温室采摘车的机电液一体化设计开题报告.doc

1、开题报告温室采摘车的机电液一体化设计一、选题的背景、意义我国是一个农业大国，要实现农业现代化，农业装备的机械化、智能化是发展的必然趋势。随着计算机和自动控制技术的迅速发展，采摘机械已逐步进入到农业生产领域中。农业机械不同于工业机械，它对生产作业的要求较高，都是劳动密集型作业，再加上季节的要求，保证收获质量就成为关键的问题。温室采摘作业是蔬果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业的季节性强，劳动强度大，费用高。目前，国内蔬果采摘作业基本上都是靠人工完成的，采摘效率低，费用占成本的比例约为50%-70%。随着温室大面积的推广与种植，研究温室采摘车更具有重要的意义。我国的温室大棚存在着以下问题：

2、（1）自动化控制程度较低，操作不方便；（2）在温室大棚采取的多层次立体栽培方式培育的番茄、草莓等农作物果实高度达到3米，而采摘机械的举升高度达不到要求；（3）温室的大面积种植使得采摘工作耗时费力并且采摘后的果蔬难于运输出温室大棚。另外由于采摘机械的用户是农民，因此要求采摘机械具有操作简单的特点，而且还应在保证高可靠性的前提下有更低的价位。所以，需要针对现在的不足，设计出满足农业生产需要的，成本低且使用方便的温室采摘机器，这对于提高我国农业机械化和自动化水平具有重要的现实意义。二、相关研究的最新成果和动态我国从20 世纪70 年代开始研究果园采摘机械，先后研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采

3、果机、气囊式采果器和手持电动采果器。后两者实际上还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护果实不受损伤方面做得较好，但是其效率还是太低。80 年代后，开始研究和制造切割型采摘器，果园采摘也从人工使用剪刀采摘发展到使用机械装置采摘。90年代开始，市场的因素带动了果树种植的热潮，众多中小种植户的需求带动了简易采摘器的市场。其后气动剪枝机、辅助升降平台等机具相继进入了市场。国内气动剪著名厂商有台湾郁馨公司的ST-360型气动剪。1992 年浙江金华农机所研究了由拖拉机操作的用于采摘水果的升降机，上升高度可达7m。2007年新疆机械研究院研制了我国第一台多功能果园作业机，即LG-1 型多功能果园作业机（如图

4、一所示）。该作业机的研制成功标志着我国果园单一的采摘机械进入到了多功能作业机械时代。图一 LG-1型果园多功能作业机相对于我国的生产机械，国外的科技要比我国先进很多。20 世纪90 年代，日本岗山大学Naoshi Kondo 等人在番茄采摘机器人上设计出了具有7 个自由度的能够指定采摘姿态的机械手。自由度越高，其机械手的运动越灵活，计算机的也就控制越复杂。对于果蔬采摘的另一难点，机器人寻找辨位的视觉系统的设计也在20世纪90年代拉开了序幕，日本岗山大学Naoshi Kondo 等人在番茄、草莓采摘机器人上用彩色摄像头和图像处理卡组成的视觉识别系统来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行

5、定位。该系统从识别到采摘完成的速度大约是15 秒/个，成功率在70%左右。日本国立农业研究中心的Murakami 等人在甘蓝、茄子采摘机器人中采用CCD 视觉识别系统，工作中利用人工神经网络提取果实的二维图象，采用模板匹配的方法识别合格的果实。试验表明，采摘成功率为43-62.5%，工作速度为55-64.1秒/个。综合看，影响成功率和效率的主要原因是外部因素的不确定性，如光照的不稳定、叶子的遮挡等。2007 年美国加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作研发一种水果采摘机器人。设计出的机器人依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力，应用现代成像技术使机器能够识别

6、和挑选各种品质的水果和蔬菜。三、课题的研究内容以及你采取的研究方法（技术路线）、难点以及预期达到的目标1 研究内容：结合国内外研究状况和国内市场的需求，本课题要求针对温室立体栽培农作物，设计研制出一种小型移动式可自动连续升降的温室农作物果实收获机械。本课题的研究内容包括搜集和分析国内外有关的资料，获得可靠的设计依据制定出总体方案设计，进行主要工作性能参数的计算和主要部件的选型，根据总体设计中的设计方案，设计各个部件结构总图、零件图、总装配图等加工图纸，绘制液压系统原理图和电气控制原理图等。设计出一种小型移动式可自动连续升降的温室农作物果实采摘机械。2 研究方法（技术路线）：（1）采摘车的动力系

7、统设计：以蓄电池为动力源，电动机作为原动机。胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进。考虑到温室采摘车的用户为普通农民或农业经营者，力求价格低廉使用可靠方便，所以选择普通铅酸免维护蓄电池为采摘车的动力源。由于蓄电池输出的为直流电压，所以电动机须定为直流电动机。又由于设计任务要求纵向行驶过程中速度可以无级调节，发现实现无级调速总的来说有如下两种方案：方案l是配合电子式无级凋速器(即驱动器)，使用普通直流电动机；方案2是在普通直流电机上加机械式无级调速器。两种方案比较见表。比较项方案一方案二实现方式通过电子方式调节直流电动机两端电压，使电动机在某一转速范围内实现无级调速在直流电动机外装配机械

8、式减速装置，在开机时可由手轮止反转进行任意调速优点电机在整个调速砸罔内运行半稳，调速范围大，从电机的始动电压可以调到额定电压，调速器体积小、重量轻、调速方便调速精度高不容易变动，机械调速装置在一定程度上可搭配各型减速机做速度变换缺点效率低调速方式操作不便，调速装置体积相对庞大适用场合广泛用于电瓶供电或直流供电的野外作业以及低压自动控制的场合调速次数不频繁，操作空间足够大价格500-1000元300-600元（2）行走系统设计：通过链传动方式，使纵向行驶系统沿着温室地面的暖气轨道平稳行驶。图二 以暖气管为导轨的自动车（3）采摘车的升降系统设计：由于抬升高度不是很高、承载重量不是很大，并且造价要求

9、相对较低，拟采用液压升降台。通过绘制液压原理图，进行液压元件的选型设计，使采摘车的工作平台可以自动连续垂直升降，并可在升降过程中自动停留在任意高度位置，以适应不同采摘作业高度。采用剪叉式升降台剪叉式升降台广泛用于高层仓库、生产线、垂直货运场合。其提升高度大，下降较平稳，便于定位，结构简单。但是提升高度过高时，为了保证结构的稳定性，需要加大结构的刚性，导致重量偏大。剪叉式升降台示意图如图a、b所示。图a 图b （4） 控制系统的设计：控制系统主要需要完成采摘车纵向方向的行驶功能，液压升降台的上升下降功能，上述功能的无线遥控实现。为了实现前后左右行进以及上升下降的动作，所需要的是某公司的JD-6A

10、智能型6路无线接收控制器以及YK200-6型6键无线遥控器。（5） 液压系统的设计：一般液压系统根据具体工作参数需要分别配置不同规格的液压泵、驱动电机、阀、油箱等，统称这些液压元件的组合为液压站。液压站的体积往往庞大，在采摘车底盘这个有限的空间内布置比较困难。在这个设计中，我采用了电动液压缸中的液压动力包作为液压系统的驱动装置。图三 图四 电动液压缸是将电机、泵、阀、缸、油箱紧凑地连接在一起的整套液压装置，如图三所示。只需转换三相电源的相位，即可操纵液压缸的伸缩。也有直流电源机型。电动液压缸由专用液压动力包(也称油泵电机或微型液压动力单元)和液压缸两部分组合而成。液压动力包是一种用螺纹插装阀块

11、把电机、泵、阀、油箱紧凑地连接在一起的微型液压动力源，如图四所示。由于液压包和液压缸各具独立的结构，可以根据需要组合成各种不同的甚至是分离式的结构方式。与同规格常规液压站相比，液压动力包具有结构紧凑，体积小，重量轻，使用操作简单，维护保养方便的特点，现已广泛用于我国的工程机械、汽车、农机、冶金、机床、医疗、环保、液压机具、升降平台、自动化设备等行业。所以，我们选择液压动力包作为温室采摘车的液压动力源。另外，由于液压缸已经布置在举升系统的剪叉结构上，因此液压包和液压缸采取的是分离式的结构方式。3 难点：（1）采摘车的升降系统的设计需要结合机械设计和液压系统的设计；（2）控制系统设计中遥控装置是受

12、到玩具遥控汽车的启发，所以对遥控装置的设计相对可能比较麻烦。4 预期达到的目标：采摘车能够在人为的控制下进行前后左右的行进，并且能够自由降落及停留在任意高度位置。四、论文详细工作进度和安排2010年12月1日-2011年1月10日，完成文献综述、外文翻译(2篇 已完成)。2011年1月10日-2011年3月1日，完成开题报告。2011年3月1日-2011年4月10日，温室采摘车的总体方案设计、机械结构设计、液压系统设计等。2011年4月10日-2011年4月30日，主要工作性能参数的计算和主要部件的选型以及绘制各零件的图纸以及总装配图。2011年4月30日-2011年5月25日，完成毕业设计说明书，准备毕业答辩。