單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,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：,主要內(nèi)容,選題的背景及意義,課題研究的方案與問題,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,我國作為世界上最大的水果產(chǎn)地，蘋果作為比較常見的水果之一，在國內(nèi)的種植比較普遍，但是大多數(shù)的果農(nóng)依然對蘋果進(jìn)行人工采摘，既費(fèi)時又費(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)下較火的一個研究課題，采摘機(jī)器人的研究也是很有必要的，對于實(shí)現(xiàn)水果產(chǎn)業(yè)鏈自動化有著重要的影響。節(jié)省勞動力，提高采摘效率，推動水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。,2,課題研究的方案與問題,總的思路與方法,通過查閱相關(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)合果樹的生長環(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)簡單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、價格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。,2,課題研究的方案與問題,設(shè)計(jì)問題,1,設(shè)計(jì)問題,3,設(shè)計(jì)問題,4,設(shè)計(jì)問題,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)整個生長范圍？,機(jī)械手采摘果實(shí)時是否會損傷果實(shí)和果樹？,采摘機(jī)器人的工作效率如何？采摘周期的長短和機(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題,利用雙目識別攝像機(jī)對目標(biāo)果實(shí)進(jìn)行識別。,QUESTION,1,QUESTION,2,QUESTION,3,QUESTION,4,解決方案,通過圖解法對采摘機(jī)械手的機(jī)械臂長度進(jìn)行設(shè)計(jì)。,利用傳感器和反饋控制系統(tǒng)對末端執(zhí)行器進(jìn)行控制。,對機(jī)械手的主要動作和動力裝置進(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,個自由度，而本設(shè)計(jì)中，為了簡化結(jié)構(gòu)，在滿足要求的前提下，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)簡圖,3,課題研究的成果,機(jī)械臂尺寸綜合,通過對果樹生長狀況的分析，建立了如圖的果樹橫截面與機(jī)械手工作空間模型，利用,CAD,進(jìn)行圖解，得到了滿足工作空間要求的各機(jī)械臂基本長度。根據(jù)此長度設(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)開始。在參考文獻(xiàn)資料后選擇了兩爪抓取的方式，通過電機(jī)驅(qū)動齒輪并由齒輪傳動實(shí)現(xiàn)兩爪的對稱動作。齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡單，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自由度，可以通過兩個旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)多方位的抓取，還能通過旋轉(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，用來測量并穩(wěn)定抓取力的大小。,3,課題研究的成果,伸縮桿設(shè)計(jì),自動伸縮桿的設(shè)計(jì)能夠讓末端執(zhí)行器通過直線直接運(yùn)動到目標(biāo)果實(shí)的附近，而不是只能弧線運(yùn)動過去，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)長度，由于大臂過長，在設(shè)計(jì)上加了兩桿和動力源輔助大臂，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)識別系統(tǒng)設(shè)計(jì),為使得機(jī)器人能夠順利地識別并采摘到果實(shí)，采用了雙目識別攝像機(jī)來進(jìn)行目標(biāo)識別，計(jì)算出的三維坐標(biāo)來控制機(jī)械手的同時，還控制整個采摘機(jī)器人的行走。,3,課題研究的成果,機(jī)器人行走機(jī)構(gòu),簡單設(shè)計(jì)了機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，采用四輪驅(qū)動，保證了車行走和采摘過程中的穩(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。,3,課題研究的成果,各驅(qū)動電機(jī)型號,在設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)情況，對每個動力源進(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)的在果園中采摘蘋果，對于其他如桃子，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)果樹的生長空間。,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)采摘蘋果的要求，雙目識別系統(tǒng)能夠精確的識別出目標(biāo)的空間位置。,CAD,圖解對機(jī)械臂的長度求解和末端執(zhí)行器的兩個自由度保證了機(jī)械手能夠完全覆蓋果實(shí)的生長范圍。,橡膠材料和力敏傳感器以及反饋控制系統(tǒng)能雙重保證采摘時機(jī)械手不會破壞果實(shí)。,選擇電機(jī)驅(qū)動且優(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機(jī)構(gòu)越野能力。,3.,大臂采用了雙電機(jī)驅(qū)動四桿機(jī)構(gòu)，降低了機(jī)構(gòu)對零件的要求，延長了零件壽命。,本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn),1.,對于電源、控制箱、導(dǎo)線等附件并沒有在三維圖中體現(xiàn),。,2.,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較粗糙，很多地方?jīng)]有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,。,3.,蘋果采摘后收集到箱中這一步的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有體現(xiàn)，應(yīng)有滑道等相應(yīng)的設(shè)計(jì)使蘋果無損傷進(jìn)入箱中。,THANK YOU,歡迎各位老師指導(dǎo),