毕业设计（论文）-菠萝自动采摘输送装置设计.docx

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1、题目：菠萝自动采摘输送装置设计毕业设计说明书（论文）中文摘要设计了一种用于菠萝果实采摘的机器。该机器用于大规模的菠萝采摘，要求操作简单，效率高。本装置有四个部分：行走、识别、采摘、输送部分。行走部分采用轮式移动系统，识别部分是根据植株间距设定相应的行走速度来实现，采摘部分采用旋转刀片的方案设计，上刀片旋转，下刀片固定，刀片位置可通过液压传动来调整，输送部分采用丝杠和卷扬进行菠萝输送。建立了三维模型图，绘制了二维工程图。所设计的菠萝自动采摘输送装置，可以降低劳动成本，提高劳动效率。关键词菠萝，采摘，结构Tit1eTheDeSignOfthedeviceOfPineaPPIeAUtomatiCPi

2、CkingandTranSPortingAbstractAmachineforpineapp1efruitpickingisproposedhere.Themachineisusedfor1arge-sca1epineapp1eharvest,simp1eoperation,highefficiency.Thedevicehasfourparts:wa1king,identification,pickingandconveying.Thewa1kingpartadoptswhee1movingsystem,therecognitionpartistosetthecorrespondingwa1

3、kingspeedaccordingtothep1antspacing,andpickingpartadoptstheschemedesignofrotatingb1ade.Theupperb1aderotatesandthe1owerb1adeisfixed.Thepositionoftheb1adecanbeadjustedbyhydrau1ictransmission.A3dmode1diagramisestab1ishedanda2dengineeringdiagramisdrawn.Thedesignofautomaticpineapp1epickingandconveyingdev

4、icecanreduce1aborcostandimprove1aborefficiency.KeywordsPineapp1e,Picking,Constitution目录1绪论11.1 菠萝的种植11.2 菠萝的采摘21.3 采摘机的研究现状22 总体方案32.1 功能需求分析32.2 解决方案32.2.1 行走方案32.2.2 识别方案52.2.3 采摘方案62.2.4 输送方案83 详细设计93.1 模块设计93.2 具体设计113.2.1 切割刀片的设计113.2.2 刀具升降机构的设计123.2.3 导果槽结构的设计133.2.4 菠萝集拢模块的设计133.2.5 菠萝输送模块的设

5、计133.2.6 传动系统的设计143.3 强度校核153.3.1 支架校核153.3.2 轴承校核163.3.3 带轮校核173.3.4 动力机选择184 总体装配图20结论24致谢25参考文献261绪论1.1 菠萝的种植菠萝果实呈椭圆球状，纵向直径较长，约为10-13厘米，横向直径较短，约为Io-I1厘米。菠萝果实的重量约为0.6-1.0千克，菠萝果实实物图如图1.1所示，菠萝果实离地高度约为0.8-1米，与果实连接处的果柄直径约为3-6厘米。QV图1I菠萝实物图12菠萝抽象图菠萝有着不同于其他果树的特殊生长习性。绝大多数渡萝具有莲座状叶丛。叶丛基部构成一个能蓄水的叶筒。提供菠萝生长的水，

6、不是储藏于叶肉内，而是储藏于簇生叶丛中间生长的地方所天然形成的凹槽内。在果实生长的时候，植物除了需要频繁浇水外，还应该频繁往叶筒内浇水，使叶筒内贮有充分的水，这样浇水，才能使植物生长茂盛。菠萝有四个收获季节：春季，45月成熟；夏季，67月成熟；秋季，1011月成熟；冬季，12月翌年1月成熟。在中国台湾、广东、海南等地方大片种植菠萝，云南、贵州南部也种植一部分的菠萝，这些地方的种植历史已有400多年。台湾菠萝主要出产的地方是台南、台中和高雄等地。广东省的菠萝种植面积较大，产量较多，产地集中在汕头、湛江、江门等地区及广州市郊。广西主要出产的地方在南宁、武鸣、宁明和博白这些县城山。合理密植是保持菠萝

7、高产稳产的重要环节，菠萝种植行纵间距直接影响着果实的产量。由于它是一种一树结一果的植物，密植的最终产量比疏植的最终产量高上一些。通常菠萝密度以每亩30004000苗双行栽植最好，大行距110130cm,小行距3040cm,株距大概20Cm。1.2 菠萝的采摘果蔬采摘环节是果蔬的种植采摘运输销售这些环节中最费心费时的一个环节。果蔬采摘环节所耗费的劳动力差不多是整个环节的一半。随着经济社会的发展和人口结构的相对调整，国家劳动力有相对短缺现象。劳动力的相对不足，使得经济耗损较大,造成成本提高，时间延长等不好方面的影响。为减少经济消耗，提高生产效率，果实收割开始进行机器化时代。菠萝营养充足、味道地道、

8、香气充盈，格外吸引别人。菠萝的需求量也很大，但是菠萝的采摘却是一个劳累的工作，因此推进菠萝机械化收割是非常重要的。菠萝生长周期短，果实多，成熟期短。一般种植密度以每亩3000-4000苗双行种植，即将成熟的时候需要快速采摘，如果使用人工，时间浪费巨大，人工成本高，不利于降低成本，迅速占领市场。菠萝行间距一般为75cm,果实高度为0.9-1.2m之间，这种情况适合设备收割，菠萝采摘机器化有利于节约劳动成本，增加效率，降低成本。1.3 采摘机的研究现状口一力1983年，美国研究出番茄收割机器人，这之后，各国加大这方面的资金投入和人才投入，关于收割机器人这方面的设计和创新也日益完善起来。1995年，

9、日本研究所设计出一种可以自动采摘植物的采摘机器人。它的机械爪自由度为5,全身有4个旋转关节和1个直动关节。1996年，荷兰研究所设计出一种多模块的果实采摘机。这个机器人通过红外线识别果蔬，并进行定位。这种识别方法能够使机器人只采摘成熟果实，而不采摘那些未熟透的果实。1998年，英国S1oe设计了蘑菇收割机，其能够智能定位果实位置。这种智能采摘机同样能够只采摘成熟的果实而舍弃那些不成熟的。其爪部有两个气动环节和一个电动环节。2002年，日本高智商人群联合设计了果实收割机。该机器有视觉处理分析环节、尾部操纵器和前进模块。中国在果蔬采摘收割机器化研究开始在二十世纪初,上交大研究设计出了自动收割机，自

10、此，国内采摘机器人方面的研究设计大多以此为模板。同时，国内许多大学也在此基础上进行了更加细致的设计研究，大多数研究以识别果蔬，精确定位为核心。2001年，双目立体视觉法问世，这种方法能精确定位果蔬位置，进步意义重大。收割机是将来果蔬自动收割采摘智能化前进方向。2总体方案2.1 功能需求分析对于果蔬采摘，不同的果蔬有不同的设计方案和突出重点。菠萝自动收割输送装置的设计，主要有行走、识别、采摘、输送模块的设计。菠萝是大片种植，收获多，所以需要行走的功能。像黄瓜自动采摘输送机器人和西红柿自动采摘输送机器人就是有行走的功能，运用足式移动系统，自由行走维度比较大，但是同时效率也比较低。菠萝果实较多，比较

11、高产，需要机构能够自动识别菠萝这个果实，不要漏缺，不要收错。像西红柿自动采摘输送机器人，能够自动识别西红柿果实，由于西红柿密密挤挤，很容易漏收成熟果实。对于这种生长形势的果实，采用红外线扫描，辨别果实,成熟的果实是红色的，未成熟的是青色的，因此，可以收割成熟的红色西红柿果实而保留下未成熟的青色的西红柿果实。识别环节结束，就进行采摘环节。采摘环节的设计，是最重要的也是核心的部分。菠萝自动收割输送设备的设计主要部分就是能够采摘下菠萝果实。采摘之后就是集中输送，输送装置的设计比较简单，就是通过齿轮，带轮等输送装置从采摘处集中送到一处。这个机构的设计比较简单，可以通过输送机构的优势劣势对比，选出合适的

12、设计方案。可以直接在拖拉机前面设计好装置，拖拉机的后备箱就用来装菠萝果实。2.2 解决方案菠萝智能采摘设备主要部分是行走部分、识别部分、采摘部分和输送部分。2.2.1 行走方案足式移动系统的结构复杂，控制较难，可靠性低，相关技术也不太成熟，但是足式移动系统比其它移动系统有着更好的地形适应能力，并且非常方便。足式移动系统按照它腿数量的不同可以区分为单足式移动系统、双足式移动系统和多足式移动系统网。值得一提的是，双足式移动系统有着明显的优势，差不多可以满足各种复杂地形要求，对地形要求程度不高，不仅能在平坦路面上行走，还能轻易地跨越带有各种障碍的路面。图2.1足式移动系统履带式移动系统能够适应各种复

13、杂地形。有着寿命高，行驶效率高的优点，但同时履带式移动系统的运行环节复杂，操纵可能不是那么容易。履带式移动系统能够平稳、安全地通过各种复杂地形。与轮式移动系统和足式移动系统相比，因为履带面积大，即使重量比较大，但压强小，不容易下陷。同时也因为履带上有凹凸不平之处，即使碰上下雨天或者路面上有积水的情况下，它也能牢牢抓住地面。图2.2履带式移动系统轮式移动系统在城市宽敞、平坦的道路上行驶有着其他移动系统不可比拟的优势。和足式移动系统相比，其使用并不复杂，操作也相对简单许多。轮式移动系列运动相对灵敏、安全，虽然它比较适合平坦的路面，但适当的悬架结构可以让它适应不平整的路面”纥图2.3轮式移动系统由于

14、自动采摘机行驶在田地，要求收割菠萝的效率高，用时短，功率低，降低人工成本，所以综合考虑到地形、效率、经济等原因，选择轮式移动系统。图2.4菠萝自动采摘输送装置的轮式移动系统2.2.2 识别方案对于识别装置的设计，不同的果实采摘机器设备有着不同的方案。对于番茄，其收割机器选用小拍摄机，它能够轻易拍下几万像素的彩色图像，通过对图像进行特殊的分析处理可以达到精准定位的目的。它利用外形和颜色辨别出成熟可食用的西红柿。机器人只拉扯菜根部位，所以不会毁坏果实。经过分析可得，采摘一个番茄大概需要6秒，可以全天候工作，效率高草律采摘机器设备采用红外测距和微光扫描方法进行快速定位。红外线和激光扫描仪及传感器都安

15、装在采摘机器人的头顶，因此可以获得非常广阔的视野。草寿采摘机器人的识别程序为：红外线测距激光扫描测距PC机数据扫描Mat1ab计算。用MaUab软件分析图像，通过加强滤波，分割分析处理图像。运用形态学，将处理出的果树外形轻松分类I。不过以上所说的识别装置成本都较高，适合分散无规律的果实进行采摘识别。菠萝果实离地高度通常为091.2m,具有一定规律，可以直接使用设定一定高度的采摘工具进行采摘。为了收割不同高度的菠萝，刀具高度要可以调节，为使刀片始终与菠萝的果柄垂直，采用液压拖动与车厢呈一定偏角的主梁前后移动，即可实现刀具系统的上下抬升。液压杆有止回阀，选好好高度后锁死就好。双侧布局对称，共用一套液压体系。2.2.3 采摘方案目前，对于采摘机械手方面的研究已经取得一定进展，例如，日本研究出西瓜采摘机械手。机械手的手指是四个连杆，指尖装滑轮。当机械手采摘西瓜时，指尖的滑轮从果实外轮廓下落，下降到最下面的时候就不再下落；上升的时候，通过果实本身质量，致使自身自锁，这样，就可以摘下果实。这种设计不需要多么复杂的操纵方式，而且也能够用于探测位置要求不那么精准的系统，使用方便。如果手部与果实相距在54mm内，机器便能够抓住果实。当指尖的滑轮沿果实移动时，便能分析出果实的轮廓特征，同时，机器的力传感器可