番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真開題報告

附件4：XX設(shè)計（XX）開題報告題目：番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真院系：專業(yè)：學(xué)號：姓名：導(dǎo)師：20XX年05月教務(wù)處制

XXX設(shè)計（XX）開題報告1.畢業(yè)設(shè)計（論文）選題背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。選題背景：進(jìn)入21世紀(jì)，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，世界各國均面臨人口老齡化問題，農(nóng)業(yè)勞動力逐漸向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，勞動力不僅成本高而且還不容易得到。而果蔬采摘作業(yè)是果蔬生產(chǎn)中最耗時、最費力的一個環(huán)節(jié)，其收獲又屬于勞動密集型作業(yè)，果蔬收獲期間需投入的勞力約占整個生產(chǎn)過程的50%-70%。而且在果蔬收獲作業(yè)過程中，人工收獲經(jīng)常需要彎腰或借助梯子登高。因此果蔬收獲作業(yè)不僅是一項勞動強(qiáng)度大、消耗時間長，而且是具有一定危險性的勞動作業(yè)。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，人們也急需要從這種高強(qiáng)度高危險性的勞動中解脫出來。因此實現(xiàn)果蔬收獲的機(jī)械化變得越來越迫切，研究農(nóng)業(yè)果實采摘機(jī)器人具有重要的意義【1】。果蔬機(jī)械化收獲技術(shù)已有30多年的研究歷史，最早的收獲方式主要是機(jī)械振搖式和氣動振搖式，其缺點是果實易損，效率不高，尤其無法進(jìn)行有選擇性的收獲〔月。隨著果樹栽培方式的改變，人們開始用梯子、升降臺等設(shè)備輔助采摘水果，但勞動密集型的特點依然存在。因此，應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行水果的自動化采摘得到了快速的發(fā)展【2】。國內(nèi)研究現(xiàn)狀：我國在農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人方面的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對于發(fā)達(dá)國家起步較晚。但不少院校、研究所都在進(jìn)行采摘機(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究。西北農(nóng)林科技大學(xué)對蘋果采摘機(jī)器人手臂控制進(jìn)行了研究【3】，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)對茄子收獲機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃進(jìn)行了分析【4】，東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人【5】，浙江大學(xué)對番茄收獲機(jī)械手進(jìn)行了運動學(xué)分析【6】此外，上海交通大學(xué)正在進(jìn)行黃瓜采摘機(jī)器人的研究，浙江大學(xué)和江蘇大學(xué)均對對番茄收獲機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)研究等【7】。在這之中，東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制的林木球果采摘機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)行了采摘試驗。機(jī)器人由5自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成【8】。采摘時，機(jī)器人停在距離母樹3-5m處，操縱機(jī)械手回轉(zhuǎn)馬達(dá)對準(zhǔn)目標(biāo)果樹。然后，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開并擺動，對準(zhǔn)要采集的樹枝，大小臂同時運動，使采摘爪沿著樹枝生長方向趨近1.5-2m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。這種機(jī)器人效率是500kg/天，是人工的30-50倍。采摘時對母樹的破壞較小，采凈率高【9】。國外研究現(xiàn)狀：1968年，美國學(xué)者Schertz和Brown首次提出應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行果蔬的收獲的思想【10】。1987年，Sistler在回顧自動化收獲領(lǐng)域的研究進(jìn)展時指出，當(dāng)時開發(fā)的收獲機(jī)器人樣機(jī)幾乎都需要有人的參與，因此只能算是半自動化的收獲機(jī)械【11】。目前，日本、荷蘭、法國、英國、意大利、美國、以色列、西班牙等國都展開了果蔬收獲機(jī)器人方面的研究工作。涉及到的研究對象主要有甜橙、蘋果、西紅柿、櫻桃西紅柿、蘆筍、黃瓜、甜瓜、葡萄、甘藍(lán)、菊花、草惹、蘑菇等【12】。圖1.3日本的番茄采摘機(jī)器人Fig1.3TomatonickingrobotinJapan圖1.4美國的杳茄禾摘機(jī)器人Fig1.4TomatopickingrobotinAmerica[I]耿端陽，張鐵中，羅輝，等.我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展趨勢分析[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)，2004,35(4:208210.[2]孫建設(shè).我國蘋果栽培模式的沿革與思考[[J].專家視點，2008,2:2224.[3]張志勇，何東健，張建鋒，黃鋁文，姬紅衛(wèi).蘋果采摘機(jī)器人手臂控制研究[[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008,13(2):7882.[4]姚立健，一」一為民，陳玉侖，趙二琴.茄子收獲機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2008,39(11):9498.[5]陸懷民，林木球果采摘機(jī)器人設(shè)計與試驗[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2001.32(6):5258.[6]陳飛，蔡健榮.柑橘收獲機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008,7:232235.[7]梁喜鳳，苗香雯，崔紹榮，等.番茄收獲機(jī)械手運動學(xué)優(yōu)化與仿真試驗[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報2005,36[8」劉繼展，李萍萍，李智國.僑茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的硬件設(shè)計[[Jl.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2008,39(3):109I12.[9]趙金英，基于三維機(jī)器視覺的西紅柿采摘機(jī)器人技術(shù)研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.[10]DavidC,RoyC.Colorvisioninroboticfruitharvesting[J].TransactionsoftheASAE,1987,30(4):114率1148.[11]SarioY.Roboticfruitharvesting:astate-of-the-artreview[J].JournalofAgriculturalEnginee-ringResearch,1993,54(3):265}280.[12]湯修映，張鐵中.果蔬收獲機(jī)器人研究綜述[[J].機(jī)器人，2005,27(1):91}95.2.本選題研究的主要內(nèi)容、擬采用的研究方法和手段課題研究的主要內(nèi)容有：1.研究設(shè)計題目，查閱番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真文獻(xiàn)，完成包括本課題的意義、國內(nèi)外狀況、研究內(nèi)容、所采用的方法、手段以及步析和方案的擬定，選擇和設(shè)計。3.完成番茄采摘機(jī)械手的主驟等內(nèi)容的文獻(xiàn)搜集整理工作。2番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真的分要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選型及強(qiáng)度計算。4.完成番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真的畢業(yè)設(shè)計論文。5.完成番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計圖紙。采用的研究方法和手段分別為：1.根據(jù)已知參數(shù)，擬定番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并對每種方案進(jìn)行詳細(xì)說明。2.對各種方案進(jìn)行詳細(xì)論證，從中選擇最佳的組成方案。3.對番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的主要零件進(jìn)行選型及強(qiáng)度計算。4.繪制番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總裝配圖，各主要構(gòu)件的零件圖。3.本選題的創(chuàng)新點、前期研究基礎(chǔ)本設(shè)計通過開展對番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算工作，目的在于使學(xué)生熟悉番茄采摘機(jī)械手的工作原理，并系統(tǒng)地運用所學(xué)過的知識擬定番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案，并對番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的主要零件進(jìn)行選型和強(qiáng)度計算，處理了番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種問題，提高其對機(jī)械系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的能力；另外，通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生閱讀中外文科技文獻(xiàn)、查閱并利用文獻(xiàn)資料以及獨立撰寫科技論文的能力。

4.畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排1、第1-2周：查閱資料，收集相關(guān)信息，了解國內(nèi)外研究動態(tài)；完成開題報告。2、第3-5周：熟悉和學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，確定設(shè)計的整體方向。3、第6周：初步確定設(shè)計方案，在既定方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究設(shè)計。4、第7周：撰寫論文初稿，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。5、第8周：進(jìn)行中期檢查，完成畢業(yè)設(shè)計中期檢查報告。6、第9周：優(yōu)化和改