苹果采摘末端执行器的运动仿真及有限元分析开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

近年来,随着人们生活水平的逐步提高,水果在整个食品消费结构中的比例也不断增加,其中影响水果品质的关键因素就是水果采摘作业的质量,它直接影响后续的产品加工、储存和运输,从而最终关系到市场价格和经济效益,目前在农业生产中水果采摘主要以人工为主,这种采摘方式耗时费力,采摘过程中工人需要弯腰或者爬高,具有一定的危险性,因此如何减轻劳动强度和提高作业效率是亟待解决的问题。

随着科学技术的不断发展,水果采摘机器人逐渐替代人工是未来农业发展的趋势,其通过自主导航、机器视觉、图像处理、传感器和机器人控制等按照人们的意愿和要求不间断地工作,相比人工大大提高了采摘效率和减轻了劳动强度,因此研究商品化的水果采摘机器人极具有战略意义。

本课题主要的研究对象是苹果采摘机构的末端执行器,通过有限元分析软件ANSYS对执行器的机构进行仿真优化设计,提高执行器的工作性能。

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2. 国内外研究现状分析

1、国外研究现状: 1968年,美国学者首次提出应用机器人进行果蔬收获的思想[1],而在当时开发的收获机器人样机几乎都有人的参与,因此只能算是半自动化的收获机械[2]。

在水果采摘机器人中,末端执行器的设计是提高采摘质量的关键因素[3],1990年,T.A.Pool和R.C.Harrell设计了用于采摘柑橘的末端执行器,该末端执行器主要有旋转机构、定位摄像头、超声波检测机构组成。

通过实验后发现这种机器的采摘效率较高并且对果实的伤害较少[4]。

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3. 研究的基本内容与计划

1 对国内外农业机器人以及苹果采摘末端执行器的研究概况进行分析和总结,结合苹果本身特性和人工釆摘特点,对苹果采摘末端执行器进行总体结构设计。

2 利用三维建模软件UG,建立苹果采摘末端执行器的三维模型,然后用UG/Motion模块对末端执行器进行运动仿真分析,验证动作的可靠性,并根据仿真结果对设计中存在的问题进行修改和验证。

3 利用有限元分析软件ANSYS对末端执行器的关键零件进行受力分析以及强度校核,以达到研究目的以及满足使用要求,从而降低成本。

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4. 研究创新点

1、利用UG软件对末端执行器进行进行运动仿真,可以更加细致形象模拟运行情况,为进行试验打好基础。

2、利用有限元分析软件ANSYS对末端执行器的受力情况进行分析,通过分析模拟结果优化整体机构设计可以保证整体机器的可靠性和稳定性,提高采摘的成功率和工作效率。

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