开题报告-简易桔子采摘装置结构设计

新余学院本科毕业设计(论文)开题报告学号学生姓名二级学院专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名及职称郭国谊（副教授）毕业设计(论文)题目简易桔子采摘装置结构设计开题报告内容1.研究背景和意义：橘子是我国最常见的水果之一，因其丰富的营养功效和极高的药用价值，广受人们的喜爱。在我国南部广泛种植。就目前调查，我国果园机械采摘的机械化程度普遍较低，其主要方法为两种形式：机械辅助半主动采收和机械全自动采收，全自动化机械操作复杂，体积庞大且成本十分的高昂，因此大多数的橘子是靠手工采摘，但效率低且成本高。针对量产水果采摘中存在的作业范围广、触碰力度控制要求高及需选择性采摘等问题，而现有的采摘装置结构复杂，体积庞大，操作困难，不易推广因此，为解决以上问题，需要一种橘子采摘机，能够有效降低操作难度和采摘劳动强度，提高采摘效率，并且结构简单，体积小，操作方便，随着时代的发展，国民生产总值的增长，我国的经济总量正在持续增长，而农业在人们的生活中扮演着重要的角色，它是人们生活的最基本保障，农业的发展也成了人们生活水平的一个重要标志。现代农业向着机械化的时代发展，机械正在逐渐代替人们原始的劳动工具和原始的劳动方法，而且现代农业正呈现着前所未有的发展潜力，机械化的农业时代具有效率高、安全、便捷的特点。在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作。高枝水果的采摘还带有一定的危险性。很多果农，他们用自己朴实的劳动为现代大城市的人们培育了大量的优质水果，但是一直以来在很多地方，人们还用着原始的人工采摘方法，现代的大型采摘机器又太过昂贵，人们在考虑自己的经济利益的同时不得不放弃机械采摘的高效率方法。鉴于大多数农民不能承受大量的经济压力，从而设计简易的水果采摘机，方便农民采摘水果，也提高了农民的工作效率。此次设计所完成的简易桔子采摘机构主要用于个体种植户。本产品在众多类似产品中，提供了一种选择。2.国内外研究动态：2.1国外研究动态：世界上对果类收获机械的研究始于上世纪40年代，以德国、日本、美国、加拿大等国为首都进行过林果机械化采收问题的研究，40年代初一种由人工操作的简单采摘器在法国被研制出。至上世纪70年代达到较普遍的发展。按果类收获方式果类收获机械可以分为机械化和半机械化两大类。典型的半机械化采收水果的设备为人工操作的摘果器。美国在60年代研究制作了液压升降平台车，开始为单工位车，70年代发展成为多工位车，它代替梯子将单个或多个工人运载到必要的工位，配合使用摘果工具采摘与手距离较远或由于太高不便采摘的果实以减少台车移动工位的次数，提高采摘效率。早期收获的作业平台是为了人们在采摘较高位置果实而开发的半自动化摘果台架。通过由拖拉机液压驱动的可升降及横向运动的机构，将人抬升到适宜的采摘位置进行人工采摘，采摘后的果实放入收集袋中或通过滑行管道滑入大果箱内。后来随着技术的不断成熟，摘果台架逐渐演变成为集人工采摘、果实输送、果实装箱等一体的林果收获作业平台。半机械化采收水果主要还是由人工劳作来实现水果的采摘运输，工效低，主要用于采收易损伤、要求完好率高的鲜食用水果和贮藏用水果。随着园艺学的发展，果树低矮化处理使得升降平台的使用逐渐减少，取而代之的是机械化程度越来越高的收获平台。2.2国内研究动态：中国从20世纪70年代开始研制果实采收机，当时研制出的是与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机。液压升降平台车是人工采果的辅助设备，其用途是将采果者升运到必要的工位。在拖拉机或自走式动力底盘上可装置单个或多个作业平台，人站在平台上通过液力系统操纵平台升降和左右摆动。多工位平台牢可向两侧伸展，沿树行移动时，一次可采收果树一侧任何部位的水果。有的将平台制成组合式，可深人到树冠里层或进人窄小树行中作业。20世纪90年代开始，市场的因素带动了果树种植的热潮，众多中小种植户的需求带动了简易采摘器的市场。其后气动剪枝机、辅助升降平台等机具相继进入了市场。国内气动剪著名厂商有台湾郁馨公司的ST360型气动剪。气动低枝剪。1992年，浙江金华农机所研究了由拖拉机操作的用于采摘水果的升降机，上升高度可达7m。2007年新疆机械研究院研制了我国第一台多功能果园作业机，即LG1型多功能果园作业机。这是一种集采摘、修剪、喷药、运输、动力发电等功能的自走式作业机。该作业机的研制成功标志着我国果园单一的采摘机械进。目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强。若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大．而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。但是我国许多地方的山村由于经济和地理环境的因素影响不能过使用这些可能价格高，机械程度复杂的智能化高的机械设备。3.设计研究方向以及解决问题：3.1设计方向：本设计主要针对水果中桔子的采摘机械设计，主要可以实现简单方便地采摘任务，而且要实现不同高度的水果采摘任务;对于不同大小的水果也要有不同的水果采摘口来适应不同大小水果的采摘，为保证水果鲜美和不被昆虫破坏，该采摘机还可以实现水果套袋；换上农药喷头的时候还可以实现高位水果喷洒农药的完成，实现多用途，提高农民的工作效率和现代农业的机械化程度。3.2设计设想：3.2.1现在环境存在的问题传统的作业还存在以下弊端：一是采摘过程中作业者的人身安全问题，即手工采摘时手臂易被树枝划伤或擦破，高处作业时，还可能会摔伤。二是对果树的损伤，即对树的枝叶芽的破坏。三是对水果质量的影响，单手采摘时容易出现脱蒂，易出现抽心果，还有就是高枝水果容易掉在地上造成内外伤，影响果品的外观，不利于保鲜储藏，从而最终造成降低经济收入。四橘子的采摘如果不将枝叶剪切那么果子将会不利于保存以及不利于来年结果影响影响收益。五果树较高果子落地易摔坏。民以食为天，中国是世界上最大的水果出产国，居全球13个产量超1000万吨的国家之最。目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强。若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大．而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。而世面上许多采摘机械智能化，机械化程度复杂无法有效有利的使用。3.2.2设计原理手持背负式水果采摘机按结构功能可分为采摘装置、收集装置、背负装置、伸缩装置、电机调速装置，收集装置固定安装在采摘装置下方，采摘装置安装在伸缩杆顶端，伸缩杆与腰带通过万向轴承连接，伸缩杆可实现无死角旋转。工作原理：开始采摘前，根据桔子树的品种、枝条的粗细来调节电机的转速，根据采摘者的体形来调节背带、腰带。采摘时，根据果实不同的位置，调节伸缩杆，通过拉杆快速调节采摘头的角度，用钩杆快速钩取果实的果梗，果梗顺着钩杆滑向锯片，直至被切断。完成果实的采摘后，果实脱落，掉入弹性布管，经由柔性伸缩布管缓冲、减速、导向，最终被输送到收集箱。结构简图如下图（1）橘子采摘机结构简图3.2.3功能和结构设计方案1采摘目前驱动方式主要有人力和电力驱动两种，采摘方式主要有剪切式和锯断式两种。背负式水果采摘机，采用人力驱动方式、剪切式采摘方式，结构简单、成本低，但人力驱动消耗人的体力，剪刀有回程，工作连续性较差，没有限位结构，易划伤果实。便携式摘果器，采用电力驱动方式、剪切式采摘方式，省力，结构较简单、成本较低，但没有限位结构，仍易划伤果实。便携式手持水果采摘机，采用电力驱动方式、锯断式采摘方式，结构较简单、成本低，有限位结构，但锯片较难接触到果梗，进行采摘动作。该设计采用电力驱动方式、锯断式采摘方式，并设计有钩杆。钩杆不仅具有导向限位作用，还可以从树枝中钩出果梗，便于切割。图(2)橘子采摘头简图2采摘头角度调节水果采摘时，一般需要保留适当长度的果梗，则采摘时应该尽量使采摘头与果梗垂直，一可便于切割采摘保留合适的果梗长度，二则便于观察。但是果实分布的高度不同，在采摘水果时，采摘头与果梗会形成一个夹角α，在低处采摘水果时，夹角α较大，能保证切割点高于果梗最长点，使得采摘后的果梗长度不过长，但是当采摘高处的水果时，夹角α过小，无法保持近似垂直状态，会使得切割点高于果梗最长点，使得采摘后的果梗长度过长。为此，本设计设有采摘头角度调节装置，调节采摘头角度，能同时满足高、低处水果采摘的要求。采摘头角度调节装置包括连杆、滑块、拉杆。其中，采摘头、连杆、滑块以及伸缩杆构成曲柄滑块机构，通过拉杆拉支滑块，实现采摘头的角度调节，使采摘质量更好。图（3）高，低处橘子采摘示意图3收集果实的采摘质量、采摘效率很大一部分取决于收集装置。手持式电动水果采摘机，在采摘装置下，设计一个收集筐，果实下落高度小，很好地保证了采摘质量，但收集一定量的果实后，会增加负重，从而影响采摘效率。利用长网兜将采摘好的果实输送至地面，有缓冲效果且效率高，但网兜易与树枝缠绕，树枝也可穿过网兜，划伤果实，不仅给采摘带来不便，也会影响采摘质量。为此，该设计的收集装置选用伸缩布管，其结构为用帆布包覆螺旋铁丝，从而形成通管，此伸缩布管重量轻、伸缩比大、缓冲性能好，使得采摘动作更灵活、采摘质量更高，能够实现采摘收集一体化。4背负长时间进行水果采摘作业，如果只靠手部工作，很容易造成手部的疲劳。为了减小手部的劳动量，设计了背负装置。背负装置采用背带和腰带相结合方式，并增设手柄，充分利用腰部和背部的力量，很大程度上减小手臂支撑的力量，从而达到了减轻使用者身体局部疲劳、便于长时间工作。5伸缩果实生长高度不一，低则略高于地面，高可达3m，较低位置的果实人工可轻松完成采摘动作，而高于2m，一般需要借其他工具。为此，该设计设有伸缩装置，既能采摘高处果实，又不影响低处果实的采摘。伸缩装置采用直径不等的薄壁不锈钢管，通过螺旋夹紧连接，螺旋固定套与外管固定连接，当压套往下旋时，使螺旋固定套夹紧内管，从而达到固定作用。6电机调速由于水果种类不同，以及水果枝条粗细不一，所需要的切割力矩或切割速度也不同，对于一台机器只有单种切割力矩或切割速度来说，采摘的是细枝条水果，切割力矩或切割速度过大，显然浪费电能，影响作业时间;而采摘粗枝条水果，切割力矩或切割速度过小，则无法完成切割。为此，该设计增加了电机调速装置，以实现电机调速功能。考虑到重量轻、性价比高因素，电机调速装置选用舵机调速仪和电调，共同调节控制电机转速。3.2.4设计中可能存在的问题：1.剪切动力越到较大枝丫可能不足2.机械设备总重量过重3.全方面防水措施是否会增加过高成本，是否可以重点区域防水4.如何才能符合人体构造学，让人可以长时间工作不会十分劳累5.是否可以全部用模块化零件降低成本6.机械臂长度多少合适，过长是否会加剧操作员的体能消耗和生产成本7.果子如果在密布的枝丫中如何才能让机械臂将剪刀头送达位置8.剪刀头可否换装，用于适应不同的大小橘子的品种9.可能无法准确定位果梗位置4.创新点：1.机械手具有一定的伸缩度，由柔性和灵巧性都比较好的机械手及末端执行器组成，能够在作业过程中躲避障碍物，。2.机器制造成本低，可以更好为农民服务。3．由于采摘机器操作过程简单．而且成本低，有利于更好地推广。4.机器本身重量轻，采摘操作使用方便，运输方便，拆卸方便，零件都是使用模块化零件让农民朋友在遇到问题时方便自己维修5.具备一定防水措施，可以做到小雨不下线，并且长时间露水侵染任然具有相当长的使用寿命。6.使用弹性布管确保果子不易损坏7.剪头可更换可以调整角度8.设置勾杆方便定位果梗5.现阶段已有的条件和设计工作方法：综合运用多学科的知识体系对机械进行研究，寻求多学科交叉融合创新的方向。分析社会现象如何满足社会关系的需要，对过往大量实践活动进行归纳分析，在经过不断的修正玩善，指导自己研究开展；通过查询文献获得资料，全面的、正确的掌握所要研究问题发展历史，研究进程和未来的趋势；综合运用4年的专业知识，依据现有的科学理论和实践需要上网收集资料，通过老师的指导和大家的讨论确定研究开展方向和设计。开题报告内容6.工作进展和计划1、2021年12月13日-12月17日，集中动员指导。下达任务书，明确撰写开题报告，毕业论文及过程管理手册基本要求，并对毕业论文写作的工作内容及流程以及对资料的收集与整理、分析的具体运用等作具体指导等。2、2021年12月18日至2022年1月10日，开题，收集原始资料，调研分析，撰写完成并上交毕业论文开题报告，指导教师审定，并开始填写毕业论文过程管理手册。3、2022年1月11日至2022年2月14日，设计制定、修改完善毕业设计原理方案，完成原理设计，并进行初步的设计计算，完成相关外文文献资料的阅读与翻译工作，同时开始初步撰写毕业论文。4、2022年2月15日至2022年3月31日，分阶段完成毕业设计总体设计，基本完成图纸绘制与工艺编写，并撰写完成毕业论文初稿，分次上交审核。5、2022年4月1日至2022年4月8日，配合老师进行毕业设计中期检查。6、2022年4月9日至2022年4月30日，根据总体设计、图纸工艺和论文初稿的修改意见，继续相关设计和整理资料工作，分阶段完善设计并最后定稿，并将设计图纸和毕业论文终稿上交审查，并进行论文查重工作，通过后按要求格式上交设计电子稿与纸质稿。7、2022年5月1日至2022年5月20日，完善资料，准备答辩PPT等材料，按学院安排准时到场参加行毕业论文评阅、答辩工作。8、2022年5月21日至2022年5月31日，配合老师进行毕业论文整理及归档工作。7.参考文献[1]机械工程手册[K]。北京：机械工业出版社，2003.[2]闻邦椿，机械设计手册（第5版）[K]北京：机械工业出版社，2010.[3]《机械设计实用手册》编委会机，械设计实用手册[M]。北京:机械工业出版社,2009.[4]方梁菲,周昕,张馨悦.新工科背景下学科竞赛和大创项目驱动的机械类专业实践教学创新模式探索[J].北京印刷学院学报,2020.[5]陈斌.食品加工机械与设备[M]．机械工业出版社，2002.226-267.[6]蒋迪清，唐伟强.食品通用机械与设备[M]．华南理工大学出版社，2003.44-68.[7]潘峰,肖乙科.机械类专业应用型本科实践教学改革分析与研究[J].设备管理与维修,2020.[8]王三民，诸文俊.机械原理与设计[M]．机械工业出版社，2000.332-354.[9]陆振曦，陆守道.食品机械原理与设计[M]．中国轻工业出版社，2001.42-54.[1