基于機器視覺的精準施藥噴頭移動機構(gòu)設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 學校代碼： 序 號： 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 基于機器視覺的 精準施藥 噴頭 移動 機構(gòu) 設計 學 院 ： 姓 名 ： 學 號 ： 專 業(yè) ： 班 級 ： 指導教師 ： 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 摘 要 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的植保領域， 化學除草劑的使用方式普遍為粗放式的大面積噴灑，一方面容易造成人身傷害，另一方面因為噴藥時不是 精確對準目標物，往往也噴在了無目標的土壤上。 由于 雜草在田間的分布是隨機的，不均勻的，而且具有簇生性。正是這種雜草分布的不連續(xù)性，為精確施藥技術的可行性提供了依據(jù)。本設計機構(gòu)利用步進電機易于啟動、停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應性好，同步帶的傳遞平穩(wěn)、準確，傳遞效率高等優(yōu)點，通過他們作為機構(gòu)的主要部件，帶動施藥噴頭左右移動，從而達到對不規(guī)則生長的農(nóng)作物進行精準施藥的目的。 本文的主要研究內(nèi)容如下 : 1、 移動機構(gòu) 的分析 2、 電機、聯(lián)軸器、軸的 選用 3、 同步帶 控制系統(tǒng) 關鍵詞 ： 精準施藥 ， 同步帶 ， 噴頭，移動機構(gòu) 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 2 in of is to t to at a at so of is in of in is of a to of as a of on to of of as 1、 of 2、 to 3、 of ey 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 1 目 錄 摘 要 . . 第一章 緒 論 . 1 第二章 基于機器視覺的精準施藥 噴頭 移動機構(gòu)原理說明 . 2 第三章 精準施藥 噴頭 移動機構(gòu) 的 設計 與計算 . 3 進電機的選型 . 3 機驅(qū)動器 的選 型 . 3 動 軸的選型 . 4 軸器 的選 型 . 6 承的選型 . 7 步帶和 帶輪的選型 . 8 構(gòu) 設計數(shù)據(jù) 的 計算 . 11 第四章 總 結(jié) . 12 參 考 文 獻 . 13 致 謝 . 14 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 1 第一章 緒 論 長期以來，人們賴以生存的食物靠栽種植物和飼養(yǎng)動物等方法來提供，然而在栽種植物過程中，不可避免地要遇到防治病蟲害的問題。 對農(nóng)田作物病蟲害 防治一般來說有三種方法，一是利用自然天敵，自然界很多作物害蟲都有其天敵，合理地利用它的自然天敵可以有效地防止作物病蟲害的發(fā)生和蔓延，而且也減少了農(nóng)藥的使用 ;二是人工清除，用手或借助一些簡單機械設備來防治 ;三是用化學防治的方法，通過噴灑農(nóng)藥來消滅害蟲和細菌等。隨著時代的發(fā)展，人工防治的方法已逐漸被淘汰，化學防治成為目前控制病蟲危害的主要手段 ， 而防治效果的好壞，噴施技術十分重要。 目前， 我國噴施農(nóng)藥的方法是普遍采用植保機械， 80%左右的國產(chǎn)植保機械仍處于發(fā)達國家 20 世紀 50代的水平，尤其是 各種 手動噴霧器 存在嚴重的“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象，故障率高，性能落后，遠遠達不到科學使用農(nóng)藥的要求 。 一方面對人身傷害很大，遇到惡劣天氣人在作業(yè)時甚至容易中毒。另一方面噴藥時也不是精確對準農(nóng)作物，往往也噴在土壤上，不僅浪費了農(nóng)藥，增加了作物的農(nóng)藥殘留量，而且噴在土壤中的農(nóng)藥易造成土壤酸化和地下水污染。隨著農(nóng)藥的大量使用，其殘留在農(nóng)作物和土壤中的農(nóng)藥對人身和環(huán)境的危害也與日俱增，這跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求精準高效、綠色環(huán)保的要求是背道而馳的。因此，有必要研制一種基于機器視覺的高效可行的噴藥裝置，讓機器代替人在田間作業(yè)的同時能比較精準地對 準農(nóng)作物噴藥，以降低人的勞動強度，提高藥效和保護農(nóng)田環(huán)境。 同時 ， 國家 “ 十一五 ” 規(guī)劃中己將研究高效低污染的噴藥技術和植保裝備技術作為重大攻關項目，而且國家中長期科學和技術發(fā)展綱要也已把農(nóng)業(yè)精準作業(yè)和信息化列為重大課題。在精準農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展壯大和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從機械化、自動化逐步向智能化方向發(fā)展的趨勢下，智能化農(nóng)業(yè)機械必將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要裝備 。 為了減少成本和保護環(huán)境，人們開展了除草劑的精確噴藥技術的研究，希望替代傳統(tǒng)的大面積噴藥技術，以降低人的勞動強度，提高藥效和保護農(nóng)田環(huán)境。本 設計機構(gòu) 就是基于這一背景下著 手準備的，研究基于機器視覺的作物 精準施藥機構(gòu)設計 不僅對農(nóng)田作物噴藥自動化具有十分重要的意義，而且也是精準農(nóng)業(yè)技術體系的重要組成部分和實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)中變量技術中的重要環(huán)節(jié)。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 2 第二章 基于機器視覺的精準施藥 噴頭 移動機構(gòu)原理說明 設計任務 要求設計一個能帶動噴頭左右移動的 移動 機構(gòu) 。 機構(gòu)要求移動平穩(wěn)而精確，這很大程度的限制了我們對零部件的選用。在老師及同學的指導和幫助下，經(jīng)過反復求證，我們最終 制定了“ 通 過 步 進 電機帶動同步帶左右移動 ”的方案 ， 理由有兩點：一、 步進電機 的 位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應，可以組成結(jié)構(gòu)具有一定 精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在更高精度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng) ，且 易于起動，停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應性好 。另外， 步進 電動機 的 步距角可在大范圍內(nèi)選擇 ； 二、同步帶傳動具有以下特點：（ 1）傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；（ 2）傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低 ， 傳動效率達 比范圍可達 1:10，允許線速可達 50m/s； （ 3）傳動效率高，可達 能效果明顯；（ 4）維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低。這兩個主部件的特點促使了我們制定了這套方案。下面，我將對這套方案的原理進行簡要的說明。 步進電機帶動 通過連接軸連接的同步帶帶輪轉(zhuǎn)動， 施藥的噴頭固定在同步帶下帶的前內(nèi) 側(cè) （俯視圖為相切） 的帶上面， 考慮到帶的同步帶由于噴頭和藥水的重力，可能會彎曲，我在同步帶的正下面安裝了 5個裝緊輪，裝緊輪固定在臺面上。當同步帶移動時，它們的輪會滾動，但其本身不動，從而一定量的減少了帶的彎曲，提高了效率。 當噴頭需要向左移動時，電機發(fā)出一個脈沖信號，帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶帶動噴頭向左移動，當噴頭需向右移動亦然， 行距之間的雜草進行施藥的目的。其中，用布 進 電機能夠更好地控制 施藥的精確度和同步帶移動的速度，不致于因 移動過快而精度降低的現(xiàn)象。通過步 進電機發(fā)出一個脈沖，同步帶移動一格， 噴頭隨之移動， 很好的結(jié)合了步 進 電機與同步帶兩機構(gòu)的優(yōu)點，從而達到預期目的。同時，步 進 電機與同步帶中間通過 帶輪、 兩個軸和一個聯(lián)軸器相連，降低了損耗，提高了效率 。 圖 1： 噴頭 移動機構(gòu)原理 示意圖 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 3 第三章 精準施藥 噴頭 移動機構(gòu)的設計與計算 步進電機的選型： 根據(jù) 機構(gòu)原理中所介紹， 經(jīng)過老師的指導及自己的粗略演算，再對步進電機的查找。 我們 最終 采用了 75體如下： 表一： 步 進 電機型號和參數(shù)： 注： 1）以上數(shù)據(jù)為平均參考值，用戶可據(jù)此繪成矩頻特性曲線。 2）二相及四相電機在低頻段 1002 0步 /秒處有諧振區(qū) ,工作時避開此區(qū)為佳。 3) 當電機的運行頻率超過二分之一空載起動頻率時，所用控制器應具有升降頻功能。 4） 電機軸功率與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速及頻率間的關系 M（ NM ） n (轉(zhuǎn) /分 )= P(W) n （轉(zhuǎn) /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 圖 2：步進電機 電機驅(qū)動器的 選型 根據(jù)步進電機的型號，我們采用了 列二相混合式步進電機驅(qū)動器 ， 電機驅(qū)動器參數(shù) 如下： 型號 D B （ L1 b D1(h 1 755 75 0 3 60 127 84 號 步距角 相數(shù) 電壓(V) 相電流 (A) 保持轉(zhuǎn)矩(NM) 起動頻率 (步 /秒 ) 轉(zhuǎn)動慣量(Kg) 重量 (752 24 3 600 動器型號 相數(shù) 細分數(shù) 相電流 工作電源 2、 5、 10、 20、 40 文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 4 圖 3：驅(qū)動器與電機連線示意圖 驅(qū)動器有以下 特點 ： 恒流控制，極低的電源損耗，極高的開關效率，驅(qū)動電流和細分數(shù)可由撥碼開關設定，并具有半流鎖定功能，脫機控制功能，所有輸入信號與功率放大部分光電隔離 ,散熱器外殼與驅(qū)動器內(nèi)部完全電隔離。 動 軸的選型 根據(jù)步進電機的計算公式，我們得出電 機輸出功率為： 據(jù)： M（ NM ） n (轉(zhuǎn) /分 )= P(W) 得： P(W)= 據(jù)： n （轉(zhuǎn) /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 得： n=300 (r/軸的傳遞轉(zhuǎn)矩： 106 m 齒輪的圓周力： 12 齒輪的徑向力： x=4 擇軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 , 其機械性能由 表 查得： 650=360=300 155 60 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 5 據(jù)以上參數(shù)，根據(jù)我們設計要求 傳遞動力小，對軸材料的機械性能和淬火性能要求不高， 同時，碳鋼比其他材料的剛更加廉價，對應力集中的敏感性較低，因此我們采用了比較常用的 45號鋼材料。軸通過軸承來定位，通過軸承端蓋來實現(xiàn)。 下面兩個圖中，圖 3的左端是連接 聯(lián)軸器 的部分，左端是連接 皮帶輪 部分；圖 4的連接皮帶輪 的軸。 圖 4： 傳動 軸 1示意圖 圖 5： 傳動 軸 2示意圖 另外， 零件安裝在軸上，要有準確的定位。各軸段長度的確定，應盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。對于不允許軸向滑動的零件， 零件受力后不要改變其準確的位置，即定位要準確，固定要可靠。與輪轂相配裝的軸段長度 , 一般應略小于輪轂寬 23軸向滑動的零件 , 軸上應留出相應的滑移距離。軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來保證的。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 6 軸器的選型 常用聯(lián)軸器大多已標準化或規(guī)格化，一般情況下只需正確選擇聯(lián)軸器的類型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。 我們 采用剛性 的 凸緣 聯(lián)軸器 ， 凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與 電機和 軸聯(lián)接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體 以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。 聯(lián)軸器用灰鑄鐵制造而成，線速度小于30m/s。 對于已標準化和系列化的聯(lián)軸器，選定合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 如下 ： T=K 9550 m 式中： 作情況系數(shù) ，查表得： K= T= m； =； r/m ,n=300 r/據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面條件，可從有關手冊中選取聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸 ，具體如下： 單位： 號 L D D(M 許用轉(zhuǎn)速 n 公稱扭矩 m 32 71 53 14 8 8100 r/0 N m 6：凸緣聯(lián)軸器 優(yōu)點：凸緣聯(lián)軸器構(gòu)造簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩， 由于步進電機 轉(zhuǎn)速低、無沖擊 且聯(lián)軸器 的剛性打、兩周對中性較好 ，故選此聯(lián)軸器。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 7 軸承的選型 軸承為標準間，所以不需要做過多的考慮。 因軸承 同時受有徑向力 的 作用 ，也是基于本設計機構(gòu)對軸承的要求不高， 故選用 深溝球 軸承 。 深溝球軸承由一個外圈，一個內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成，類型代號為 6。 圖 7：深溝球軸承示意圖 滾動軸承的當量動載荷 P=由于前面軸的計算中， 查表得： X=1 Y=0 故： P= 圖 8： 軸承疲勞曲線 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 8 圖 9：深溝球軸承 特點：深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。 深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，與別的類型相比易于達到較高的制造精度， 制造成本也較低，非常耐用，無需經(jīng)常維 護。 另外，軸承座由于也是標準間，在此就不作過多介紹，其型號與尺寸只要能與軸承對應，即可。 同步帶 和帶輪 的選型 （ 1）設計功率： A 式中： 載荷系數(shù)，查表得： 1 （ 2）根據(jù)設計功率，我們選擇了 480H 型 橡膠 同步帶，其節(jié)距 （ 3） 根據(jù)帶輪的轉(zhuǎn)速 n=0.9 m/s 我們將帶輪的齒數(shù)， Z 定為 d=1步帶的 帶長由 下式計算： a +2 )( 12 +180 )( 12 (3) 式中： 距，為方便計算，我們先?。?a=500 大小圓節(jié)圓直徑，因為大小圓相同，故相等； 1 輪的齒數(shù)，這里，我 們?nèi)。?18 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 9 =( 12 ) 所以： a+2 )( 12 =取標準帶長： 219.2 故帶 的齒數(shù)： 6 （ 4） 根據(jù) M=82 a M+ 2122 )(81b 得： M=82 =342.9 的中心距： a M+ 2122 )(81b =2M=685.8 10：同步帶示意圖 同步帶的其他參數(shù)表： 帶寬/厚hs/準寬度 用工作壓力 齒高ht/根厚/半角 A/ 0 （ 5） 根據(jù)帶的數(shù)據(jù)及型號 我們采用了 18H 型帶輪，其尺寸數(shù)據(jù)如下圖： 數(shù) 帶輪齒數(shù) Z 節(jié) 距 齒高齒頂厚齒根圓角半徑 兩倍節(jié)跟距 2 輪寬 節(jié)徑 外徑 4 18 0 文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 10 圖 11：帶輪示意圖 圖 12：帶輪 結(jié)構(gòu) 示意圖 圖 13：帶輪 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 11 帶輪平行度與錐度：帶輪齒應與周孔的軸線平行，其公差 毫米輪寬的最大錐度為 由于同步帶帶輪 的轉(zhuǎn)速很低，運行很慢，故普通的同步帶及帶輪即可滿足要求，無需校核其工作能力。 另外，由于同步帶下面的裝緊輪固定在臺面上，起著一定支撐同步帶的作用，沒有其他技術要求，故在此不作說明，選擇上只選擇普通類型的裝緊輪即可。 設計數(shù)據(jù)計算 （ 1） 裝緊輪與帶的摩擦力計算： 我們預計：噴頭裝置質(zhì)量 m=300g 水流質(zhì)量 m=100g 查機械手冊得知 橡膠皮帶與裝緊輪摩擦因素 =水的沖力 5 N 實際沖力 故摩擦力 F= (（ 10+15） = （ 2） 齒輪的徑向力： x=4 （ 3）齒輪的圓周力： 12 （ 4）力矩的校核： 同步帶帶輪上產(chǎn)生的力偶矩 （ F+ d/2 = m 據(jù)前面計算得知：步進電機扭矩 106 m 根據(jù) m 1 N m 故步進電機能夠帶動同步帶正常運轉(zhuǎn)，本設計機構(gòu)能夠滿足設計要求。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 12 第四章 總 結(jié) 緊張而又辛苦的 八 周畢業(yè)設計結(jié)束了。畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。 “千里之行始于足下 ”，通過這次畢業(yè)設計我們深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真地進行畢業(yè)設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為了明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。 通過這次畢 業(yè)設計我們深刻的體會到：做設計是苦活但要細心；實踐動手做比空想強；三個臭皮匠比上一個諸葛亮，合作精神是強大的；老師是很好的資源，要向他挖掘。面對一堆堆的參數(shù)，我們需要逐一去查找，核對，算公式，從這本書上找出 動量載荷 、 尺寸數(shù)據(jù) ，那本書又要找 輸出功率、扭矩計算公式。 因為很多地方都沒有經(jīng)驗，不會選取參數(shù)，如此重復，時間用了不少。不知道多少次因為一個數(shù)據(jù)出錯了，而全盤皆輸，又要從新做過。所以我 深刻的 認識到：做畢業(yè)設計是件勞力與智力結(jié)合的事，一點粗心都會導致前攻盡廢，細心方能使萬年船。 書是前人正確經(jīng)驗的總結(jié)，我們做 畢業(yè)設計是離不開工具書的。它可以給我們很多有用的知識，幫我們解決一些難題。 接到設計任務之后，我們?nèi)フ伊撕芏鄷?，在電機和傳動帶上作了很多比較，覺得每個都合適，因為設計的要求都不是很高，只要達到效果即可。 因此， 對別人的經(jīng)驗，自己要從實際出發(fā)，多點 思考 ，把前人的知識經(jīng)驗變成自己的力量。摸著石頭過河是我們初學者必須要的精神，只有自己 思考 了，錯誤的會改正，正確的繼續(xù)發(fā)揚，這樣才符合畢業(yè)設計的要求。 老師是一本活書是最好利用的資源，我們要不斷在他身上進行開采，獲取自己寶貴的知識。無論在 方案的設計，還是在 做設計 零部件 篩選 及計算過程中遇 上的種種問題 ， 我們自己不能解決都需要老師的幫助。老師具備專業(yè)的知識和過硬的 實踐經(jīng)驗 ，是我們在機械 設計 制造業(yè)中航行的指明燈，老師不會什么都幫我們親手的去做好，他主要做的工作是引指引我們，啟發(fā)我們。以他的話說就是：授之以魚不如授之以漁。 畢業(yè)設計做完了，畫上一個完美的句號，也嘗到成功的味道，但漫漫的人生路還需繼續(xù)努力。面對日趨 嚴峻 的就業(yè)形勢，我們相信只要學好知識技術，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，我們定會活出不平凡的人生。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 13 參 考 文 獻 1. 上海煤礦機械研究所編 同步帶傳動 手冊 上 海人民出版社 . 東南大學 鄭文緯、吳克堅 機械原理 高等教育 出版社 . 成大先 機械設計手冊（第三卷） 北京 :化學工業(yè)出版社 . 成大先 機械設計手冊 （第五卷） 機械工業(yè)出版社 .