采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其三維建模研究

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1、Page,*,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(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,Page,*,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其三維,建模研究,東北電力大學(xué),2018,級(jí)本科畢業(yè)答辯,答辯人：機(jī)械工程學(xué)院,緒論,采摘機(jī)械手探究現(xiàn)狀,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采摘機(jī)械手三維模型,采摘機(jī)械手視覺系統(tǒng),東北電力大學(xué),2018,級(jí)本科畢業(yè)答辯,5,4,3,2,1,

2、總結(jié),6,2,緒論,我國(guó)蘋果產(chǎn)業(yè)特點(diǎn),悠久性,在我國(guó)，蘋果栽培有著悠久的歷史，是我國(guó)優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品之一，我國(guó)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(jì)，2014 年我國(guó)蘋果產(chǎn)量達(dá)到 4 092 萬(wàn) 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(shí)性,在蘋果生產(chǎn)作業(yè)中，采摘作業(yè)是最耗時(shí)、最費(fèi)力的環(huán)節(jié)，約占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程作業(yè)量的40%，其費(fèi)用占成本的 50%70%。,緒論,我國(guó)蘋果采摘方法,替代人工采摘，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)較復(fù)雜，不能適應(yīng)多變的環(huán)境,機(jī)械結(jié)構(gòu)占用體積大，結(jié)構(gòu)不簡(jiǎn)便,多處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，尚未廣泛應(yīng)用,人工作業(yè)強(qiáng)度較大,借助梯子登高或蹲下進(jìn)行采摘具有危險(xiǎn)性,

3、采摘過(guò)程費(fèi)時(shí)，費(fèi)力,發(fā)達(dá)國(guó)家采摘人力越來(lái)越少，人工成本越來(lái)越高,機(jī)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(shí)，最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致水果生產(chǎn)勞動(dòng)力成本增加，為降低成本，提高勞動(dòng)效率，將人們從這種危險(xiǎn)作業(yè)中脫離出去，研究蘋果采摘機(jī)械手具有重要的意義。,蘋果采摘機(jī)械手的研究意義,采摘機(jī)械手研究現(xiàn)狀,1,半自動(dòng)化,2,自動(dòng)化,1.,半自動(dòng)化機(jī)器人,1987,年開發(fā)出果實(shí)采摘機(jī)器人,需要人的協(xié)作,只能算是半自動(dòng)化的收獲機(jī)器人,效率較低。,2.,全自動(dòng)化,1988,年韓國(guó)研制成功蘋果采摘機(jī)器人,此機(jī)器人可以自,由在果園移動(dòng),專門采摘成熟的蘋果,對(duì)于樹冠外部蘋果的識(shí)別率達(dá),但依然存在誤

4、判率和果實(shí)損傷率有待于解決。,采摘機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r,采摘機(jī)械手研究現(xiàn)狀,按手臂,構(gòu)型,串聯(lián)型機(jī)械手,并聯(lián)型機(jī)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(dòng)方式,液壓驅(qū)動(dòng),氣動(dòng)驅(qū)動(dòng),電力驅(qū)動(dòng),按機(jī)構(gòu)分類,笛卡爾坐標(biāo)型,圓柱坐標(biāo)型,球坐標(biāo)系,關(guān)節(jié)坐標(biāo)系,采摘機(jī)械手分類,7,采摘機(jī)械手研究現(xiàn)狀,應(yīng)用,研究,研究方向,本課題主要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,控制較為容易的蘋果采摘機(jī)械手,替代危險(xiǎn)作業(yè)，提高采摘的效率,縮短了采摘時(shí)間,減小對(duì)果實(shí)的損害率。,現(xiàn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)笨重，占用園林體積大，識(shí)別復(fù)雜環(huán)境能力不強(qiáng),實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)構(gòu)輕便，造價(jià)較高，尚未廣泛應(yīng)用,8,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),功能

5、,末端執(zhí)行器安裝在機(jī)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(jī)械手果實(shí)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(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(shí)吸盤牢固吸附果實(shí)外表面，減少旋轉(zhuǎn)扭斷時(shí)手指對(duì)果實(shí)造成的傷害，降低蘋果損傷率。,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),末端執(zhí)行器工作時(shí)動(dòng)力由主動(dòng)齒輪傳遞到從動(dòng)齒輪，從動(dòng)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(dòng)作，實(shí)現(xiàn)蘋果的采摘和釋放。,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),功能,機(jī)械手的功能是將末端執(zhí)行器移動(dòng)到接近蘋果位置并調(diào)整方向使其容易接觸目標(biāo)，類似于人的

6、手臂,種類,機(jī)械手主要有笛卡爾坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型等,采摘機(jī)械手本體結(jié)構(gòu),采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采摘機(jī)械,手腕部由旋轉(zhuǎn)法蘭盤實(shí)現(xiàn)扭斷采摘?jiǎng)幼髌渌糠钟呻姍C(jī)電機(jī)支撐架，頂端端蓋和末端執(zhí)行器支架組成,采摘機(jī)械手腕部,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采摘機(jī)械手小臂由伸縮臂和小臂外殼組成。電動(dòng)推桿作為小臂伸縮的部件實(shí)現(xiàn)小臂的伸長(zhǎng)，伸出桿的末端通過(guò)螺絲連接法蘭盤與末端執(zhí)行器連接,采摘機(jī)械手小臂組件,采摘機(jī)械手大臂組件,機(jī)械手大臂主要起俯仰角度作用，配合伸縮小臂伸長(zhǎng)動(dòng)作，同時(shí)支撐末端執(zhí)行器。,采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),腰部主要由齒輪組傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)架和減速箱等部分組成

7、。工作時(shí)通過(guò)齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,采摘機(jī)械手腰部,采摘機(jī)械手三維模型,蘋果采摘機(jī)械手有5個(gè)自由度，末端執(zhí)行器，伸縮臂，傳動(dòng)大臂，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)等相互協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)成熟果實(shí)的識(shí)別，抓取，扭斷，判斷一系列的過(guò)程，滿足水果經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)。,采摘機(jī)械手整體結(jié)構(gòu),采摘機(jī)械手視覺系統(tǒng),視覺系統(tǒng)通過(guò)彩色CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)。,彩色,CCD,攝像機(jī),采摘機(jī)械手視覺系統(tǒng),視覺系統(tǒng)通過(guò)彩色CCD攝像機(jī)搜集自然條件下蘋果圖像，將成熟蘋果從復(fù)雜環(huán)境中分離出去，以避免過(guò)多障礙物的干擾，從而實(shí)現(xiàn)降低果實(shí)誤判率的要求。,背景實(shí)體分離技術(shù),結(jié)論,（,1,）本次課題對(duì)采摘機(jī)械手小臂，大臂，伸縮臂，腕部和腰部等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和三維建模。,（,2,）詳細(xì)對(duì)末端執(zhí)行器類型，結(jié)構(gòu)，自由度和手指數(shù)量等問題進(jìn)行研究和探討。,（,3,）最終確定選用彈性吸盤式二指末端執(zhí)行器，通過(guò)末端彈性吸盤吸附果實(shí)進(jìn)行扭斷，解決了蘋果采摘作業(yè)果實(shí)損傷率大的問題，有助于蘋果經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的工作和運(yùn)輸。,總結(jié),謝謝各位老師,請(qǐng)?zhí)岢鰧氋F意見！,