蘋(píng)果采摘機(jī)設(shè)計(jì)[9張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)文檔齊全]

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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 課題名稱 蘋(píng)果采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 起止時(shí)間 指導(dǎo)教師 職稱 課題內(nèi)容 由于果園占地面積相對(duì)狹小，而且果樹(shù)之間的間距很小，果樹(shù)生長(zhǎng)性狀復(fù)雜，這就給對(duì)果園的果類采摘等帶來(lái)了巨大的麻煩。為了節(jié)約人們的體力勞動(dòng)，設(shè)計(jì)一種蘋(píng)果等果類無(wú)損采摘機(jī)械裝置是非常必要的，專門(mén)應(yīng)用于果類采摘?？膳榔?、越埂、階梯性強(qiáng)。廣泛適用于平原、山區(qū)、丘陵、溫室等區(qū)域種植的果樹(shù)果類采摘收獲。本設(shè)計(jì)的成功實(shí)現(xiàn)了果園機(jī)械化水平的提高，也提高了勞動(dòng)效率，減輕人們的體力勞動(dòng)。 本課題的研究?jī)?nèi)容： 1）查找相關(guān)文獻(xiàn)，了解果園蘋(píng)果采摘機(jī)的工作原理。 2）查找專利及相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉了解果園蘋(píng)果采摘機(jī)的結(jié)構(gòu)。 3）利用力學(xué)原理，機(jī)械手臂和行走承載裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 4）依據(jù)查找到的專利及文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)果園蘋(píng)果采摘機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 擬定工作進(jìn)度（以周為單位） 第 一 周：查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容。 第 二 周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并制定總體方案。 第三到十周：設(shè)計(jì)果園蘋(píng)果采摘機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第 十一 周：對(duì)果園蘋(píng)果采摘機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 十二 周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。 第十三周：編寫(xiě)答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。 第十四周：答辯 主要參考文獻(xiàn) [1]李偉,李吉,張俊雄,陳英,任永新.蘋(píng)果采摘機(jī)器人機(jī)械臂優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,06:721-726. [2]鄭爽爽,李艷聰,張盛,王睿,王東陽(yáng),顧典榮.蘋(píng)果采摘機(jī)械人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,21:11-12. [3]楊文亮.蘋(píng)果采摘機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D].江蘇大學(xué),2009. [4]馬強(qiáng).蘋(píng)果采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院,2012. [5]張杰,姬長(zhǎng)英,顧寶興,沈子堯,董芒.三自由度蘋(píng)果采摘機(jī)器人本體設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,,:. [6]鄧小蕾.果園信息獲取現(xiàn)代傳感方法及裝置研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2014. [7]張麒麟,姬長(zhǎng)英,高峰,趙文旻.蘋(píng)果采摘機(jī)械手對(duì)果實(shí)損傷的影響[J].食品工業(yè)科技,2011,12:404-405. [8]崔鵬.蘋(píng)果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院,2010. [9]劉兆祥,劉剛,喬軍.蘋(píng)果采摘機(jī)器人三維視覺(jué)傳感器設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2010,02:171-175. [10]GHBrusewitz,JABartsch,吳勁松.與蘋(píng)果采摘后損傷有關(guān)的碰撞參量[J].力學(xué)進(jìn)展,1993,01:135-140. [11]常有宏,呂曉蘭,藺經(jīng),薛新宇,王中華. 我國(guó)果園機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展思路[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2013,06:21-26. [12]王建超. 懸掛式丘陵山地果園作業(yè)升降平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2013. [13]葛世康. 怎樣確定果樹(shù)修剪輕重程度和修剪量大小[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息,1997,07:17. [14]呂萌萌,陸聲鏈,郭新宇. 果樹(shù)虛擬修剪研究進(jìn)展[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2015,03:448-460. [15]趙鵬,趙德安.雙目立體視覺(jué)在果樹(shù)采摘機(jī)器人中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,31(1):212-214.DOI:10.3969/j.issn.1003-188X.2009.01.064. [16]劉國(guó)華. 果樹(shù)的適時(shí)采摘與管理分析[J]. 農(nóng)民致富之友,2015,07:74. 任務(wù)下達(dá)人（簽字） 年 月 日 任務(wù)接受人意 任務(wù)接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。 2、此任務(wù)書(shū)須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。 3、此任務(wù)書(shū)一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。 蘋(píng)果采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要：本文通過(guò)對(duì)采摘機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)介紹了采摘機(jī)械的發(fā)展歷史、種類、工作原理及其主要參數(shù)。并詳細(xì)的分析了蘋(píng)果采摘機(jī)的構(gòu)成、以及采摘機(jī)的日常維護(hù)和基本安全操作規(guī)程，并分析了采摘機(jī)的日常檢修及其常見(jiàn)故障分析。通過(guò)自身的實(shí)踐，更加的認(rèn)識(shí)到對(duì)采摘機(jī)專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高操作技能，了解采摘機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造，大概了解機(jī)的采摘觀運(yùn)用，敘述了利用傳統(tǒng)的方法、結(jié)合先進(jìn)的知識(shí)、科學(xué)的邏輯思維方法來(lái)客觀的闡述分析蘋(píng)果采摘機(jī)出現(xiàn)的一系列缺點(diǎn)以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。并對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)的未來(lái)發(fā)展前景有著很好的憧憬。 關(guān)鍵詞：蘋(píng)果；蘋(píng)果采摘機(jī)；農(nóng)業(yè)機(jī)械 中圖分類號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 0引言 蘋(píng)果原產(chǎn)歐洲中部、東南部，中亞西亞以及中國(guó)。蘋(píng)果（Apple），是常見(jiàn)的水果之一。蘋(píng)果樹(shù)屬于薔薇科，落葉喬木，葉橢圓形，有鋸齒。其果實(shí)球形，味甜，口感爽脆，且富含豐富的營(yíng)養(yǎng)，是世界四大水果之冠。蘋(píng)果通常為紅色，不過(guò)也有黃色和綠色。蘋(píng)果是一種低熱量食物，每100克只產(chǎn)生60千卡熱量。蘋(píng)果中營(yíng)養(yǎng)成份可溶性大，易被人體吸收，故有“活水”之稱，其有利于溶解硫元素，使皮膚潤(rùn)滑柔嫩。 中國(guó)是世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，蘋(píng)果種植面積和產(chǎn)量均占世界總量的40%以上，在世界蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。蘋(píng)果消費(fèi)市場(chǎng)主要為鮮果和加工制品,鮮食的比例高達(dá)90%,加工制品僅占10%左右。為保證蘋(píng)果的品質(zhì),適時(shí)采摘是我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的重中之重。采摘工作量繁重與勞動(dòng)力的缺乏使得適時(shí)采摘變得越來(lái)越困難。 采摘作業(yè)季節(jié)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)用高，果品采摘作業(yè)是水果生產(chǎn) 鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。故此保證果實(shí)適時(shí)采收、降低收獲作業(yè)費(fèi)用是農(nóng)業(yè)增收的重要途徑。采摘作業(yè)非常復(fù)雜，目前，國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工 進(jìn)行，其費(fèi)用約占成本的50%-70%，并且時(shí)間較為集中。采摘機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)器的重要類型，其作用在于能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用、提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、保證果實(shí)適時(shí)采收，因而具有很大發(fā)展?jié)摿Α? 1總體設(shè)計(jì)思路 作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題，考慮到個(gè)人搜集、整理信息的局限，本設(shè)計(jì)致力形成完整的設(shè)計(jì)理念，不確保每個(gè)工作部分在任何工作環(huán)境下均可長(zhǎng)時(shí)間、全負(fù)荷工作。 本設(shè)計(jì)致力于，蘋(píng)果采摘機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選型，完整的采摘機(jī)器包括機(jī)械部分和控制部分，設(shè)計(jì)過(guò)程難點(diǎn)是空間點(diǎn)的定位，與捕捉點(diǎn)的路徑控制與模擬，機(jī)械結(jié)構(gòu)的選擇，造型設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)的動(dòng)力主要源于一臺(tái)功率足夠大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，保障蘋(píng)果輸送、機(jī)車移動(dòng)，通過(guò)皮帶傳送和齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。蘋(píng)果通過(guò)機(jī)械手抓取實(shí)現(xiàn)采摘過(guò)程，通關(guān)過(guò)輸送裝置實(shí)現(xiàn)輕柔裝筐等工作。 1.1設(shè)計(jì)原理 機(jī)械手接受控制中心信號(hào)，機(jī)械手在擬定路徑上移動(dòng)，抓取目標(biāo)蘋(píng)果，手臂收縮將抓取果實(shí)放置在導(dǎo)流盤(pán)內(nèi)，蘋(píng)果經(jīng)過(guò)導(dǎo)流盤(pán)以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)入輸送裝置，經(jīng)提升到達(dá)裝筐輸送機(jī)構(gòu)，裝筐輸送機(jī)構(gòu)相對(duì)于輸送裝置反向轉(zhuǎn)動(dòng)，承接板承接蘋(píng)果使其落于毛刷上再進(jìn)入果筐，實(shí)現(xiàn)輕柔裝筐，保障蘋(píng)果損傷較小。 1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 蘋(píng)果采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。 蘋(píng)果采摘機(jī)械手是整個(gè)機(jī)械部分的核心部件，難點(diǎn)在于機(jī)械手造型設(shè)計(jì)，以及機(jī)械手抓取方式、移動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。此處機(jī)械手手指選型，利用仿生學(xué)原理，以及連桿機(jī)構(gòu)，模擬人手抓取動(dòng)作，手指內(nèi)測(cè)均貼有力學(xué)傳感器應(yīng)變片，向計(jì)算機(jī)控制中心實(shí)時(shí)反饋接觸果實(shí)部位受力變化，方便計(jì)算機(jī)運(yùn)算，判斷并控制機(jī)械手舒張量。根據(jù)來(lái)自百度百科的數(shù)據(jù)，蘋(píng)果直徑一般在60—85mm，因此，機(jī)械手的抓取最大直徑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不小于100mm,以確保可以抓取絕大多數(shù)成熟蘋(píng)果果實(shí)。 機(jī)械手臂設(shè)計(jì)，仿生學(xué)難度較大，故而舍棄，那么為了能夠?qū)崿F(xiàn)平移以及上下、左右等空間運(yùn)動(dòng)，在我現(xiàn)在圖2-4 機(jī)械手臂圖例 的知識(shí)層次水平上，考慮使用機(jī)械滑臺(tái)，以機(jī)車前進(jìn)方向?yàn)檎较颍瑢?shí)現(xiàn)手臂上下、左右，配合機(jī)車前進(jìn)或者后退，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)合成與分解原理（理論力學(xué)）實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在有限三維空間的運(yùn)動(dòng)。 采摘機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳輸主要依靠異步步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，絲桿滑臺(tái)由一臺(tái)小功率直線步進(jìn)電機(jī)，兩臺(tái)較大功率步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)械手抓取與舒張由一臺(tái)絲桿直線步進(jìn)電機(jī)通過(guò)牽動(dòng)絲桿套沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手指握緊與舒張。 蘋(píng)果定位裝置設(shè)計(jì)主要結(jié)合角度傳感器，視頻攝像頭，物理伸縮桿，計(jì)算機(jī)運(yùn)算模擬控制，最終實(shí)現(xiàn)三維空間坐標(biāo)系的建立，運(yùn)用伽利略坐標(biāo)變換等知識(shí)原理，尋找機(jī)械手臂抓取果實(shí)的最優(yōu)路徑。 圖1蘋(píng)果采摘機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖 1、后橋 2、機(jī)車機(jī)架 3、換向小帶輪 4、蘋(píng)果倒流盤(pán) 5、機(jī)械滑臺(tái) 6、機(jī)械手 7、大帶輪8、裝筐輸送機(jī)構(gòu)9、機(jī)械手II 10、大直齒錐齒輪 11、小直齒錐齒輪 12、齒輪箱 13、換向大帶輪 14、調(diào)節(jié)臂15、縱向輸送機(jī)構(gòu) 16、柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 17、轉(zhuǎn)向液壓缸 18、制動(dòng)液壓缸 19、前輪 20、萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)軸 2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 2.1電機(jī)的選擇 采摘機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳輸主要依靠異步步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，絲桿滑臺(tái)由一臺(tái)小功率直線步進(jìn)電機(jī)，兩臺(tái)較大功率步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)械手抓取與舒張由一臺(tái)絲桿直線步進(jìn)電機(jī)通過(guò)牽動(dòng)絲桿套沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手指握緊與舒張。 2.2齒輪的設(shè)計(jì) 直齒錐齒輪齒廓曲面的形成與圓柱齒輪類似。如下圖所示，發(fā)生平面 1 與基錐 2 相切并作純滾動(dòng)， 該平面上過(guò)錐頂點(diǎn) O 的任一直線 OK 的軌跡即為漸開(kāi)錐面。漸開(kāi)錐面與以 O 為球心，以錐長(zhǎng) R 為半徑的球面的交線 AK 為球面漸開(kāi)線，它應(yīng)是錐齒輪的大端齒廓曲線。但球面無(wú)法展開(kāi)成平面， 這就給錐齒輪的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)很多困難。為此產(chǎn)生一種代替球面漸開(kāi)線的近似方法。 圖2 由于直齒錐齒輪大端的尺寸大，測(cè)量方便。因此，規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準(zhǔn)。 大端的模數(shù) m 的值為標(biāo)準(zhǔn)值，按下表選取。在 GB12369-90 中規(guī)定了大端的壓力角 a=20。，齒 頂高系數(shù) ha*=1，頂隙系數(shù) c*=0.2。 當(dāng)量齒輪的齒數(shù) 稱為錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)。與錐齒輪的齒數(shù) z 的關(guān)系可由上圖求出，由圖可 得當(dāng)量齒輪的分度圓半徑 。 有 式中：d 為錐齒輪的分度錐角。 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的幾何關(guān)系, 如圖3-3 、、和、、分別為小齒輪和大齒輪的大端分度圓直徑、平均直徑、分度圓錐角；R為錐距;b為齒寬。小端、大端分度圓直徑; 齒數(shù)比 平均直徑 2.3 輸送裝置的選擇 帶式輸送機(jī)的傾角一般小于18°，本設(shè)計(jì)縱向輸送帶，不需要很大的提升角，提升工作強(qiáng)度不大，故而設(shè)定輸送帶傾角為10o，輸送帶長(zhǎng)1.5米，寬0.6米，前端與導(dǎo)流盤(pán)吻接。 3總結(jié) 在李傳峰老師的指導(dǎo)下，以及各位老師和同學(xué)的支持和幫助下，我在現(xiàn)有的知識(shí)水平層次完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)“蘋(píng)果采摘機(jī)械的設(shè)計(jì)”。 本設(shè)計(jì)致力于蘋(píng)果采摘及機(jī)械結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，采用運(yùn)動(dòng)合成原理，簡(jiǎn)化機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)，降低機(jī)械手臂設(shè)計(jì)技術(shù)難度，方便設(shè)計(jì)采摘機(jī)的控制程序。本設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，基本滿足蘋(píng)果的采摘，初步清理，輸送，裝筐，運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳝h(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果果實(shí)較低損傷收獲，利于提高果園產(chǎn)品品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 本設(shè)計(jì)由于采用新的設(shè)計(jì)思路，必然存在很多不足之處，仍需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1]常有宏,呂曉蘭,藺經(jīng),薛新宇,王中華. 我國(guó)果園機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展思路[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2013,06:21-26. 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[6]崔鵬.蘋(píng)果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)研究[D].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院,2010. 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱 蘋(píng)果采摘機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 起止時(shí)間 機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制  填 表 說(shuō) 明 一、學(xué)生撰寫(xiě)《開(kāi)題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容： 1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析； 4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃； 7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。 二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫(xiě)完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 三、開(kāi)題報(bào)告要求手寫(xiě)體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫(xiě)，頁(yè)面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開(kāi)題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。 一、本題來(lái)源及研究的目的和意義 1.1 課題的來(lái)源：自選題 1.2 研究的目的 隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，果園業(yè)也得到了很大的發(fā)展。由于果園占地面積相對(duì)狹小，而且果樹(shù)之間的間距很小，果樹(shù)生長(zhǎng)性狀復(fù)雜，這就給對(duì)果園的果類采摘等帶來(lái)了巨大的麻煩。為了節(jié)約人們的體力勞動(dòng)，設(shè)計(jì)一種蘋(píng)果等果類無(wú)損采摘機(jī)械裝置是非常必要的，專門(mén)應(yīng)用于果類采摘?？膳榔隆⒃焦?、階梯性強(qiáng)。廣泛適用于平原、山區(qū)、丘陵、溫室等區(qū)域種植的果樹(shù)果類采摘收獲。 1.3 研究的意義 我國(guó)是世界第一大蘋(píng)果果消費(fèi)國(guó)，也是世界第一大蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)。蘋(píng)果種植業(yè)的迅速發(fā)展提升了果園機(jī)械的市場(chǎng)需求。采摘作業(yè)所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的33%～50%，目前我國(guó)的蘋(píng)果果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。蘋(píng)果采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且容易造成果實(shí)的損傷，如果人手不夠不能及時(shí)采摘還會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。使用采摘機(jī)械不僅提高采摘效率，而且降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，因此提高蘋(píng)果采摘作業(yè)機(jī)械化程度有重要的意義。 蘋(píng)果采摘機(jī)械在果園規(guī)?；l(fā)展和規(guī)范化管理的地區(qū)應(yīng)用更能突顯其顯著特點(diǎn)。用機(jī)械代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力操作完成蘋(píng)果采摘作業(yè)，既能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高功效，還可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又能搶農(nóng)時(shí)，減少損失，為果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好環(huán)境，促進(jìn)果品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。 二、 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及背景 1.國(guó)外果園采摘機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀(jì)40年代以英、美、法為首的西方國(guó)家率先開(kāi)始蘋(píng)果等水果的機(jī)械化采摘研究，已經(jīng)針對(duì)釀造等特殊用途的蘋(píng)果實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采摘。然而，人們期待的仿生學(xué)機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行當(dāng)中，當(dāng)下人工智能技術(shù)尚不能使機(jī)器人像真實(shí)人一樣完成采摘工作。 目前國(guó)外對(duì)采摘機(jī)械的研究是以采摘機(jī)器人為主。華盛頓州立大學(xué)在2013年獲得了美國(guó)國(guó)家機(jī)器人計(jì)劃(美國(guó)農(nóng)業(yè)部)的54.8萬(wàn)美元撥款，現(xiàn)在，該項(xiàng)目已經(jīng)制造了一個(gè)蘋(píng)果采摘機(jī)器人原型，將在今年秋天進(jìn)行測(cè)試。 1.1.國(guó)外果園采摘機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外蘋(píng)果采摘機(jī)械采摘主要有振搖式、撞擊式和切割式三種類型。其中，振搖式是利用外力使樹(shù)體或樹(shù)枝發(fā)生振搖或振動(dòng)，使蘋(píng)果果實(shí)產(chǎn)生加速度，在梗連結(jié)最弱處與果枝分離而掉落。撞擊式是撞擊部件直接撞擊果枝或敲打牽引果枝的棚架振落蘋(píng)果果實(shí)。切割式是將樹(shù)枝或果柄切斷使果實(shí)與果樹(shù)分離的方式，又分為機(jī)械切割式和動(dòng)力切割式。 國(guó)外對(duì)果園采摘機(jī)械的研究始于上世紀(jì)40年代初，以美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)為首的西方國(guó)家較早開(kāi)展此方面的研究。于40年代中期開(kāi)始，美國(guó)開(kāi)始研究振搖式采摘機(jī)械，用來(lái)采摘胡桃、蘋(píng)果和杏等水果，到50年代中期，利用振搖果樹(shù)方式收獲水果的采摘機(jī)械在歐美國(guó)家得到了發(fā)展和普遍應(yīng)用，出現(xiàn)了拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)的振搖采摘機(jī)。60年代，振搖采摘機(jī)械的結(jié)構(gòu)由單一的定沖程推搖機(jī)發(fā)展到慣性式振搖機(jī)、氣力振搖機(jī)、使用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)橡膠棒沖撞果枝振落果實(shí)的撞擊式機(jī)械等多種類型的果園采摘機(jī)械。當(dāng)時(shí)的機(jī)械采摘工作效率普遍較低，采摘的損傷率還較高，也不適用于采收易損傷、完好率要求較高的鮮食用和貯藏的蘋(píng)果。60年代中期，美國(guó)研究出液壓升降平臺(tái)車，配合采摘工具使用，使得采摘效率大大提高。 自60年代后期，歐美一些國(guó)家將水果采摘機(jī)械與果樹(shù)的培育和修剪結(jié)合起來(lái)研究，例如修整樹(shù)形使之適合機(jī)械化作業(yè)。直至70年代出現(xiàn)了各種動(dòng)力切割式采摘機(jī)械，例如油鋸、氣動(dòng)剪。 日本的果園種植地形與我國(guó)南方地形極為相似，許多在平地上使用的果園機(jī)械在丘陵地形上并不適用，故此在20世紀(jì)90年代初，日本開(kāi)始研究陡坡地果園的機(jī)械化。其中四國(guó)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)研究開(kāi)發(fā)的采用樞軸式擺動(dòng)懸掛機(jī)構(gòu)作為行走部分的自走式采摘車，配備使用電視攝像機(jī)和無(wú)線電控制組合。該采摘車的輪距寬，重心低，故爬坡能力強(qiáng)；采用就地車輪正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故回轉(zhuǎn)能力好；采用樞軸懸掛機(jī)構(gòu)，因而使機(jī)體擺動(dòng)小、行走穩(wěn)定，適合在坡度15°～30°的地區(qū)使用。 關(guān)于機(jī)器人采摘的研究始于70年代末期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，美國(guó)首先開(kāi)始研究各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人。自1983年第一臺(tái)采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來(lái)，歷經(jīng)20多年的研究和試驗(yàn)，日本、美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)、西班牙等發(fā)達(dá)國(guó)家，相繼試驗(yàn)成功了多種采摘機(jī)器人，如蘋(píng)果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果實(shí)采摘的具有人工智能的機(jī)器人。 采摘機(jī)器人主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)和行走裝置等四大系統(tǒng)組成。在80年代中期日本京都大學(xué)研制了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，但這種機(jī)械手的工作空間并沒(méi)有包含所有果實(shí)的位置，而且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也比較低。與此同時(shí)韓國(guó)研制的蘋(píng)果采摘機(jī)器人使用極坐標(biāo)機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可左右移動(dòng)，絲桿關(guān)節(jié)可以上下移動(dòng)，從而工作空間可達(dá)3m。日本崗山大學(xué)在20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)出番茄采摘機(jī)器人具有7個(gè)自由度的能夠設(shè)定采摘姿態(tài)的機(jī)械手。 2 我國(guó)蘋(píng)果采摘機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀 目前，我國(guó)在人工智能機(jī)器人采摘研究領(lǐng)域仍處于起步階段。 我國(guó)大部分蘋(píng)果果園生產(chǎn)規(guī)模小，種植模式多樣，栽培和管理比較分散，果園的規(guī)?；鸵?guī)范化程度偏低。目前，我國(guó)果園機(jī)械化基礎(chǔ)差，優(yōu)勢(shì)林果產(chǎn)區(qū)雖然已逐步形成規(guī)模化生產(chǎn)，但規(guī)范化管理不足，農(nóng)藝未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，果園機(jī)械化水平仍然很低，果園機(jī)械無(wú)論從數(shù)量上還是品種、質(zhì)量上都難以滿足林果產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的需要，在一些果園專有機(jī)械上仍處于空白。 2.1我國(guó)蘋(píng)果采摘機(jī)械研究開(kāi)發(fā)背景 自20世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始研究果園采摘機(jī)械，先后開(kāi)發(fā)了與手扶拖拉機(jī)配套的機(jī)械振動(dòng)式山楂采果機(jī)、氣囊式采果器和手持電動(dòng)采果器。后兩者實(shí)際上還是人工作業(yè)用的輔助機(jī)械，雖然在保護(hù)果實(shí)不受損傷方面做得較好，但是其效率還是太低。80年代后，開(kāi)始研究和制造切割型采摘器，果園采摘也從人工使用剪刀采摘發(fā)展到使用機(jī)械裝置采摘。電機(jī)式采摘器利用果柄引導(dǎo)突片將果柄引向切刀，再用微型電機(jī)帶動(dòng)的切刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)把果柄切斷。此外，一種振搖式采摘器，用撥叉伸入果枝用電機(jī)擺動(dòng)撥叉而振落果實(shí)。切割式采摘的優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)省力，對(duì)果實(shí)的損傷也小。此后有了更多的輔助工具如液壓剪枝升降平臺(tái)，可用來(lái)提升工人工作位置，利于采摘作業(yè)。 盡管如此，國(guó)內(nèi)蘋(píng)果采摘機(jī)械基本處于空白，蘋(píng)果不同于山楂、核桃、棗等，蘋(píng)果果皮易在采摘過(guò)程中受到損傷，損傷容易造成蘋(píng)果氧化變質(zhì)品質(zhì)下降，降低經(jīng)濟(jì)效益。 三 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 3.1 研究的主要問(wèn)題： 傳統(tǒng)的果園蘋(píng)果收獲基本以人工采摘為主（特殊用途的果類除外），耗時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)成本高。蘋(píng)果從采摘到運(yùn)輸過(guò)程周期較長(zhǎng)，不容易保障果品質(zhì)量。本設(shè)計(jì)主要致力蘋(píng)果無(wú)損采摘，以及初步清理，運(yùn)出果園等收獲環(huán)節(jié)。 3.2 解決思路： （1）用大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行裝配及其，保證機(jī)器在工作的時(shí)間不會(huì)因?yàn)槌d而熄火。 （2）設(shè)計(jì)機(jī)械手臂，編寫(xiě)機(jī)械手臂工作程序，實(shí)現(xiàn)柔性抓取，摘果。 （3）添加視覺(jué)捕捉輔助系統(tǒng)，輔助操作員操作機(jī)械手臂。 （4）設(shè)計(jì)蘋(píng)果輸送，初步清洗裝置，將采摘的蘋(píng)果進(jìn)行運(yùn)輸、清理、裝箱。 （5）設(shè)計(jì)多自由度承載升降自走車體，搭載全部采摘設(shè)備、操作人員、駕駛?cè)藛T，及采摘蘋(píng)果、果箱等。 （6）保證機(jī)器的安全性能。 3.3具體方案： （1）本次設(shè)計(jì)把視覺(jué)捕捉系統(tǒng)、智能機(jī)器人、蘋(píng)果輸送淸選裝置、多自由度式承載裝置相結(jié)合，本設(shè)計(jì)的研究對(duì)果園的管理非常重要。 （2）該設(shè)計(jì)的成型產(chǎn)品是機(jī)械手臂、蘋(píng)果輸送清洗裝置、行走裝置與升降裝置均通過(guò)獨(dú)立動(dòng)力源提供動(dòng)力，以確保機(jī)器工作穩(wěn)定。 （3）產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)蘋(píng)果采摘、輸送、清洗，工作臺(tái)升降由操作員獨(dú)立進(jìn)行。 （4）前后的工作裝置都可以卸載，當(dāng)需要什么樣的工作時(shí)進(jìn)行安裝即可。 四 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 （1）查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計(jì)機(jī)械手臂、行走裝置、輸送清洗裝置、行走裝置等的形狀。 （2）設(shè)計(jì)完各零部件后，進(jìn)行裝配組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性。 （3）運(yùn)用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。 （4）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。 五 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃 工作方案： 1、設(shè)計(jì)并繪制蘋(píng)果采摘機(jī)總體機(jī)架。 2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇方案及大小設(shè)計(jì)。 3、蘋(píng)果采摘機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)。 4、繪制所有零部件并查閱相關(guān)說(shuō)明，各零部件尺寸要嚙合達(dá)到合適效果。 5、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進(jìn)。 進(jìn)度計(jì)劃： 第 一 周：查找相關(guān)資料、熟悉課題內(nèi)容。 第 二 周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并制定總體方案。 第三周至十周：設(shè)計(jì)蘋(píng)果采摘機(jī)試驗(yàn)裝置的三維實(shí)體模型圖，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第 十一 周：對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 十二 周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。 第十三周：編寫(xiě)答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。 第十四周：答辯 六 參考文獻(xiàn) [1]李偉,李吉,張俊雄,陳英,任永新.蘋(píng)果采摘機(jī)器人機(jī)械臂優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,06:721-726. 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鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。故此保證果實(shí)適時(shí)采收、降低收獲作業(yè)費(fèi)用是農(nóng)業(yè)增收的重要途徑。采摘作業(yè)非常復(fù)雜，目前，國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工 進(jìn)行，其費(fèi)用約占成本的50%-70%，并且時(shí)間較為集中。采摘機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)器的重要類型，其作用在于能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用、提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、保證果實(shí)適時(shí)采收，因而具有很大發(fā)展?jié)摿Α? 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械 ； 機(jī)械手 ； 輸送機(jī)構(gòu) ； 蘋(píng)果 ； 農(nóng)業(yè)機(jī)械  目 錄 1引言 - 1 - 1.1題來(lái)源及研究的目的和意義 - 1 - 1.2本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 - 1 - 1.3本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 - 3 - 1.4完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 - 4 - 1.5 方案及進(jìn)度計(jì)劃 - 4 - 2.機(jī)械的總體設(shè)計(jì) - 4 - 2.1蘋(píng)果采摘機(jī)工作流程 - 5 - 2.2機(jī)械手臂設(shè)計(jì) - 7 - 3.蘋(píng)果采摘機(jī)械動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 11 - 3.1輸送機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式 - 11 - 3.2V帶傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 - 11 - 3.3V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟和傳動(dòng)參數(shù)選擇 - 11 - 3.4齒輪箱齒輪結(jié)構(gòu) - 12 - 4. 蘋(píng)果采摘機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的選擇 - 16 - 4.1行走機(jī)構(gòu) - 16 - 5.蘋(píng)果采摘機(jī)輸送裝置的選擇 - 17 - 5.1帶式輸送機(jī) - 17 - 5.2 裝筐輸送機(jī)構(gòu) - 17 - 6.部位仿真模擬分析 - 18 - 總 結(jié) - 21 - 致 謝 - 22 - 參考文獻(xiàn) - 23 - 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1引言 1.1題來(lái)源及研究的目的和意義 隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，果園業(yè)也得到了很大的發(fā)展。由于果園占地面積相對(duì)狹小，而且果樹(shù)之間的間距很小，果樹(shù)生長(zhǎng)性狀復(fù)雜，這就給對(duì)果園的果類采摘等帶來(lái)了巨大的麻煩。為了節(jié)約人們的體力勞動(dòng)，設(shè)計(jì)一種蘋(píng)果等果類采摘機(jī)械裝置是非常必要的，專門(mén)應(yīng)用于果類采摘?？膳榔?、越埂、階梯性強(qiáng)。廣泛適用于平原、山區(qū)、丘陵、溫室等區(qū)域種植的果樹(shù)果類采摘收獲。 1.1.2研究的意義 我國(guó)是世界第一大蘋(píng)果果消費(fèi)國(guó)，也是世界第一大蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)。蘋(píng)果種植業(yè)的迅速發(fā)展提升了果園機(jī)械的市場(chǎng)需求。采摘作業(yè)所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的33%～50%，目前我國(guó)的蘋(píng)果果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。蘋(píng)果采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且容易造成果實(shí)的損傷，如果人手不夠不能及時(shí)采摘還會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。使用采摘機(jī)械不僅提高采摘效率，而且降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，因此提高蘋(píng)果采摘作業(yè)機(jī)械化程度有重要的意義[1]。 蘋(píng)果采摘機(jī)械在果園規(guī)?；l(fā)展和規(guī)范化管理的地區(qū)應(yīng)用更能突顯其顯著特點(diǎn)。用機(jī)械代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力操作完成蘋(píng)果采摘作業(yè)，既能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高功效，還可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又能搶農(nóng)時(shí)，減少損失，為果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好環(huán)境，促進(jìn)果品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[2]。 1. 2本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外果園采摘機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀(jì)40年代以英、美、法為首的西方國(guó)家率先開(kāi)始蘋(píng)果等水果的機(jī)械化采摘研究，已經(jīng)針對(duì)釀造等特殊用途的蘋(píng)果實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采摘。然而，人們期待的仿生學(xué)機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)正在進(jìn)行當(dāng)中，當(dāng)下人工智能技術(shù)尚不能使機(jī)器人像真實(shí)人一樣完成采摘工作。目前國(guó)外對(duì)采摘機(jī)械的研究是以采摘機(jī)器人為主。 國(guó)外蘋(píng)果采摘機(jī)械采摘主要有振搖式、撞擊式和切割式三種類型。其中，振搖式是利用外力使樹(shù)體或樹(shù)枝發(fā)生振搖或振動(dòng)，使蘋(píng)果果實(shí)產(chǎn)生加速度，在梗連結(jié)最弱處與果枝分離而掉落。撞擊式是撞擊部件直接撞擊果枝或敲打牽引果枝的棚架振落蘋(píng)果果實(shí)。切割式是將樹(shù)枝或果柄切斷使果實(shí)與果樹(shù)分離的方式，又分為機(jī)械切割式和動(dòng)力切割式。 國(guó)外對(duì)果園采摘機(jī)械的研究始于上世紀(jì)40年代初，以美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)為首的西方國(guó)家較早開(kāi)展此方面的研究。于40年代中期開(kāi)始，美國(guó)開(kāi)始研究振搖式采摘機(jī)械，用來(lái)采摘胡桃、蘋(píng)果和杏等水果，到50年代中期，利用振搖果樹(shù)方式收獲水果的采摘機(jī)械在歐美國(guó)家得到了發(fā)展和普遍應(yīng)用，出現(xiàn)了拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)的振搖采摘機(jī)。60年代，振搖采摘機(jī)械的結(jié)構(gòu)由單一的定沖程推搖機(jī)發(fā)展到慣性式振搖機(jī)、氣力振搖機(jī)、使用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)橡膠棒沖撞果枝振落果實(shí)的撞擊式機(jī)械等多種類型的果園采摘機(jī)械。當(dāng)時(shí)的機(jī)械采摘工作效率普遍較低，采摘的損傷率還較高，也不適用于采收易損傷、完好率要求較高的鮮食用和貯藏的蘋(píng)果[3]。60年代中期，美國(guó)研究出液壓升降平臺(tái)車，配合采摘工具使用，使得采摘效率大大提高。 自60年代后期，歐美一些國(guó)家將水果采摘機(jī)械與果樹(shù)的培育和修剪結(jié)合起來(lái)研究，例如修整樹(shù)形使之適合機(jī)械化作業(yè)。直至70年代出現(xiàn)了各種動(dòng)力切割式采摘機(jī)械，例如油鋸、氣動(dòng)剪。 日本的果園種植地形與我國(guó)南方地形極為相似，許多在平地上使用的果園機(jī)械在丘陵地形上并不適用，故此在20世紀(jì)90年代初，日本開(kāi)始研究陡坡地果園的機(jī)械化。其中四國(guó)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)研究開(kāi)發(fā)的采用樞軸式擺動(dòng)懸掛機(jī)構(gòu)作為行走部分的自走式采摘車，配備使用電視攝像機(jī)和無(wú)線電控制組合。該采摘車的輪距寬，重心低，故爬坡能力強(qiáng)；采用就地車輪正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，故回轉(zhuǎn)能力好；采用樞軸懸掛機(jī)構(gòu)，因而使機(jī)體擺動(dòng)小、行走穩(wěn)定，適合在坡度15°～30°的地區(qū)使用。 關(guān)于機(jī)器人采摘的研究始于70年代末期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，美國(guó)首先開(kāi)始研究各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人。自1983年第一臺(tái)采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來(lái)，歷經(jīng)20多年的研究和試驗(yàn)，日本、美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)、西班牙等發(fā)達(dá)國(guó)家，相繼試驗(yàn)成功了多種采摘機(jī)器人，如蘋(píng)果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果實(shí)采摘的具有人工智能的機(jī)器人。 采摘機(jī)器人主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)和行走裝置等四大系統(tǒng)組成。在80年代中期日本京都大學(xué)研制了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，但這種機(jī)械手的工作空間并沒(méi)有包含所有果實(shí)的位置，而且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也比較低。與此同時(shí)韓國(guó)研制的蘋(píng)果采摘機(jī)器人使用極坐標(biāo)機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可左右移動(dòng)，絲桿關(guān)節(jié)可以上下移動(dòng)，從而工作空間可達(dá)3m。日本崗山大學(xué)在20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)出番茄采摘機(jī)器人具有7個(gè)自由度的能夠設(shè)定采摘姿態(tài)的機(jī)械手。 1.2.2我國(guó)蘋(píng)果采摘機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀 目前，我國(guó)在人工智能機(jī)器人采摘研究領(lǐng)域仍處于起步階段。 中國(guó)是世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，蘋(píng)果種植面積和產(chǎn)量均占世界總量的40%以上，在世界蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。中國(guó)蘋(píng)果有黃土高原、渤海灣、黃河故道和西南冷涼高地四大產(chǎn)區(qū)，根據(jù)氣候和生態(tài)適宜標(biāo)準(zhǔn)，西北黃土高原產(chǎn)區(qū)和渤海灣產(chǎn)區(qū)是中國(guó)最適蘋(píng)果發(fā)展產(chǎn)區(qū)，兩個(gè)區(qū)域蘋(píng)果栽培面積分別占全國(guó)的44%和34%，產(chǎn)量分別占全國(guó)的49%和31% ，出口量占全國(guó)的90%以上。黃河故道產(chǎn)區(qū)屬于蘋(píng)果生產(chǎn)的次適宜區(qū)，西南冷涼高地蘋(píng)果生產(chǎn)規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)差，無(wú)法滿足蘋(píng)果生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)域的要求。 我國(guó)大部分蘋(píng)果果園生產(chǎn)規(guī)模小，種植模式多樣，栽培和管理比較分散，果園的規(guī)?；鸵?guī)范化程度偏低。目前，我國(guó)果園機(jī)械化基礎(chǔ)差，優(yōu)勢(shì)林果產(chǎn)區(qū)雖然已逐步形成規(guī)?；a(chǎn)，但規(guī)范化管理不足，農(nóng)藝未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，果園機(jī)械化水平仍然很低，果園機(jī)械無(wú)論從數(shù)量上還是品種、質(zhì)量上都難以滿足林果產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的需要，在一些果園專有機(jī)械上仍處于空白。 自20世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始研究果園采摘機(jī)械[4]，先后開(kāi)發(fā)了與手扶拖拉機(jī)配套的機(jī)械振動(dòng)式山楂采果機(jī)、氣囊式采果器和手持電動(dòng)采果器。后兩者實(shí)際上還是人工作業(yè)用的輔助機(jī)械，雖然在保護(hù)果實(shí)不受損傷方面做得較好，但是其效率還是太低。80年代后，開(kāi)始研究和制造切割型采摘器，果園采摘也從人工使用剪刀采摘發(fā)展到使用機(jī)械裝置采摘。電機(jī)式采摘器利用果柄引導(dǎo)突片將果柄引向切刀，再用微型電機(jī)帶動(dòng)的切刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)把果柄切斷。此外，一種振搖式采摘器，用撥叉伸入果枝用電機(jī)擺動(dòng)撥叉而振落果實(shí)[5]。切割式采摘的優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)省力，對(duì)果實(shí)的損傷也小。此后有了更多的輔助工具如液壓剪枝升降平臺(tái)，可用來(lái)提升工人工作位置，利于采摘作業(yè)。 盡管如此，國(guó)內(nèi)蘋(píng)果采摘機(jī)械基本處于空白，蘋(píng)果不同于山楂、核桃、棗等，蘋(píng)果果皮易在采摘過(guò)程中受到損傷，損傷容易造成蘋(píng)果氧化變質(zhì)品質(zhì)下降，降低經(jīng)濟(jì)效益。 1.3本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 1.3.1 研究的主要問(wèn)題： 本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于，如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)空間中蘋(píng)果的定位，采摘方式的可行性設(shè)計(jì)，設(shè)備各個(gè)部位的動(dòng)力控制與傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性考察，本設(shè)計(jì)主要致力蘋(píng)果采摘，以及初步清理，裝筐，運(yùn)出果園等收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。 傳統(tǒng)的果園蘋(píng)果收獲基本以人工采摘為主（特殊用途的果類除外），耗時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)成本高。蘋(píng)果從采摘到運(yùn)輸過(guò)程周期較長(zhǎng)，不容易保障果品質(zhì)量。常見(jiàn)的采摘機(jī)械的采摘原理：果園的機(jī)械式采摘主要有振搖式、撞擊式和切割式三種類型。振搖式是利用外力使樹(shù)體或樹(shù)枝發(fā)生振動(dòng)或振搖，使果實(shí)產(chǎn)生加速度，在連結(jié)最弱處與果枝分離而掉落。撞擊式是撞擊部件直接沖撞果枝或敲打牽引果枝的棚架振落果實(shí)。切割式是將樹(shù)枝或果柄切斷使果實(shí)與果樹(shù)分離的方式，又分為機(jī)械切割式和動(dòng)力切割式。然而這些采摘方式很難控制收獲蘋(píng)果果實(shí)的損傷率，影響蘋(píng)果的品質(zhì)，不利于果園經(jīng)濟(jì)效益的提升。 1.3.2 解決思路： （1）用大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行裝配及其，保證機(jī)器在工作的時(shí)間不會(huì)因?yàn)槌d而熄火。 （2）設(shè)計(jì)機(jī)械手臂，編寫(xiě)機(jī)械手臂工作程序，實(shí)現(xiàn)柔性抓取，摘果。 （3）采用物理方式與計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，構(gòu)建空間坐標(biāo)系，配合視覺(jué)捕捉設(shè)備，機(jī)械手臂，進(jìn)行枝頭蘋(píng)果定位以及采摘。 （4）添加視覺(jué)捕捉輔助系統(tǒng)，輔助操作員操作機(jī)械手臂。 （5）設(shè)計(jì)蘋(píng)果輸送，初步清洗裝置，將采摘的蘋(píng)果進(jìn)行運(yùn)輸、清理、裝箱。 （6）設(shè)計(jì)多自由度承載自走車體，搭載全部采摘設(shè)備、操作人員、駕駛?cè)藛T，蘋(píng)果、果箱等。 （7）仿真模擬以確保證機(jī)器的安全性能。 1.3.3具體方案： （1）本次設(shè)計(jì)把視覺(jué)捕捉系統(tǒng)、智能機(jī)器人、蘋(píng)果輸送淸選裝置、多自由度式承載裝置相結(jié)合，本設(shè)計(jì)的研究對(duì)果園的管理非常重要[6]。 （2）該設(shè)計(jì)的成型產(chǎn)品是機(jī)械手臂、蘋(píng)果輸送清洗裝置、行走裝置與升降裝置均通過(guò)相對(duì)獨(dú)立的動(dòng)力源提供動(dòng)力，以確保機(jī)器工作穩(wěn)定。 （3）產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)蘋(píng)果采摘、輸送、清洗，工作臺(tái)升降由操作員獨(dú)立進(jìn)行。 （4）前后的工作裝置都可以卸載，當(dāng)需要什么樣的工作時(shí)進(jìn)行安裝即可。 （5）本設(shè)計(jì)致力于采摘機(jī)的機(jī)械部分的選型與設(shè)計(jì)。 1.4完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 （1）查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計(jì)機(jī)械手臂、行走裝置、輸送清洗裝置、行走裝置等的形狀。 （2）實(shí)地參觀果園，果園機(jī)械，觀看國(guó)外現(xiàn)代化管理的果園采收視頻，搜集整理有用信息。 （3）設(shè)計(jì)完各零部件后，進(jìn)行裝配組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性。 （4）運(yùn)用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。 （5）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。 1.5 方案及進(jìn)度計(jì)劃 1.5.1 工作方案： (1) 設(shè)計(jì)并繪制蘋(píng)果采摘機(jī)總體機(jī)架。 (2) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇方案及大小設(shè)計(jì)。 (3) 蘋(píng)果采摘機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)。 (4) 輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選型。 (5) 繪制所有零部件并查閱相關(guān)說(shuō)明，各零部件尺寸要嚙合達(dá)到合適效果。 (6) 分模塊完成各個(gè)工作部分的裝配模型。 (7) 組裝裝配圖并生成三維立體總裝模型，觀察效果并加以改進(jìn)。 1.5.2進(jìn)度計(jì)劃： 第 一 周：查找相關(guān)資料、熟悉課題內(nèi)容。 第 二 周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并制定總體方案。 第三周至十周：設(shè)計(jì)蘋(píng)果采摘機(jī)試驗(yàn)裝置的三維實(shí)體模型圖，生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第 十一 周：對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 十二 周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。 第十三周：編寫(xiě)答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。 第十四周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 2.機(jī)械的總體設(shè)計(jì) 作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究課題，考慮到個(gè)人搜集、整理信息的局限，本設(shè)計(jì)致力形成完整的設(shè)計(jì)理念，不確保每個(gè)工作部分在任何工作環(huán)境下均可長(zhǎng)時(shí)間、全負(fù)荷工作。 本設(shè)計(jì)致力于，蘋(píng)果采摘機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選型，完整的采摘機(jī)器包括機(jī)械部分和控制部分，設(shè)計(jì)過(guò)程難點(diǎn)是空間點(diǎn)的定位，與捕捉點(diǎn)的路徑控制與模擬，機(jī)械結(jié)構(gòu)的選擇，造型設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)的動(dòng)力主要源于一臺(tái)功率足夠大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供，保障蘋(píng)果輸送、機(jī)車移動(dòng)，通過(guò)皮帶傳送和齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。蘋(píng)果通過(guò)機(jī)械手抓取實(shí)現(xiàn)采摘過(guò)程，通關(guān)過(guò)輸送裝置實(shí)現(xiàn)輕柔裝筐等工作[8]。 1、 后橋 2、機(jī)車機(jī)架 3、換向小帶輪 4、蘋(píng)果倒流盤(pán) 5、機(jī)械滑臺(tái) 6、機(jī)械手 7、大帶輪8、裝筐輸送機(jī)構(gòu)9、機(jī)械手II 10、大直齒錐齒輪 11、小直齒錐齒輪 12、齒輪箱 13、換向大帶輪 14、調(diào)節(jié)臂15、縱向輸送機(jī)構(gòu) 16、柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 17、轉(zhuǎn)向液壓缸 18、制動(dòng)液壓缸 19、前輪 20、萬(wàn)向聯(lián)軸器傳動(dòng)軸 圖2-1 總統(tǒng)裝配圖 圖2-2蘋(píng)果采摘機(jī)械總體SW裝配圖 2.1蘋(píng)果采摘機(jī)工作流程 機(jī)械手接受控制中心信號(hào)，機(jī)械手在擬定路徑上移動(dòng)，抓取目標(biāo)蘋(píng)果，手臂收縮將抓取果實(shí)放置在導(dǎo)流盤(pán)內(nèi)，蘋(píng)果經(jīng)過(guò)導(dǎo)流盤(pán)以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)入輸送裝置，經(jīng)提升到達(dá)裝筐輸送機(jī)構(gòu)，裝筐輸送機(jī)構(gòu)相對(duì)于輸送裝置反向轉(zhuǎn)動(dòng)，承接板承接蘋(píng)果使其落于毛刷上再進(jìn)入果筐，實(shí)現(xiàn)輕柔裝筐，保障蘋(píng)果損傷較小[9]。 2.2采摘機(jī)械采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì) 蘋(píng)果采摘機(jī)械手是整個(gè)機(jī)械部分的核心部件，難點(diǎn)在于機(jī)械手造型設(shè)計(jì)，以及機(jī)械手抓取方式、移動(dòng)方式的設(shè)計(jì)。 2.2.1機(jī)械手手指指型設(shè)計(jì) 圖2-3 機(jī)械手SW示意圖 1、3號(hào)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸 2、手指座盤(pán) 3、手指座 4、手指2-3 5、2號(hào)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸 6、手指2-1 7、手指3-2 8、手指1 9、 手指1-2 10、1號(hào)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸 11、手指2 12、手指3 13、拉桿 圖2-4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 此處機(jī)械手手指選型，利用仿生學(xué)原理，以及連桿機(jī)構(gòu)，模擬人手抓取動(dòng)作，手指內(nèi)測(cè)均貼有力學(xué)傳感器應(yīng)變片，向計(jì)算機(jī)控制中心實(shí)時(shí)反饋接觸果實(shí)部位受力變化，方便計(jì)算機(jī)運(yùn)算，判斷并控制機(jī)械手舒張量[10]。 圖2-3 機(jī)械手抓取效果 根據(jù)來(lái)自百度百科的數(shù)據(jù)，蘋(píng)果直徑一般在60—85mm，因此，機(jī)械手的抓取最大直徑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不小于100mm,以確保可以抓取絕大多數(shù)成熟蘋(píng)果果實(shí)。 2.2機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 圖2-4 機(jī)械手-滑臺(tái) 機(jī)械手臂設(shè)計(jì)，仿生學(xué)難度較大，故而舍棄，那么為了能夠?qū)崿F(xiàn)平移以及上下、左右等空間運(yùn)動(dòng)，在我現(xiàn)在 圖2-4 機(jī)械手臂圖例 的知識(shí)層次水平上，考慮使用機(jī)械滑臺(tái)，以機(jī)車前進(jìn)方向?yàn)檎较?，?shí)現(xiàn)手臂上下、左右，配合機(jī)車前進(jìn)或者后退，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)合成與分解原理（理論力學(xué)）實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在有限三維空間的運(yùn)動(dòng)。 2.2.1采摘機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳輸設(shè)計(jì) 采摘機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳輸主要依靠異步步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)，絲桿滑臺(tái)由一臺(tái)小功率直線步進(jìn)電機(jī)，兩臺(tái)較大功率步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)械手抓取與舒張由一臺(tái)絲桿直線步進(jìn)電機(jī)通過(guò)牽動(dòng)絲桿套沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手指握緊與舒張。 2.2.2電機(jī)的選擇計(jì)算 2.2.2.1滑臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)電機(jī)的選擇 圖2-5機(jī)械手動(dòng)力結(jié)構(gòu)計(jì)算示意圖 預(yù)設(shè)負(fù)載重量，螺桿螺距，螺桿直徑，螺桿質(zhì)量， 摩擦系數(shù)，機(jī)械效率，負(fù)載移動(dòng)速度，加速減速時(shí)間，截止時(shí)間 （1）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量 重物折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 總負(fù)載慣量 （2）計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速 電機(jī)所需轉(zhuǎn)速 （3） 計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩 克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩 重物加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 螺桿加速時(shí)所需要轉(zhuǎn)矩 加速所需總轉(zhuǎn)矩 （4）計(jì)算瞬時(shí)最大扭矩 加速扭矩 勻速扭矩 實(shí)效扭矩 （5）選擇伺服電機(jī) 伺服電機(jī)額定扭矩且 伺服電機(jī)最大扭矩 最后查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)選定 2.2.2.2機(jī)械手左右移動(dòng)伺服電機(jī)的選擇 預(yù)設(shè)負(fù)載重量，螺桿螺距，螺桿直徑，螺桿質(zhì)量， 摩擦系數(shù)，機(jī)械效率，負(fù)載移動(dòng)速度，加速減速時(shí)間，截止時(shí)間 （1）計(jì)算折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量 重物折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 總負(fù)載慣量 （2）計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速 電機(jī)所需轉(zhuǎn)速 （4） 計(jì)算電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的扭矩 克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩 重物加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 螺桿加速時(shí)所需要轉(zhuǎn)矩 加速所需總轉(zhuǎn)矩 （4）計(jì)算瞬時(shí)最大扭矩 加速扭矩 勻速扭矩 實(shí)效扭矩 （5）選擇伺服電機(jī) 伺服電機(jī)額定扭矩且 伺服電機(jī)最大扭矩 最后查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)選定 2. 2.3蘋(píng)果采摘機(jī)械定位裝置的設(shè)計(jì) 蘋(píng)果定位裝置設(shè)計(jì)主要結(jié)合角度傳感器，視頻攝像頭，物理伸縮桿，計(jì)算機(jī)運(yùn)算模擬控制，最終實(shí)現(xiàn)三維空間坐標(biāo)系的建立，運(yùn)用伽利略坐標(biāo)變換等知識(shí)原理，尋找機(jī)械手臂抓取果實(shí)的最優(yōu)路徑。伽利略變換（Galileo transformation）是牛頓力學(xué)中所使用的兩個(gè)相對(duì)做等速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中的時(shí)空變換，屬于一種被動(dòng)態(tài)變換。伽利略變換中，直觀上明顯成立的公式在物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)瓦解，這是相對(duì)論性效應(yīng)造成的。伽利略變換建基于人們加減物體速度的直覺(jué)，變換的核心是假設(shè)時(shí)間、空間是絕對(duì)的、彼此獨(dú)立的，其中時(shí)間均勻流逝，空間均勻分布且各向同性。 3 .蘋(píng)果采摘機(jī)械動(dòng)力控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1輸送機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式 蘋(píng)果采摘機(jī)械輸送機(jī)構(gòu)、裝筐旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)的動(dòng)力均由一臺(tái)三缸的臥式柴油機(jī)提供，通過(guò)帶輪與皮帶傳動(dòng)實(shí) 現(xiàn)輸送帶是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3-1 皮帶傳動(dòng) 3.2 V帶傳動(dòng)的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 根據(jù)帶傳動(dòng)的工作情況分析可知，V帶傳動(dòng)的主要失效形式是： ⑴ V帶疲憊斷裂：帶的任一橫截面上的應(yīng)力將隨著帶的運(yùn)轉(zhuǎn)而循環(huán)變化。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)，即運(yùn)行一定時(shí)間后，V帶在局部出現(xiàn)疲憊裂紋脫層，隨之出現(xiàn)疏松狀態(tài)甚至斷裂，從而發(fā)生疲憊損壞，喪失傳動(dòng)能力。 ⑵ 打滑：當(dāng)工作外載荷超過(guò)V帶傳動(dòng)的最大有效拉力時(shí)，帶與小帶輪沿整個(gè)工作面出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致傳動(dòng)打滑失效。 因此，在不打滑條件下，保證帶具有一定的疲憊強(qiáng)度和壽命是V帶傳動(dòng)工作能力的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則。單根V帶既不打滑，又保證一定疲憊壽命時(shí)所能傳遞的額定功率P為 其中，為根據(jù)疲勞壽命決定的帶的許用拉應(yīng)力。 3.3 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟和傳動(dòng)參數(shù)選擇 V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、大楔角V帶等多種類型，其中普通V帶應(yīng)用最廣，窄V帶的使用也日見(jiàn)廣泛。普通V帶由頂膠、抗拉體（承載層）、底膠和包布組成,抗拉體由簾布或線繩組成，是承受負(fù)載拉力的主體。其上下的頂膠和底膠分別承受彎曲時(shí)的拉伸和壓縮變形。線繩結(jié)構(gòu)普通V帶具有柔韌性好的特點(diǎn)，適用于帶輪直徑較小，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。窄V帶采用合成纖維繩或鋼絲繩作承載層，與普通V帶相比，當(dāng)高度相同時(shí)，其寬度比普通V帶小約30%。窄V帶傳遞功率的能力比普通V帶大，答應(yīng)速度和撓曲次數(shù)高，傳動(dòng)中心距小。適用于大功率且結(jié)構(gòu)要求緊湊的傳動(dòng)。 當(dāng)多個(gè)執(zhí)行件之間需獲得固定運(yùn)動(dòng)關(guān)系時(shí)，通常是用一個(gè)原動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以往往需要在兩者之間加入通過(guò)一定的方式組合而成的并能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、力(或力矩)的傳遞和變換的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)的輸出與執(zhí)行件在運(yùn)動(dòng)、力和力矩方面得到合理的匹配。 帶的型號(hào)可根據(jù)計(jì)算功率Pc小帶輪轉(zhuǎn)速n1選?。? -工作情況系數(shù)（使用系數(shù)） P=名義傳動(dòng)功率（KW） 表3-1 皮帶KA 選擇參考表 農(nóng)用低速柴油機(jī)轉(zhuǎn)速約300r/min,輸出扭矩約146牛/米，功率月43KW,估算，選取 所以， 3.4齒輪箱齒輪結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)減速以及傳動(dòng)變向的原理是，齒輪箱，錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和動(dòng)力轉(zhuǎn)換。 圖3-2 齒輪箱 圖3-3直齒圓錐齒輪嚙合示意圖 3.4.1齒廓曲面的形成 直齒錐齒輪齒廓曲面的形成與圓柱齒輪類似。如下圖所示，發(fā)生平面 1 與基錐 2 相切并作純滾動(dòng)， 該平面上過(guò)錐頂點(diǎn) O 的任一直線 OK 的軌跡即為漸開(kāi)錐面。漸開(kāi)錐面與以 O 為球心，以錐長(zhǎng) R 為半徑的球面的交線 AK 為球面漸開(kāi)線，它應(yīng)是錐齒輪的大端齒廓曲線。但球面無(wú)法展開(kāi)成平面， 這就給錐齒輪的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)很多困難。為此產(chǎn)生一種代替球面漸開(kāi)線的近似方法。 圖3-4 圖3-5 3.4.2錐齒輪大端背錐、當(dāng)量齒輪及當(dāng)量齒數(shù) 如圖3-5，為一錐齒輪的軸向半剖面，其中 DOAA 為分度錐的軸剖面，錐長(zhǎng) OA 稱錐距，用 R表示；以錐頂O為圓心，以R為半徑的圓應(yīng)為球面的投影。若以球面漸開(kāi)線作錐齒輪的齒廓，則圓bAc為輪齒球面大端與軸剖面的交線，該球面齒形是不能展開(kāi)成平面的。為此，再過(guò) A 作 O1A ⊥OA，交齒輪的軸線于點(diǎn)O1。設(shè)想以O(shè)O1為軸線，以 O1A 為母線作圓錐面 O1AA，該圓錐稱 為錐齒輪的大端背錐。顯然，該背錐與球面切于錐齒輪大端的分度圓。由于大端背錐母線 1A 與 錐齒輪的分度錐母線相互垂直，將球面齒形的圓弧bAc投影到背錐上得到線段bAc，圓弧bAc與線段bAc非常接近，且錐距R與錐齒輪大端模數(shù) m 之比值愈大（一般 R/m>30），兩者就更接近。這說(shuō)明：可用大端背錐上的齒形近似地作為錐齒輪的大端齒形。由于背錐可展開(kāi)成平面并得到一扇形齒輪，扇形齒輪的模數(shù) m、壓力角 a 和齒高系數(shù) ha*等參數(shù)分別與錐齒輪大端參數(shù)相同。再將扇形齒輪補(bǔ)足成完整的直齒圓柱齒輪，這個(gè)虛擬的圓柱齒輪稱為該錐齒輪的大端當(dāng)量齒 輪。這樣就可用大端當(dāng)量齒輪的齒形近似地作為錐齒輪的大端齒形，即錐齒輪大端輪齒尺寸（ha、hf等）等于當(dāng)量齒輪的輪齒尺寸。 3.2.2.1基本參數(shù) 表3-2 錐齒輪參數(shù)表 錐齒輪模數(shù) ... 1 1.125 1.25 1.375 1.5 1.75 2 2.25 2.75 3.25 3.5 3.75 4 4.5 5 5.5 6 6.5 8 由于直齒錐齒輪大端的尺寸大，測(cè)量方便。因此，規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準(zhǔn)。 大端的模數(shù) m 的值為標(biāo)準(zhǔn)值，按下表選取。在 GB12369-90 中規(guī)定了大端的壓力角 a=20。，齒 頂高系數(shù) ha*=1，頂隙系數(shù) c*=0.2。 3.2.2.2當(dāng)量齒數(shù) 當(dāng)量齒輪的齒數(shù) 稱為錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)。與錐齒輪的齒數(shù) z 的關(guān)系可由上圖求出，由圖可 得當(dāng)量齒輪的分度圓半徑 。 有 所以 式中：d 為錐齒輪的分度錐角。 一般不是整數(shù) 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的幾何關(guān)系, 如圖3-3 、、和、、分別為小齒輪和大齒輪的大端分度圓直徑、平均直徑、分度圓錐角；R為錐距;b為齒寬。小端、大端分度圓直徑; 齒數(shù)比 錐距R 齒寬系數(shù)常用 通常取 平均直徑 3.2.2.3直齒圓錐齒輪的受力分析 錐齒輪輪齒剛度大端較大,小端小,故沿齒寬的載荷分布不均勻,若忽視摩擦力和載荷集中的影響,假設(shè)法向力Fn集中作用在齒寬節(jié)線中點(diǎn)處,該集中力凡可分解為圓周力Ft徑向力Fr、軸向力Fa三個(gè)正交的分力為直齒圓錐齒輪輪齒的受力情況。 各力的大小計(jì)算如下 式中:T1-小錐齒輪轉(zhuǎn)矩(N·m); Dm1-小錐齒輪齒寬中點(diǎn)分圓直徑(mm) 1-小錐齒輪分錐角; 各力方向的判斷:主動(dòng)輪圓周力方向與輪的回轉(zhuǎn)方向相反,從動(dòng)輪圓周力方向與輪的回轉(zhuǎn)方向相同;徑向力分別指向各輪輪心;軸向力分別指向各輪大端。 3.2.2.4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 機(jī)器傳動(dòng)部分選用一對(duì)傳動(dòng)比為λ = 0.8的漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪，基本參數(shù)如下： Z1 = 70；Z2 = 28，m=3.75 由于是農(nóng)機(jī)齒輪，取精度為 10。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 使用系數(shù) 動(dòng)載系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù) 齒形系數(shù) （小齒輪） 應(yīng)力校正系數(shù) （大輪） 齒輪材料選用 HT350 硬度為 197~269HBS 查得???? = 350?????? 對(duì)于開(kāi)式齒輪，按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算： 亦有 經(jīng)過(guò)計(jì)算 齒輪選擇在安全使用范圍內(nèi) 4. 蘋(píng)果采摘機(jī)械行走機(jī)構(gòu)的選擇 圖4-1 行走機(jī)構(gòu) 4.1行走機(jī)構(gòu) 主要考慮能夠?qū)崟r(shí)控制機(jī)車前進(jìn)或者后退以及運(yùn)動(dòng)速度，因此采用電控液壓系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，處理遠(yuǎn)端傳感器反饋的數(shù)據(jù)信號(hào)，及時(shí)判斷，發(fā)送動(dòng)作指令，通過(guò)前輪液壓操作舵、液壓調(diào)速裝置，控制轉(zhuǎn)向以及機(jī)車移動(dòng)速度。前輪有球面電動(dòng)液壓操舵和3-缸950厘米3柴油機(jī),保證足夠的最低燃油消耗緩慢的速度慢0到0.5公里/小時(shí),快從0.3到4[11][12] 。 圖5-1縱向輸送帶 5.蘋(píng)果采摘機(jī)械輸送裝置的選擇 5.1帶式輸送機(jī) 帶式輸送機(jī)的傾角一般小于18°，本設(shè)計(jì)縱向輸送帶，不需要很大的提升角，提升工作強(qiáng)度不大，故而設(shè)定輸送帶傾角為10o ，輸送帶長(zhǎng)1.5米，寬0.6米，前端與導(dǎo)流盤(pán)吻接。 圖5-1向輸送帶工程圖 5.2 裝筐輸送機(jī)構(gòu) 裝筐輸送機(jī)構(gòu)與縱向輸送帶轉(zhuǎn)向相反，實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果自動(dòng)均勻裝筐，毛刷設(shè)計(jì)引導(dǎo)蘋(píng)果輕柔裝筐，減少裝筐損傷[13]。 6.部位仿真模擬分析 - 23 - 總 結(jié) 在老師的指導(dǎo)下，以及各位老師和同學(xué)的支持和幫助下，我在現(xiàn)有的知識(shí)水平層次完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)“蘋(píng)果采摘機(jī)械的設(shè)計(jì)”。本設(shè)計(jì)致力于蘋(píng)果采摘及機(jī)械結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，采用運(yùn)動(dòng)合成原理，簡(jiǎn)化機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)，降低機(jī)械手臂設(shè)計(jì)技術(shù)難度，方便設(shè)計(jì)采摘機(jī)的控制程序。本設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，基本滿足蘋(píng)果的采摘，初步清理，輸送，裝筐，運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳝h(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果果實(shí)較低損傷收獲，利于提高果園產(chǎn)品品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)由于采用新的設(shè)計(jì)思路，必然存在很多不足之處，仍需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 致 謝 時(shí)光荏苒，四年的大學(xué)生活接近尾聲，作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)設(shè)計(jì)可以檢驗(yàn)大學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的成果，在老師的指導(dǎo)下，以及各位老師和同學(xué)的支持和幫助下，我在現(xiàn)有的知識(shí)水平層次完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)“蘋(píng)果采摘機(jī)械的設(shè)計(jì)”。 導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹(shù)立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，平易近人的人格魅力將使我終生受益。 參考文獻(xiàn) [1]常有宏,呂曉蘭,藺經(jīng),薛新宇,王中華. 我國(guó)果園機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展思路[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2013,06:21-26. 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