畢業(yè)答辯-一種水果采摘機(jī)械手設(shè)計(jì)

機(jī)械工程學(xué)院2018畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯一種水果采摘機(jī)械手設(shè)計(jì)

指導(dǎo)教師：

答辯人：班級(jí)：機(jī)械卓越141班主要內(nèi)容選題的背景及意義課題研究的方案與問(wèn)題課題研究的成果設(shè)計(jì)的可行性課題研究的結(jié)論1選題的背景及意義

我國(guó)作為世界上最大的水果產(chǎn)地，蘋(píng)果作為比較常見(jiàn)的水果之一，在國(guó)內(nèi)的種植比較普遍，但是大多數(shù)的果農(nóng)依然對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行人工采摘，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。選題的背景1選題的背景及意義選題的意義機(jī)器人作為當(dāng)下較火的一個(gè)研究課題，采摘機(jī)器人的研究也是很有必要的，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水果產(chǎn)業(yè)鏈自動(dòng)化有著重要的影響。節(jié)省勞動(dòng)力，提高采摘效率，推動(dòng)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2課題研究的方案與問(wèn)題總的思路與方法通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參考前人所設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械手與采摘機(jī)器人，結(jié)合果樹(shù)的生長(zhǎng)環(huán)境，提出自己的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)結(jié)果要求能夠達(dá)到采摘的基本要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。2課題研究的方案與問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題1設(shè)計(jì)問(wèn)題3設(shè)計(jì)問(wèn)題4設(shè)計(jì)問(wèn)題2采摘機(jī)器人最重要的就是能夠摘到目標(biāo)果實(shí)，對(duì)目標(biāo)果實(shí)的定位方式和采摘方式是哪種？采摘機(jī)械手的作業(yè)范圍能否覆蓋果實(shí)整個(gè)生長(zhǎng)范圍？機(jī)械手采摘果實(shí)時(shí)是否會(huì)損傷果實(shí)和果樹(shù)？采摘機(jī)器人的工作效率如何？采摘周期的長(zhǎng)短和機(jī)械手的路徑規(guī)劃與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。2課題研究的方案與問(wèn)題利用雙目識(shí)別攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)果實(shí)進(jìn)行識(shí)別。QUESTION1QUESTION2QUESTION3QUESTION4解決方案通過(guò)圖解法對(duì)采摘機(jī)械手的機(jī)械臂長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用傳感器和反饋控制系統(tǒng)對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行控制。對(duì)機(jī)械手的主要?jiǎng)幼骱蛣?dòng)力裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)以提高效率。3課題研究的成果

通過(guò)調(diào)查和學(xué)習(xí)，首先確定了采摘機(jī)械手的總體自由度和基本的結(jié)構(gòu)方案，采用5自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)械手。一般的，要使機(jī)械手能夠達(dá)到空間的任意位置，需要6個(gè)自由度，而本設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，在滿(mǎn)足要求的前提下，配合采摘機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，足以達(dá)到水果采摘的要求。采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3課題研究的成果機(jī)械臂尺寸綜合

通過(guò)對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)狀況的分析，建立了如圖的果樹(shù)橫截面與機(jī)械手工作空間模型，利用CAD進(jìn)行圖解，得到了滿(mǎn)足工作空間要求的各機(jī)械臂基本長(zhǎng)度。根據(jù)此長(zhǎng)度設(shè)計(jì)各機(jī)械臂的尺寸。3課題研究的成果末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)

首先從機(jī)械手的末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)開(kāi)始。在參考文獻(xiàn)資料后選擇了兩爪抓取的方式，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪并由齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩爪的對(duì)稱(chēng)動(dòng)作。齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損壞之后易于更換。爪由金屬材料和橡膠配合設(shè)計(jì)，橡膠的功能主要是保護(hù)蘋(píng)果，避免果皮與金屬接觸，還可以增加摩擦力，提高果實(shí)采摘成功率。3課題研究的成果末端機(jī)械手結(jié)構(gòu)

為保證能夠靈活的抓取果實(shí)，在末端機(jī)械手部分分配了另外兩個(gè)自由度，可以通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)多方位的抓取，還能通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)擰斷采摘。此外，在爪中還加有電阻式應(yīng)變片，用來(lái)測(cè)量并穩(wěn)定抓取力的大小。3課題研究的成果伸縮桿設(shè)計(jì)

自動(dòng)伸縮桿的設(shè)計(jì)能夠讓末端執(zhí)行器通過(guò)直線(xiàn)直接運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)果實(shí)的附近，而不是只能弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)去，提高了機(jī)械手的避障能力，增加了成功率。伸縮的范圍為400mm。3課題研究的成果大臂和最低臂設(shè)計(jì)

根據(jù)圖解尺寸設(shè)計(jì)出其余的關(guān)節(jié)長(zhǎng)度，由于大臂過(guò)長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)上加了兩桿和動(dòng)力源輔助大臂，可減輕大臂電機(jī)的負(fù)載，增加電機(jī)和零件壽命。降低對(duì)零件的強(qiáng)度等的要求。大臂設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，減輕零件本身的重量。3課題研究的成果目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為使得機(jī)器人能夠順利地識(shí)別并采摘到果實(shí)，采用了雙目識(shí)別攝像機(jī)來(lái)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，計(jì)算出的三維坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)械手的同時(shí)，還控制整個(gè)采摘機(jī)器人的行走。3課題研究的成果機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)

簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，采用四輪驅(qū)動(dòng)，保證了車(chē)行走和采摘過(guò)程中的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)了彈簧減震結(jié)構(gòu)，增加了采摘機(jī)器人的越野能力。前輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)。3課題研究的成果各驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)

在設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)情況，對(duì)每個(gè)動(dòng)力源進(jìn)行了選型，具體的選型數(shù)據(jù)如表。4設(shè)計(jì)的可行性機(jī)械手的整個(gè)采摘流程圖4設(shè)計(jì)的可行性該采摘機(jī)器人不僅能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的在果園中采摘蘋(píng)果，對(duì)于其他如桃子，梨等果皮較硬的果實(shí)均可采摘，且作業(yè)范圍廣，能覆蓋大多數(shù)果樹(shù)的生長(zhǎng)空間。采摘機(jī)器人整體設(shè)計(jì)圖5課題研究的結(jié)論本設(shè)計(jì)完全能夠?qū)崿F(xiàn)采摘蘋(píng)果的要求，雙目識(shí)別系統(tǒng)能夠精確的識(shí)別出目標(biāo)的空間位置。CAD圖解對(duì)機(jī)械臂的長(zhǎng)度求解和末端執(zhí)行器的兩個(gè)自由度保證了機(jī)械手能夠完全覆蓋果實(shí)的生長(zhǎng)范圍。橡膠材料和力敏傳感器以及反饋控制系統(tǒng)能雙重保證采摘時(shí)機(jī)械手不會(huì)破壞果實(shí)。選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)且優(yōu)化了機(jī)械臂的避障能力，能夠很好地減小機(jī)械手的采摘周期，提高采摘效率。5課題研究的結(jié)論本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1.利用伸縮桿提高避障能力。2.利用彈簧減震提高整個(gè)機(jī)構(gòu)越野能力。3.大臂采用了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)，降低了機(jī)構(gòu)對(duì)零件的要求，延長(zhǎng)了零件壽命。本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)1.對(duì)于電源