1、机械工程学院机械工程学院 20182018毕业设计答辩毕业设计答辩 一种水果采摘机械手设计 指导教师：指导教师：主要内容 1 我国作为世界上最大的水果产地，苹果作我国作为世界上最大的水果产地，苹果作为比较常见的水果之一，在国内的种植比较普为比较常见的水果之一，在国内的种植比较普遍，但是大多数的果农依然对苹果进行人工采遍，但是大多数的果农依然对苹果进行人工采摘，既费时又费力。摘，既费时又费力。1 机器人作为当下较火的一个研究课题，机器人作为当下较火的一个研究课题，采摘机器人的研究也是很有必要的，对于实采摘机器人的研究也是很有必要的，对于实现水果产业链自动化有着重要的影响。节省现水果产业链自动化有
2、着重要的影响。节省劳动力，提高采摘效率，推动水果产业的发劳动力，提高采摘效率，推动水果产业的发展。展。2 总的思路与方法总的思路与方法 通过查阅相关文献通过查阅相关文献，参考前参考前人所设计的采摘机械手与采摘机人所设计的采摘机械手与采摘机器人器人，结合果树的生长环境结合果树的生长环境，提提出自己的设计方案出自己的设计方案。设计结果要设计结果要求能够达到采摘的基本要求求能够达到采摘的基本要求，且且结构简单结构简单、操作方便操作方便、运行稳定运行稳定、价格经济实惠价格经济实惠。2 设计问题1 设计问题3 设计问题4 设计问题2 采摘机器人最重要的就是能够摘到目标果实，对目标果实的定位方式和采摘方式
3、是哪种？采摘机械手的作业范围能否覆盖果实整个生长范围？机械手采摘果实时是否会损伤果实和果树？采摘机器人的工作效率如何？采摘周期的长短和机械手的路径规划与结构设计密切相关。2 利用双目识别摄像机对目标果实进行识别。QUESTION 1 QUESTION 2 QUESTION 3 QUESTION 4 解决方案 通过图解法对采摘机械手的机械臂长度进行设计。利用传感器和反馈控制系统对末端执行器进行控制。对机械手的主要动作和动力装置进行设计以提高效率。3 通过调查和学习，首先确定了采摘机械手的总体自由度和基本的结构方案，采用5自由度的关节型机械手。一般的，要使机械手能够达到空间的任意位置，需要6个自由
4、度，而本设计中，为了简化结构，在满足要求的前提下，配合采摘机器人的行走机构，足以达到水果采摘的要求。采摘机器人结构简图 3 机械臂尺寸综合 通过对果树生长状况的分析，建立了如图的果树横截面与机械手工作空间模型，利用CAD进行图解，得到了满足工作空间要求的各机械臂基本长度。根据此长度设计各机械臂的尺寸。3 末端执行器设计 首先从机械手的末端执行器设计开始。在参考文献资料后选择了两爪抓取的方式，通过电机驱动齿轮并由齿轮传动实现两爪的对称动作。齿轮传动结构简单，损坏之后易于更换。爪由金属材料和橡胶配合设计，橡胶的功能主要是保护苹果，避免果皮与金属接触，还可以增加摩擦力，提高果实采摘成功率。3 末端机
5、械手结构 为保证能够灵活的抓取果实，在末端机械手部分分配了另外两个自由度，可以通过两个旋转实现多方位的抓取，还能通过旋转方式实现拧断采摘。此外，在爪中还加有电阻式应变片，用来测量并稳定抓取力的大小。3 伸缩杆设计 自动伸缩杆的设计能够让末端执行器通过直线直接运动到目标果实的附近，而不是只能弧线运动过去，提高了机械手的避障能力，增加了成功率。伸缩的范围为400mm。3 大臂和最低臂设计 根据图解尺寸设计出其余的关节长度，由于大臂过长，在设计上加了两杆和动力源辅助大臂，可减轻大臂电机的负载，增加电机和零件寿命。降低对零件的强度等的要求。大臂设计为中空结构，减轻零件本身的重量。3 目标识别系统设计
6、为使得机器人能够顺利地识别并采摘到果实，采用了双目识别摄像机来进行目标识别，计算出的三维坐标来控制机械手的同时，还控制整个采摘机器人的行走。3 机器人行走机构 简单设计了机器人的行走机构，采用四轮驱动，保证了车行走和采摘过程中的稳定性。设计了弹簧减震结构，增加了采摘机器人的越野能力。前轮实现转向，后轮驱动。3 各驱动电机型号 在设计完成后，根据设计情况，对每个动力源进行了选型，具体的选型数据如表。4 机械手的整个采摘流程图 4 该采摘机器人不仅能实现平稳的在果园中采摘苹果，对于其他如桃子，梨等果皮较硬的果实均可采摘，且作业范围广，能覆盖大多数果树的生长空间。采摘机器人整体设计图 5 本设计完全
7、能够实现采摘苹果的要求，双目识别系统能够精确的识别出目标的空间位置。CAD图解对机械臂的长度求解和末端执行器的两个自由度保证了机械手能够完全覆盖果实的生长范围。橡胶材料和力敏传感器以及反馈控制系统能双重保证采摘时机械手不会破坏果实。选择电机驱动且优化了机械臂的避障能力，能够很好地减小机械手的采摘周期，提高采摘效率。5 本设计的特点 1.利用伸缩杆提高避障能力。2.利用弹簧减震提高整个机构越野能力。3.大臂采用了双电机驱动四杆机构，降低了机构对零件的要求，延长了零件寿命。本设计的缺点 1.对于电源、控制箱、导线等附件并没有在三维图中体现。2.机械结构设计较粗糙，很多地方没有达到标准的产品设计要求。3.苹果采摘后收集到箱中这一步的机械结构没有体现，应有滑道等相应的设计使苹果无损伤进入箱中。THANK YOU 欢迎各位老师指导
