番茄采摘机械手结构设计及仿真开题报告

附件4：XX设计（XX）开题报告题目：番茄采摘机械手结构设计及仿真院系：专业：学号：姓名：导师：20XX年05月教务处制

XXX设计（XX）开题报告1.毕业设计（论文）选题背景、国内外研究现状及应用前景。选题背景：进入21世纪，随着工业的迅速发展，世界各国均面临人口老龄化问题，农业劳动力逐渐向其他行业转移，劳动力不仅成本高而且还不容易得到。而果蔬采摘作业是果蔬生产中最耗时、最费力的一个环节，其收获又属于劳动密集型作业，果蔬收获期间需投入的劳力约占整个生产过程的50%-70%。而且在果蔬收获作业过程中，人工收获经常需要弯腰或借助梯子登高。因此果蔬收获作业不仅是一项劳动强度大、消耗时间长，而且是具有一定危险性的劳动作业。随着人们生活质量的不断提高，人们也急需要从这种高强度高危险性的劳动中解脱出来。因此实现果蔬收获的机械化变得越来越迫切，研究农业果实采摘机器人具有重要的意义【1】。果蔬机械化收获技术已有30多年的研究历史，最早的收获方式主要是机械振摇式和气动振摇式，其缺点是果实易损，效率不高，尤其无法进行有选择性的收获〔月。随着果树栽培方式的改变，人们开始用梯子、升降台等设备辅助采摘水果，但劳动密集型的特点依然存在。因此，应用机器人进行水果的自动化采摘得到了快速的发展【2】。国内研究现状：我国在农业采摘机器人方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚。但不少院校、研究所都在进行采摘机器人和智能农业机械相关的研究。西北农林科技大学对苹果采摘机器人手臂控制进行了研究【3】，南京农业大学对茄子收获机器人机械臂避障路径规划进行了分析【4】，东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人【5】，浙江大学对番茄收获机械手进行了运动学分析【6】此外，上海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究，浙江大学和江苏大学均对对番茄收获机械手进行相应研究等【7】。在这之中，东北林业大学的陆怀民研制的林木球果采摘机器人已经进行了采摘试验。机器人由5自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成【8】。采摘时，机器人停在距离母树3-5m处，操纵机械手回转马达对准目标果树。然后，单片机控制系统控制机械手大、小臂同时柔性升起达到一定高度，采摘爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采摘爪沿着树枝生长方向趋近1.5-2m，然后采摘爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。这种机器人效率是500kg/天，是人工的30-50倍。采摘时对母树的破坏较小，采净率高【9】。国外研究现状：1968年，美国学者Schertz和Brown首次提出应用机器人进行果蔬的收获的思想【10】。1987年，Sistler在回顾自动化收获领域的研究进展时指出，当时开发的收获机器人样机几乎都需要有人的参与，因此只能算是半自动化的收获机械【11】。目前，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙等国都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作。涉及到的研究对象主要有甜橙、苹果、西红柿、樱桃西红柿、芦笋、黄瓜、甜瓜、葡萄、甘蓝、菊花、草惹、蘑菇等【12】。图1.3日本的番茄采摘机器人Fig1.3TomatonickingrobotinJapan图1.4美国的杳茄禾摘机器人Fig1.4TomatopickingrobotinAmerica[I]耿端阳，张铁中，罗辉，等.我国农业机械发展趋势分析[[J].农业机械学，2004,35(4:208210.[2]孙建设.我国苹果栽培模式的沿革与思考[[J].专家视点，2008,2:2224.[3]张志勇，何东健，张建锋，黄铝文，姬红卫.苹果采摘机器人手臂控制研究[[J].中国农业大学学报，2008,13(2):7882.[4]姚立健，一」一为民，陈玉仑，赵二琴.茄子收获机器人机械臂避障路径规划[[J].农业机械学报，2008,39(11):9498.[5]陆怀民，林木球果采摘机器人设计与试验[[J].农业机械学报，2001.32(6):5258.[6]陈飞，蔡健荣.柑橘收获机器人技术研究进展[[J].农机化研究，2008,7:232235.[7]梁喜凤，苗香雯，崔绍荣，等.番茄收获机械手运动学优化与仿真试验[[J].农业机械学报2005,36[8」刘继展，李萍萍，李智国.侨茄采摘机器人末端执行器的硬件设计[[Jl.农业机械学报，2008,39(3):109I12.[9]赵金英，基于三维机器视觉的西红柿采摘机器人技术研究[D].北京:中国农业大学，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]汤修映，张铁中.果蔬收获机器人研究综述[[J].机器人，2005,27(1):91}95.2.本选题研究的主要内容、拟采用的研究方法和手段课题研究的主要内容有：1.研究设计题目，查阅番茄采摘机械手结构设计及仿真文献，完成包括本课题的意义、国内外状况、研究内容、所采用的方法、手段以及步析和方案的拟定，选择和设计。3.完成番茄采摘机械手的主骤等内容的文献搜集整理工作。2番茄采摘机械手结构设计及仿真的分要零件的结构设计，选型及强度计算。4.完成番茄采摘机械手结构设计及仿真的毕业设计论文。5.完成番茄采摘机械手结构设计的设计图纸。采用的研究方法和手段分别为：1.根据已知参数，拟定番茄采摘机械手结构设计方案，并对每种方案进行详细说明。2.对各种方案进行详细论证，从中选择最佳的组成方案。3.对番茄采摘机械手结构的主要零件进行选型及强度计算。4.绘制番茄采摘机械手结构的总装配图，各主要构件的零件图。3.本选题的创新点、前期研究基础本设计通过开展对番茄采摘机械手结构设计与计算工作，目的在于使学生熟悉番茄采摘机械手的工作原理，并系统地运用所学过的知识拟定番茄采摘机械手结构方案，并对番茄采摘机械手结构的主要零件进行选型和强度计算，处理了番茄采摘机械手结构设计中的各种问题，提高其对机械系统分析和系统设计的能力；另外，通过毕业设计培养学生阅读中外文科技文献、查阅并利用文献资料以及独立撰写科技论文的能力。

4.毕业设计（论文）进度安排1、第1-2周：查阅资料，收集相关信息，了解国内外研究动态；完成开题报告。2、第3-5周：熟悉和学习机械设计的相关内容，确定设计的整体方向。3、第6周：初步确定设计方案，在既定方案的基础上进行研究设计。4、第7周：撰写论文初稿，进行相关数据处理。5、第8周：进行中期检查，完成毕业设计中期检查报告。6、第9周：优化和改