畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-菠蘿自動采摘輸送裝置設(shè)計(jì)

全套圖紙加V信153893706或扣3346389411題目:菠蘿自動采摘輸送裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要設(shè)計(jì)了一種用于菠蘿果實(shí)采摘的機(jī)器。該機(jī)器用于大規(guī)模的菠蘿采摘，要求操作簡單，效率高。本裝置有四個(gè)部分：行走、識別、采摘、輸送部分。行走部分采用輪式移動系統(tǒng)，識別部分是根據(jù)植株間距設(shè)定相應(yīng)的行走速度來實(shí)現(xiàn)，采摘部分采用旋轉(zhuǎn)刀片的方案設(shè)計(jì)，上刀片旋轉(zhuǎn)，下刀片固定，刀片位置可通過液壓傳動來調(diào)整，輸送部分采用絲杠和卷揚(yáng)進(jìn)行菠蘿輸送。建立了三維模型圖，繪制了二維工程圖。所設(shè)計(jì)的菠蘿自動采摘輸送裝置，可以降低勞動成本，提高勞動效率。關(guān)鍵詞菠蘿，采摘，結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要TitleTheDesignofthedeviceofPineappleAutomaticPickingandTransportingAbstractAmachineforpineapplefruitpickingisproposedhere.Themachineisusedforlarge-scalepineappleharvest,simpleoperation,highefficiency.Thedevicehasfourparts:walking,identification,pickingandconveying.Thewalkingpartadoptswheelmovingsystem,therecognitionpartistosetthecorrespondingwalkingspeedaccordingtotheplantspacing，andpickingpartadoptstheschemedesignofrotatingblade.Theupperbladerotatesandthelowerbladeisfixed.Thepositionofthebladecanbeadjustedbyhydraulictransmission..A3dmodeldiagramisestablishedanda2dengineeringdiagramisdrawn.Thedesignofautomaticpineapplepickingandconveyingdevicecanreducelaborcostandimprovelaborefficiency.KeywordsPineapple，Picking，Constitution畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第27頁共27頁畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第Ⅰ頁共Ⅰ頁目錄1緒論……………11.1菠蘿的種植…………11.2菠蘿的采摘…………21.3采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀……………22總體方案…………32.1功能需求分析…………32.2解決方案………………32.2.1行走方案…………………32.2.2識別方案…………………52.2.3采摘方案…………………62.2.4輸送方案…………………83詳細(xì)設(shè)計(jì)……………………93.1模塊設(shè)計(jì)…………93.2具體設(shè)計(jì)…………113.2.1切割刀片的設(shè)計(jì)………………113.2.2刀具升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………123.2.3導(dǎo)果槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………133.2.4菠蘿集攏模塊的設(shè)計(jì)…………133.2.5菠蘿輸送模塊的設(shè)計(jì)…………133.2.6傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………143.3強(qiáng)度校核………………………153.3.1支架校核………………………153.3.2軸承校核………………………163.3.3帶輪校核………………………173.3.4動力機(jī)選擇……………………184總體裝配圖………………………20結(jié)論…………………24致謝……………………25參考文獻(xiàn)………………261緒論1.1菠蘿的種植菠蘿果實(shí)呈橢圓球狀，縱向直徑較長，約為10-13厘米，橫向直徑較短，約為10-11厘米。菠蘿果實(shí)的重量約為0.6-1.0千克，菠蘿果實(shí)實(shí)物圖如圖1.1所示，菠蘿果實(shí)離地高度約為0.8-1米，與果實(shí)連接處的果柄直徑約為3-6厘米。圖1.1菠蘿實(shí)物圖1.2菠蘿抽象圖菠蘿有著不同于其他果樹的特殊生長習(xí)性。絕大多數(shù)菠蘿具有蓮座狀葉叢。葉叢基部構(gòu)成一個(gè)能蓄水的葉筒。提供菠蘿生長的水，不是儲藏于葉肉內(nèi)，而是儲藏于簇生葉叢中間生長的地方所天然形成的凹槽內(nèi)。在果實(shí)生長的時(shí)候，植物除了需要頻繁澆水外，還應(yīng)該頻繁往葉筒內(nèi)澆水，使葉筒內(nèi)貯有充分的水，這樣澆水，才能使植物生長茂盛。菠蘿有四個(gè)收獲季節(jié)：春季，4～5月成熟；夏季，6～7月成熟；秋季，10～11月成熟；冬季，12月～翌年1月成熟。在中國臺灣、廣東、海南等地方大片種植菠蘿，云南、貴州南部也種植一部分的菠蘿，這些地方的種植歷史已有400多年。臺灣菠蘿主要出產(chǎn)的地方是臺南、臺中和高雄等地。廣東省的菠蘿種植面積較大，產(chǎn)量較多，產(chǎn)地集中在汕頭、湛江、江門等地區(qū)及廣州市郊。廣西主要出產(chǎn)的地方在南寧、武鳴、寧明和博白這些縣城[1]。合理密植是保持菠蘿高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，菠蘿種植行縱間距直接影響著果實(shí)的產(chǎn)量。由于它是一種一樹結(jié)一果的植物，密植的最終產(chǎn)量比疏植的最終產(chǎn)量高上一些。通常菠蘿密度以每畝3000—4000苗雙行栽植最好，大行距110—130cm，小行距30—40cm，株距大概20cm[2]。1.2菠蘿的采摘果蔬采摘環(huán)節(jié)是果蔬的種植采摘運(yùn)輸銷售這些環(huán)節(jié)中最費(fèi)心費(fèi)時(shí)的一個(gè)環(huán)節(jié)。果蔬采摘環(huán)節(jié)所耗費(fèi)的勞動力差不多是整個(gè)環(huán)節(jié)的一半。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和人口結(jié)構(gòu)的相對調(diào)整，國家勞動力有相對短缺現(xiàn)象。勞動力的相對不足，使得經(jīng)濟(jì)耗損較大，造成成本提高，時(shí)間延長等不好方面的影響。為減少經(jīng)濟(jì)消耗，提高生產(chǎn)效率，果實(shí)收割開始進(jìn)行機(jī)器化時(shí)代[3]。菠蘿營養(yǎng)充足、味道地道、香氣充盈，格外吸引別人。菠蘿的需求量也很大，但是菠蘿的采摘卻是一個(gè)勞累的工作，因此推進(jìn)菠蘿機(jī)械化收割是非常重要的。菠蘿生長周期短，果實(shí)多，成熟期短。一般種植密度以每畝3000—4000苗雙行種植，即將成熟的時(shí)候需要快速采摘，如果使用人工，時(shí)間浪費(fèi)巨大，人工成本高，不利于降低成本，迅速占領(lǐng)市場。菠蘿行間距一般為75cm，果實(shí)高度為0.9-1.2m之間，這種情況適合設(shè)備收割，菠蘿采摘機(jī)器化有利于節(jié)約勞動成本，增加效率，降低成本。1.3采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀[4~7]1983年，美國研究出番茄收割機(jī)器人，這之后，各國加大這方面的資金投入和人才投入，關(guān)于收割機(jī)器人這方面的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新也日益完善起來。1995年，日本研究所設(shè)計(jì)出一種可以自動采摘植物的采摘機(jī)器人。它的機(jī)械爪自由度為5，全身有4個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個(gè)直動關(guān)節(jié)。1996年，荷蘭研究所設(shè)計(jì)出一種多模塊的果實(shí)采摘機(jī)。這個(gè)機(jī)器人通過紅外線識別果蔬，并進(jìn)行定位。這種識別方法能夠使機(jī)器人只采摘成熟果實(shí)，而不采摘那些未熟透的果實(shí)。1998年，英國Sloe設(shè)計(jì)了蘑菇收割機(jī)，其能夠智能定位果實(shí)位置。這種智能采摘機(jī)同樣能夠只采摘成熟的果實(shí)而舍棄那些不成熟的。其爪部有兩個(gè)氣動環(huán)節(jié)和一個(gè)電動環(huán)節(jié)。2002年，日本高智商人群聯(lián)合設(shè)計(jì)了果實(shí)收割機(jī)。該機(jī)器有視覺處理分析環(huán)節(jié)、尾部操縱器和前進(jìn)模塊。中國在果蔬采摘收割機(jī)器化研究開始在二十世紀(jì)初,上交大研究設(shè)計(jì)出了自動收割機(jī)，自此，國內(nèi)采摘機(jī)器人方面的研究設(shè)計(jì)大多以此為模板。同時(shí)，國內(nèi)許多大學(xué)也在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了更加細(xì)致的設(shè)計(jì)研究，大多數(shù)研究以識別果蔬，精確定位為核心。2001年，雙目立體視覺法問世，這種方法能精確定位果蔬位置，進(jìn)步意義重大。收割機(jī)是將來果蔬自動收割采摘智能化前進(jìn)方向。2總體方案2.1功能需求分析對于果蔬采摘，不同的果蔬有不同的設(shè)計(jì)方案和突出重點(diǎn)。菠蘿自動收割輸送裝置的設(shè)計(jì)，主要有行走、識別、采摘、輸送模塊的設(shè)計(jì)。菠蘿是大片種植，收獲多，所以需要行走的功能。像黃瓜自動采摘輸送機(jī)器人和西紅柿自動采摘輸送機(jī)器人就是有行走的功能，運(yùn)用足式移動系統(tǒng)，自由行走維度比較大，但是同時(shí)效率也比較低。菠蘿果實(shí)較多，比較高產(chǎn)，需要機(jī)構(gòu)能夠自動識別菠蘿這個(gè)果實(shí)，不要漏缺，不要收錯(cuò)。像西紅柿自動采摘輸送機(jī)器人，能夠自動識別西紅柿果實(shí)，由于西紅柿密密擠擠，很容易漏收成熟果實(shí)。對于這種生長形勢的果實(shí)，采用紅外線掃描，辨別果實(shí)，成熟的果實(shí)是紅色的，未成熟的是青色的，因此，可以收割成熟的紅色西紅柿果實(shí)而保留下未成熟的青色的西紅柿果實(shí)。識別環(huán)節(jié)結(jié)束，就進(jìn)行采摘環(huán)節(jié)。采摘環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，是最重要的也是核心的部分。菠蘿自動收割輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)主要部分就是能夠采摘下菠蘿果實(shí)。采摘之后就是集中輸送，輸送裝置的設(shè)計(jì)比較簡單，就是通過齒輪，帶輪等輸送裝置從采摘處集中送到一處。這個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較簡單，可以通過輸送機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢劣勢對比，選出合適的設(shè)計(jì)方案?？梢灾苯釉谕侠瓩C(jī)前面設(shè)計(jì)好裝置，拖拉機(jī)的后備箱就用來裝菠蘿果實(shí)。2.2解決方案菠蘿智能采摘設(shè)備主要部分是行走部分、識別部分、采摘部分和輸送部分。2.2.1行走方案足式移動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制較難，可靠性低，相關(guān)技術(shù)也不太成熟，但是足式移動系統(tǒng)比其它移動系統(tǒng)有著更好的地形適應(yīng)能力，并且非常方便。足式移動系統(tǒng)按照它腿數(shù)量的不同可以區(qū)分為單足式移動系統(tǒng)、雙足式移動系統(tǒng)和多足式移動系統(tǒng)[8]。值得一提的是，雙足式移動系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢，差不多可以滿足各種復(fù)雜地形要求，對地形要求程度不高，不僅能在平坦路面上行走，還能輕易地跨越帶有各種障礙的路面。圖2.1足式移動系統(tǒng)履帶式移動系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形。有著壽命高，行駛效率高的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)履帶式移動系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)復(fù)雜，操縱可能不是那么容易。履帶式移動系統(tǒng)能夠平穩(wěn)、安全地通過各種復(fù)雜地形。與輪式移動系統(tǒng)和足式移動系統(tǒng)相比，因?yàn)槁膸娣e大，即使重量比較大，但壓強(qiáng)小，不容易下陷。同時(shí)也因?yàn)槁膸嫌邪纪共黄街?，即使碰上下雨天或者路面上有積水的情況下，它也能牢牢抓住地面[9]。圖2.2履帶式移動系統(tǒng)輪式移動系統(tǒng)在城市寬敞、平坦的道路上行駛有著其他移動系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。和足式移動系統(tǒng)相比，其使用并不復(fù)雜，操作也相對簡單許多。輪式移動系列運(yùn)動相對靈敏、安全，雖然它比較適合平坦的路面，但適當(dāng)?shù)膽壹芙Y(jié)構(gòu)可以讓它適應(yīng)不平整的路面[10]。圖2.3輪式移動系統(tǒng)由于自動采摘機(jī)行駛在田地，要求收割菠蘿的效率高，用時(shí)短，功率低，降低人工成本，所以綜合考慮到地形、效率、經(jīng)濟(jì)等原因，選擇輪式移動系統(tǒng)。圖2.4菠蘿自動采摘輸送裝置的輪式移動系統(tǒng)2.2.2識別方案對于識別裝置的設(shè)計(jì)，不同的果實(shí)采摘機(jī)器設(shè)備有著不同的方案。對于番茄，其收割機(jī)器選用小拍攝機(jī)，它能夠輕易拍下幾萬像素的彩色圖像，通過對圖像進(jìn)行特殊的分析處理可以達(dá)到精準(zhǔn)定位的目的。它利用外形和顏色辨別出成熟可食用的西紅柿。機(jī)器人只拉扯菜根部位，所以不會毀壞果實(shí)。經(jīng)過分析可得，采摘一個(gè)番茄大概需要6秒，可以全天候工作，效率高[11]。草莓采摘機(jī)器設(shè)備采用紅外測距和微光掃描方法進(jìn)行快速定位。紅外線和激光掃描儀及傳感器都安裝在采摘機(jī)器人的頭頂，因此可以獲得非常廣闊的視野。草莓采摘機(jī)器人的識別程序?yàn)椋杭t外線測距——>激光掃描測距——>PC機(jī)數(shù)據(jù)掃描——>Matlab計(jì)算。用Matlab軟件分析圖像，通過加強(qiáng)濾波，分割分析處理圖像。運(yùn)用形態(tài)學(xué)，將處理出的果樹外形輕松分類[12]。不過以上所說的識別裝置成本都較高，適合分散無規(guī)律的果實(shí)進(jìn)行采摘識別。菠蘿果實(shí)離地高度通常為0.9~1.2m，具有一定規(guī)律，可以直接使用設(shè)定一定高度的采摘工具進(jìn)行采摘。為了收割不同高度的菠蘿，刀具高度要可以調(diào)節(jié)，為使刀片始終與菠蘿的果柄垂直，采用液壓拖動與車廂呈一定偏角的主梁前后移動，即可實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的上下抬升。液壓桿有止回閥，選好好高度后鎖死就好。雙側(cè)布局對稱，共用一套液壓體系。2.2.3采摘方案目前，對于采摘機(jī)械手方面的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，例如，日本研究出西瓜采摘機(jī)械手。機(jī)械手的手指是四個(gè)連桿，指尖裝滑輪。當(dāng)機(jī)械手采摘西瓜時(shí)，指尖的滑輪從果實(shí)外輪廓下落，下降到最下面的時(shí)候就不再下落；上升的時(shí)候，通過果實(shí)本身質(zhì)量，致使自身自鎖，這樣，就可以摘下果實(shí)。這種設(shè)計(jì)不需要多么復(fù)雜的操縱方式，而且也能夠用于探測位置要求不那么精準(zhǔn)的系統(tǒng)，使用方便。如果手部與果實(shí)相距在54mm內(nèi)，機(jī)器便能夠抓住果實(shí)。當(dāng)指尖的滑輪沿果實(shí)移動時(shí)，便能分析出果實(shí)的輪廓特征，同時(shí)，機(jī)器的力傳感器可以對果實(shí)進(jìn)行稱重，重量誤差很小。這樣，機(jī)器便可以知道采摘下的果實(shí)的重量，并通過外形輪廓和重量大小對果實(shí)進(jìn)行優(yōu)質(zhì)劣質(zhì)區(qū)分[13~14]。不過，這種設(shè)計(jì)略為復(fù)雜，并且還有一定的位置偏差存在。對于菠蘿果實(shí)的采摘，如果使用采摘機(jī)器人，由于機(jī)械手一次只能抓取一個(gè)菠蘿，考慮到設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模菠蘿采摘以及高效率，最終選取旋轉(zhuǎn)收割刀片來采摘菠蘿?？梢圆捎眯D(zhuǎn)收割菠蘿的方法，上刀片旋轉(zhuǎn)，拉扯下菠蘿。上刀片繞軸旋轉(zhuǎn)，安裝在刀支架上，下刀片固定不動。采摘菠蘿機(jī)構(gòu)如下圖所示，用刀支架固定三把刀，刀長3米，每把刀都負(fù)責(zé)切割菠蘿。由于菠蘿的行間距為75cm，所以在車子行走距離與切刀的轉(zhuǎn)速之間需要具有一定的約束關(guān)系，即需要滿足收割機(jī)前進(jìn)75cm時(shí)，車刀剛好旋轉(zhuǎn)120度，若達(dá)不到這個(gè)要求，會導(dǎo)致收割過程中會有許多的菠蘿遺漏，致使收割效率低下。圖2.5刀片收割裝置圖2.6收割裝置俯視圖圖2.7收割裝置主視圖2.2.4輸送方案設(shè)計(jì)選擇（1）帶傳動帶傳動利用機(jī)械傳動，通過放在輪上V帶或楔形帶等傳遞運(yùn)動。傳遞運(yùn)動的動力源不同，其中有通過摩擦力傳動，還有通過齒輪傳動（齒輪相互嚙合傳遞運(yùn)動）。帶傳動，中間具有撓性件，在機(jī)械傳動中應(yīng)用較為普遍，特別是帶傳動中的V帶傳動，應(yīng)用極為廣泛。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單、傳遞運(yùn)動安全方便穩(wěn)定、可以吸收震動能量、能夠在大布局和不同輪間傳動，并且成本不高、維修簡單便利。缺點(diǎn)：承受較大載荷時(shí)，需要寬V帶或楔形帶，整個(gè)傳遞動力的環(huán)節(jié)不能過大，不然會造成變形量變大。軸間隔大特別會導(dǎo)致傳動比不準(zhǔn)，比如大版面數(shù)控設(shè)備的XY軸，但是可用于伺服電機(jī)到傳動齒輪或伺服電機(jī)到絲杠的短距離傳動。典型用途：小型數(shù)控裝置、特定的打印機(jī)、伺服電動缸（2）齒輪傳動齒輪傳動是另一種傳動方式，通過齒輪之間頻繁的相互嚙合和分離進(jìn)行傳動，其使用范圍廣，應(yīng)用的設(shè)備很多，方便可靠，平穩(wěn)。傳動比一定，傳動損失能量比較低，質(zhì)量可以調(diào)節(jié)，速比調(diào)節(jié)范圍大。優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載大，傳動比確定，比較準(zhǔn)確，能夠調(diào)速很高，也能降速很大，速比范圍大，結(jié)構(gòu)可以很精湊，也可以頭尾距離很遠(yuǎn)；缺點(diǎn)：若加工安裝精度差，會導(dǎo)致傳動噪音大，磨損大。典型用途：商用車變速箱（3）絲杠傳動絲杠是一種精度很高的零件，其可以精確地確定工作臺坐標(biāo)位置，可以把旋轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，還可以傳遞一定的動力，同時(shí)在精度、強(qiáng)度及耐磨性等方面都有很高的要求。菠蘿在收割刀片收割過后，需要將切下來的菠蘿運(yùn)輸?shù)绞崭顧C(jī)內(nèi)部車廂里面去?？紤]到收割過程中的實(shí)際情況以及可行性分析，我們最終采取了絲杠+帶傳動的方式來運(yùn)輸菠蘿。絲杠絲杠圖2.8運(yùn)輸裝置3詳細(xì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)針對大面積種植的菠蘿進(jìn)行收割，菠蘿果實(shí)間隔為30~40cm，所以刀具旋轉(zhuǎn)120°，即可收割7~10個(gè)菠蘿，收割機(jī)的前進(jìn)速度為0.2~0.4m/s，則收割一公頃菠蘿最多只需5小時(shí)。3.1模塊設(shè)計(jì)菠蘿采摘模塊：采用前置旋轉(zhuǎn)刀片，分為上刀片和下刀片，上刀片旋轉(zhuǎn)，下刀片固定。由于菠蘿的行間距為75cm，所以在車子行走距離與切刀的轉(zhuǎn)速之間需要添加約束關(guān)系，及需要滿足收割機(jī)前進(jìn)75cm時(shí)，車刀需要?jiǎng)偤眯D(zhuǎn)120度，所以選擇傳動方式為同步帶傳動。圖3.1菠蘿采摘裝置菠蘿集攏模塊：螺桿的一側(cè)為右旋，一側(cè)為左旋，可將兩側(cè)的菠蘿向中間集攏。菠蘿長約15cm左右直徑約12cm左右，所以螺桿的螺距應(yīng)設(shè)置為2~3倍的菠蘿長度，螺桿外圈到螺桿擋板的距離應(yīng)小于菠蘿直徑的三分之二，軸到螺桿擋板的距離應(yīng)大于1.2倍菠蘿直徑，所以取螺距為40cm，軸到螺桿擋板的距離為25cm。圖3.2菠蘿集攏裝置菠蘿傳送模塊：使用傾斜放置的傳送帶。為了使刀具及傳送系統(tǒng)的高度可以調(diào)節(jié)，傳送帶后端用鉸鏈連接菠蘿導(dǎo)桿，導(dǎo)桿后端用鉸鏈固定。菠蘿經(jīng)傳送帶送到頂部后延導(dǎo)桿滑下，到達(dá)車廂底部。當(dāng)?shù)毒呒皞魉拖到y(tǒng)的高度改變時(shí)，因?yàn)閭魉蛶Ъ皞魉蛯?dǎo)桿兩端固連，中間鉸接，所以只是相對的角度發(fā)生變化，依舊可以完成菠蘿的輸送功能[15~16]。圖3.3菠蘿傳送裝置刀具系統(tǒng)高度調(diào)節(jié)模塊：菠蘿果實(shí)的高度一般在0.9~1.2m之間，所以為了收割不同高度的菠蘿，刀具高度要可以調(diào)節(jié)，為使下刀片始終與菠蘿的果柄垂直，采用液壓拖動與車廂呈一定偏角的主梁前后移動，即可實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的上下抬升。液壓桿有止回閥，調(diào)節(jié)好高度后鎖死即可。兩側(cè)結(jié)構(gòu)對稱，共用一套液壓系統(tǒng)。圖3.4刀具系統(tǒng)高度調(diào)節(jié)裝置3.2具體設(shè)計(jì)3.2.1切割刀片的設(shè)計(jì)1.刀片結(jié)構(gòu)形式采用前置旋轉(zhuǎn)刀片，分為上刀片和下刀片，上刀片旋轉(zhuǎn)，下刀片固定。菠蘿果實(shí)與果柄的連接力約為21.39N，菠蘿植株連接菠蘿果實(shí)那段果柄很脆，所以下刀片固定作為支點(diǎn)，上刀片旋轉(zhuǎn)擠壓菠蘿側(cè)面提供一個(gè)翻轉(zhuǎn)力矩，即可使菠蘿從果柄上掉落，上刀片繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將菠蘿推入送料螺桿區(qū)域即完成菠蘿的采摘。三把旋轉(zhuǎn)刀片均為鍵槽形狀，沒有銳邊，與菠蘿的側(cè)面可以很好的貼合，所以采摘過程對菠蘿沒有損傷刀片安裝在支架上，一個(gè)支架為主動，與同步帶輪固連，另一邊支架為從動，考慮刀片有點(diǎn)長，中間設(shè)有加強(qiáng)支架。由于菠蘿的行間距為75cm，所以在車子行走距離與切刀的轉(zhuǎn)速之間需要添加約束關(guān)系，及需要滿足收割機(jī)前進(jìn)75cm時(shí)，車刀需要?jiǎng)偤眯D(zhuǎn)120度，若達(dá)不到這個(gè)要求，會導(dǎo)致收割過程中會有許多的菠蘿遺漏，收割效率低下，所以選擇傳動方式為同步帶傳動。切割刀片需要經(jīng)常接觸菠蘿汁液，菠蘿中含有大量的酸性物質(zhì)，故切割刀片所需要選用的材料需要耐腐蝕，選用材料為不銹鋼00Cr18Ni10N，有較高的強(qiáng)度和韌性，很高的耐酸性，標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1220-1992。2.刀片尺寸本設(shè)計(jì)中的刀片尺寸為4050x100x24（mm），刀片旋轉(zhuǎn)切割一次所收獲的果實(shí)為10個(gè)，平均每個(gè)果實(shí)所施加給刀片的力約為F1=21N，采用第一強(qiáng)度理論校核。刀片受力如圖3.5所示：圖3.5受力圖菠蘿對刀片施加總力為F=10F1=210N，刀片截面積為A=4.050.024=0.0972m2，故刀片壓強(qiáng)為δ=F/A=2160pa，故可以保證刀片的強(qiáng)度。3.2.2刀具升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.6提升機(jī)構(gòu)菠蘿果實(shí)的高度一般在0.9~1.2m之間，所以為了收割不同高度的菠蘿，刀具高度要可以調(diào)節(jié)，為使下刀片始終與菠蘿的果柄垂直，采用液壓拖動與車廂呈一定偏角的主梁前后移動，即可實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的上下抬升。液壓桿有止回閥，調(diào)節(jié)好高度后鎖死即可。兩側(cè)結(jié)構(gòu)對稱，共用一套液壓系統(tǒng)，液壓桿主要承受軸向力，與主梁的連接使用鉸鏈接，并用圓錐銷卡住。主梁與車廂接觸的地方使用直線導(dǎo)軌來減小摩擦力。液壓桿升程為60cm，刀具系統(tǒng)與車廂夾角為31°，可以實(shí)現(xiàn)30cm的抬升。為實(shí)現(xiàn)抬升前后動力能順利傳遞，采用一根同步帶將動力傳遞到送料螺桿，同步帶用一個(gè)可以自動張緊的張緊輪調(diào)節(jié)，螺桿上鍵連接一個(gè)三聯(lián)同步帶輪，一個(gè)用來接收動力，另外兩個(gè)用來將動力繼續(xù)傳遞到旋轉(zhuǎn)刀架和傳送帶。3.2.3導(dǎo)果槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)菠蘿果實(shí)重，而且果托的支撐性差，導(dǎo)致果實(shí)擺放凌亂，不便于切割。導(dǎo)果槽的主要作用是將擺放凌亂的果實(shí)順利引導(dǎo)到輸送機(jī)構(gòu)上。菠蘿被切割后在刀具切削力作用下會沿著運(yùn)料螺桿至傳送帶上，再被傳送帶運(yùn)送到車廂內(nèi)部。由于運(yùn)料螺桿以及下刀片這些材料需要常年接觸酸性物質(zhì)，同時(shí)考慮到車身自重不能太大，故采用玻璃鋼材料。玻璃鋼即玻璃纖維增強(qiáng)材料，是國外20世紀(jì)初開發(fā)的一種新型復(fù)合材料，它具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、防腐、保溫、絕緣、隔音等諸多優(yōu)點(diǎn)。玻璃鋼不但具備高強(qiáng)度，同時(shí)還有優(yōu)良的耐腐蝕性，從而成為一種重要的耐腐蝕材料。3.2.4菠蘿集攏模塊設(shè)計(jì)上刀片將菠蘿推入送料螺桿區(qū)域，顯然菠蘿分布在整個(gè)刀片長度的區(qū)域，不利于將菠蘿傳送到車廂內(nèi)，所以，采用送料螺桿將菠蘿集攏。如圖所示，螺桿的一側(cè)為右旋，一側(cè)為左旋，可將兩側(cè)的菠蘿向中間集攏。菠蘿長約15cm左右直徑約12cm左右，所以螺桿的螺距應(yīng)設(shè)置為2~3倍的菠蘿長度，螺桿外圈到螺桿擋板的距離應(yīng)小于菠蘿直徑的三分之二，軸到螺桿擋板的距離應(yīng)大于1.2倍菠蘿直徑，所以取螺距為40cm，軸到螺桿擋板的距離為25cm。螺桿同樣需要經(jīng)常接觸菠蘿汁液，選取材料為不銹鋼00Cr18Ni10N。3.2.5菠蘿傳送模塊設(shè)計(jì)將集攏的菠蘿送到車廂內(nèi)，因?yàn)檐噹c螺桿擋板有高度差，所以使用傾斜放置的傳送帶，傾斜角稍大，光依靠菠蘿與傳送帶的摩擦力不足以將菠蘿提起，設(shè)置每30cm一個(gè)倒鉤狀凸起，鉤尖朝向與運(yùn)送方向相反，不會損傷菠蘿[17~18]。為了使刀具及傳送系統(tǒng)的高度可以調(diào)節(jié)，傳送帶后端用鉸鏈連接菠蘿導(dǎo)桿，導(dǎo)桿后端用鉸鏈固定。菠蘿經(jīng)傳送帶送到頂部后延導(dǎo)桿滑下，到達(dá)車廂底部。當(dāng)?shù)毒呒皞魉拖到y(tǒng)的高度改變時(shí)，因?yàn)閭魉蛶Ъ皞魉蛯?dǎo)桿兩端固連，中間鉸接，所以只是相對的角度發(fā)生變化，依舊可以完成菠蘿的輸送功能。3.2.6傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)1-拖拉機(jī)飛輪2-聯(lián)軸器3-減速器4-帶輪5-輸送帶6-送料螺桿7-旋轉(zhuǎn)刀架圖3.7菠蘿采摘機(jī)總體傳動基于該機(jī)構(gòu)的使用功率及減少生產(chǎn)成本，采用懸掛式裝置，采摘及輸送部分將以拖拉機(jī)為動力源，同時(shí)拖拉機(jī)也是該機(jī)構(gòu)的行走裝置。采摘機(jī)構(gòu)將懸掛于拖拉機(jī)的前端懸掛點(diǎn)，送料螺桿也懸掛于拖拉機(jī)前端，而輸送帶則安裝于送料螺桿及收集箱中。菠蘿集裝箱將由拖拉機(jī)拖著行進(jìn)。該布置將使機(jī)構(gòu)緊湊，制造成本降低。該設(shè)計(jì)的傳動線路主要有三條，一是從拖拉機(jī)動力輸出到自動采摘機(jī)構(gòu)，二是從拖拉機(jī)動力輸出到輸送帶，三是從拖拉機(jī)動力輸出到送料螺桿。如上圖所示[19]。3.3強(qiáng)度校核3.3.1支架校核支架受力如圖3.8所示：圖3.8支架受力圖F為刀支架對AD的力，G為菠蘿和導(dǎo)果槽的重力，F(xiàn)1為同步帶對其的力，q為車廂對其施加的均布載荷，F(xiàn)r為液壓桿受力。AD與水平面的夾角為，以水平向右為X軸，豎直向上為Y軸，建立坐標(biāo)系。已知每一個(gè)菠蘿所對刀支架作用的力約為21N，一次性收集十個(gè)菠蘿，故每一邊支架所受的力約為F=21×10÷2=105N。AD長為1.8米，AC長1.23米，AB段長為0.63m，均布載荷分布長度約為0.46米，C為均布載荷中點(diǎn)，由均布載荷性質(zhì)，設(shè)均布載荷所施加的力為，方向垂直于AD桿件，作用于C點(diǎn)。導(dǎo)果槽重力約為50kg，即G=500N。帶輪對其施加力F1=105×0.41÷0.67=64.25N。列平衡方程：水平方向豎直方向設(shè)與X軸的夾角為，則：，解得，，N，N，C點(diǎn)為危險(xiǎn)截面，所受彎矩為：，小于許用彎曲應(yīng)力，故合格。3.3.2軸承校核刀架軸承選取為6210深溝球軸承，軸承受力分析如圖3.9所示：圖3.9軸承校核其中是軸承所受徑向力，主要為刀具以及刀支架的重力以及帶輪對其作用力，刀具重力大約為1000N，方向豎直向下，帶輪作用力約為1000N，方向與重力方向相垂直，為軸承所受軸向力，可忽略不計(jì)。故軸承主要承受軸向載荷，每一個(gè)軸承所受力的大小約為。（1）X，Y系數(shù)的確定查表可得X=1，Y=0；（2）考慮軸承實(shí)際工作時(shí)可能受到的沖擊以及振動的影響，故取修正載荷系數(shù)，所以軸承所受當(dāng)量動載荷為707N（3）刀具的轉(zhuǎn)速約為60r/min，查表可得6210深溝球軸承的C=23.2KN，根據(jù)軸承壽命校核公式：，可以計(jì)算出。3.3.3帶輪校核1．設(shè)計(jì)功率：估算帶輪需要功率為p=500W2．帶型選擇：同步帶輪轉(zhuǎn)速為60r/min，查表選擇8M型圓弧齒同步帶。3．帶輪齒數(shù)z及節(jié)圓直徑1d：根據(jù)帶速，和安裝尺寸允許，z盡可能選擇較大值，通過查表選擇8M帶，齒數(shù)z=64，節(jié)圓直徑162.97mm，外圓直徑161.5mm。4．帶速v：5．傳動比：主動從動帶輪一致，傳動比i=1，主動輪與從動輪同一個(gè)型號，初定中心距a0=658mm。6．初定帶的節(jié)線長度：7．實(shí)際中心距a：基準(zhǔn)額定功率可查表得3.3.4動力機(jī)的選擇總功率計(jì)算：送料桿：傳送帶：提升菠蘿，同步帶承受力：采摘總功率：前進(jìn)：滿載，阻力系數(shù)0.2，，電動機(jī)：對于電動機(jī)而言，它所提供的能量很大，要求不高，瓦數(shù)級別跨越范圍大。電動機(jī)的應(yīng)用范圍廣，操縱容易輕松，可以加速，啟動快，可以應(yīng)用于各種場合；電動機(jī)在工作區(qū)范圍大，效率高，噪聲污染不高，運(yùn)行可靠，粉塵灰土污染小。操縱安穩(wěn)，便捷可靠。柴油機(jī)：優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，單位功率的重量低，廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度，柴油機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)，所以故障較少保養(yǎng)容易,工作可靠。缺點(diǎn)：與汽油機(jī)相比，質(zhì)量大，轉(zhuǎn)速不高，成本和維修費(fèi)比較高，噪聲污染比較嚴(yán)重，無法自啟動，啟動不易等。同時(shí)，其車輛時(shí)常行駛在大道上，其在時(shí)間長度比較長的情況下，會造成T和P很高，汽缸內(nèi)部有比較大的灰塵污染，所以柴其需要有不錯(cuò)的高溫穩(wěn)定性能[20]。汽油機(jī)：優(yōu)點(diǎn)：汽油機(jī)n比較高，現(xiàn)在載貨車用其n通常是3000—4000R/MIN，轎車用其能夠到達(dá)5000—6000R/MIN，適應(yīng)性能不錯(cuò)，工作穩(wěn)定，使用比較容易不費(fèi)力，質(zhì)量輕，噪聲污染不高，成本低，自啟動等，故在轎車和中小型貨車及軍用越野車上能夠有強(qiáng)大的前景。缺點(diǎn)：燃料花費(fèi)比較大，這方面的成本高，燃料排放污染物，污染環(huán)境。.因?yàn)榧矣密嚭蜕逃密嚨阮l繁在城里駕駛，由于在道路頻繁怠速停機(jī)和行駛加速，發(fā)動機(jī)同時(shí)時(shí)長停停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，開開停停，T不高，就算在正常行駛情況下它的T和P都比上面所說的柴油機(jī)低，商用在汽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，其機(jī)油易于造成低溫油泥，因此需要其機(jī)油擁有不錯(cuò)的低溫情況下的油泥分散性[21]?？紤]到實(shí)際工作中，菠蘿收割機(jī)需要長時(shí)間穩(wěn)定工作，對于收割機(jī)的速度并沒有特別要求，所以選擇柴油機(jī)作為收割機(jī)動力源。四總體裝配圖圖4.1菠蘿自動采摘輸送裝置——整體裝配圖圖4.2菠蘿自動采摘輸送裝置——輪式移動系統(tǒng)下刀片上刀片下刀片上刀片圖4.3菠蘿自動采摘輸送裝置——收割刀片缸體缸體推桿推桿圖4.4菠蘿自動采摘輸送裝置——液壓提升裝置圖4.5菠蘿自動采摘輸送裝置——集攏部分卷揚(yáng)卷揚(yáng)圖4.6菠蘿自動采摘輸送裝置——卷揚(yáng)傳輸部分（廂外）卷揚(yáng)卷揚(yáng)圖4.7菠蘿自動采摘輸送裝置——卷揚(yáng)傳輸部分（廂內(nèi)）圖4.8菠蘿自動采摘輸送裝置——刀片旋轉(zhuǎn)和車體行走速度同步系統(tǒng)結(jié)論本設(shè)計(jì)針對大面積種植的菠蘿進(jìn)行收割，根據(jù)菠蘿種植的間距、收割的速度等要求，確定了收割的總體方案。所設(shè)計(jì)的菠蘿自動采摘運(yùn)輸裝置包括行走、識別、采摘、輸送部分。行走部分采用輪式收割機(jī)進(jìn)行前進(jìn)，采摘部分采用旋轉(zhuǎn)刀片進(jìn)行菠蘿的采摘，集攏部分采用了左旋、右旋絲杠進(jìn)行菠蘿的集攏，傳動部分采用同步帶傳動，運(yùn)輸部分采用卷揚(yáng)裝置進(jìn)行菠蘿的傳送，該裝置最終能夠達(dá)到收割一公頃菠蘿最后需要五個(gè)小時(shí)的目標(biāo)。致謝大學(xué)四年，過得很快，知識無涯，學(xué)海無窮。四年，悄無聲息地過去了，我在大學(xué)學(xué)到了豐富的知識。大學(xué)的知識，不僅是理論方面的，還有實(shí)踐方面的。這些知識塑造了我的個(gè)人性格，豐富了我的知識庫儲藏。要感謝老師，教會了我許多技能。老師勤勤懇懇，樂于助人，知識豐富。學(xué)生熬夜通宵，認(rèn)真學(xué)習(xí)，踏實(shí)肯吃苦。大學(xué)，是青蔥歲月，是青春的尾巴，在最后的青春時(shí)間，我們飛揚(yáng)汗水，落下淚水。開心過，興奮過，勤勉過，努力過，悲傷過，是生命最重要的部分。高中時(shí)，憧憬大學(xué)，進(jìn)入大學(xué)之后，我們邁進(jìn)了一個(gè)新的階段。南苑實(shí)習(xí)的時(shí)候，我們篩土鑄造，汗水在陽光下格外晶瑩。我們穿上工人的藍(lán)色衣服，揮汗在工廠，不負(fù)青春。洛陽實(shí)習(xí)的時(shí)候，我們參觀工廠，觀看鑄造，熱鍛造。每個(gè)零件的造成都需要工人的汗水，每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行都體會著前輩的心血。大學(xué)期間，我的畢設(shè)老師格外負(fù)責(zé)，對我們要求嚴(yán)格。對我們詢問的問題都會認(rèn)真負(fù)責(zé)，仔細(xì)思考，還會認(rèn)真引導(dǎo)我們?nèi)ニ伎肌Ｔ谧霎呍O(shè)的整個(gè)過程中，畢設(shè)老師都知無不言言無不盡，聯(lián)系理論，結(jié)合實(shí)際，仔細(xì)思考，認(rèn)真負(fù)責(zé)。在設(shè)計(jì)的過程中，我們認(rèn)真討論，相互交換思考想法。老師協(xié)調(diào)引導(dǎo)思考，嚴(yán)格要求我們的過程完成量，復(fù)雜認(rèn)真。參考文獻(xiàn)1郭宇,吳國愛,楊奕,鮑征宇.海南菠蘿種植地土壤重金屬環(huán)境地球化學(xué)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,33(04):100-103+205.2金琰,劉海清,劉恩平.我國菠蘿種植區(qū)域優(yōu)勢研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2014,35(03):100-104.3趙云龍.我國菠蘿價(jià)格波動特征及影響因素研究[D].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),2016.4采摘機(jī)器人問世,它自己能判斷水果熟不熟[J].信息與電腦(理論版),2017(04):1-2.5宋西平.基于雙目立體視覺的水果識別與定位的研究[D].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),2016.6熊俊濤,葉敏,鄒湘軍,彭紅星,林桂潮,朱夢思.多類型水果采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),