苹果采摘末端执行器设计开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

在广大的乡村,农业生产广泛采取多种经营,经济作物特别是水果的大量生产和投放市场,丰富了人民的膳食品种,提高了人民的生活质量。在水果的生产作业中,收获采摘是整个生产过程中最耗时最费力的一个环节。水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50%~70%。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售、从而影响市场价格和经济效益,水果收获具有很强的时效性,属于典型的劳动密集型的工作。但是由于采摘作业环境和操作的复杂性,水果采摘的自动化程度仍然很低,目前国内水果的采摘作业基本上还是手工完成。在很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,劳动力不仅成本高,而且还越来越不容易得到,而人工收获水果所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例竟高达33%~50%,高枝水果的采摘还带有一定的危险性。因此实现水果收获的的机械化便捷化变得越来越迫切,发展机械化的收获技术,研究开发辅助人工采摘机械装置具有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

①国外研究现状

[1]荷兰农业部的专家研制了一种温室黄瓜采摘机器人。黄瓜采摘机器人工作时首先通过CCD摄像头确定黄瓜位置,然后驱动末端执行器到达指定位置执行抓取任务,末端执行器由手指和切割装置构成,采用气缸驱动的机诫手作为抓持部分,运用电极切割法对茎秆进行分离。[2]美国俄亥俄州大学研制了一款带吸盘的四指番茄采摘末端执行器,末端执行器通过气泵驱动,吸盘本身就具有吸附各种形状物体的能力,加上四个手指用于稳定夹持番茄。[3] [4]美国佛罗里达大学开发的柑橘采摘机器人末端执行器,末端执行器内设有光源、摄像机和超声波传感器。当摄像机检测到果实后,末端执行器移向果实,超声波传感器检测出距离,旋转切刀旋转切断果梗,果实在重力作用下落入回收箱。[5]日本北海道大学开发的苹果采摘机器人,其末端执行器是由一对平行手指组成的。末端执行器上面安装有CCD摄像头和激光位置传感器,先利用摄像头对苹果进行定位,再用激光传感器确定苹果是否位于末端执行器内部,最后利用直流电机驱动手指拧断果梗,完成苹果的采摘。[6]日本京都大学设计了一种番茄采摘机器人,利用直流电机带动螺线管驱动末端执行器进行抓取,通过视觉传感器和碰撞传感器对番茄进行定位,然后执行抓取动作,并对番茄的主茎直径,果实直径,花梗长度等结构参数进行测量,作为番茄图像识别的重要指标,以提高番茄图像识别的成功率。[7]日本神奈川技术大学开发的番茄采摘机器人末端执行器,该末端执行器前端为剪刀并带有限位开关,当果梗进入剪刀口触碰到限位开关时,直流电机驱动连杆机构带动剪刀运动剪断果梗,果实直接落入果箱或直接落地。[8]日本蔬菜茶叶研究所开发的茄子采摘机器人末端执行器,该末端执行器由剪刀、机械手指、彩色摄像机、超声波传感器等组成,夹持机构为机械手指。采摘时,摄像机全局检测推断果实位置,机械臂向果实方向前进,机械臂移动到离果实160250 mm位置,再进行局部检测,推进机械臂并用超声波传感器检测到果实位置,使摄像机靠近果实基部,果梗进入剪刀、机械指内,机械指夹住果梗,剪刀将其剪断。[9] [10]日本Naoshi kondo开发的草莓采摘机器人及其末端执行器,吸盘通过送风机产生吸力,将果实吸入末端执行器,三个光电阻断器检测果实是否被引进,果实被引进后吸盘旋转,将果梗送至切刀位置切断。采摘下的果实在送风机作用下通过管道,落入果盘。当果实位于吸盘的中心轴上时,即使离吸盘前端有30mm远也能吸入。

②国内研究现状

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容

设计一个夹剪一体的苹果采摘机器人末端执行器,完成对苹果的夹持和剪枝动作,要求末端执行器具有良好的夹持负重能力,同时不能损坏苹果。具体包括以下内容:

1.确定苹果采摘机器人末端执行器设计方案,

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4. 研究创新点

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