方面。番茄这种美味的水果诞生于神秘的亚马逊热带雨林，产量在全世界果蔬中名列前茅,尤其是我国，早已将番茄作为最重要的几种农作物之一加以种植

10、。在政策与人民的配合生产下，我国已经一跃成为全世界产量最多、种植面积最大的番茄种植国家，年产量约6515万吨，占我国蔬菜生产总量的7%左右。我国主要种植的番茄有两种，一种是红果番茄，一种是粉红果番茄。粉红果番茄主要栽培方式是设施内栽培，如大棚等，红果番茄种植要求较低，主要栽培方式是露天栽培。在我们山西省，两种类型的番茄都是主要的栽培作物，其比例可以占到全省果蔬栽培面积的12%,产量更是达到了全省果蔬总产量的16%,是我省重要的出口蔬菜之一。其中艳粉3号番茄在2009年通过山西省品种审定，其外观光滑漂亮,果肉厚，个头大，丰产性较好，硬度大，耐运输。杂草，一直都是番茄生长过程中对其开花结果危害最大

11、的因素，杂草对于番茄的影响包括但不仅限于抢占了番茄生长过程中所必须的肥料如无机盐等，还会使番茄生长缺水从而导致番茄产量降低，甚至还会在番茄幼苗时期遮挡番茄生长所必须的阳光。番茄初生长时期，由于芽株较小，地表大片裸露在外，更成为了杂草疯狂生长的温床,并且许多对番茄有害的微生物、害虫等也会在杂草上寄居,对番茄的生长与结果产生了极大的危害。长时间以来，学者们对于番茄田化学除草进行了多方面的研究，但是随着人们对绿色生活的追求，化学除草带来的生态污染和食品危害越来越不能被大家所接受，但是如果仅仅使用人工除草的方式去除这些影响的话，成本较高，劳动量大，并且也很难取得好的效果，因此，机械除草就成为了人工除草

12、最有效的替代方式。其不仅避免了其他除草技术应用的局限性，还能进一步实现“高产、高效、持续、环保”，符合绿色可持续发展理念，引起国内外众多学者的关注，受到越来越多的重视。1.2 国外研究现状国外对株间机械除草技术的研究起步较早，从20世纪50年代开始展开相关研究,目前已经形成了比较完善的除草技术和相对成熟先进的机械装备。很多株间除草机械已经投入实际应用，但是想要使智能、高效的机械除草设备在田间得到广泛应用，仍有部分差距。如基于机器视觉的机械除草，在实际除草作业中，农田间环境比较恶劣，有很多因素都会影响其除草效果如光照度和灰尘粒径等。而对于小株距作物株间除草来说,由于植株株距过小，因此除草机械很难

13、实现高的净除草率和低的伤苗率。Narendra S. Chandel等研究开发了一种拖拉机牵引的大田作物行内行间综合除草的一体化系统并对该系统进行集成与优化。该系统在玉米田间除草率可达92. 8%,在或豆田间除草率可达84. 1%O该系统还提供了一系列具有灵活性的可调整的种植密度范围，并且基于原动机的功率可用性可进一步扩展工作宽度，结果表明该系统是一个适应性很强的替代方案。Perez Ruiz M等开发研制出基于精确里程表传感器检测技术的行内除草刀自动控制系统，其主要适用于移植农作物，如图lo行内除草协同机器人自动利用地面车轮里程表实时感测来确定一双微型锄刀的张开与闭合，以消除行内杂草，同时避

14、免损伤种植作物。该系统在加州大学戴维斯分校的移植加工番茄田中进行测验，测试结果为当操作者与农作物之间的距离在0. 5cm内，前进速度为1. 6km/h的标准差为1. 39cm,表明协同机器人可用于行内区域作物之间的自动精确除草控制，验证了该系统的可行性。图1番茄除草刀路径控制系统图2株间除草移动平台J. Blasco等提出了一种用于蔬菜作物的行内除草机，主要包括移动平台和六自由度机械臂，如图2。该平台包括两套视觉系统，一套用于获取和检测杂草坐标，一套用于重新定位杂草来纠正正惯性扰动，坐标确定后机器人手臂会定位到杂草上方用高压电杀死杂草。该视觉系统能够正确定位84%的杂草和9996的生菜。英国G

15、arford公司和N. D. Tillett等设计开发了一种新型旋切圆盘中耕除草机,如图3。该除草机的关键部件是由液压驱动绕垂直轴旋转的缺口圆盘刀，当视觉系统检测到杂草信息时，控制拖拉机移动到杂草位置，横移机构开始对刀，除草圆盘刀开始旋转进行除草作业。该除草机在大田移栽卷心菜田中试验，结果表明在作物植株周围240毫米半径范围内的作物损害程度角度，杂草除草率在62%-87%o图4行间除草装置M. Norremark等开发和优化一种基于实时运动学全球定位系统（RTK-GPS）的新型无人智能除草系统，该系统包括自走式拖拉机、控制侧移架、基于余摆线运动的8个旋转耙齿。田间试验证实，该自动除草系统可以可靠地在作物行内锄草，而不会与作物发生碰撞。Christian Frasconi设计了一种自动除草机比用于实现机械地清除作物行间的杂草,并在作物行间进行选择性和针对性的交叉燃烧除草。该除草机结合了一个配备杂草检测系统的自动地面移动单元，可以通过特定的基于视觉的感知系统进行杂草检测和作物行检测。除此之外，该除草机还装有检测农作物的引导系统，可以避苗用于机械除草的刚性工具损坏玉米植株。通过在玉