藍(lán)莓采收機(jī)械裝置方案設(shè)計(jì)分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28691藍(lán)莓采收機(jī)械裝置方案設(shè)計(jì)分析案例 1303071.1藍(lán)莓的生長特性 130501.2水果采收方法 2114241.3藍(lán)莓采收裝置類型選擇 2221561.3總體結(jié)構(gòu)方案 21.1藍(lán)莓的生長特性藍(lán)莓是一種常見的水果，研制藍(lán)莓采摘機(jī)前應(yīng)該先了解藍(lán)莓的生長習(xí)慣，與藍(lán)莓生長環(huán)境。才能根據(jù)實(shí)際情況研制出相應(yīng)的藍(lán)莓采摘機(jī)。藍(lán)莓生長實(shí)景圖榮譽(yù)1.1所示。圖1.1藍(lán)莓果園實(shí)景本章節(jié)以安徽省懷寧縣黃墩鎮(zhèn)種植園為研究對象，通過對安徽省懷寧縣黃墩鎮(zhèn)種植園進(jìn)行實(shí)地勘察，可得得出藍(lán)莓果樹相關(guān)的尺寸，為藍(lán)莓采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。藍(lán)莓果樹具體尺寸如表2-1所示。表2-1藍(lán)莓果樹具體尺寸項(xiàng)目強(qiáng)度基徑/cm樹冠高/cm底枝高/cm冠基徑/m分枝數(shù)不同修建輕度修剪中度修剪重度修剪13.2414.2214.12251.6211.3141.673.41101.7111.21.411.661.111-168-116-8不同樹齡4年10年15年8.1313.2219.47301.1211.1191.379.2100.188.31.591.781.116-107-127-10不同樹形開心形紡錘形分層形14.2914.2213.22145.33208.45221.98108.8101.288.11.411.921.816-811-157-10調(diào)研的種植園地面較為平整，其中地上蓋有塑料膜，這種措施可保證藍(lán)莓的水分和溫度在根部能夠保持，與此同時(shí)通過塑料膜的反射光可以覆蓋藍(lán)莓的陰面部分。1.2水果采收方法水果蔬菜成熟后得采收方法主要有人工采摘和機(jī)械采摘兩大類；(1)人工采摘水果蔬菜，主要方式有徒手采摘和手持剪刀采摘等兩種采摘方式。手工采摘得水果蔬菜表皮完好不容易損壞，而且機(jī)械設(shè)備采摘果樹容易破壞果蔬，并且機(jī)械采摘是不能區(qū)分果蔬的成熟程度，人工采摘可以區(qū)分果實(shí)得程度，能做到分期采收。但是人工采收成本高、采收效率低。(2)機(jī)械采收果蔬的產(chǎn)品具有采收效率快、節(jié)約人工成本。機(jī)械采收果蔬一般主要運(yùn)用于果實(shí)成熟后，用于剝落果梗與果樹之間得果實(shí)。一般使用刀片或者強(qiáng)壓強(qiáng)或者機(jī)械振動(dòng)等方式使果實(shí)脫落，果實(shí)落下后經(jīng)傳動(dòng)帶運(yùn)輸至果實(shí)收集裝置。1.3藍(lán)莓采收裝置類型選擇藍(lán)莓采收裝置應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：1)本文設(shè)計(jì)的藍(lán)莓采摘機(jī)機(jī)械臂是主要采用工業(yè)常用的關(guān)節(jié)型機(jī)械臂，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械臂由大臂、小臂、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部分組成。2)在藍(lán)莓采摘機(jī)的小臂設(shè)計(jì)中，增加一個(gè)收縮關(guān)節(jié)可以增加末端執(zhí)行器的工作空間。綜上所示，本文設(shè)計(jì)的藍(lán)莓采摘機(jī)的機(jī)構(gòu)簡圖如圖1.2所示。圖1.2藍(lán)莓采摘機(jī)械臂機(jī)構(gòu)1.3總體結(jié)構(gòu)方案藍(lán)莓種植園是一個(gè)開放式的果園，如果下雨的話會造成地面濕滑如果使用傳統(tǒng)的輪胎行走方案可能會造成打滑或者淪陷等地方，因此本文采用履帶式行走機(jī)構(gòu)能夠克服各種不同的地形。具體的藍(lán)莓采摘機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.3所示，其具體的工作流程如下所示，首先由末端執(zhí)行器對藍(lán)莓果實(shí)進(jìn)行識別，識別后靠近藍(lán)莓并由末端執(zhí)行器進(jìn)行切斷，藍(lán)莓順著柔性手機(jī)袋進(jìn)入收集框。1、履帶小車；2、收集框；3、柔性帶；4、末端執(zhí)行器；5、收集裝置；6、電動(dòng)推桿；7、小臂電機(jī)；8、大臂；9、大臂電機(jī)；10、腰部電機(jī)；11、腰部；12、升降臺；13、電源機(jī)動(dòng)力控制設(shè)備；14、地面；圖1.3機(jī)器主體機(jī)構(gòu)簡圖(1)升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案藍(lán)莓采摘機(jī)機(jī)械臂不易過長，如果采摘機(jī)械臂過長容易造成整體機(jī)構(gòu)中心偏高，在運(yùn)動(dòng)和采摘過程中容易造成藍(lán)莓采摘機(jī)的侵翻。為了使藍(lán)莓采摘機(jī)能夠適應(yīng)不同的采摘高度，在不改變機(jī)械臂的整體尺寸的前提下，將采摘機(jī)械臂安裝在一個(gè)升降臺上，升降臺的升高或降低使藍(lán)莓采摘機(jī)能夠適應(yīng)不同的采摘高度。升降機(jī)構(gòu)具體方案如圖1.4所示，升降機(jī)構(gòu)主要使用齒輪齒條擬合實(shí)現(xiàn)升降。1、液壓缸；2、齒條；3、直齒圓柱齒輪；4、上平臺；5、連桿折疊機(jī)構(gòu)；6、滑桿；7、齒輪齒條機(jī)構(gòu)；8、齒輪軸9、諧波減速器10、下平臺圖1.4液壓驅(qū)動(dòng)藍(lán)莓采摘升降平臺(2)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)方案藍(lán)莓采摘機(jī)的機(jī)械臂與工業(yè)機(jī)器人采用的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)類似，但是整體尺寸應(yīng)該較小，關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍應(yīng)該更廣。工業(yè)使用的機(jī)械臂是很成熟的機(jī)械產(chǎn)品，其中的關(guān)鍵零部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。因此，本文借鑒工業(yè)機(jī)械臂來設(shè)計(jì)符合藍(lán)莓采摘機(jī)器人的機(jī)械臂，其具體結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。1、腰部底座；2、大推力軸承；3、腰部面板；4、腰部減速器；5、大臂關(guān)節(jié)支架；6、大臂電機(jī)；7、大臂減速器；8、大臂空心體；9、大臂走線孔；10、小臂電機(jī)；11、小臂減速器；12、小臂關(guān)節(jié)支架；13、小臂連接坐；14、小臂伸縮關(guān)節(jié)減速器；15、小臂伸縮關(guān)節(jié)電機(jī)；圖1.5機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)簡圖本文的藍(lán)莓機(jī)械臂下盤底座采用了推力軸承，使其當(dāng)作在腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的支撐部件，同時(shí)較大的軸承支撐直徑在一定程度上保證了腰部的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。雙支撐架結(jié)構(gòu)被采用到其大臂和小臂的關(guān)節(jié)處，同時(shí)考慮到軸向晃動(dòng)間隙，本文在一定程度上減少了腰部與大臂的關(guān)節(jié)，保證大臂轉(zhuǎn)動(dòng)的精度。大臂構(gòu)型選擇中間鏤空型的彎件，同時(shí)設(shè)計(jì)矩形凹槽走線孔，利用該凹槽進(jìn)行安置電氣線路，讓機(jī)械臂的外觀造型，安線更加便捷。同時(shí)其伸縮機(jī)構(gòu)與小臂連接。其中連接方式采用絲杠螺母副，其減速器和其驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與伸縮桿并聯(lián)，動(dòng)力傳輸通過頂端的齒形皮帶進(jìn)行動(dòng)力傳遞，使其為伸縮動(dòng)作過程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過設(shè)計(jì)，主體關(guān)節(jié)采用的動(dòng)力源為交流伺服電機(jī)，該種電機(jī)通用具備過載能力控制、矩頻的特性好、精度高、等等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合行星齒輪減速器機(jī)構(gòu)進(jìn)降速。(3)末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)方案整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的巧妙性，最終由其末端執(zhí)行器的工作性能來體現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的巧妙性。同時(shí)它也是果蔬采摘機(jī)器機(jī)構(gòu)的最主要的部分之一，將此安裝在伸縮節(jié)的末端，在種植園進(jìn)行采摘作業(yè)時(shí)，機(jī)械臂先讓末端執(zhí)行器先靠近移動(dòng)到果實(shí)對應(yīng)的易采摘點(diǎn)，再通過軟件控制器末端執(zhí)行器，聯(lián)合完成藍(lán)莓采摘作業(yè)的任務(wù)。國內(nèi)外主流采摘有多種，但是主流方式為兩種，第一種采用吸附式吸盤，通過空氣差將果實(shí)吸住，然后再將果柄用類剪刀式剪斷，但是該種方法必須保證檢測出果柄的具體確切位置，同時(shí)利用軟件進(jìn)行控制，密切調(diào)整好其末端執(zhí)行器的連貫動(dòng)作，上述分析可知，該過程需要進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)作算法和編程控制，一定程度上是增加了其制造和開發(fā)的難度。第二種是采用腕關(guān)節(jié)的在2個(gè)互相垂直的方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而模擬人類手臂的掰斷果柄樹枝的動(dòng)作來完成采摘工作，但是其對象還需要求其果枝與果實(shí)容易區(qū)分，具有一定數(shù)量的分離，一定程度上還是限制了采摘對象的通用性。通過觀察藍(lán)莓的外形特征，一定程度上進(jìn)行實(shí)用化的要求，本文設(shè)計(jì)出了一種球體果實(shí)的采摘末端執(zhí)行器，其結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。該果實(shí)的采摘末端執(zhí)行器包含傳感控制系統(tǒng)、切割裝置、氣動(dòng)系統(tǒng)和夾持機(jī)構(gòu)4大部分。直流電機(jī)；2、微型蝸輪蝸桿減速器；3、鋼絲繞盤；4、鋼絲；5、微型雙作用氣缸；6、手指支架；7、活塞缸；8、導(dǎo)桿；9、銷軸；10、23、滾輪組；11、視覺傳感器；12、切割轉(zhuǎn)盤；13、轉(zhuǎn)盤軸；14、刀架；15、壓力傳感器；16、海綿材料；17、橡膠材料；18、光電開關(guān)；19、雙面刀片；20、21、左右手指；22、觸覺傳感器；24、限位開關(guān)；25、手指轉(zhuǎn)軸；圖1.6末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)簡圖同時(shí)其中導(dǎo)桿的末端設(shè)計(jì)有小孔，左右的手指末尾具有與銷軸寬度相同的滑槽，安裝過程中，銷軸會接連穿插小孔和滑槽，這樣一來使其導(dǎo)桿能夠進(jìn)行直線的伸縮運(yùn)動(dòng)，最后利用銷軸來驅(qū)動(dòng)左右的手指繞轉(zhuǎn)軸從而進(jìn)行擺