番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真開(kāi)題報(bào)告

附件4：XX設(shè)計(jì)（XX）開(kāi)題報(bào)告題目：番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真院系：專(zhuān)業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：導(dǎo)師：20XX年05月教務(wù)處制

XXX設(shè)計(jì)（XX）開(kāi)題報(bào)告1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。選題背景：進(jìn)入21世紀(jì)，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，世界各國(guó)均面臨人口老齡化問(wèn)題，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力逐漸向其他行業(yè)轉(zhuǎn)移，勞動(dòng)力不僅成本高而且還不容易得到。而果蔬采摘作業(yè)是果蔬生產(chǎn)中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其收獲又屬于勞動(dòng)密集型作業(yè)，果蔬收獲期間需投入的勞力約占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的50%-70%。而且在果蔬收獲作業(yè)過(guò)程中，人工收獲經(jīng)常需要彎腰或借助梯子登高。因此果蔬收獲作業(yè)不僅是一項(xiàng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、消耗時(shí)間長(zhǎng)，而且是具有一定危險(xiǎn)性的勞動(dòng)作業(yè)。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，人們也急需要從這種高強(qiáng)度高危險(xiǎn)性的勞動(dòng)中解脫出來(lái)。因此實(shí)現(xiàn)果蔬收獲的機(jī)械化變得越來(lái)越迫切，研究農(nóng)業(yè)果實(shí)采摘機(jī)器人具有重要的意義【1】。果蔬機(jī)械化收獲技術(shù)已有30多年的研究歷史，最早的收獲方式主要是機(jī)械振搖式和氣動(dòng)振搖式，其缺點(diǎn)是果實(shí)易損，效率不高，尤其無(wú)法進(jìn)行有選擇性的收獲〔月。隨著果樹(shù)栽培方式的改變，人們開(kāi)始用梯子、升降臺(tái)等設(shè)備輔助采摘水果，但勞動(dòng)密集型的特點(diǎn)依然存在。因此，應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行水果的自動(dòng)化采摘得到了快速的發(fā)展【2】。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：我國(guó)在農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人方面的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚。但不少院校、研究所都在進(jìn)行采摘機(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究。西北農(nóng)林科技大學(xué)對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)器人手臂控制進(jìn)行了研究【3】，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)茄子收獲機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃進(jìn)行了分析【4】，東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人【5】，浙江大學(xué)對(duì)番茄收獲機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析【6】此外，上海交通大學(xué)正在進(jìn)行黃瓜采摘機(jī)器人的研究，浙江大學(xué)和江蘇大學(xué)均對(duì)對(duì)番茄收獲機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)研究等【7】。在這之中，東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制的林木球果采摘機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)行了采摘試驗(yàn)。機(jī)器人由5自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成【8】。采摘時(shí)，機(jī)器人停在距離母樹(shù)3-5m處，操縱機(jī)械手回轉(zhuǎn)馬達(dá)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)果樹(shù)。然后，單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時(shí)柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開(kāi)并擺動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)要采集的樹(shù)枝，大小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使采摘爪沿著樹(shù)枝生長(zhǎng)方向趨近1.5-2m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動(dòng)采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。這種機(jī)器人效率是500kg/天，是人工的30-50倍。采摘時(shí)對(duì)母樹(shù)的破壞較小，采凈率高【9】。國(guó)外研究現(xiàn)狀：1968年，美國(guó)學(xué)者Schertz和Brown首次提出應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行果蔬的收獲的思想【10】。1987年，Sistler在回顧自動(dòng)化收獲領(lǐng)域的研究進(jìn)展時(shí)指出，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)的收獲機(jī)器人樣機(jī)幾乎都需要有人的參與，因此只能算是半自動(dòng)化的收獲機(jī)械【11】。目前，日本、荷蘭、法國(guó)、英國(guó)、意大利、美國(guó)、以色列、西班牙等國(guó)都展開(kāi)了果蔬收獲機(jī)器人方面的研究工作。涉及到的研究對(duì)象主要有甜橙、蘋(píng)果、西紅柿、櫻桃西紅柿、蘆筍、黃瓜、甜瓜、葡萄、甘藍(lán)、菊花、草惹、蘑菇等【12】。圖1.3日本的番茄采摘機(jī)器人Fig1.3TomatonickingrobotinJapan圖1.4美國(guó)的杳茄禾摘機(jī)器人Fig1.4TomatopickingrobotinAmerica[I]耿端陽(yáng)，張鐵中，羅輝，等.我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)分析[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)，2004,35(4:208210.[2]孫建設(shè).我國(guó)蘋(píng)果栽培模式的沿革與思考[[J].專(zhuān)家視點(diǎn)，2008,2:2224.[3]張志勇，何東健，張建鋒，黃鋁文，姬紅衛(wèi).蘋(píng)果采摘機(jī)器人手臂控制研究[[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,13(2):7882.[4]姚立健，一」一為民，陳玉侖，趙二琴.茄子收獲機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008,39(11):9498.[5]陸懷民，林木球果采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2001.32(6):5258.[6]陳飛，蔡健榮.柑橘收獲機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008,7:232235.[7]梁喜鳳，苗香雯，崔紹榮，等.番茄收獲機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化與仿真試驗(yàn)[[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2005,36[8」劉繼展，李萍萍，李智國(guó).僑茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的硬件設(shè)計(jì)[[Jl.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008,39(3):109I12.[9]趙金英，基于三維機(jī)器視覺(jué)的西紅柿采摘機(jī)器人技術(shù)研究[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，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]湯修映，張鐵中.果蔬收獲機(jī)器人研究綜述[[J].機(jī)器人，2005,27(1):91}95.2.本選題研究的主要內(nèi)容、擬采用的研究方法和手段課題研究的主要內(nèi)容有：1.研究設(shè)計(jì)題目，查閱番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真文獻(xiàn)，完成包括本課題的意義、國(guó)內(nèi)外狀況、研究?jī)?nèi)容、所采用的方法、手段以及步析和方案的擬定，選擇和設(shè)計(jì)。3.完成番茄采摘機(jī)械手的主驟等內(nèi)容的文獻(xiàn)搜集整理工作。2番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真的分要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選型及強(qiáng)度計(jì)算。4.完成番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。5.完成番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)圖紙。采用的研究方法和手段分別為：1.根據(jù)已知參數(shù)，擬定番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)每種方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。2.對(duì)各種方案進(jìn)行詳細(xì)論證，從中選擇最佳的組成方案。3.對(duì)番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的主要零件進(jìn)行選型及強(qiáng)度計(jì)算。4.繪制番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的總裝配圖，各主要構(gòu)件的零件圖。3.本選題的創(chuàng)新點(diǎn)、前期研究基礎(chǔ)本設(shè)計(jì)通過(guò)開(kāi)展對(duì)番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算工作，目的在于使學(xué)生熟悉番茄采摘機(jī)械手的工作原理，并系統(tǒng)地運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)擬定番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)的主要零件進(jìn)行選型和強(qiáng)度計(jì)算，處理了番茄采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，提高其對(duì)機(jī)械系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；另外，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生閱讀中外文科技文獻(xiàn)、查閱并利用文獻(xiàn)資料以及獨(dú)立撰寫(xiě)科技論文的能力。

4.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排1、第1-2周：查閱資料，收集相關(guān)信息，了解國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)；完成開(kāi)題報(bào)告。2、第3-5周：熟悉和學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，確定設(shè)計(jì)的整體方向。3、第6周：初步確定設(shè)計(jì)方案，在既定方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。4、第7周：撰寫(xiě)論文初稿，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。5、第8周：進(jìn)行中期檢查，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查報(bào)告。6、第9周：優(yōu)化和改