多功能农业机械手结构设计（含三维SW及仿真）

多功能农业机械手结构设计（含三维SW及仿真）,多功能,农业,机械手,结构设计,三维,SW,仿真 附件5 本科生毕业设计（论文）开题报告 学 院 智能工程学院 年 级 2020级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日　 广西城市职业大学本科生毕业设计（论文）开题报告 学院（全称）： 专业（全称）： 机械设计制造及其自动化 姓名 学号 年级 2020级 班级 2班 设计（论文） 题目 多功能农业机械手机械结构设计 指导教师姓名 职称 未定职 拟完成时间 　　年　月　 日 论文（设计）类别 þ项目设计制作类　　 囗项目设计策划类 囗实践操作类　 囗课堂教学与设计类　　囗学位论文类　 命题来源 þ教师命题 囗学生自拟 囗教师科研课题 是否在实验实训、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成 囗是 þ否 一、选题依据及意义（不少于300字） 在农业生产中果蔬采摘作业是果蔬生产链中最耗时,最费力的一个环节,果蔬收获期间需投入的劳力约占整个种植过程所用劳力的50%-70%。随着社会经济的发展和人口老龄化,很多国家农业劳动力严重短缺,导致果蔬生产劳动力成本增加,为降成本,提高劳动效率,果实采摘的自动化成为待解决的问题（图1-1采摘机器人）。近年来,随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用,机械手的研制和生产已成为高科技技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术。它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 图1-1 苹果采摘机器人 目前,机械手虽然还不如人手那样灵活,但它具有可不断重复工作、能在条件比较恶劣的环境下工作、载重量大、定位精确等特点,因此受到了农业部门的重视。它可以在恶劣的环境中收割作物,提高收割精度和产量,使机械手在农业方面越来越广泛地得到了应用。鉴于此，我们以多功能农业机械手设计为课题进行了多功能农业机械手的相关结构设计改进。为后续设计该多功能农业机械手提供可靠的数据依据。 二、研究目的与主要内容（含设计（论文）提纲，不少于500字） 本次多功能农业机械手设计，我们以抓取番茄为目标。该装置由末端执行器、机械臂、及传感器组成。通过两指抓手对番茄茎进行抓取。该机械手通过夹取番茄茎对其进行采摘。该机器手在稳定工作的过程中摘取番茄的速度大约是6个每分钟。该机械手拥有丰富的自由度，非常适合农业作物中对番茄的采摘。由于果实位置及成熟度不同，所以我们将机械手抓取位置设置为根茎处，可极大程度避免对果实的损坏。 图2-1 多功能农业机械手原理图 多功能农业机械手手爪与机械手的整个装置是一体的,一个机械手系统只有一个手型,这种机械手只能抓取范围很小的一类东西。特别是对于现在农业生产中产品小批量、多品种的发展趋势,以往的这种机械手暴露出很多弊端。当作物变化时,企业不得不花费大量的资金来买新的机械手。买来的机械手可能用不了多久随着作物品种的更换,这些机械手就被废弃了,造成企业资金的严重浪费。 针对以往机械手适应性不强的弊端,为使其灵活适应不同的工作要求,在设计机械手的手部时,保证手的活动部位的活动原理不变,而手的根部和手指之间采用可拆卸的螺栓连接,也就是手爪部设计成大小、形状、材料不同的产品,分系列生产,以灵活适应工作要求的变化,实现一个机械手多用的目的。遇到特殊情况,可以自己设计爪部,并安装到机械手的根部。在农业收割中,当需要用机械手抓取的农作物表面质量要求较高、不能损害时,可以把机械手手部面积设计得较大些,增加作物的受力面积,在保证受力不变的情况下减小压强,这样,可使作物在夹紧过程中被抓物体的受力从开始到加紧有一个缓慢的过程,从而保护被抓物体的表面。 本论文主要研究内容是运用三维软件对多功能农业械手进行结构设计。在设计过程中，了解多功能农业械手的结构特征和三维软件的使用要领。其研究内容包括： （1）各部分功能分析与方案设计； （2）结构设计与三维造型； （3）传动部分设计与计算； （4）各个结构部件的可靠性； （5）能够实现的功能； 三、研究方法和手段 1、调查研究设计内容，进行理论分析。 2、通过查询图书资料以及相关文献、文档，了解的方案。 3、与指导老师及同学共同分析和探讨所要设计的内容含义等。 4、理论结合实际，对设计方案进行整体分析研究，得出结论。 5、绘制装配图与主要零件图。 6、写出毕业论文，仔细检查修改。 7、指导老师检查，错误的修改直到完成设计。 四、文献综述（在对选题涉及的研究领域的文献进行广泛阅读或调查的基础上，对该领域的研究现状、发展动态等内容进行综述，并提出自己的见解和研究思路。不少于700字） 近年来,农业生产正朝着规模化、多样化、精确化方向发展,农业劳动力的成本迅速上升,劳动力不足的现象日趋明显,多功能农业机械手技术越来越受到关注但是,由于采摘对象的复杂性和工作环境的非结构化, 目前国内的采摘自动化程度仍然很低,尤其是采摘机械手的关键部位--机械手,其结构复杂、控制繁琐等因素,造成工作效率低、生产成本较高,故不能在农业生产中得到普遍的适用.所以对采摘机械手的设计及控制研究对于今后农业生产具有深远意义。在日本、美国等发达国家,农业人口较少。随着农业生产向规模化、多样化、精确化的方向迈进,劳动力不足的现象越来越明显。许多作业项目如蔬菜、水果的挑选与采摘,蔬菜的嫁接等都是劳动力密集型的工作,再加上时令的要求,劳动力缺乏的问题很难解决。正是基于这种情况,这些发达国家大力进行农业生产机械手的研究,并取得了很好的成果。 国内在多功能农业机械手方面的研究始于20世纪90年代中期,相对于发达国家起步较晚,但是发展很快,很多院校、研究所都在进行多功能农业机械手和智能农业机械相关的研究。中国农业大学张铁中教授率先在我国开展了自动化嫁接技术的研究工作,先后成功开发了自动插接法、自动旋切贴合法嫁接技术,填补了我国自动化嫁接技术的空白,形成了具有我国自主知识产权的自动化嫁接技术。上海交通大学机械手研究所的曹其新等人进行了用于精确农业的智能农业机械的研究工作,已经完成了智能化联合收割机、蔬菜工厂化育苗播种流水线样机的研制,正在进行草莓挑选机械手、黄瓜采摘机械手的研究。浙江大学应义斌教授研究的水果自动分级机械手系统得到国家"863"计划的支持。吉林大学王荣本、于海业在90年代中期开始进行农用自动引导行走车的研究。南京农业大学姬长英、沈明霞等人,浙江工业大学青芳、张立斌等人,在进行多功能农业机械手的视觉研究。江苏大学纪良文、吴春笃进行了喷药机械手的研究,他们采用超声测距作为喷药机械手的辅助视觉系统"还有吉林工业大学与吉林农业研究所研制的锄草机械手",中国农业大学杨丽博士研制的组培苗分割移植机械手系统,江苏大学的陈树人、尹建军等在对西红柿的视觉研究亦取得很大的成果,还有周云山和李强等人研究的蘑菇来摘机械手也处于是国内领先水平,西北农林科技大学对苹果采摘机械手手臂控制进行了研究,东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机械手。 虽然在许多的农业作业已经实现了机械化，但仍有许多危险的、劳动强度大的和单调乏味的工作不适合人去做，需要一定的与人一样的智能去完成，要使农业持续下去，农村劳动力的匮乏势必导致劳动力成本的提高，急需大量的农业机械或者自动机械参与到农业生产中以实现农业生产机械化和自动化，也提高在生产加工速度，综上所述，可以看出，机械手的发展前景非常广阔，但其发展需要我们进一步推动，来提高现代化生产的效率，简化人工操作、降低运营成本、提高经济效益。 研究思路 五、参考文献目录（作者、书名或设计（论文）题目、出版社或刊号、出版年月或出版期号） [1] 方传青.尹丽娟.仿真设计(ADAMS)在农业机械手设计中的应用[J].农业装备与车辆工程, 2008(02):20-22. [2] 郑岳智.崔志鹏.采摘机械手在农业方面研究分析[J]. 现代园艺, 2016, 000(002):207. [3] 姚金.一种农业摘果机械手: CN208047328U[P]. 2018. [4] 黄浩乾.采摘机械手的设计及其控制研究[D]. 南京农业大学. [5] 陈树人.戈志勇.王新忠.基于MATLAB的番茄采摘机械手运动学仿真研究[C]// 中国农业机械学会学术年会.2006. [6] 黎波.辜松.初麒.等.叶菜椰糠培育种苗移植机械手设计与试验简[J].农业工程学报.2017. [7] 姬伟.程风仪.赵德安.等.基于改进人工势场的苹果采摘机械手机械手避障方法[J]. 农业机械学报, 2013, 44(011):253-259. [8] 张望岐.机械手花生谷物播种机:, CN2144914Y[P]. 1993. [9] 周小燕.农业机械手无碰运动规划技术的研究[D]. 浙江工业大学, 2009. [10] 赵东辉.农业机械手的设计与分析[J]. 农机化研究, 2010, 32(010):75-77,82. [11] 钏相艳.一种农业机械手:. [12] 王玉荣.刘云泉, 潘荣晴.农业果蔬采摘机械手机械手设计[J].电视技术. 2019. 043(015):73-75. [13] 龚智强.杨冲.周智文. 一种多功能果蔬采摘机械手: CN206686628U[P]. 2017. [14] 郭甜甜. 一种具有控制器的农业浇注机械手臂:, CN107309417A[P]. 2017. [15] 刘凡.杨光友.杨康.农业采摘机械手柔性机械手研究[J]. 中国农机化学报, 2019, 040(003):173-178. [16] 谢黎.基于3D的椰子采摘机械手设计[J]. 数码设计（上）, 2018, 000(009):111. [17] 常新.采摘机械手结构设计分析[J]. 科技尚品, 2016(4). [18] 李永强.黄瓜采摘机械手的定位与采摘研究[D]. 吉林大学. 六、工作进度安排（时间、内容、步骤） 2021.9.15－2021.9.28 选题，查阅资料，拟定大纲，填写开题报告 2021.9.27－2021.10.10撰写论文初稿并以班级为单位上交学院 2021.10.11－2021.10.22在指导老师指导下修改论文 2021.10.22－2021.10.28继续修改论文，并定稿打印，送交论文，等待答辩 七、预期成果 1、完成三维软件建模； 2、 完成二维图纸； 3、 完成的工程图绘制； 4、完成运动模拟； （以上内容在教师指导下由学生填写）　学生签名：　　 年　　月　　日 八、指导教师审核意见： 　　　　 　　 　　　　　　　　　　　 指导教师签名： 年　　月　　日 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 九、学院毕业设计（论文）领导小组审核意见： 　　　　　　　 领导小组签名： 年　　月　　日 说明：本表由学生填写，指导教师和学院签署意见，一式三份，分别存于教务处、学院、学生个人档案。