畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC控制的木耳采摘機(jī)設(shè)計(jì)

--基于PLC控制的木耳采摘機(jī)設(shè)計(jì)摘要在當(dāng)前階段，木耳采摘存在諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的人工采摘方式耗時(shí)耗力，效率低下，且容易造成采摘過程中的損傷和浪費(fèi)，導(dǎo)致采摘效果參差不齊，木耳采摘的質(zhì)量難以保證。由于木耳形態(tài)復(fù)雜，生長(zhǎng)環(huán)境多變，人工采摘難以適應(yīng)不同的采摘需求，導(dǎo)致采摘過程不可控制性增加，造成木耳資源的浪費(fèi)和采摘成本的提高。針對(duì)以上背景，我設(shè)計(jì)了一款智能化木耳采摘機(jī)。該采摘機(jī)具有木耳搬運(yùn)、木耳菌棒旋轉(zhuǎn)夾緊和木耳剝離等功能。利用三維軟件對(duì)木耳采摘機(jī)進(jìn)行了三維建模，并完成了主要零部件的計(jì)算和二維工程圖的輸出。通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了智能化采摘，提高了采摘效率和質(zhì)量。木耳采摘機(jī)的出現(xiàn)將極大地改善木耳采摘行業(yè)的現(xiàn)狀。首先，它能夠大大提高采摘效率，減少人力成本，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，解放勞動(dòng)力。其次，采摘機(jī)的智能化設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠保證采摘的一致性和質(zhì)量，減少了采摘過程中的損傷和浪費(fèi)，提高了木耳產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，木耳采摘機(jī)的推廣應(yīng)用還將促進(jìn)木耳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，為農(nóng)民增加收入，促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的繁榮和可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞木耳；采摘；PLC；木耳采摘機(jī)；DesignofControlSystemforAuriculariaauriculaPickingMachineBasedonPLCControlAbstractAtthecurrentstage,therearemanychallengesinAuriculariaauriculaharvesting.Thetraditionalmanualpickingmethodistime-consuming,labor-intensive,inefficient,andpronetodamageandwasteduringthepickingprocess,resultinginunevenpickingresultsanddifficultyinensuringthequalityofAuriculariaauriculapicking.DuetothecomplexmorphologyanddiversegrowthenvironmentofAuriculariaauricula,manualharvestingisdifficulttoadapttodifferentharvestingneeds,resultinginincreaseduncontrollabilityoftheharvestingprocess,wasteofAuriculariaauricularesources,andincreasedharvestingcosts.Inresponsetotheabovebackground,Ihavedesignedanintelligentearpickingmachine.Thispickingmachinehasfunctionssuchasearhandling,earmushroomrodrotationandclamping,andearpeeling.Weused3Dsoftwaretocreatea3Dmodelofthefungusharvestingmachine,andcompletedthecalculationofthemaincomponentsandtheoutputof2Dengineeringdrawings.ByoptimizingthedesignofthePLCcontrolsystem,intelligentharvestinghasbeenachieved,improvingharvestingefficiencyandquality.Theemergenceofearpickingmachineswillgreatlyimprovethecurrentsituationoftheearpickingindustry.Firstly,itcangreatlyimprovepickingefficiency,reducelaborcosts,achieveautomatedproduction,andliberatelabor.Secondly,theintelligentdesignandoptimizationcontrolsystemofthepickingmachinecanensureconsistencyandqualityofpicking,reducedamageandwasteduringthepickingprocess,andimprovethemarketcompetitivenessofAuriculariaauriculaproducts.Inaddition,thepromotionandapplicationofearpickingmachineswillalsopromotethedevelopmentoftheearindustry,promotethemodernizationofagriculture,increaseincomeforfarmers,andpromotetheprosperityandsustainabledevelopmentofruraleconomy.KeywordsAuriculariaauricula;Picking;PLC;Auriculariaauriculapickingmachine;目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII7325第1章緒論 1112351.1基于PLC控制的木耳采摘機(jī)的背景與意義 134411.1.1基于PLC控制的木耳采摘機(jī)設(shè)計(jì)研究背景 1183861.1.2基于PLC控制的木耳采摘機(jī)研究目的 251181.1.3基于PLC控制的木耳采摘機(jī)研究意義 2133771.2基于PLC控制的木耳采摘機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 384681.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 376661.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 463361.3研究主要內(nèi)容與方法 625040第2章基于PLC控制的木耳采摘機(jī)方案設(shè)計(jì) 7289652.1基于PLC控制的木耳采摘機(jī)初始設(shè)計(jì)參數(shù) 7324542.2基于PLC控制的木耳采摘機(jī)功能性分析 7290412.3基于PLC控制的木耳采摘機(jī)方案對(duì)比 870322.4木耳采摘機(jī)機(jī)械方案簡(jiǎn)圖以及工作原理 9228452.4.1木耳采摘機(jī)的方案簡(jiǎn)圖繪制 9262602.4.2木耳采摘機(jī)的工作原理 10153742.5基于PLC控制的木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1037952.5.1木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)比 10311962.5.2木耳采摘機(jī)控制流程圖 10143102.6本章小結(jié) 1117605第3章木耳采摘機(jī)主要零部件計(jì)算 12153293.1木耳采摘機(jī)菌棒輸送機(jī)構(gòu)計(jì)算 12259393.1.1木耳采摘機(jī)菌棒輸送電機(jī)計(jì)算 12176323.1.2木耳采摘機(jī)菌棒輸送機(jī)構(gòu)滾筒軸結(jié)構(gòu)計(jì)算 13148473.2木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)構(gòu) 17268773.2.1木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)電機(jī)計(jì)算 1750893.2.2木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)采摘刀片設(shè)計(jì) 187203.2.3木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)采摘?dú)飧子?jì)算 19249903.3木耳采摘機(jī)平移升降機(jī)構(gòu) 2048793.3.1木耳采摘機(jī)菌棒平移電機(jī)計(jì)算 20253723.3.2木耳采摘機(jī)菌棒平移電機(jī)計(jì)算 2271753.4本章小結(jié) 2211780第4章木耳采摘機(jī)控制設(shè)計(jì) 2393624.1控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 23214804.2PLC選用 23320844.3木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)流程圖 24188114.4木耳采摘機(jī)主電路設(shè)計(jì) 24326894.5木耳采摘機(jī)硬件清單 25289904.6I/O口分配表 26295644.7PLC外部接線圖 26280974.8本章小結(jié) 2810980第5章xxxxx 2989155.1木耳采摘機(jī)順序功能圖 29213635.2木耳采摘機(jī)程序設(shè)計(jì) 30176645.3木耳采摘機(jī)程序仿真 33163835.4本章小結(jié) 364670結(jié)論 3731551致謝 3825779參考文獻(xiàn) 39緒論基于PLC控制的木耳采摘機(jī)的背景與意義基于PLC控制的木耳采摘機(jī)設(shè)計(jì)研究背景黑木耳是我國(guó)獨(dú)有的珍貴食用菌種，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，每100克泡黑木耳蘊(yùn)含約21千卡的能量，相較之下，同等重量的干黑木耳則提供大約205千卡的能量。黑木耳是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的食用菌，它的肉質(zhì)細(xì)膩，口感脆嫩，內(nèi)含對(duì)人體有益的成分，如蛋白質(zhì)、脂肪、粗多糖、植物性膠質(zhì)、各類維生素、膳食纖維以及豐富的礦物質(zhì)等。黑木耳中的植物膠質(zhì)和礦物質(zhì)成分具備出色的吸附能力，能在消化系統(tǒng)中捕獲并移除雜質(zhì)，助力身體清毒素。同時(shí)，它所富含的鐵質(zhì)是補(bǔ)血良品，對(duì)于預(yù)防和治療缺鐵性貧血癥大有裨益。此外，木耳中的膳食纖維有助于食物的消化吸收，促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，有效預(yù)防便秘，并可作為輔助手段幫助控制體重。木耳多糖是木耳中的重要成分，它能夠增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能，有助于預(yù)防心腦血管疾病，并在一定程度上抵御癌癥的發(fā)生。綜上所述，黑木耳不僅美味可口，還具備健康益處，是一種值得推崇的天然食材。既可食用又具藥用價(jià)值，有助于減少心臟病和中風(fēng)等心血管疾病的發(fā)生。這種食用菌特別適合生長(zhǎng)在涼爽和遮的環(huán)境中，所以在中國(guó)、日本、泰國(guó)等北半球溫帶國(guó)家較為普遍。全球的黑木耳產(chǎn)業(yè)主要集中在亞洲太平洋地區(qū)，尤其是中國(guó)、日本、韓國(guó)、越南等國(guó)家。我國(guó)位于北溫帶，氣候溫和、降水充沛，是全球黑木耳的主要產(chǎn)地，主要分布在東北三省、河南、湖北、山東、陜西、浙江、福建和等省份。隨著人們對(duì)黑木耳生活習(xí)慣的了解，我國(guó)黑木耳的生產(chǎn)經(jīng)歷了野生、原木砍花、段木接種和代料栽培四個(gè)發(fā)展階段[1-2]。圖1-1黑木耳示例基于PLC控制的木耳采摘機(jī)研究目的木耳采摘機(jī)的研究旨在解放勞動(dòng)力、提高采摘效率和改善木耳采摘的質(zhì)量。傳統(tǒng)的木耳采摘過程通常需要大量的人力投入，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低下。由于木耳生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜、采摘過程細(xì)致，傳統(tǒng)的人工采摘容易出現(xiàn)誤傷、漏采和采摘不干凈等問題，影響了木耳采摘的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，研發(fā)一種能夠自動(dòng)完成木耳采摘任務(wù)的機(jī)械設(shè)備，成為提高木耳采摘效率、降低采摘成本以及保障采摘質(zhì)量的迫切需求。圖1-2菌棒木耳人工采摘可以實(shí)現(xiàn)對(duì)木耳采摘過程的自動(dòng)化和智能化，從而減少對(duì)人力的依賴，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，解放勞動(dòng)力，提高工作效率。木耳采摘機(jī)的引入可以大幅減少人工采摘的時(shí)間和成本，提高采摘效率，從而為木耳種植者節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。木耳采摘機(jī)的研究還可以提高木耳采摘的質(zhì)量和產(chǎn)量。機(jī)械化采摘可以減少人為因素對(duì)采摘質(zhì)量的影響，提高采摘的準(zhǔn)確性和一致性，減少采摘過程中的損傷和浪費(fèi)，保證木耳的完整性和新鮮度。因此，研究木耳采摘機(jī)不僅可以提高木耳的采摘效率和質(zhì)量，還能夠促進(jìn)木耳產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，為木耳種植者和相關(guān)從業(yè)人員提供更加穩(wěn)定和可持續(xù)的收入來源?；赑LC控制的木耳采摘機(jī)研究意義技術(shù)革新推動(dòng)了黑木耳早期加工的自動(dòng)化，但木耳成品的收獲依舊依賴人工，輔以半機(jī)械化操作，這一方式效率不高且勞動(dòng)力投入大。目前，人工培養(yǎng)的黑木耳菌棒養(yǎng)殖，其葉片寬廣、質(zhì)地緊實(shí)、生長(zhǎng)狀況佳、產(chǎn)量亦較高。然而，木耳成熟后必須迅速采收，這對(duì)生產(chǎn)者提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的人工采既耗時(shí)又費(fèi)力并增加了成本。通常需臨時(shí)雇傭工人，這不僅人員難以控制，且若工人未能如期到崗，將導(dǎo)致采收延誤，進(jìn)而影響產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)收益。氣候條件對(duì)木耳至關(guān)重要，尤其是雨季，而采收后必須立即晾干以防腐壞，由于采摘周期短，延遲采收將導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。此外，木耳采收集中，且需頻繁，隨著產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大，目前的技術(shù)中，自動(dòng)采摘設(shè)備體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合在種植區(qū)直接使用。將已成熟木耳段搬運(yùn)至外部采摘再搬運(yùn)回來，不僅增加了搬運(yùn)工作，且在搬運(yùn)過程中可能會(huì)損傷木耳，降低品質(zhì)。因此，種植者迫切需要一種高效、快速的機(jī)械化采摘解決方案。采用PLC控制的黑木耳機(jī)，可以減輕工人勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，降低生產(chǎn)成本，提高工作滿意度，確保產(chǎn)品質(zhì)量，并能實(shí)現(xiàn)快速、高效的機(jī)械化采收，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。如圖1.1和圖1.2為我國(guó)普遍使用的木耳采摘機(jī)的示意圖和實(shí)物[3-6]?；赑LC控制的木耳采摘機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀在在國(guó)際范圍內(nèi)，木耳自動(dòng)化采摘技術(shù)已經(jīng)歷了早期的探索并取得了一定進(jìn)展。研究表明，實(shí)施自動(dòng)化采摘有利于提升木耳產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率并減少成本。在木耳采摘機(jī)的研究領(lǐng)域，日本處于前端地位。他們成功研制出一種結(jié)合機(jī)器視覺系統(tǒng)的采摘機(jī)，該設(shè)備通過圖像分析算法來辨識(shí)的形狀、尺寸和顏色，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的采摘過程。這樣的技術(shù)不僅提高了采摘速度，還確保了木耳的品質(zhì)不受影響。韓國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)則開發(fā)了一種結(jié)合機(jī)器視覺與深度學(xué)習(xí)技術(shù)的木耳采摘機(jī)。這款采摘機(jī)通過識(shí)別木耳的紋理特征來進(jìn)行精準(zhǔn)采摘。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這款采摘機(jī)在效率和精準(zhǔn)度方面表現(xiàn)出色。在歐洲，研究人員專注于采摘機(jī)的智能化與人性化設(shè)計(jì)。他們開發(fā)出一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)采摘速度和力量的木耳采摘機(jī)，該機(jī)器能夠依據(jù)木耳的大小和硬度來自動(dòng)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，有效減少了木耳在采摘過程中的破損率。在對(duì)比我國(guó)的情況時(shí)，可以觀察到國(guó)際上黑木耳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐較為緩饅，目前尚未看到成熟的研究成果轉(zhuǎn)化成木耳采摘設(shè)備。在國(guó)外的研究中，黑木耳的成分是研究的熱點(diǎn)，但在后期的采摘環(huán)節(jié)，尤其是采摘機(jī)械的設(shè)計(jì)方面，相關(guān)的研究文獻(xiàn)極為稀少[7].T.Burks.F設(shè)計(jì)了自動(dòng)化振動(dòng)式木耳采摘機(jī)，其工作原理：該采摘機(jī)利用振動(dòng)裝置，通過振動(dòng)木耳栽培床或樹干，使成熟的木耳果體從木質(zhì)底部松動(dòng)并掉落到收集容器中。結(jié)構(gòu)組成：主要由振動(dòng)裝置、支撐結(jié)構(gòu)、收集容器和控制系統(tǒng)組成。振動(dòng)裝置通過電機(jī)或氣動(dòng)裝置產(chǎn)生振動(dòng)力，支撐結(jié)構(gòu)用于支撐和固定振動(dòng)裝置，收集容器用于接收采摘下來的木耳果體，控制系統(tǒng)用于控制振動(dòng)頻率和強(qiáng)度。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，采摘效率較高，減少了人力勞動(dòng)，避免了采摘過程中的損傷和浪費(fèi)。缺點(diǎn)：可能會(huì)對(duì)木耳床或樹干造成一定程度的損傷，需要精細(xì)調(diào)節(jié)振動(dòng)力度以避免對(duì)植株造成影響。[8]圖1-3振動(dòng)式木耳采摘RonBerenstein設(shè)計(jì)了機(jī)械臂式木耳采摘機(jī)，其工作原理：該采摘機(jī)利用機(jī)械臂系統(tǒng)，配備夾持裝置，將成熟的木耳果體夾持并收集到容器中。結(jié)構(gòu)組成：主要由機(jī)械臂系統(tǒng)、夾持裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。機(jī)械臂系統(tǒng)負(fù)責(zé)定位和移動(dòng)，夾持裝置負(fù)責(zé)夾持木耳果體，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，電源系統(tǒng)提供能源。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：精準(zhǔn)定位、高效快速、對(duì)植株影響小，適用于不同形態(tài)的木耳栽培方式。缺點(diǎn)：機(jī)械臂式采摘機(jī)成本較高，需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，維護(hù)和保養(yǎng)成本較大。[9]圖1-4機(jī)械臂木耳采摘國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀中國(guó)的木耳采摘機(jī)研發(fā)始于1980年代，早期研究聚焦于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過不斷優(yōu)化采摘機(jī)械結(jié)構(gòu)，研發(fā)出了能適應(yīng)不同木耳生長(zhǎng)環(huán)境的采摘機(jī)。目前，各種木耳的專用采摘機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到廣泛開發(fā)。作為木耳采摘機(jī)的核心，采摘控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)精準(zhǔn)操控采摘過程。中國(guó)的研究者已經(jīng)利用單片機(jī)、PLC控制器等成功開發(fā)出了先進(jìn)的木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠精確調(diào)節(jié)采摘速度和力度等關(guān)鍵參數(shù)，大幅提升了木耳的品質(zhì)。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷轉(zhuǎn)型升級(jí)。作為中國(guó)特色的農(nóng)產(chǎn)品之一，木耳的市場(chǎng)需求不斷上升。但是，由于傳統(tǒng)的木耳采摘方法已無法市場(chǎng)的步伐，木耳采摘機(jī)械的開發(fā)前景廣闊。遲慶凱創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款便攜式黑木耳采摘裝置。這款裝置操作簡(jiǎn)便，人工即可推動(dòng)。操作時(shí)，工作人員將培養(yǎng)好的菌棒由上方投入至裝置料口，隨后通過環(huán)形夾持裝置對(duì)菌棒進(jìn)行校正定位。啟動(dòng)采摘功能后，菌棒在底座驅(qū)動(dòng)下開始旋轉(zhuǎn)，裝置內(nèi)置的振蕩切割刀片在機(jī)架固定下，實(shí)現(xiàn)對(duì)成熟黑木耳的采摘。[10]圖1-5便攜式黑木耳采摘裝置在2020年，夏長(zhǎng)富創(chuàng)新地開發(fā)了一種離心式采摘木耳的機(jī)器。該機(jī)器的核心結(jié)構(gòu)包括支架、穩(wěn)定的托盤、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及一個(gè)活動(dòng)的滾筒。托盤被堅(jiān)固地裝置在支架之上，滾筒則置于托盤邊緣并具備旋轉(zhuǎn)功能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)配備了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的輸出軸，并且在滾筒底部安裝了一個(gè)與輸出軸相連的轉(zhuǎn)盤。將木耳生長(zhǎng)棒穩(wěn)妥地放置后，滾筒的旋轉(zhuǎn)通過高速旋轉(zhuǎn)執(zhí)行采摘任務(wù)。這款木耳采摘裝置設(shè)計(jì)精巧，易于轉(zhuǎn)移，可直接在栽培區(qū)域使用，極大地提高了采摘的效率。此外，它由電池供電，不用連接電源線。盡管如此，設(shè)備在物料排出過程中，其壓料裝置仍需人工操作，這限制了其完全自動(dòng)化作業(yè)的實(shí)現(xiàn)。圖1-6離心式黑木耳采摘裝置李精敏創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種便攜式黑木耳采摘裝置，適用于地栽和吊袋兩種栽培模式。該裝置運(yùn)用吸氣風(fēng)扇產(chǎn)生負(fù)壓，借助柔韌的風(fēng)道將黑木耳吸入收集容器。操作過程中，操作人員需握住柔性管道，并將管道口對(duì)準(zhǔn)木耳的側(cè)面。通過調(diào)整限位鋼絲的長(zhǎng)短，可以控制采摘的黑木耳的大小，實(shí)現(xiàn)選擇性采摘較大的木耳，保留較小木耳的目的。[11-16]總體來看，我國(guó)在木耳采摘機(jī)的研發(fā)上已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展?jié)摿?。盡管如此，木耳采摘機(jī)的研究與實(shí)際應(yīng)用仍遭遇一些難題，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化、控制系統(tǒng)的可靠性提高以及自動(dòng)化水平的全面提升等。鑒于此，未來工作應(yīng)當(dāng)加大對(duì)木耳采摘機(jī)研究與創(chuàng)新的力度，以我國(guó)木耳產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。[14-16]研究主要內(nèi)容與方法研究對(duì)象：基于PLC控制的木耳采摘機(jī)設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容：闡述課題背景，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)和分析；根據(jù)主要技術(shù)指標(biāo)，在分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上制定總體設(shè)計(jì)方案，并闡明方案制定依據(jù)；對(duì)PLC控制的木耳采摘機(jī)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；完成PLC控制的木耳采摘機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、零部件的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（1）針對(duì)木耳采摘機(jī)機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)；（2）針對(duì)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；（3）針對(duì)平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；（4）針對(duì)旋轉(zhuǎn)提機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；4：完成基于PLC控制的木耳采摘機(jī)三維建模，采用Solidowrks軟件進(jìn)行整體三維建模。5：完成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要零件圖（累計(jì)A0圖紙不少于1張），完成論文初稿，并準(zhǔn)備中期答辯；6：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件設(shè)計(jì)：主要元器件選型、系統(tǒng)電氣原理圖和外部接線圖設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)：掌握相關(guān)軟件和編寫程序）；7：完成控制系統(tǒng)的仿真/調(diào)試。基于PLC控制的木耳采摘機(jī)方案設(shè)計(jì)基于PLC控制的木耳采摘機(jī)初始設(shè)計(jì)參數(shù)初始設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于木耳采摘機(jī)的重要性不可忽視。這些參數(shù)涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置等方面，直接影響著采摘機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性和效率。合理的設(shè)計(jì)參數(shù)能夠確保采摘機(jī)在作業(yè)過程中具備足夠的承載能力和抗干擾能力，從而保證采摘過程穩(wěn)定順暢，避免因機(jī)械結(jié)構(gòu)或動(dòng)力系統(tǒng)不足而引發(fā)的故障或損壞，提高采摘機(jī)的使用壽命和工作效率。表2-1初步參數(shù)配置菌棒直徑菌棒厚度托盤轉(zhuǎn)速工作效率合格率110mm0.7-1.0mm300r/min300棒/h90%基于PLC控制的木耳采摘機(jī)功能性分析木耳采摘機(jī)的功能性分析包括木耳分離、搬運(yùn)和夾緊等關(guān)鍵功能。首先，木耳分離功能確保將木耳果體從菌棒上分離，完成采摘過程。這個(gè)功能的有效實(shí)現(xiàn)能夠提高采摘效率，減少誤傷和漏采的情況發(fā)生。其次，木耳搬運(yùn)功能負(fù)責(zé)將菌棒從待采摘位置移動(dòng)到采摘位置中，保證了木耳的順利采摘流程順利以及木耳采摘機(jī)流程行的準(zhǔn)確。最后，木耳旋轉(zhuǎn)夾緊功能用于穩(wěn)固地夾持木耳菌棒，配合分離刀片，通過加緊固定，旋轉(zhuǎn)切除木耳。這些功能相互配合，使得木耳采摘機(jī)能夠高效、精確地完成采摘任務(wù)，提高了采摘效率，減少了人力成本，同時(shí)保證了采摘質(zhì)量和木耳的完整性。圖2-1離心式黑木耳采摘裝置基于PLC控制的木耳采摘機(jī)方案對(duì)比本節(jié)內(nèi)容針對(duì)木耳搬運(yùn)功能升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案對(duì)比：螺桿升降機(jī)構(gòu)：螺桿升降機(jī)構(gòu)利用螺桿與螺母之間的螺旋運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)升降功能。通常，螺桿作為驅(qū)動(dòng)元件，通過旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺母進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，可以承受較大的載荷。圖2-1滾珠絲杠升降機(jī)構(gòu)液壓升降機(jī)構(gòu)：液壓升降機(jī)構(gòu)利用液體的壓力傳遞來實(shí)現(xiàn)升降功能。通常由液壓缸、液壓泵、液壓閥等組件組成。液壓升降機(jī)構(gòu)具有升降速度快、精度高、可調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種載荷和工作環(huán)境。圖2-2液壓升降機(jī)構(gòu)齒條齒輪升降機(jī)構(gòu)：齒條齒輪升降機(jī)構(gòu)采用齒條與齒輪之間的嚙合傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)升降功能。通常，電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)齒條進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域中的升降設(shè)備中。圖2-3齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)綜上所述：針對(duì)與三種升降機(jī)構(gòu)，進(jìn)行對(duì)比，齒輪升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中會(huì)存在一定的噪音，其負(fù)載力屬于輕型負(fù)載力，液壓升降機(jī)構(gòu)是采用液壓缸進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，液壓缸須配有液壓站，其成本價(jià)格高，安裝空間大，無法滿足我設(shè)計(jì)的小型木耳采摘機(jī)，而螺桿升降機(jī)構(gòu)，負(fù)載力大，傳動(dòng)精度高，噪音小，成本低，制造方便，符合與木耳采摘機(jī)的結(jié)構(gòu)特征。木耳采摘機(jī)機(jī)械方案簡(jiǎn)圖以及工作原理木耳采摘機(jī)的方案簡(jiǎn)圖繪制CAD繪制的方案簡(jiǎn)圖對(duì)木耳采摘機(jī)的初期設(shè)計(jì)起著重要的指導(dǎo)作用。通過簡(jiǎn)圖，可以直觀地展現(xiàn)木耳采摘機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、各個(gè)部件的布局和連接方式，以及關(guān)鍵部件的功能和作用。CAD繪制的方案簡(jiǎn)圖還可以作為設(shè)計(jì)方案的有效溝通工具，方便與團(tuán)隊(duì)成員和相關(guān)人員進(jìn)行交流和討論，促進(jìn)設(shè)計(jì)方案的不斷完善和優(yōu)化。1.機(jī)架2.電機(jī)23.電機(jī)14.絲杠傳動(dòng)副15.菌棒罩6.菌棒7.出料口8.氣缸29.三爪機(jī)械手10.刮刀11.氣缸312.接料槽圖2-4木耳采摘機(jī)整機(jī)方案簡(jiǎn)圖木耳采摘機(jī)的工作原理機(jī)械手平移機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手9運(yùn)動(dòng)到待采摘位置，升降電機(jī)3啟動(dòng)，機(jī)械手9下落，氣缸8縮回，機(jī)械手夾緊菌棒，升降機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，機(jī)械手帶動(dòng)菌棒升起，平移機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)為2，升降機(jī)構(gòu)下降，機(jī)械手松開，木耳采摘機(jī)通過機(jī)械手9將物料袋放入采摘機(jī)機(jī)架指定位置后，電機(jī)3旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)副運(yùn)動(dòng)4機(jī)械夾手9上升，底部夾緊裝置啟動(dòng)，夾緊菌棒6，電機(jī)2帶動(dòng)菌棒旋轉(zhuǎn)，氣缸11伸縮，切割刀片接觸菌棒，剔除木耳，實(shí)現(xiàn)采摘過程，木耳清除后，電機(jī)2停止運(yùn)動(dòng)，氣缸11縮回，卸掉菌棒完成采摘過程?；赑LC控制的木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)比1.單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于單片機(jī)本身集成了處理器、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)，并且易于編程和調(diào)試。此外，單片機(jī)的體積小、功耗低，適用于各種場(chǎng)景和應(yīng)用環(huán)境。然而，單片機(jī)控制系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，如處理能力有限、擴(kuò)展性較差、難以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制等問題，特別是對(duì)于一些需要高性能和復(fù)雜算法的應(yīng)用場(chǎng)合，單片機(jī)可能無法滿足要求，需要考慮其他控制方案。2.PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于其穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)，適用于工業(yè)環(huán)境中的長(zhǎng)期運(yùn)行。此外，PLC系統(tǒng)易于維護(hù)和管理，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。然而，PLC系統(tǒng)的成本較高，且編程和配置相對(duì)復(fù)雜，需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作和維護(hù)。同時(shí)，PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展性有限，對(duì)于某些復(fù)雜的控制任務(wù)可能不夠靈活。綜上所述，單片機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性低，無法進(jìn)行復(fù)雜性運(yùn)算，但是其成本價(jià)格低，而PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，作為木耳采摘機(jī)的結(jié)構(gòu)來說，需要一款穩(wěn)定、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)，所以選取PLC作為木耳采摘機(jī)的控制系統(tǒng)。木耳采摘機(jī)控制流程圖木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)流程圖是對(duì)木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的初次擬定，是方便后期針對(duì)控制系統(tǒng)程序編輯的主要技術(shù)文件。圖2-5控制系統(tǒng)流程圖本章小結(jié)本章通過對(duì)木耳采摘機(jī)的初始參數(shù)指定、功能性分析、方案簡(jiǎn)圖繪制、工作原理敘述，完成木耳采摘機(jī)基于PLC控制系統(tǒng)流程圖的繪制，完成初期木耳采摘機(jī)的設(shè)計(jì)初稿工作，為后續(xù)計(jì)算、繪圖、程序編輯打好基礎(chǔ)。木耳采摘機(jī)主要零部件計(jì)算木耳采摘機(jī)輸送機(jī)構(gòu)是采用電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)端滾筒，滾筒通過與皮帶產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行物料輸送，輸送帶上有固定座，固定座具有固定刺，菌棒可以通過人工插入到輸送帶上，由輸送帶把其運(yùn)送帶固定位置，通過機(jī)械手夾取菌棒，放到采摘機(jī)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行木耳采摘工作。木耳采摘機(jī)菌棒輸送機(jī)構(gòu)計(jì)算木耳采摘機(jī)菌棒輸送電機(jī)計(jì)算1.已知木耳菌棒重量為3Kg,菌棒運(yùn)行速度為0.5mm/s,輸送帶長(zhǎng)度為1500mm,菌棒直徑為110mm,可以擺放13個(gè)菌棒，其負(fù)載總質(zhì)量為：（3-1）2.已知菌棒直徑為110mm，計(jì)算輸送帶寬度，菌棒單邊預(yù)留15mm：（3-2）4）計(jì)算輸送帶負(fù)載張力；（3-3）5）常用的輸送帶一般有1層、2層、3層組成，第一層由底層橡膠、鋼絲繩增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、PVC材質(zhì)組成，這是三層輸送帶的組成，兩層輸送帶有橡膠材質(zhì)內(nèi)含鋼絲繩增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一層輸送帶結(jié)構(gòu)由橡膠組成，在計(jì)算輸送帶的最大張力需要選取TC輸送帶層數(shù)常數(shù)完成最大負(fù)載張力的計(jì)算.一層常數(shù)TC取值為1.5,二層常數(shù)TC取值為3，三層TC常數(shù)取值為4.5，本次負(fù)載過輕有需要一定的剛度所以選取2層輸送帶作為輸送帶的皮帶，具體計(jì)算式如下：（3-5）6）根據(jù)系數(shù)計(jì)算最大張力，系數(shù)取值為輸送帶的張力系數(shù)（3-6）7）計(jì)算輸送帶最大張力所得出的容許應(yīng)力值（3-7）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取大于最大容許應(yīng)力的皮帶，查詢相關(guān)皮帶，選取型號(hào)為SHBLLG型號(hào)輸送帶，其最大容許應(yīng)力為8N.mm，符合輸送帶最大容許應(yīng)力值8）初定選取主動(dòng)端滾筒，直徑為48毫米的AC150-WD6行滾筒9）初定輸送帶中心距，由于輸送帶整體長(zhǎng)度為3163mm,所以輸送帶中心距應(yīng)小于整體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，初定中心距為1500mm.10）計(jì)算輸送帶長(zhǎng)度（3-8）實(shí)際中心距計(jì)算（3-9）（3-10）12）計(jì)算電動(dòng)滾筒輸出轉(zhuǎn)速（3-11）13）計(jì)算負(fù)載扭矩（3-12）計(jì)算電機(jī)功率（3-13）查詢電機(jī)手冊(cè)，選取輸送帶功率為0.6Kw,扭矩要求28.44N.m，初定型號(hào)YE3-132M-4，電機(jī)功率為0.6Kw,扭矩為30N.m，符合輸送帶所需數(shù)據(jù)，滿足其動(dòng)力要求。木耳采摘機(jī)菌棒輸送機(jī)構(gòu)滾筒軸結(jié)構(gòu)計(jì)算1.已知輸送帶轉(zhuǎn)軸，其在工作工程中電機(jī)輸出功率為0.6Kw,電機(jī)轉(zhuǎn)速為201.6r/min,機(jī)械傳動(dòng)效率為：（3-19）2.在旋轉(zhuǎn)過程中作用在軸上的作用力。（3-20）（3-21）（3-22）3.計(jì)算旋轉(zhuǎn)滾筒軸的最小直徑。選取軸的材料為Q235鋼，調(diào)質(zhì)處理。查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表15-3，取，于是得：（3-23）4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖3-2旋轉(zhuǎn)滾筒軸結(jié)構(gòu)5.針對(duì)旋轉(zhuǎn)滾筒軸的工作狀況進(jìn)行分析，計(jì)算軸的總彎矩圖：表3-3軸的總彎矩載荷水平面垂直面支反力彎矩總彎矩扭矩圖3-4軸分析簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)圖6.校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力：（3-24）前已選定軸的材料為Q235鋼，調(diào)質(zhì)處理，查詢文獻(xiàn)表15-1查得。因此，，故安全。8.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度。（1）截面IV左側(cè)。抗彎截面系數(shù)： （3-25）抗扭截面系數(shù)： （3-26）截面IV左側(cè)的彎矩：（3-27）截面IV上的扭矩：（3-28）截面上的彎曲應(yīng)力：（3-29）截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：（3-30）軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表15-1查得，，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)附表3-2查取。因，，經(jīng)插值后可查得：，又由文獻(xiàn)附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為：，故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附3-4）為：（3-31）（3-32）由文獻(xiàn)附圖3-2得尺寸系數(shù)；由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》按式（3-12）及式（3-16）得綜合系數(shù)為：（3-33）（3-34）又由查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得碳鋼的特性系數(shù)為：φ?=0.1~0.2，取φ?=0.1，取于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（15-6）（15-8）則得：（3-35）（3-36）（3-37）故可知其安全。（2）截面IV右側(cè)?？箯澖孛嫦禂?shù)W按文獻(xiàn)表15-4中的公式計(jì)算：（3-38）抗扭截面系數(shù) （3-39）彎矩M及彎曲應(yīng)力為：（3-40）（3-41）扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：（3-42）（3-43）過盈配合處的，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》附表3-8用插值法求出，并取，于是得：，（3-44）軸按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：（3-45）故得綜合系數(shù)為：（3-46）（3-47）所以軸在截面IV右側(cè)的安全系數(shù)為：（3-48）（3-49）（3-50）故該軸的截面IV右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因無大的瞬間過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)構(gòu)木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)電機(jī)計(jì)算1.計(jì)算木耳采摘轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（3-27）2.采摘轉(zhuǎn)盤角速度計(jì)算（3-28）3.采摘轉(zhuǎn)盤角加速度計(jì)算（3-29）4.采摘轉(zhuǎn)盤扭矩計(jì)算（3-30）5.折算電機(jī)扭矩，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，最終輸出轉(zhuǎn)速為360r/min,所以減速機(jī)減速比為1:4.16；（3-31）6.折算電機(jī)功率（3-32）根據(jù)計(jì)算公式所得，電機(jī)選取0.1Kw伺服電機(jī)，電機(jī)輸出扭矩要求2.89N·m，根據(jù)計(jì)算要求選取80ST-M01330，并配有行星齒輪減速機(jī)。木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)采摘刀片設(shè)計(jì)木耳采摘機(jī)的采摘刀片通常是一種特殊設(shè)計(jì)的刀具，用于快速而有效地收集木耳。這些刀片通常由優(yōu)質(zhì)的鋼材制成，具有鋒利的刀刃，能夠輕松地切割木耳的莖部，同時(shí)保持木耳的完整性和質(zhì)量。采摘刀片的設(shè)計(jì)要考慮到木耳的生長(zhǎng)環(huán)境和特性，以確保采摘過程不會(huì)對(duì)木耳造成損傷。通常，采摘刀片會(huì)配備在采摘機(jī)的工作部件上，如轉(zhuǎn)動(dòng)的刀盤或刀輪上，通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)木耳的采摘和收集，下面對(duì)木耳采摘機(jī)刀片尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)：根據(jù)已知條件設(shè)計(jì)刀具，已知刀具長(zhǎng)度為150mm，刀具寬度為208mm，菌棒直徑為110mm，刀具通過氣缸推動(dòng)帶動(dòng)帶鋸旋轉(zhuǎn)需要與菌棒距離5毫米，其距離通過傳感器進(jìn)行控制，接觸式傳感器隨時(shí)控制刀具與菌棒之間的距離，來應(yīng)對(duì)外不標(biāo)準(zhǔn)的菌棒，刀片厚度為6mm，刀具接觸菌棒與菌棒距離為5mm，刀具擺動(dòng)角度為14.21度，刀具槽距離刀片轉(zhuǎn)軸中心為19mm，氣缸行程為60mm，刀具槽口距離轉(zhuǎn)軸中心為19mm，通過SW,槽口尺寸為34mm。圖3-5刀片尺寸設(shè)計(jì)木耳采摘機(jī)菌棒采摘機(jī)采摘?dú)飧子?jì)算氣缸是一種將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，常用于氣動(dòng)系統(tǒng)中執(zhí)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸的基本結(jié)構(gòu)包括缸筒、活塞、活塞桿和密封裝置。壓縮空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入缸筒內(nèi)，推動(dòng)活塞產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置完成各種作業(yè)任務(wù)。氣缸廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械制造、運(yùn)輸設(shè)備和機(jī)器人等領(lǐng)域。圖3-6氣缸氣缸的工作原理基于壓縮空氣的壓力差。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣缸的一側(cè)時(shí)，活塞在氣壓作用下沿缸筒內(nèi)壁移動(dòng)，推動(dòng)活塞桿進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。通過控制進(jìn)排氣口的開閉，壓縮空氣可以交替進(jìn)入缸筒的兩端，使活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸的運(yùn)動(dòng)方向和速度可以通過調(diào)節(jié)氣壓和流量進(jìn)行控制，從而滿足不同的工作需求。氣缸具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，氣缸的動(dòng)作迅速、反應(yīng)靈敏，能夠快速完成啟動(dòng)和停止操作，提高系統(tǒng)的工作效率。其次，氣缸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，不需要復(fù)雜的潤(rùn)滑系統(tǒng)，適用于各種工作環(huán)境。氣缸還具有較高的安全性，因?yàn)槭褂玫氖菈嚎s空氣，避免了液壓系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的泄漏和污染問題。此外，氣缸能夠提供較大的推力和拉力，適應(yīng)多種負(fù)載需求。計(jì)算氣缸所帶動(dòng)負(fù)載，氣缸行程為60mm，刀片重量為1.6Kg,負(fù)載重力計(jì)算（3-48）計(jì)算氣缸運(yùn)行速度判斷安全系數(shù)（3-49）計(jì)算氣缸最小直徑（3-50）由上式公式轉(zhuǎn)換所得（3-51）根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取行程為60mm，氣缸推桿直徑為12mm的氣缸，其型號(hào)為ADA20-60型氣缸作為木耳采摘機(jī)的動(dòng)力源。木耳采摘機(jī)平移升降機(jī)構(gòu)木耳采摘機(jī)菌棒平移電機(jī)計(jì)算絲桿通過聯(lián)軸器直接連接，傳動(dòng)比為1:1,最大移動(dòng)速度為0.1m/s,根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫向移動(dòng)距離為500mm，軸承座安裝距離為690mm，單邊預(yù)留95mm間距。（3-52）絲杠帶動(dòng)負(fù)載為M總（3-53）絲杠帶動(dòng)負(fù)載為M總（3-54）m1為平移機(jī)構(gòu)質(zhì)量m2為菌棒質(zhì)量；無負(fù)載導(dǎo)向面阻力位15N。1.去路加速時(shí)：（3-55）2.去路等速時(shí)：（3-56）3.去路減速時(shí):（3-57）4.返程加速時(shí):（3-58）5.返程等速時(shí)：（3-59）6.返程減速時(shí)：（3-60）計(jì)算滾珠絲杠導(dǎo)程（3-61）絲杠直徑計(jì)算（3-62）以導(dǎo)程為10mm為例，參考導(dǎo)程以及絲杠直徑標(biāo)準(zhǔn)表，導(dǎo)程為10mm，絲杠直徑為24的符合設(shè)計(jì)要求。木耳采摘機(jī)菌棒平移電機(jī)計(jì)算絲杠模組選取為步進(jìn)電機(jī)作為其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)恿敵?，所以本?jié)針對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算；導(dǎo)向面摩擦阻力（3-63）計(jì)算滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)扭矩（3-51）計(jì)算加速轉(zhuǎn)矩（3-64）計(jì)算所需扭矩（3-65）通過計(jì)算查詢電機(jī)樣冊(cè)，選取步進(jìn)電機(jī)，其型號(hào)為雷賽57HS09步進(jìn)電機(jī)滿足絲杠模組扭矩要求。本章小結(jié)本章通過輸送電機(jī)的計(jì)算，完成輸送帶的設(shè)計(jì)，并針對(duì)輸送帶滾筒軸進(jìn)行計(jì)算校核，完成木耳采摘機(jī)機(jī)構(gòu)采摘刀片的設(shè)計(jì)，完成氣缸的選取，并對(duì)平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型計(jì)算，完成本章內(nèi)容書寫。木耳采摘機(jī)控制設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)木耳采摘機(jī)方案設(shè)計(jì)，采用西門子PLC作為控制器，系統(tǒng)主要輸入器件有按鈕、光電式檢測(cè)開關(guān)、距離探針，主要執(zhí)行器件有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣缸。系統(tǒng)啟動(dòng)后，原料輸送帶將菌包輸送到待抓取位，機(jī)械手下降抓取，將菌包搬運(yùn)到木耳切取托盤，然后切取機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作，使用氣缸控制切刀的下壓深度，用模擬量輸出的距離探針實(shí)時(shí)檢測(cè)距離，由此控制切刀的動(dòng)作，一個(gè)菌包上的木耳切取完成后，機(jī)械手將菌包抓取、提升，移動(dòng)到廢棄框上方然后釋放，釋放完成后機(jī)械手回到原料待抓取位待命。PLC選用從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。根據(jù)功能來選大中小檔的PLC，整體性的PLC對(duì)于用戶來說選擇余地比較小，基本輸入輸出點(diǎn)數(shù)確定了，PLC品牌確定了，PLC型號(hào)也就確定了；模塊型的PLC由于提供多種擴(kuò)展模塊，對(duì)于用戶來說就可以靈活根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)合理搭配選擇。經(jīng)過整理，本系統(tǒng)的輸入信號(hào)有12個(gè)，輸出信號(hào)有10個(gè)，考慮一定的輸入輸出接口余量，本系統(tǒng)選用ST40型PLC。該款PLC從性能上和IO數(shù)量上都完全滿足我們的控制需要。4-1ST40PLC控制模塊木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)流程圖4-2木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)流程圖木耳采摘機(jī)主電路設(shè)計(jì)通過對(duì)控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析，本系統(tǒng)主回路主要控制：左右平移電機(jī)，垂直方向的升降電機(jī)，輸送帶電機(jī)，托盤電機(jī)。以上電機(jī)的控制見下圖：4-3主電路圖14-4主電路圖2木耳采摘機(jī)硬件清單根據(jù)木耳采摘機(jī)控制電路功能所需求電氣元件硬件，進(jìn)行整理輸出硬件清單：4-1表硬件清單硬件清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1主斷路器iC65N-3P32A12斷路器iC65N-3P10A13斷路器iC65N-1P10A14斷路器iC65N-DC1P6A45工業(yè)電源NDR-240-2416步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器DM542J37伺服/步進(jìn)控制板DSC-1E38中繼RXM2LB2BD24VDC+底座59PLC200SMARTST40110模擬量模塊AE04111接觸器LC1D09BLC112啟動(dòng)按鈕XB2BA31C113停止按鈕XB2BA42C114急停開關(guān)XB2BS542C115距離傳感器GTS11-2514-20MA16運(yùn)行指示XB2BVM4LC1I/O口分配表根據(jù)所選用的200SMART-ST40PLC基于木耳采摘機(jī)控制系統(tǒng)所要求的I/O接口分配如表：4-2表PLC輸入點(diǎn)分配表輸入啟動(dòng)按鈕I0.0停止按鈕I0.1急停開關(guān)I0.2菌包到位傳感器I0.3水平原料抓取位I0.4水平廢料丟棄位I0.5水平木耳采摘位I0.6垂直高位I0.7垂直原料抓取位I1.0垂直托盤上方抓取位I1.1機(jī)械手夾緊I1.2機(jī)械手松開I1.3距離探針AIW164-3表PLC輸出點(diǎn)分配表輸出運(yùn)行指示Q0.0上料輸送帶Q0.1機(jī)械手左行Q0.2機(jī)械手右行Q0.3機(jī)械手上行Q0.4機(jī)械手下行Q0.5機(jī)械手抓取Q0.6托盤旋轉(zhuǎn)Q0.7切刀伸出Q1.0切刀縮回Q1.1PLC外部接線圖梳理所有的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)后，根據(jù)ST30PLC的外部接線要求，我們給PLC提供一個(gè)24v電源，輸入采用共陰極解法，輸出采用24V輸出。傳感器選型統(tǒng)一為PNP，常開型輸出。4-5PLC外部接線圖4-6距離探針接線圖本章小結(jié)本章通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、PLC選用、PLC控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)、主電路設(shè)計(jì)、主電路采購(gòu)清單、I/O接口分配、外部接線圖。xxxxx木耳采摘機(jī)順序功能圖5-1PLC順序功能圖木耳采摘機(jī)程序設(shè)計(jì)1.使用STEP7-MicroWINSMART軟件創(chuàng)建一個(gè)木耳采摘機(jī)項(xiàng)目。2.將PLC組態(tài)我們所選擇的ST40系列，組態(tài)一個(gè)4路的模擬量輸入模塊EMAE04，并設(shè)置PLC為上電運(yùn)行3.系統(tǒng)啟動(dòng)程序，首次掃描為1時(shí)，置位M0.0,M0.0接通后按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入第一步。4.在第一步，運(yùn)行指示輸出為1，上料輸送帶同時(shí)啟動(dòng)，等到菌包到位傳感器觸發(fā)時(shí)，輸送帶停止。5.機(jī)械手下降，下降到位后執(zhí)行夾爪夾緊動(dòng)作，夾緊到位反饋后進(jìn)入下一步。6.機(jī)械手提升，提升到高位后，向右運(yùn)行，走到木耳采摘的位置停止，進(jìn)入下一步。7.機(jī)械手下降，將菌包插到固定底座上，然后松開夾爪，松開到位后進(jìn)入下一步。8.機(jī)械手提起到高位，然后切刀開始下壓切取木耳，同時(shí)托盤旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，10S后進(jìn)入下一步。9.木耳切除完成，機(jī)械手下降，然后夾緊，夾緊檢測(cè)為1后進(jìn)入下一步。10.機(jī)械手提升到高位，然后向左運(yùn)行，走到菌包回收框的上方停止，然后松開夾爪，菌包掉到框里，進(jìn)入下一步。11.機(jī)械手繼續(xù)左行，走到原料抓取位置，一個(gè)流程結(jié)束，置位M0.1，開始一個(gè)新的流程。12.探針是4-20MA信號(hào)輸入到PLC的模擬量采集模塊，用S_ITR指令將5530-27648的值轉(zhuǎn)換成工程值0-25MM。13.切刀氣缸的單獨(dú)控制程序，當(dāng)切木耳狀態(tài)時(shí)，切刀下壓，并判斷距離，距離過近，切刀后退，距離過遠(yuǎn)，切刀下壓，保證切除效果。14急停和停機(jī)時(shí)復(fù)位所有的輸出點(diǎn)，從Q0.0開始，復(fù)位10個(gè)位木耳采摘機(jī)程序仿真1.將STEP7-MicroWINSMART軟件寫好的控制程序?qū)С觯肧7-200仿真軟件打開，啟動(dòng)PLC，可以看到此時(shí)程序開始運(yùn)行。2.系統(tǒng)啟動(dòng)程序，首次掃描為1時(shí)，置位M0.0,M0.0接通后按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入第一步。3.在第一步，運(yùn)行指示輸出為1，上料輸送帶同時(shí)啟動(dòng)，等到菌包到位傳感器觸發(fā)時(shí)，輸送帶停止。4.機(jī)械手下降，下降到位后執(zhí)行夾爪夾緊動(dòng)作，夾緊到位反饋后進(jìn)入下一步。5.機(jī)械手提升，提升到高位后，向右運(yùn)行，走到木耳采摘的位置停止，進(jìn)入下一步。6.機(jī)械手下降，將菌包插到固定底座上，然后松開夾爪，松開到位后進(jìn)入下一步。7.木耳切除完成，機(jī)械手下降，然后夾緊，夾緊檢測(cè)為1后進(jìn)入下一步。8.機(jī)械手提升到高位，然后向左運(yùn)行，走到菌包回收框的上方停止，然后松開夾爪，菌包掉到框里，進(jìn)入下一步。9.機(jī)械手繼續(xù)左行，走到原料抓取位置，一個(gè)流程結(jié)束，置位M0.1，開始一個(gè)新的流程。10.探針是4-20MA信號(hào)輸入到PLC的模擬量采集模塊，用S_ITR指令將5530-27648的值轉(zhuǎn)換成工程值0-25MM。11.切刀氣缸的單獨(dú)控制程序，當(dāng)切木耳狀態(tài)時(shí)，切刀下壓，并判斷距離，距離過近，切刀后退，距離過遠(yuǎn)，切刀下壓，保證切除效果。12.急停和停機(jī)時(shí)復(fù)位所有的輸出點(diǎn)，從Q0.0開始，復(fù)位10個(gè)位本章小結(jié)本章通過對(duì)PLC控制系統(tǒng)PLC梯形圖、以及s7-200軟件仿真，完成木耳采摘機(jī)控制部分設(shè)計(jì)，最終仿真結(jié)果是程序可以滿足控制要求、實(shí)現(xiàn)了控制功能。結(jié)論本論文通過查詢大量相關(guān)資料，整合了木耳采摘機(jī)的研究背景，并對(duì)木耳采摘機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面分析。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外在木耳采摘機(jī)的研究方向上主要集中在提高采摘效率、減少人工勞動(dòng)和優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面。通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我們確定了木耳采摘機(jī)的研究方向，即在保持高效采摘的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，以適應(yīng)不同環(huán)境下的木耳采摘需求。1.在確定木耳采摘機(jī)的研究參數(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，我們?cè)敿?xì)分析了木耳采摘機(jī)的主要組成部分，包括采摘機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和平移升降機(jī)構(gòu)。通過對(duì)各個(gè)組成部分的功能和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，我們繪制了機(jī)械簡(jiǎn)圖，并確定了適合的控制系統(tǒng)方案。該方案不僅滿足了木耳采摘機(jī)的基本功能需求，還在機(jī)械設(shè)計(jì)和控制策略上進(jìn)行了優(yōu)化，以提高整體性能。2.在具體的零部件計(jì)算中，我們重點(diǎn)完成了木耳采摘機(jī)輸送機(jī)構(gòu)的計(jì)算，包括輸送機(jī)構(gòu)滾筒軸、采摘機(jī)構(gòu)電機(jī)和平移升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。通過詳細(xì)的計(jì)算和分析，我們確保了各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和工作可靠性，保證了木耳采摘機(jī)在不同工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，我們還對(duì)各個(gè)部件的選型進(jìn)行了優(yōu)化，確保整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。3.在控制方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選擇了PLC作為木耳采摘機(jī)的核心控制器，并設(shè)計(jì)了主電路、元器件選型和I/O口分配。通過詳細(xì)的PLC外部接線圖和PLC程序設(shè)計(jì)，我們完成了STEP-7-200程序和STEP7-MicroWINSMART的編寫與仿真。經(jīng)過多次測(cè)試和調(diào)整，控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果，確保了木耳采摘機(jī)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，通過對(duì)木耳采摘機(jī)的研究和設(shè)計(jì)，我們成功地優(yōu)化了其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，提高了采摘效率和可靠性。未來的研究將進(jìn)一步關(guān)注在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和智能化控制，以進(jìn)一步提升木耳采摘機(jī)的應(yīng)用前景和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。致謝