基于机器视觉的精准施药喷头移动机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 学校代码： 序 号： 本 科 毕 业 设 计 题目： 基于机器视觉的 精准施药 喷头 移动 机构 设计 学 院 ： 姓 名 ： 学 号 ： 专 业 ： 班 级 ： 指导教师 ： 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 摘 要 在传统农业中的植保领域， 化学除草剂的使用方式普遍为粗放式的大面积喷洒，一方面容易造成人身伤害，另一方面因为喷药时不是 精确对准目标物，往往也喷在了无目标的土壤上。 由于 杂草在田间的分布是随机的，不均匀的，而且具有簇生性。正是这种杂草分布的不连续性，为精确施药技术的可行性提供了依据。本设计机构利用步进电机易于启动、停止，正反转及速度响应性好，同步带的传递平稳、准确，传递效率高等优点，通过他们作为机构的主要部件，带动施药喷头左右移动，从而达到对不规则生长的农作物进行精准施药的目的。 本文的主要研究内容如下 : 1、 移动机构 的分析 2、 电机、联轴器、轴的 选用 3、 同步带 控制系统 关键词 ： 精准施药 ， 同步带 ， 喷头，移动机构 买文档就送您 纸， Q 号交流 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 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 1 目 录 摘 要 . . 第一章 绪 论 . 1 第二章 基于机器视觉的精准施药 喷头 移动机构原理说明 . 2 第三章 精准施药 喷头 移动机构 的 设计 与计算 . 3 进电机的选型 . 3 机驱动器 的选 型 . 3 动 轴的选型 . 4 轴器 的选 型 . 6 承的选型 . 7 步带和 带轮的选型 . 8 构 设计数据 的 计算 . 11 第四章 总 结 . 12 参 考 文 献 . 13 致 谢 . 14 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 1 第一章 绪 论 长期以来，人们赖以生存的食物靠栽种植物和饲养动物等方法来提供，然而在栽种植物过程中，不可避免地要遇到防治病虫害的问题。 对农田作物病虫害 防治一般来说有三种方法，一是利用自然天敌，自然界很多作物害虫都有其天敌，合理地利用它的自然天敌可以有效地防止作物病虫害的发生和蔓延，而且也减少了农药的使用 ;二是人工清除，用手或借助一些简单机械设备来防治 ;三是用化学防治的方法，通过喷洒农药来消灭害虫和细菌等。随着时代的发展，人工防治的方法已逐渐被淘汰，化学防治成为目前控制病虫危害的主要手段 ， 而防治效果的好坏，喷施技术十分重要。 目前， 我国喷施农药的方法是普遍采用植保机械， 80%左右的国产植保机械仍处于发达国家 20 世纪 50代的水平，尤其是 各种 手动喷雾器 存在严重的“跑、冒、漏、滴”现象，故障率高，性能落后，远远达不到科学使用农药的要求 。 一方面对人身伤害很大，遇到恶劣天气人在作业时甚至容易中毒。另一方面喷药时也不是精确对准农作物，往往也喷在土壤上，不仅浪费了农药，增加了作物的农药残留量，而且喷在土壤中的农药易造成土壤酸化和地下水污染。随着农药的大量使用，其残留在农作物和土壤中的农药对人身和环境的危害也与日俱增，这跟现代农业要求精准高效、绿色环保的要求是背道而驰的。因此，有必要研制一种基于机器视觉的高效可行的喷药装置，让机器代替人在田间作业的同时能比较精准地对 准农作物喷药，以降低人的劳动强度，提高药效和保护农田环境。 同时 ， 国家 “ 十一五 ” 规划中己将研究高效低污染的喷药技术和植保装备技术作为重大攻关项目，而且国家中长期科学和技术发展纲要也已把农业精准作业和信息化列为重大课题。在精准农业的不断发展壮大和农业生产从机械化、自动化逐步向智能化方向发展的趋势下，智能化农业机械必将成为未来农业生产的主要装备 。 为了减少成本和保护环境，人们开展了除草剂的精确喷药技术的研究，希望替代传统的大面积喷药技术，以降低人的劳动强度，提高药效和保护农田环境。本 设计机构 就是基于这一背景下着 手准备的，研究基于机器视觉的作物 精准施药机构设计 不仅对农田作物喷药自动化具有十分重要的意义，而且也是精准农业技术体系的重要组成部分和实现精准农业中变量技术中的重要环节。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 2 第二章 基于机器视觉的精准施药 喷头 移动机构原理说明 设计任务 要求设计一个能带动喷头左右移动的 移动 机构 。 机构要求移动平稳而精确，这很大程度的限制了我们对零部件的选用。在老师及同学的指导和帮助下，经过反复求证，我们最终 制定了“ 通 过 步 进 电机带动同步带左右移动 ”的方案 ， 理由有两点：一、 步进电机 的 位移与输入脉冲信号数相对应，可以组成结构具有一定 精度的开环控制系统，也可在更高精度的组成闭环控制系统 ，且 易于起动，停止，正反转及速度响应性好 。另外， 步进 电动机 的 步距角可在大范围内选择 ； 二、同步带传动具有以下特点：（ 1）传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；（ 2）传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低 ， 传动效率达 比范围可达 1:10，允许线速可达 50m/s； （ 3）传动效率高，可达 能效果明显；（ 4）维护保养方便，不需润滑，维护费用低。这两个主部件的特点促使了我们制定了这套方案。下面，我将对这套方案的原理进行简要的说明。 步进电机带动 通过连接轴连接的同步带带轮转动， 施药的喷头固定在同步带下带的前内 侧 （俯视图为相切） 的带上面， 考虑到带的同步带由于喷头和药水的重力，可能会弯曲，我在同步带的正下面安装了 5个装紧轮，装紧轮固定在台面上。当同步带移动时，它们的轮会滚动，但其本身不动，从而一定量的减少了带的弯曲，提高了效率。 当喷头需要向左移动时，电机发出一个脉冲信号，带轮转动，皮带带动喷头向左移动，当喷头需向右移动亦然， 行距之间的杂草进行施药的目的。其中，用布 进 电机能够更好地控制 施药的精确度和同步带移动的速度，不致于因 移动过快而精度降低的现象。通过步 进电机发出一个脉冲，同步带移动一格， 喷头随之移动， 很好的结合了步 进 电机与同步带两机构的优点，从而达到预期目的。同时，步 进 电机与同步带中间通过 带轮、 两个轴和一个联轴器相连，降低了损耗，提高了效率 。 图 1： 喷头 移动机构原理 示意图 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 3 第三章 精准施药 喷头 移动机构的设计与计算 步进电机的选型： 根据 机构原理中所介绍， 经过老师的指导及自己的粗略演算，再对步进电机的查找。 我们 最终 采用了 75体如下： 表一： 步 进 电机型号和参数： 注： 1）以上数据为平均参考值，用户可据此绘成矩频特性曲线。 2）二相及四相电机在低频段 1002 0步 /秒处有谐振区 ,工作时避开此区为佳。 3) 当电机的运行频率超过二分之一空载起动频率时，所用控制器应具有升降频功能。 4） 电机轴功率与转矩转速及频率间的关系 M（ NM ） n (转 /分 )= P(W) n （转 /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 图 2：步进电机 电机驱动器的 选型 根据步进电机的型号，我们采用了 列二相混合式步进电机驱动器 ， 电机驱动器参数 如下： 型号 D B （ L1 b D1(h 1 755 75 0 3 60 127 84 号 步距角 相数 电压(V) 相电流 (A) 保持转矩(NM) 起动频率 (步 /秒 ) 转动惯量(Kg) 重量 (752 24 3 600 动器型号 相数 细分数 相电流 工作电源 2、 5、 10、 20、 40 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 4 图 3：驱动器与电机连线示意图 驱动器有以下 特点 ： 恒流控制，极低的电源损耗，极高的开关效率，驱动电流和细分数可由拨码开关设定，并具有半流锁定功能，脱机控制功能，所有输入信号与功率放大部分光电隔离 ,散热器外壳与驱动器内部完全电隔离。 动 轴的选型 根据步进电机的计算公式，我们得出电 机输出功率为： 据： M（ NM ） n (转 /分 )= P(W) 得： P(W)= 据： n （转 /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 得： n=300 (r/轴的传递转矩： 106 m 齿轮的圆周力： 12 齿轮的径向力： x=4 择轴的材料为 45钢，经调质处理 , 其机械性能由 表 查得： 650=360=300 155 60 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 5 据以上参数，根据我们设计要求 传递动力小，对轴材料的机械性能和淬火性能要求不高， 同时，碳钢比其他材料的刚更加廉价，对应力集中的敏感性较低，因此我们采用了比较常用的 45号钢材料。轴通过轴承来定位，通过轴承端盖来实现。 下面两个图中，图 3的左端是连接 联轴器 的部分，左端是连接 皮带轮 部分；图 4的连接皮带轮 的轴。 图 4： 传动 轴 1示意图 图 5： 传动 轴 2示意图 另外， 零件安装在轴上，要有准确的定位。各轴段长度的确定，应尽可能使结构紧凑。对于不允许轴向滑动的零件， 零件受力后不要改变其准确的位置，即定位要准确，固定要可靠。与轮毂相配装的轴段长度 , 一般应略小于轮毂宽 23轴向滑动的零件 , 轴上应留出相应的滑移距离。轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 6 轴器的选型 常用联轴器大多已标准化或规格化，一般情况下只需正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。 我们 采用刚性 的 凸缘 联轴器 ， 凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与 电机和 轴联接，然后用螺栓把两个半联轴器联成一体 以传递运动和转矩。 联轴器用灰铸铁制造而成，线速度小于30m/s。 对于已标准化和系列化的联轴器，选定合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。联轴器的计算转矩 如下 ： T=K 9550 m 式中： 作情况系数 ，查表得： K= T= m； =； r/m ,n=300 r/据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸 ，具体如下： 单位： 号 L D D(M 许用转速 n 公称扭矩 m 32 71 53 14 8 8100 r/0 N m 6：凸缘联轴器 优点：凸缘联轴器构造简单、成本低、可传递较大的转矩， 由于步进电机 转速低、无冲击 且联轴器 的刚性打、两周对中性较好 ，故选此联轴器。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 7 轴承的选型 轴承为标准间，所以不需要做过多的考虑。 因轴承 同时受有径向力 的 作用 ，也是基于本设计机构对轴承的要求不高， 故选用 深沟球 轴承 。 深沟球轴承由一个外圈，一个内圈、一组钢球和一组保持架构成，类型代号为 6。 图 7：深沟球轴承示意图 滚动轴承的当量动载荷 P=由于前面轴的计算中， 查表得： X=1 Y=0 故： P= 图 8： 轴承疲劳曲线 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 8 图 9：深沟球轴承 特点：深沟球轴承的摩擦系数很小，极限转速也很高， 特别是在轴向载荷很大的高速运转工况下，深沟球轴承比推力球轴承更有优越性。 深沟球轴承结构简单，与别的类型相比易于达到较高的制造精度， 制造成本也较低，非常耐用，无需经常维 护。 另外，轴承座由于也是标准间，在此就不作过多介绍，其型号与尺寸只要能与轴承对应，即可。 同步带 和带轮 的选型 （ 1）设计功率： A 式中： 载荷系数，查表得： 1 （ 2）根据设计功率，我们选择了 480H 型 橡胶 同步带，其节距 （ 3） 根据带轮的转速 n=0.9 m/s 我们将带轮的齿数， Z 定为 d=1步带的 带长由 下式计算： a +2 )( 12 +180 )( 12 (3) 式中： 距，为方便计算，我们先取： a=500 大小圆节圆直径，因为大小圆相同，故相等； 1 轮的齿数，这里，我 们取： 18 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 9 =( 12 ) 所以： a+2 )( 12 =取标准带长： 219.2 故带 的齿数： 6 （ 4） 根据 M=82 a M+ 2122 )(81b 得： M=82 =342.9 的中心距： a M+ 2122 )(81b =2M=685.8 10：同步带示意图 同步带的其他参数表： 带宽/厚hs/准宽度 用工作压力 齿高ht/根厚/半角 A/ 0 （ 5） 根据带的数据及型号 我们采用了 18H 型带轮，其尺寸数据如下图： 数 带轮齿数 Z 节 距 齿高齿顶厚齿根圆角半径 两倍节跟距 2 轮宽 节径 外径 4 18 0 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 10 图 11：带轮示意图 图 12：带轮 结构 示意图 图 13：带轮 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 11 带轮平行度与锥度：带轮齿应与周孔的轴线平行，其公差 毫米轮宽的最大锥度为 由于同步带带轮 的转速很低，运行很慢，故普通的同步带及带轮即可满足要求，无需校核其工作能力。 另外，由于同步带下面的装紧轮固定在台面上，起着一定支撑同步带的作用，没有其他技术要求，故在此不作说明，选择上只选择普通类型的装紧轮即可。 设计数据计算 （ 1） 装紧轮与带的摩擦力计算： 我们预计：喷头装置质量 m=300g 水流质量 m=100g 查机械手册得知 橡胶皮带与装紧轮摩擦因素 =水的冲力 5 N 实际冲力 故摩擦力 F= (（ 10+15） = （ 2） 齿轮的径向力： x=4 （ 3）齿轮的圆周力： 12 （ 4）力矩的校核： 同步带带轮上产生的力偶矩 （ F+ d/2 = m 据前面计算得知：步进电机扭矩 106 m 根据 m 1 N m 故步进电机能够带动同步带正常运转，本设计机构能够满足设计要求。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 12 第四章 总 结 紧张而又辛苦的 八 周毕业设计结束了。毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。 “千里之行始于足下 ”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 通过这次毕 业设计我们深刻的体会到：做设计是苦活但要细心；实践动手做比空想强；三个臭皮匠比上一个诸葛亮，合作精神是强大的；老师是很好的资源，要向他挖掘。面对一堆堆的参数，我们需要逐一去查找，核对，算公式，从这本书上找出 动量载荷 、 尺寸数据 ，那本书又要找 输出功率、扭矩计算公式。 因为很多地方都没有经验，不会选取参数，如此重复，时间用了不少。不知道多少次因为一个数据出错了，而全盘皆输，又要从新做过。所以我 深刻的 认识到：做毕业设计是件劳力与智力结合的事，一点粗心都会导致前攻尽废，细心方能使万年船。 书是前人正确经验的总结，我们做 毕业设计是离不开工具书的。它可以给我们很多有用的知识，帮我们解决一些难题。 接到设计任务之后，我们去找了很多书，在电机和传动带上作了很多比较，觉得每个都合适，因为设计的要求都不是很高，只要达到效果即可。 因此， 对别人的经验，自己要从实际出发，多点 思考 ，把前人的知识经验变成自己的力量。摸着石头过河是我们初学者必须要的精神，只有自己 思考 了，错误的会改正，正确的继续发扬，这样才符合毕业设计的要求。 老师是一本活书是最好利用的资源，我们要不断在他身上进行开采，获取自己宝贵的知识。无论在 方案的设计，还是在 做设计 零部件 筛选 及计算过程中遇 上的种种问题 ， 我们自己不能解决都需要老师的帮助。老师具备专业的知识和过硬的 实践经验 ，是我们在机械 设计 制造业中航行的指明灯，老师不会什么都帮我们亲手的去做好，他主要做的工作是引指引我们，启发我们。以他的话说就是：授之以鱼不如授之以渔。 毕业设计做完了，画上一个完美的句号，也尝到成功的味道，但漫漫的人生路还需继续努力。面对日趋 严峻 的就业形势，我们相信只要学好知识技术，以一种刻苦勤劳的精神对待工作，我们定会活出不平凡的人生。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 - * 13 参 考 文 献 1. 上海煤矿机械研究所编 同步带传动 手册 上 海人民出版社 . 东南大学 郑文纬、吴克坚 机械原理 高等教育 出版社 . 成大先 机械设计手册（第三卷） 北京 :化学工业出版社 . 成大先 机械设计手册 （第五卷） 机械工业出版社 .