畢業(yè)答辯-采摘機械手結構設計及其三維建模研究

采摘機械手結構設計及其三維

建模研究東北電力大學2018級本科畢業(yè)答辯答辯人：機械工程學院緒論采摘機械手探究現(xiàn)狀采摘機械手結構設計采摘機械手三維模型采摘機械手視覺系統(tǒng)東北電力大學2018級本科畢業(yè)答辯54321總結6緒論我國蘋果產(chǎn)業(yè)特點悠久性在我國，蘋果栽培有著悠久的歷史，是我國優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品之一，我國蘋果生產(chǎn)在世界蘋果產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。多產(chǎn)性據(jù)統(tǒng)計，2014年我國蘋果產(chǎn)量達到4092萬噸，居世界首位，占世界蘋果栽培面積和產(chǎn)量的較大份額。耗時性在蘋果生產(chǎn)作業(yè)中，采摘作業(yè)是最耗時、最費力的環(huán)節(jié)，約占整個生產(chǎn)過程作業(yè)量的40%，其費用占成本的50%～70%。緒論我國蘋果采摘方法替代人工采摘，降低人工勞動強度設計較復雜，不能適應多變的環(huán)境機械結構占用體積大，結構不簡便多處于實驗室研制階段，尚未廣泛應用人工作業(yè)強度較大借助梯子登高或蹲下進行采摘具有危險性采摘過程費時，費力發(fā)達國家采摘人力越來越少，人工成本越來越高機械手采摘人工采摘緒論在蘋果生產(chǎn)中采摘作業(yè)是生產(chǎn)鏈中最耗時，最費力的一個環(huán)節(jié)，導致水果生產(chǎn)勞動力成本增加，為降低成本，提高勞動效率，將人們從這種危險作業(yè)中脫離出去，研究蘋果采摘機械手具有重要的意義。蘋果采摘機械手的研究意義采摘機械手研究現(xiàn)狀1半自動化2自動化1.半自動化機器人1987年開發(fā)出果實采摘機器人需要人的協(xié)作,只能算是半自動化的收獲機器人效率較低。2.全自動化1988年韓國研制成功蘋果采摘機器人,此機器人可以自由在果園移動,專門采摘成熟的蘋果,對于樹冠外部蘋果的識別率達,但依然存在誤判率和果實損傷率有待于解決。采摘機械手發(fā)展狀況采摘機械手研究現(xiàn)狀按手臂構型串聯(lián)型機械手并聯(lián)型機械手按采摘方式搖振采摘電極切割采摘吸盤式擰斷采摘剪斷式采摘按驅(qū)動方式液壓驅(qū)動氣動驅(qū)動電力驅(qū)動按機構分類笛卡爾坐標型圓柱坐標型球坐標系關節(jié)坐標系采摘機械手分類采摘機械手研究現(xiàn)狀應用研究研究方向本課題主要設計一種結構較為簡單,控制較為容易的蘋果采摘機械手,替代危險作業(yè)，提高采摘的效率,縮短了采摘時間,減小對果實的損害率?，F(xiàn)機械手機構笨重，占用園林體積大，識別復雜環(huán)境能力不強實驗室研究結構輕便，造價較高，尚未廣泛應用采摘機械手結構設計功能末端執(zhí)行器安裝在機械手的末端，功能類似于人手直接與蘋果接觸形式吸盤式，針式，噴嘴式，電極式選擇為解決采摘機械手果實損傷率較大的問題，綜合考慮選擇吸盤式切割式。末端執(zhí)行器選擇采摘機械手結構設計二指吸盤式扭斷末端執(zhí)行器的手指末端附有彈性吸盤，采摘時吸盤牢固吸附果實外表面，減少旋轉(zhuǎn)扭斷時手指對果實造成的傷害，降低蘋果損傷率。

采摘機械手結構設計末端執(zhí)行器工作時動力由主動齒輪傳遞到從動齒輪，從動齒輪與齒輪桿嚙合。齒輪桿和滑桿共同完成手指的張開與閉合動作，實現(xiàn)蘋果的采摘和釋放。采摘機械手結構設計功能機械手的功能是將末端執(zhí)行器移動到接近蘋果位置并調(diào)整方向使其容易接觸目標，類似于人的手臂種類機械手主要有笛卡爾坐標型、圓柱坐標型、極坐標型、關節(jié)坐標型等采摘機械手本體結構采摘機械手結構設計采摘機械手腕部由旋轉(zhuǎn)法蘭盤實現(xiàn)扭斷采摘動作其它部分由電機電機支撐架，頂端端蓋和末端執(zhí)行器支架組成采摘機械手腕部采摘機械手結構設計采摘機械手小臂由伸縮臂和小臂外殼組成。電動推桿作為小臂伸縮的部件實現(xiàn)小臂的伸長，伸出桿的末端通過螺絲連接法蘭盤與末端執(zhí)行器連接采摘機械手小臂組件

采摘機械手大臂組件機械手大臂主要起俯仰角度作用，配合伸縮小臂伸長動作，同時支撐末端執(zhí)行器。采摘機械手結構設計采摘機械手結構設計腰部主要由齒輪組傳動軸、聯(lián)軸器、伺服驅(qū)動電機、機架和減速箱等部分組成。工作時通過齒輪嚙合實現(xiàn)腰部回轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)整個機械臂的回轉(zhuǎn)運動。

采摘機械手腰部采摘機械手三維模型蘋果采摘機械手有5個自由度，末端執(zhí)行器，伸縮臂，傳動大臂，動力傳動系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)等相互協(xié)調(diào)，最終實現(xiàn)成熟果實的識別，抓取，扭斷，判斷一系列的過程，滿足水果經(jīng)濟的自動化生產(chǎn)。采摘機械手整體結構采摘機械手視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)通過彩色CCD攝像機實現(xiàn)。彩色CCD攝像機采摘機械手視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)通過彩色CCD攝像機搜集自然條件下蘋果圖像，將成熟蘋果從復雜環(huán)境中分離出去，以避免過多障礙物的干擾，從而實現(xiàn)降低果實誤判率的要求。背景實體分離技術結論（1）本次課題對采摘機械手小臂，大臂，伸縮臂，腕部和腰部等結構進行設計和三維建模。（2）詳細對末端執(zhí)行器類型，結構，自由度和手指數(shù)量等問題