買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 學(xué)校代碼： 序 號： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目： 基于機器視覺的 精準(zhǔn)施藥 噴頭 移動 機構(gòu) 設(shè)計 學(xué) 院 ： 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 專 業(yè) ： 班 級 ： 指導(dǎo)教師 ： 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 摘 要 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的植保領(lǐng)域， 化學(xué)除草劑的使用方式普遍為粗放式的大面積噴灑，一方面容易造成人身傷害，另一方面因為噴藥時不是 精確對準(zhǔn)目標(biāo)物，往往也噴在了無目標(biāo)的土壤上。 由于 雜草在田間的分布是隨機的，不均勻的，而且具有簇生性。正是這種雜草分布的不連續(xù)性，為精確施藥技術(shù)的可行性提供了依據(jù)。本設(shè)計機構(gòu)利用步進電機易于啟動、停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好，同步帶的傳遞平穩(wěn)、準(zhǔn)確，傳遞效率高等優(yōu)點，通過他們作為機構(gòu)的主要部件，帶動施藥噴頭左右移動，從而達到對不規(guī)則生長的農(nóng)作物進行精準(zhǔn)施藥的目的。 本文的主要研究內(nèi)容如下 : 1、 移動機構(gòu) 的分析 2、 電機、聯(lián)軸器、軸的 選用 3、 同步帶 控制系統(tǒng) 關(guān)鍵詞 ： 精準(zhǔn)施藥 ， 同步帶 ， 噴頭，移動機構(gòu) 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 2 in of is to t to at a at so of is in of in is of a to of as a of on to of of as 1、 of 2、 to 3、 of ey 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 1 目 錄 摘 要 . . 第一章 緒 論 . 1 第二章 基于機器視覺的精準(zhǔn)施藥 噴頭 移動機構(gòu)原理說明 . 2 第三章 精準(zhǔn)施藥 噴頭 移動機構(gòu) 的 設(shè)計 與計算 . 3 進電機的選型 . 3 機驅(qū)動器 的選 型 . 3 動 軸的選型 . 4 軸器 的選 型 . 6 承的選型 . 7 步帶和 帶輪的選型 . 8 構(gòu) 設(shè)計數(shù)據(jù) 的 計算 . 11 第四章 總 結(jié) . 12 參 考 文 獻 . 13 致 謝 . 14 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 1 第一章 緒 論 長期以來，人們賴以生存的食物靠栽種植物和飼養(yǎng)動物等方法來提供，然而在栽種植物過程中，不可避免地要遇到防治病蟲害的問題。 對農(nóng)田作物病蟲害 防治一般來說有三種方法，一是利用自然天敵，自然界很多作物害蟲都有其天敵，合理地利用它的自然天敵可以有效地防止作物病蟲害的發(fā)生和蔓延，而且也減少了農(nóng)藥的使用 ;二是人工清除，用手或借助一些簡單機械設(shè)備來防治 ;三是用化學(xué)防治的方法，通過噴灑農(nóng)藥來消滅害蟲和細菌等。隨著時代的發(fā)展，人工防治的方法已逐漸被淘汰，化學(xué)防治成為目前控制病蟲危害的主要手段 ， 而防治效果的好壞，噴施技術(shù)十分重要。 目前， 我國噴施農(nóng)藥的方法是普遍采用植保機械， 80%左右的國產(chǎn)植保機械仍處于發(fā)達國家 20 世紀(jì) 50代的水平，尤其是 各種 手動噴霧器 存在嚴(yán)重的“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象，故障率高，性能落后，遠遠達不到科學(xué)使用農(nóng)藥的要求 。 一方面對人身傷害很大，遇到惡劣天氣人在作業(yè)時甚至容易中毒。另一方面噴藥時也不是精確對準(zhǔn)農(nóng)作物，往往也噴在土壤上，不僅浪費了農(nóng)藥，增加了作物的農(nóng)藥殘留量，而且噴在土壤中的農(nóng)藥易造成土壤酸化和地下水污染。隨著農(nóng)藥的大量使用，其殘留在農(nóng)作物和土壤中的農(nóng)藥對人身和環(huán)境的危害也與日俱增，這跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求精準(zhǔn)高效、綠色環(huán)保的要求是背道而馳的。因此，有必要研制一種基于機器視覺的高效可行的噴藥裝置，讓機器代替人在田間作業(yè)的同時能比較精準(zhǔn)地對 準(zhǔn)農(nóng)作物噴藥，以降低人的勞動強度，提高藥效和保護農(nóng)田環(huán)境。 同時 ， 國家 “ 十一五 ” 規(guī)劃中己將研究高效低污染的噴藥技術(shù)和植保裝備技術(shù)作為重大攻關(guān)項目，而且國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要也已把農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)和信息化列為重大課題。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展壯大和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從機械化、自動化逐步向智能化方向發(fā)展的趨勢下，智能化農(nóng)業(yè)機械必將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要裝備 。 為了減少成本和保護環(huán)境，人們開展了除草劑的精確噴藥技術(shù)的研究，希望替代傳統(tǒng)的大面積噴藥技術(shù)，以降低人的勞動強度，提高藥效和保護農(nóng)田環(huán)境。本 設(shè)計機構(gòu) 就是基于這一背景下著 手準(zhǔn)備的，研究基于機器視覺的作物 精準(zhǔn)施藥機構(gòu)設(shè)計 不僅對農(nóng)田作物噴藥自動化具有十分重要的意義，而且也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的重要組成部分和實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中變量技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 2 第二章 基于機器視覺的精準(zhǔn)施藥 噴頭 移動機構(gòu)原理說明 設(shè)計任務(wù) 要求設(shè)計一個能帶動噴頭左右移動的 移動 機構(gòu) 。 機構(gòu)要求移動平穩(wěn)而精確，這很大程度的限制了我們對零部件的選用。在老師及同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下，經(jīng)過反復(fù)求證，我們最終 制定了“ 通 過 步 進 電機帶動同步帶左右移動 ”的方案 ， 理由有兩點：一、 步進電機 的 位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，可以組成結(jié)構(gòu)具有一定 精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在更高精度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng) ，且 易于起動，停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好 。另外， 步進 電動機 的 步距角可在大范圍內(nèi)選擇 ； 二、同步帶傳動具有以下特點：（ 1）傳動準(zhǔn)確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；（ 2）傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低 ， 傳動效率達 比范圍可達 1:10，允許線速可達 50m/s； （ 3）傳動效率高，可達 能效果明顯；（ 4）維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低。這兩個主部件的特點促使了我們制定了這套方案。下面，我將對這套方案的原理進行簡要的說明。 步進電機帶動 通過連接軸連接的同步帶帶輪轉(zhuǎn)動， 施藥的噴頭固定在同步帶下帶的前內(nèi) 側(cè) （俯視圖為相切） 的帶上面， 考慮到帶的同步帶由于噴頭和藥水的重力，可能會彎曲，我在同步帶的正下面安裝了 5個裝緊輪，裝緊輪固定在臺面上。當(dāng)同步帶移動時，它們的輪會滾動，但其本身不動，從而一定量的減少了帶的彎曲，提高了效率。 當(dāng)噴頭需要向左移動時，電機發(fā)出一個脈沖信號，帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶帶動噴頭向左移動，當(dāng)噴頭需向右移動亦然， 行距之間的雜草進行施藥的目的。其中，用布 進 電機能夠更好地控制 施藥的精確度和同步帶移動的速度，不致于因 移動過快而精度降低的現(xiàn)象。通過步 進電機發(fā)出一個脈沖，同步帶移動一格， 噴頭隨之移動， 很好的結(jié)合了步 進 電機與同步帶兩機構(gòu)的優(yōu)點，從而達到預(yù)期目的。同時，步 進 電機與同步帶中間通過 帶輪、 兩個軸和一個聯(lián)軸器相連，降低了損耗，提高了效率 。 圖 1： 噴頭 移動機構(gòu)原理 示意圖 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 3 第三章 精準(zhǔn)施藥 噴頭 移動機構(gòu)的設(shè)計與計算 步進電機的選型： 根據(jù) 機構(gòu)原理中所介紹， 經(jīng)過老師的指導(dǎo)及自己的粗略演算，再對步進電機的查找。 我們 最終 采用了 75體如下： 表一： 步 進 電機型號和參數(shù)： 注： 1）以上數(shù)據(jù)為平均參考值，用戶可據(jù)此繪成矩頻特性曲線。 2）二相及四相電機在低頻段 1002 0步 /秒處有諧振區(qū) ,工作時避開此區(qū)為佳。 3) 當(dāng)電機的運行頻率超過二分之一空載起動頻率時，所用控制器應(yīng)具有升降頻功能。 4） 電機軸功率與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速及頻率間的關(guān)系 M（ NM ） n (轉(zhuǎn) /分 )= P(W) n （轉(zhuǎn) /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 圖 2：步進電機 電機驅(qū)動器的 選型 根據(jù)步進電機的型號，我們采用了 列二相混合式步進電機驅(qū)動器 ， 電機驅(qū)動器參數(shù) 如下： 型號 D B （ L1 b D1(h 1 755 75 0 3 60 127 84 號 步距角 相數(shù) 電壓(V) 相電流 (A) 保持轉(zhuǎn)矩(NM) 起動頻率 (步 /秒 ) 轉(zhuǎn)動慣量(Kg) 重量 (752 24 3 600 動器型號 相數(shù) 細分?jǐn)?shù) 相電流 工作電源 2、 5、 10、 20、 40 文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 4 圖 3：驅(qū)動器與電機連線示意圖 驅(qū)動器有以下 特點 ： 恒流控制，極低的電源損耗，極高的開關(guān)效率，驅(qū)動電流和細分?jǐn)?shù)可由撥碼開關(guān)設(shè)定，并具有半流鎖定功能，脫機控制功能，所有輸入信號與功率放大部分光電隔離 ,散熱器外殼與驅(qū)動器內(nèi)部完全電隔離。 動 軸的選型 根據(jù)步進電機的計算公式，我們得出電 機輸出功率為： 據(jù)： M（ NM ） n (轉(zhuǎn) /分 )= P(W) 得： P(W)= 據(jù)： n （轉(zhuǎn) /分） = 步矩角 f （步 /秒） / 6 得： n=300 (r/軸的傳遞轉(zhuǎn)矩： 106 m 齒輪的圓周力： 12 齒輪的徑向力： x=4 擇軸的材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 , 其機械性能由 表 查得： 650=360=300 155 60 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 5 據(jù)以上參數(shù)，根據(jù)我們設(shè)計要求 傳遞動力小，對軸材料的機械性能和淬火性能要求不高， 同時，碳鋼比其他材料的剛更加廉價，對應(yīng)力集中的敏感性較低，因此我們采用了比較常用的 45號鋼材料。軸通過軸承來定位，通過軸承端蓋來實現(xiàn)。 下面兩個圖中，圖 3的左端是連接 聯(lián)軸器 的部分，左端是連接 皮帶輪 部分；圖 4的連接皮帶輪 的軸。 圖 4： 傳動 軸 1示意圖 圖 5： 傳動 軸 2示意圖 另外， 零件安裝在軸上，要有準(zhǔn)確的定位。各軸段長度的確定，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。對于不允許軸向滑動的零件， 零件受力后不要改變其準(zhǔn)確的位置，即定位要準(zhǔn)確，固定要可靠。與輪轂相配裝的軸段長度 , 一般應(yīng)略小于輪轂寬 23軸向滑動的零件 , 軸上應(yīng)留出相應(yīng)的滑移距離。軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來保證的。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 6 軸器的選型 常用聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，一般情況下只需正確選擇聯(lián)軸器的類型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。 我們 采用剛性 的 凸緣 聯(lián)軸器 ， 凸緣聯(lián)軸器是把兩個帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與 電機和 軸聯(lián)接，然后用螺栓把兩個半聯(lián)軸器聯(lián)成一體 以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。 聯(lián)軸器用灰鑄鐵制造而成，線速度小于30m/s。 對于已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的聯(lián)軸器，選定合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 如下 ： T=K 9550 m 式中： 作情況系數(shù) ，查表得： K= T= m； =； r/m ,n=300 r/據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面條件，可從有關(guān)手冊中選取聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸 ，具體如下： 單位： 號 L D D(M 許用轉(zhuǎn)速 n 公稱扭矩 m 32 71 53 14 8 8100 r/0 N m 6：凸緣聯(lián)軸器 優(yōu)點：凸緣聯(lián)軸器構(gòu)造簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩， 由于步進電機 轉(zhuǎn)速低、無沖擊 且聯(lián)軸器 的剛性打、兩周對中性較好 ，故選此聯(lián)軸器。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 7 軸承的選型 軸承為標(biāo)準(zhǔn)間，所以不需要做過多的考慮。 因軸承 同時受有徑向力 的 作用 ，也是基于本設(shè)計機構(gòu)對軸承的要求不高， 故選用 深溝球 軸承 。 深溝球軸承由一個外圈，一個內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成，類型代號為 6。 圖 7：深溝球軸承示意圖 滾動軸承的當(dāng)量動載荷 P=由于前面軸的計算中， 查表得： X=1 Y=0 故： P= 圖 8： 軸承疲勞曲線 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 8 圖 9：深溝球軸承 特點：深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高， 特別是在軸向載荷很大的高速運轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。 深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，與別的類型相比易于達到較高的制造精度， 制造成本也較低，非常耐用，無需經(jīng)常維 護。 另外，軸承座由于也是標(biāo)準(zhǔn)間，在此就不作過多介紹，其型號與尺寸只要能與軸承對應(yīng)，即可。 同步帶 和帶輪 的選型 （ 1）設(shè)計功率： A 式中： 載荷系數(shù)，查表得： 1 （ 2）根據(jù)設(shè)計功率，我們選擇了 480H 型 橡膠 同步帶，其節(jié)距 （ 3） 根據(jù)帶輪的轉(zhuǎn)速 n=0.9 m/s 我們將帶輪的齒數(shù)， Z 定為 d=1步帶的 帶長由 下式計算： a +2 )( 12 +180 )( 12 (3) 式中： 距，為方便計算，我們先?。?a=500 大小圓節(jié)圓直徑，因為大小圓相同，故相等； 1 輪的齒數(shù)，這里，我 們?nèi)。?18 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 9 =( 12 ) 所以： a+2 )( 12 =取標(biāo)準(zhǔn)帶長： 219.2 故帶 的齒數(shù)： 6 （ 4） 根據(jù) M=82 a M+ 2122 )(81b 得： M=82 =342.9 的中心距： a M+ 2122 )(81b =2M=685.8 10：同步帶示意圖 同步帶的其他參數(shù)表： 帶寬/厚hs/準(zhǔn)寬度 用工作壓力 齒高ht/根厚/半角 A/ 0 （ 5） 根據(jù)帶的數(shù)據(jù)及型號 我們采用了 18H 型帶輪，其尺寸數(shù)據(jù)如下圖： 數(shù) 帶輪齒數(shù) Z 節(jié) 距 齒高齒頂厚齒根圓角半徑 兩倍節(jié)跟距 2 輪寬 節(jié)徑 外徑 4 18 0 文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 10 圖 11：帶輪示意圖 圖 12：帶輪 結(jié)構(gòu) 示意圖 圖 13：帶輪 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 11 帶輪平行度與錐度：帶輪齒應(yīng)與周孔的軸線平行，其公差 毫米輪寬的最大錐度為 由于同步帶帶輪 的轉(zhuǎn)速很低，運行很慢，故普通的同步帶及帶輪即可滿足要求，無需校核其工作能力。 另外，由于同步帶下面的裝緊輪固定在臺面上，起著一定支撐同步帶的作用，沒有其他技術(shù)要求，故在此不作說明，選擇上只選擇普通類型的裝緊輪即可。 設(shè)計數(shù)據(jù)計算 （ 1） 裝緊輪與帶的摩擦力計算： 我們預(yù)計：噴頭裝置質(zhì)量 m=300g 水流質(zhì)量 m=100g 查機械手冊得知 橡膠皮帶與裝緊輪摩擦因素 =水的沖力 5 N 實際沖力 故摩擦力 F= (（ 10+15） = （ 2） 齒輪的徑向力： x=4 （ 3）齒輪的圓周力： 12 （ 4）力矩的校核： 同步帶帶輪上產(chǎn)生的力偶矩 （ F+ d/2 = m 據(jù)前面計算得知：步進電機扭矩 106 m 根據(jù) m 1 N m 故步進電機能夠帶動同步帶正常運轉(zhuǎn)，本設(shè)計機構(gòu)能夠滿足設(shè)計要求。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 12 第四章 總 結(jié) 緊張而又辛苦的 八 周畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了。畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。 “千里之行始于足下 ”，通過這次畢業(yè)設(shè)計我們深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真地進行畢業(yè)設(shè)計，學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為了明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。 通過這次畢 業(yè)設(shè)計我們深刻的體會到：做設(shè)計是苦活但要細心；實踐動手做比空想強；三個臭皮匠比上一個諸葛亮，合作精神是強大的；老師是很好的資源，要向他挖掘。面對一堆堆的參數(shù)，我們需要逐一去查找，核對，算公式，從這本書上找出 動量載荷 、 尺寸數(shù)據(jù) ，那本書又要找 輸出功率、扭矩計算公式。 因為很多地方都沒有經(jīng)驗，不會選取參數(shù)，如此重復(fù)，時間用了不少。不知道多少次因為一個數(shù)據(jù)出錯了，而全盤皆輸，又要從新做過。所以我 深刻的 認識到：做畢業(yè)設(shè)計是件勞力與智力結(jié)合的事，一點粗心都會導(dǎo)致前攻盡廢，細心方能使萬年船。 書是前人正確經(jīng)驗的總結(jié)，我們做 畢業(yè)設(shè)計是離不開工具書的。它可以給我們很多有用的知識，幫我們解決一些難題。 接到設(shè)計任務(wù)之后，我們?nèi)フ伊撕芏鄷?，在電機和傳動帶上作了很多比較，覺得每個都合適，因為設(shè)計的要求都不是很高，只要達到效果即可。 因此， 對別人的經(jīng)驗，自己要從實際出發(fā)，多點 思考 ，把前人的知識經(jīng)驗變成自己的力量。摸著石頭過河是我們初學(xué)者必須要的精神，只有自己 思考 了，錯誤的會改正，正確的繼續(xù)發(fā)揚，這樣才符合畢業(yè)設(shè)計的要求。 老師是一本活書是最好利用的資源，我們要不斷在他身上進行開采，獲取自己寶貴的知識。無論在 方案的設(shè)計，還是在 做設(shè)計 零部件 篩選 及計算過程中遇 上的種種問題 ， 我們自己不能解決都需要老師的幫助。老師具備專業(yè)的知識和過硬的 實踐經(jīng)驗 ，是我們在機械 設(shè)計 制造業(yè)中航行的指明燈，老師不會什么都幫我們親手的去做好，他主要做的工作是引指引我們，啟發(fā)我們。以他的話說就是：授之以魚不如授之以漁。 畢業(yè)設(shè)計做完了，畫上一個完美的句號，也嘗到成功的味道，但漫漫的人生路還需繼續(xù)努力。面對日趨 嚴(yán)峻 的就業(yè)形勢，我們相信只要學(xué)好知識技術(shù)，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，我們定會活出不平凡的人生。 買文檔就送您 紙， Q 號交流 11970985 或 401339828 - * 13 參 考 文 獻 1. 上海煤礦機械研究所編 同步帶傳動 手冊 上 海人民出版社 . 東南大學(xué) 鄭文緯、吳克堅 機械原理 高等教育 出版社 . 成大先 機械設(shè)計手冊（第三卷） 北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 . 成大先 機械設(shè)計手冊 （第五卷） 機械工業(yè)出版社 .