畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1.本課題的背景及意義中國(guó)是世界上最大的水果出產(chǎn)國(guó)，居全球13個(gè)產(chǎn)量超1000萬(wàn)噸的國(guó)家之首。水果采收作為果園生產(chǎn)全過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，具有季節(jié)性強(qiáng)和勞動(dòng)密集型的特點(diǎn)，所用勞動(dòng)力占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程所用勞動(dòng)力的35％～45％[1]。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的調(diào)整，林果生產(chǎn)已經(jīng)成為很多地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，果園規(guī)?；l(fā)展和規(guī)范化管理的要求日益提高，從而果園機(jī)械化日益重要。果園收獲機(jī)械的發(fā)展，可以減輕果農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)果園作業(yè)機(jī)械研究起步較晚，基礎(chǔ)相對(duì)較差，因此，果園作業(yè)機(jī)械化程度和歐美等國(guó)家還是存在差距。由于現(xiàn)代大型采摘機(jī)器太過(guò)昂貴，并且大型采摘機(jī)器僅適用于面積較大的果園大規(guī)模作業(yè)采摘，對(duì)于小作業(yè)果園而言，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，不得不放棄大型機(jī)械采摘這種高效率作業(yè)。目前我國(guó)的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)。單純的人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且極易造成果實(shí)的損傷，同時(shí)由于依靠人工作業(yè)耗時(shí)耗力導(dǎo)致未能在果實(shí)的最佳采摘期將其采摘下來(lái)造成經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種現(xiàn)狀，采用簡(jiǎn)易的人工采摘器既能降低在采摘過(guò)程中對(duì)果實(shí)果樹(shù)造成的損傷又可以減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省成本、提高效率。這種手動(dòng)采摘器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，安全舒適的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同高度及不同大小的水果采摘，與其他大型作業(yè)采摘機(jī)器相比結(jié)構(gòu)更具經(jīng)濟(jì)效益。加之未來(lái)人口老齡化趨勢(shì)，人工成本必會(huì)上升，因此水果采摘機(jī)械必將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。2．本課題的基本內(nèi)容及關(guān)鍵問(wèn)題基本內(nèi)容：本課題將進(jìn)行基于升降機(jī)械手臂進(jìn)行水果采摘裝置的設(shè)計(jì)，構(gòu)型簡(jiǎn)單，操作方便。采用升降式機(jī)械手臂，手臂可俯仰，適合多種高枝水果，且配備絲杠升降裝置，節(jié)省勞動(dòng)力，提高效率。采摘下的水果能順利進(jìn)入的接收裝置，再順著傳遞裝置，安全的到達(dá)地面。手持固定部分還可增加整個(gè)裝置的穩(wěn)定性，降低采摘員在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中手腕疲勞程度。使用基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置可實(shí)現(xiàn)各種高度各種方向高枝水果的安全采摘，方便快捷，簡(jiǎn)單實(shí)用。關(guān)鍵問(wèn)題：1.升降的設(shè)計(jì)2.機(jī)械手以及爪子的設(shè)計(jì)3.行走裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告3．本課題調(diào)研情況綜述目前，國(guó)外水果采摘分為兩種采摘方式：機(jī)械化采摘和機(jī)器人采摘。機(jī)械化采摘：在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于勞動(dòng)力成本較高和人口老齡化等問(wèn)題，在水果生產(chǎn)中不得不利用機(jī)械化方式代替人工進(jìn)行采收作業(yè)。但是，到目前為止，真正在生產(chǎn)中使用機(jī)械化采收的大多還是產(chǎn)品以加工為目的的水果和一些不易損傷的水果，如加工成果汁的柑橘、臍橙等。以新鮮產(chǎn)品形式進(jìn)行銷(xiāo)售的水果，基本上還是手工采收或機(jī)械輔助采收。早在20世紀(jì)40年代初，美國(guó)、法國(guó)等一些西方國(guó)家對(duì)水果采摘機(jī)械就展開(kāi)了研究。40年代中期美國(guó)開(kāi)始著手研究振搖式水果采摘機(jī)械。50年代中期，出現(xiàn)了用拖拉機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的振搖采摘機(jī)[3]。從60年代起，歐美一些國(guó)家（美國(guó)、德國(guó)）以及澳大利亞、日本等國(guó)，隨著勞動(dòng)力成本的日益上漲，果品收獲機(jī)械正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于多種果品的采收過(guò)程中。目前，常用的果品收獲機(jī)多采用振動(dòng)方式使果實(shí)與植株分離。隨著升降平臺(tái)的出現(xiàn)，接著產(chǎn)生了各種動(dòng)力切割式采摘機(jī)械，例如油鋸、機(jī)械剪，大大提高了采摘效率。機(jī)器人采摘：20世紀(jì)60年代美國(guó)最早開(kāi)始研究果蔬采摘機(jī)器。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟，20世紀(jì)80年代中期以后，采摘機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。以日本為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，包括荷蘭、美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、以色列、西班牙等，在果蔬采摘機(jī)器人方面做了大量的研究開(kāi)發(fā)，并且成功試驗(yàn)出了葡萄采摘機(jī)器人、柑橘收獲機(jī)器人、水果采摘機(jī)器人、黃瓜采摘機(jī)器人、甘藍(lán)采摘機(jī)器人等。由于技術(shù)、市場(chǎng)和價(jià)格等因素的影響，美國(guó)在自動(dòng)化收獲機(jī)器人的研究方面沒(méi)有一個(gè)很清晰的戰(zhàn)略，研究工作也基本處于停頓狀態(tài)。日本近年來(lái)開(kāi)展了大量的收獲機(jī)器人研究項(xiàng)目，進(jìn)展很快，但收獲機(jī)器人仍未能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。荷蘭收獲機(jī)器人的研究工作走在了很多國(guó)家的前面，但其涉及的果蔬種類(lèi)并不多。國(guó)內(nèi)，果園采收機(jī)械化的研究與應(yīng)用相比也較晚。果園采摘機(jī)械從20世紀(jì)70年代才開(kāi)始研究，在引進(jìn)國(guó)外果園機(jī)械的同時(shí)，陸續(xù)研制成功了機(jī)械振動(dòng)式山楂采果機(jī)、氣囊式采果器和手持電動(dòng)采果器等。80年代后，開(kāi)始研究和制造切割型采摘器，實(shí)現(xiàn)使用機(jī)械裝置進(jìn)行采摘。接著出現(xiàn)了由微型電機(jī)作為動(dòng)力的切割式采摘器和振搖式采摘器。90年代開(kāi)始，出現(xiàn)了很多簡(jiǎn)易采摘器。用于采摘油果、梨、桃等水果的便攜式水果分級(jí)采摘器的研制改變了過(guò)去勞動(dòng)強(qiáng)度大、水果損傷率高、勞動(dòng)成本高等缺點(diǎn)，使果農(nóng)的采摘正確率提高、時(shí)間縮短。隨著果園機(jī)械技術(shù)的進(jìn)一步融合，2007年研制出了第一臺(tái)多功能果園作業(yè)機(jī)即LG-1型多功能果園作190業(yè)機(jī)。2009年研制出了適宜單人操作使用的枸杞采摘機(jī)。2010年研制出了4YS-24型紅棗收獲機(jī)，我國(guó)臺(tái)灣省為了在坡地果園上實(shí)施機(jī)械化，省工經(jīng)營(yíng)，改良發(fā)展了適合坡地作業(yè)特性的農(nóng)機(jī)具，研制成功了一種自走式牽引振動(dòng)采果機(jī)。我國(guó)南方水果種植園大部分處于丘陵山區(qū)地帶，受限于坡地地形，合適的采摘機(jī)械很少，基本還是靠人工采摘，并且在費(fèi)工以及作業(yè)危險(xiǎn)性方面的問(wèn)題比平地采摘機(jī)械更突出，需要更多的科研院所和機(jī)構(gòu)投入精力開(kāi)展相應(yīng)地研究。我國(guó)的水果采摘機(jī)器人的研究剛剛起步。從機(jī)械手、末端執(zhí)行器、行走裝置等不同方面積極介入采摘機(jī)器人的研究和研制。通過(guò)跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在機(jī)器人采摘領(lǐng)域內(nèi)取得了初步的成果，但是目前都處于實(shí)驗(yàn)階段，投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際仍需時(shí)日。我國(guó)的國(guó)家專(zhuān)利中有上百種的水果采摘器，包括機(jī)械式、電動(dòng)式、機(jī)械式的果品采摘器，其中有的實(shí)現(xiàn)單方向的水果采摘，有的可改變方向能實(shí)現(xiàn)全方位的水果采摘。不過(guò)目前市場(chǎng)上商品化的采摘器品種還比較單一，且價(jià)格昂貴操作不便。我國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，果蔬采摘機(jī)器人的研究還處于起步階段。目前我國(guó)不少院校、研究所都在進(jìn)行采摘機(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究。東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人，它主要由5個(gè)自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。郭峰等運(yùn)用彩色圖像處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開(kāi)發(fā)了草莓揀選機(jī)器人，采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)器將草莓推到不同的等級(jí)方向。浙江大學(xué)的應(yīng)義斌等人完成了水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)?？v觀國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)了主要存在的兩個(gè)問(wèn)題：(1)雖然近些年我國(guó)采摘機(jī)械得到迅速發(fā)展，在機(jī)械產(chǎn)品方面出現(xiàn)了采摘器、動(dòng)力剪枝采摘工具、多功能果園作業(yè)機(jī)械等，但總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)水果采收機(jī)械大多功能單一、效率不高，容易損壞果實(shí)，產(chǎn)量損失大，容易采摘到不熟果實(shí)，且成本較高，使果農(nóng)難以接受應(yīng)用。同時(shí)再加上繁多的果實(shí)種類(lèi)之間的差異，種植區(qū)域地理?xiàng)l件的不同，變換的果實(shí)品種的生長(zhǎng)部位、成熟期等特點(diǎn)差異，都會(huì)對(duì)采收機(jī)械提出更高的要求。因此實(shí)現(xiàn)水果采收機(jī)械化難度比較大，通用性不佳。(2)國(guó)內(nèi)果園的分散栽培、分戶管理，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝之間的不協(xié)調(diào)，幾乎沒(méi)有真正集中成片的適合機(jī)械化作業(yè)的大型現(xiàn)代化果園，生產(chǎn)規(guī)模小，農(nóng)民素質(zhì)普遍偏低等因素，也是影響水果采收機(jī)械化實(shí)施的主要原因。因此開(kāi)發(fā)研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便、成本較低、通用性好的適合于國(guó)情的小型機(jī)械化采摘器是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。此外，傳統(tǒng)的作業(yè)還存在以下弊端:一是采摘過(guò)程中作業(yè)者的人身安全問(wèn)題，即手工采摘時(shí)手臂易被樹(shù)枝劃傷或擦破，高處作業(yè)時(shí)，還可能會(huì)摔傷。二是對(duì)果樹(shù)的損傷，即對(duì)樹(shù)的枝葉芽的破壞。三是對(duì)水果質(zhì)量的影響，單手采摘時(shí)容易出現(xiàn)脫蒂，易出現(xiàn)抽心果，還有就是高枝水果容易掉在地上造成內(nèi)外傷，影響果品的外觀，不利于保鮮儲(chǔ)藏，從而最終造成降低經(jīng)濟(jì)收入。目前，我國(guó)各地方政府為增強(qiáng)地方經(jīng)濟(jì)，正相繼開(kāi)發(fā)大量的旅游投資項(xiàng)目，紛紛舉辦各種賞果采摘節(jié)，如油果節(jié)、桃子節(jié)等，吸引了大量游客到果園采摘旅游，享受采摘水果，品嘗新鮮水果的樂(lè)趣。如果能提供一種輕巧靈便的果實(shí)摘采器，不但能讓游客充分體驗(yàn)采摘的樂(lè)趣，而且還保障了游客的安全，保護(hù)了果農(nóng)的果樹(shù)不受損壞。另外，果農(nóng)可以少打矮壯素等農(nóng)藥，生產(chǎn)出更多的無(wú)公害果子，減少成本投入和對(duì)環(huán)境對(duì)水果的污染，游客可以品嘗到更新鮮衛(wèi)生的水果。采用采摘器還可以方便平時(shí)蔬果，清除壞果、次果，便于果樹(shù)管理。大多數(shù)果樹(shù)開(kāi)的花都遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于最后結(jié)成的果實(shí)。在氣候適宜開(kāi)花多的年份，如果一株成年油果樹(shù)有5%的花、桃樹(shù)有15%~20%的花結(jié)的果實(shí)能達(dá)到成熟，就可以獲得豐收。開(kāi)花結(jié)果過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分供不應(yīng)求，不僅影響果實(shí)的正常發(fā)育，形成許多小果、次果、還會(huì)削弱樹(shù)勢(shì)，易受凍害和感染病害，并使翌年減產(chǎn)造成小年。因此，除了由于果樹(shù)本身的調(diào)節(jié)能力，使發(fā)育不良的花和幼果自然脫落外，還需平時(shí)人工摘除多余的花和果，才能滿足生產(chǎn)上的要求，俗話說(shuō):"看樹(shù)定產(chǎn)，分枝負(fù)擔(dān)，均勻留果"，只有科學(xué)合理地疏果，才能減少養(yǎng)分消耗，提高坐果率和水果的品質(zhì)。疏除方法一般用人工，也可用適當(dāng)濃度的化學(xué)藥劑噴灑果樹(shù)，采用化學(xué)疏除，采用人工疏除時(shí)利用基于伸縮式機(jī)械手臂的水果采摘裝置能方便的進(jìn)行蔬果，在平時(shí)也能方便及時(shí)的清除果樹(shù)上任何部位的病果、次果，不會(huì)對(duì)好的臨位水果造成物理傷害，不會(huì)出現(xiàn)摘除次果時(shí)砸壞或砸掉好果的現(xiàn)象。4．本課題的方案論證對(duì)于本次的采摘和搬運(yùn)的對(duì)象是水果，在對(duì)這個(gè)水果搬運(yùn)的時(shí)候只需考慮將這個(gè)水果抓取并采摘不損壞植物即可，這是根據(jù)人工常用的搬運(yùn)這種水果的方法所考慮的，在搬運(yùn)的時(shí)候，也是需要考慮對(duì)這個(gè)水果只需繞著Z軸方向旋轉(zhuǎn)，也就是垂直方向旋轉(zhuǎn)，因?yàn)闉榱税徇\(yùn)，也就是要將物品壘在一起，充分發(fā)揮壘在一起的空間的話，就比如如說(shuō)按照長(zhǎng)度方向抓起來(lái)后，也可以需要轉(zhuǎn)動(dòng)一下，保證在平面空間中，可以充分利用增加水果的平面面積，來(lái)使得它能夠充分占滿所在的平面的一個(gè)區(qū)域。根據(jù)這樣對(duì)水果一個(gè)個(gè)進(jìn)行采摘然后搬運(yùn)的過(guò)程來(lái)看，可以通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一系列過(guò)程。所以本次設(shè)計(jì)中就利用了這樣的一系列動(dòng)作過(guò)程，通過(guò)機(jī)械原理的應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)并完成這樣的動(dòng)作過(guò)程。水果的抓取過(guò)程，由于根據(jù)其人工抓取取的動(dòng)作，可以使用機(jī)械手爪來(lái)實(shí)現(xiàn)，此機(jī)械手爪是平行開(kāi)閉的手爪動(dòng)作即可。此抓取后的水果需要轉(zhuǎn)動(dòng)，那么本次就考慮在機(jī)械手爪上