1、毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化杨梅采摘机器人的移动平台设计一、选题的背景与意义1、选题的背景我国是一个农业大国，虽然农业人口众多，但随着工业化进程的不断加速，可预计农业劳动力将逐步向社会其它产业转移，实际上进人21世纪后，我们将面临着比世界任何国家都要严重的人口老化的问题，农业劳动力不足的问题将逐步变为现实1。因此对于农业机器人的研究就刻不容缓，目前国际上已研制开发了一系列的农业机器人，如耕耘机器人，收割机器人，施肥机器人，除草机器人，嫁接机器人，喷雾机器人，果实分拣机器人，采摘机器人等2，其中较为典型的是番茄采摘机器人34，黄瓜采摘机器人5，移栽机器人6，蘑菇采摘机器人7，苹果采摘机
2、器人5，西瓜收获机器人8。许多国家根据自己的情况开发出了各具特色的农业机器人，如澳大利亚的剪羊毛机器人，荷兰开发的挤奶机器人，法国的耕地机器人，日本和韩国的插秧机器人等6911。特别的，在水果，蔬菜等方面，这类农作物的种植面积和产量逐年提高。据统计，2002年中国果品种植面积893万H，产量6225万T，占世界果品产量的L3。蔬菜种植面积1523万H，产量424亿T，占世界蔬菜总产量的4O。在果实类的水果和蔬菜生产中，需要人工不定时的对果实进行成熟度判断和收获，并不时地移动梯子登高或弯腰。因此收获作业是一项劳动强度大、消耗时间长、具有一定危险性的作业12。与此同时，采摘作业质量的好坏还直接影响
3、到产品的后续加工和储存。如何以低成本获得高品质的产品是水果生产环节中必须重视和考虑的问题由于采摘作业的复杂性。采摘自动化程度仍然很低。目前国内水果采摘作业基本上都是手工进行随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高，这样会大大降低产品的市场竞争力13。所以研究开发适合目前生产实际的果蔬果实收获机器人不仅可以在很大程度上减轻劳动强度、提高生产效率，而且具有广阔的市场应用前景。2、选题的意义一个完整的移动采摘机器人是由许多子系统组成的，如图1所示2。图1移动采摘机器人的系统组成可以看出，移动机构是采摘机器人运动的基础。当前，农业移动机器人大体分为两类一是在大面积农田或山林的室外型，
4、一类是在大棚温室或设施内作业的室内型。不论哪一类，绝大多数都需要移动作业。由于采摘对象的复杂性和环境的非结构化，移动机器人的平台设计也呈现出多样性。移动机器人按照行走机构一般可分为车轮式、履带式、轮履带式和步行结构4种。然而上述各种移动平台结构都有各自的优缺点，要根据采摘对象的特殊性来综合设计一种最适合这个对象的移动平台。针对杨梅种植的环境及各方面因素，研制和开发一个简单，紧凑，轻巧，灵活，承载能力好的移动平台是非常必要的。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1根据杨梅种植的环境，设计出能适应此环境下的移动平台的型式，移动平台在移动过程中需具备一定的越障能力，防震能力。2根据杨梅树的高度可知，
5、其平台需承载一定重量的机械臂等设备，因此平台需具有较好的承载能力。3在杨梅采摘过程中，平台上的设备开始工作时，移动平台需保持稳定，不能晃动及侧翻。4移动平台整体结构要尽量简单，紧凑，移动速度需设计适当，便于操作人员掌控，易于普及。三、研究的方法与技术路线1、本课题研究的方法（1）查找并收集大量文献资料，研究现阶段国内外已设计开发的移动平台，分析每种移动平台的优缺点，取其优点去其缺陷，并综合考虑杨梅采摘环境，设计出适合杨梅采摘机器人的移动平台。（2）制造样机，多次试验，对试验结果比对、分析，进一步改善方案。2、本课题研究的技术路线鉴于研究的基本内容中所提出的移动平台所需满足的要求，给出以下针对性
6、的技术路线（1）杨梅树一般种植在山林中，山地高低不平，坎坷崎岖。而且每棵杨梅树的种植距离较远。因此适用于杨梅采摘机器人的移动平台就应满足一定的越障能力，移动速度要较快，这样才能为果农节约时间。所以，综合分析轮式移动平台，履带式移动平台，步行式移动平台可得，轮式移动平台更能满足这一要求，采用两轮呈对称布置的轮式结构。（2）由于杨梅树高一般3米以上，杨梅采摘机器人的移动平台上就需承载相当重量的设备,包括机械伸缩臂，剪切手等。因此，移动平台应具备很好的承载能力，而轮式移动平台恰好具备这一优点，其承载能力远大于履带式和步行式移动平台。（3）当移动平台运动到合适位置时，其上的设备开始工作，机械臂伸长，这
7、一动作可能使平台发生晃动甚至侧翻，严重影响采摘精度和效率。因此在轮式移动平台上装上支撑杆，关于轮轴对称分布，两边各两根总共四根，垂直轮轴。在采摘机器人不工作时可以收起，以免占用空间。机器人的运动采用人机协作的方式，电机驱动两轮，方向由果农掌控，其中一侧的支撑杆展开，果农双手握此支撑杆用来掌握方向。（4）为了防止轮式移动平台在承载时车轮陷了泥中影响移动速度，应适当增加轮子宽度，一般为58MM。为了适应山地的高低不平，车轮的直径应适当选取，一般定为400MM左右。四、研究的总体安排与进度阶段一201011151231完成文献综述和文献翻译，撰写开题报告，准备开题答辩；阶段二201101010116
8、结合开题答辩情况，修改并确定总体设计技术方案；阶段三201102280320毕业设计详细方案设计、计算与分析，准备中期检查；阶段四201103210417数据计算，绘图，撰写设计说明书；阶段五201104180430修改设计说明书，定稿，答辩；五、主要参考文献1张立彬，计时鸣，胥芳，等农业机器人的主要应用领域和关键技术J浙江工业大学学报，2002，30136372闫树兵，姬长英农业机器人移动平台的研究现状与发展趋势J拖拉机与农用运输车,2007,34513153KONDON，MONTAMBASICSTUDYONCHRYSANTHEMUMCUTTINGSTICKINGROBOTAINPROCEE
9、DINGSOFTHEINTERNATIONALSYMPOSIUMONAGRICULTURALMECHANIZATIONANDAUTOMATIONC，1997，193984KONDON，MONTAM，OGAWAYCUTTINGPROVIDINGSYSTEMANDVISIONALGORITHMFORROBOTICCHRYSANTHEMUMCUTTINGSTICKINGSYSTEMAINPROCEEDINGSOFTHEINTERNATIONALWORKSHOPONROBOTICSANDAUTOMATEDMACHINERYFORBIOPRODUCTIONSC，1997，7125KONDON，TINGK
10、CROBOTICSFORBIOPRODUCTIONSYSTEMSMASAEPUBLISHER，19986李忠东农业机器人种种J当代高新技术，1995，513157REEDJN，MILESSJ，BUTLERJ，ETA1AUTOMATICMUSHROOMHARVESTERDEVELOPMENTJJAGRICENGNGRES，2001，78115238IIDAM，FURUBEK，NAMIKAWAK，ETA1DEVELOPMENTOFWATERMELONHARVESTINGGRIPPERJJJAPANSOCAGRICMACH，1996。58319269SARIGYROBOTICSOFFRUITHARV
11、ESTINGASTATEOFTHEARTREVIEWJJOURNALOFAGRICULTURALENGINEERINGRESOURCES，1993，5426528010GUNTHERWEISE，YOSHISADANAGASAKA，KANTANIWAKIANINVESTIGATIONOFTHETURNINGBEHAVIOUROFANAUTONOMOUSRICETRANSPLANTERJJAGRICENGRES，2000，77223323711RYUKH，KIMG，HANJSDEVELOPMENTOFAROBOTICTRANSPLANTERFORBEDDINGPLANTSJJAGRICENGRES，2001，78214114612徐丽明，张铁中果蔬果实收获机器人的研究现状及关键问题和对策J农业工程学报,2004,205384113方建军移动式采摘机器人研究现状与进J农业工程学报，2004，202273274
