畢業設計（論文）開題報告1.本課題的背景及意義中國是世界上最大的水果出產國，居全球13個產量超1000萬噸的國家之首。水果采收作為果園生產全過程中的一個重要環節，具有季節性強和勞動密集型的特點，所用勞動力占整個生產過程所用勞動力的35％～45％[1]。近年來，隨著農業產業機構的調整，林果生產已經成為很多地區經濟發展和農民增收的支柱產業，隨著種植面積的不斷擴大，果園規模化發展和規范化管理的要求日益提高，從而果園機械化日益重要。果園收獲機械的發展，可以減輕果農的勞動強度，提高生產效率，節約勞動成本，提高經濟效益。我國果園作業機械研究起步較晚，基礎相對較差，因此，果園作業機械化程度和歐美等國家還是存在差距。由于現代大型采摘機器太過昂貴，并且大型采摘機器僅適用于面積較大的果園大規模作業采摘，對于小作業果園而言，考慮到經濟效益，不得不放棄大型機械采摘這種高效率作業。目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業比較復雜，季節性很強。單純的人工采摘，不僅效率低、勞動量大，而且極易造成果實的損傷，同時由于依靠人工作業耗時耗力導致未能在果實的最佳采摘期將其采摘下來造成經濟損失。針對這種現狀，采用簡易的人工采摘器既能降低在采摘過程中對果實果樹造成的損傷又可以減輕人們的勞動強度、節省成本、提高效率。這種手動采摘器具有結構簡單，容易操作，安全舒適的優點，適用于不同高度及不同大小的水果采摘，與其他大型作業采摘機器相比結構更具經濟效益。加之未來人口老齡化趨勢，人工成本必會上升，因此水果采摘機械必將具有巨大的經濟效益和廣泛的應用前景。2．本課題的基本內容及關鍵問題基本內容：本課題將進行基于升降機械手臂進行水果采摘裝置的設計，構型簡單，操作方便。采用升降式機械手臂，手臂可俯仰，適合多種高枝水果，且配備絲杠升降裝置，節省勞動力，提高效率。采摘下的水果能順利進入的接收裝置，再順著傳遞裝置，安全的到達地面。手持固定部分還可增加整個裝置的穩定性，降低采摘員在長時間的操作過程中手腕疲勞程度。使用基于伸縮式機械手臂的水果采摘裝置可實現各種高度各種方向高枝水果的安全采摘，方便快捷，簡單實用。關鍵問題：1.升降的設計2.機械手以及爪子的設計3.行走裝置的設計畢業設計（論文）開題報告3．本課題調研情況綜述目前，國外水果采摘分為兩種采摘方式：機械化采摘和機器人采摘。機械化采摘：在發達國家，由于勞動力成本較高和人口老齡化等問題，在水果生產中不得不利用機械化方式代替人工進行采收作業。但是，到目前為止，真正在生產中使用機械化采收的大多還是產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。以新鮮產品形式進行銷售的水果，基本上還是手工采收或機械輔助采收。早在20世紀40年代初，美國、法國等一些西方國家對水果采摘機械就展開了研究。40年代中期美國開始著手研究振搖式水果采摘機械。50年代中期，出現了用拖拉機來進行驅動的振搖采摘機[3]。從60年代起，歐美一些國家（美國、德國）以及澳大利亞、日本等國，隨著勞動力成本的日益上漲，果品收獲機械正越來越廣泛地應用于多種果品的采收過程中。目前，常用的果品收獲機多采用振動方式使果實與植株分離。隨著升降平臺的出現，接著產生了各種動力切割式采摘機械，例如油鋸、機械剪，大大提高了采摘效率。機器人采摘：20世紀60年代美國最早開始研究果蔬采摘機器。隨著計算機和自動控制技術的迅速發展，特別是工業機器人技術、計算機圖像處理技術和人工智能技術的日益成熟，20世紀80年代中期以后，采摘機器人的研究和開發技術得到了快速的發展。以日本為代表的西方發達國家，包括荷蘭、美國、法國、英國、以色列、西班牙等，在果蔬采摘機器人方面做了大量的研究開發，并且成功試驗出了葡萄采摘機器人、柑橘收獲機器人、水果采摘機器人、黃瓜采摘機器人、甘藍采摘機器人等。由于技術、市場和價格等因素的影響，美國在自動化收獲機器人的研究方面沒有一個很清晰的戰略，研究工作也基本處于停頓狀態。日本近年來開展了大量的收獲機器人研究項目，進展很快，但收獲機器人仍未能真正實現商業化。荷蘭收獲機器人的研究工作走在了很多國家的前面，但其涉及的果蔬種類并不多。國內，果園采收機械化的研究與應用相比也較晚。果園采摘機械從20世紀70年代才開始研究，在引進國外果園機械的同時，陸續研制成功了機械振動式山楂采果機、氣囊式采果器和手持電動采果器等。80年代后，開始研究和制造切割型采摘器，實現使用機械裝置進行采摘。接著出現了由微型電機作為動力的切割式采摘器和振搖式采摘器。90年代開始，出現了很多簡易采摘器。用于采摘油果、梨、桃等水果的便攜式水果分級采摘器的研制改變了過去勞動強度大、水果損傷率高、勞動成本高等缺點，使果農的采摘正確率提高、時間縮短。隨著果園機械技術的進一步融合，2007年研制出了第一臺多功能果園作業機即LG-1型多功能果園作190業機。2009年研制出了適宜單人操作使用的枸杞采摘機。2010年研制出了4YS-24型紅棗收獲機，我國臺灣省為了在坡地果園上實施機械化，省工經營，改良發展了適合坡地作業特性的農機具，研制成功了一種自走式牽引振動采果機。我國南方水果種植園大部分處于丘陵山區地帶，受限于坡地地形，合適的采摘機械很少，基本還是靠人工采摘，并且在費工以及作業危險性方面的問題比平地采摘機械更突出，需要更多的科研院所和機構投入精力開展相應地研究。我國的水果采摘機器人的研究剛剛起步。從機械手、末端執行器、行走裝置等不同方面積極介入采摘機器人的研究和研制。通過跟蹤國外先進技術，在機器人采摘領域內取得了初步的成果，但是目前都處于實驗階段，投入農業生產實際仍需時日。我國的國家專利中有上百種的水果采摘器，包括機械式、電動式、機械式的果品采摘器，其中有的實現單方向的水果采摘，有的可改變方向能實現全方位的水果采摘。不過目前市場上商品化的采摘器品種還比較單一，且價格昂貴操作不便。我國在農業機器人領域的研究始于20世紀90年代中期，相對于發達國家起步較晚，果蔬采摘機器人的研究還處于起步階段。目前我國不少院校、研究所都在進行采摘機器人和智能農業機械相關的研究。東北林業大學的陸懷民研制了林木球果采摘機器人，它主要由5個自由度機械手、行走機構、液壓驅動系統和單片機控制系統組成。郭峰等運用彩色圖像處理技術和神經網絡理論，開發了草莓揀選機器人，采用機械驅動器將草莓推到不同的等級方向。浙江大學的應義斌等人完成了水果自動分級機器人的研究開發。縱觀國內外的研究現狀，發現了主要存在的兩個問題：(1)雖然近些年我國采摘機械得到迅速發展，在機械產品方面出現了采摘器、動力剪枝采摘工具、多功能果園作業機械等，但總的來說，國內水果采收機械大多功能單一、效率不高，容易損壞果實，產量損失大，容易采摘到不熟果實，且成本較高，使果農難以接受應用。同時再加上繁多的果實種類之間的差異，種植區域地理條件的不同，變換的果實品種的生長部位、成熟期等特點差異，都會對采收機械提出更高的要求。因此實現水果采收機械化難度比較大，通用性不佳。(2)國內果園的分散栽培、分戶管理，農機農藝之間的不協調，幾乎沒有真正集中成片的適合機械化作業的大型現代化果園，生產規模小，農民素質普遍偏低等因素，也是影響水果采收機械化實施的主要原因。因此開發研制結構簡單，操作簡便、成本較低、通用性好的適合于國情的小型機械化采摘器是當前研究的重點。此外，傳統的作業還存在以下弊端:一是采摘過程中作業者的人身安全問題，即手工采摘時手臂易被樹枝劃傷或擦破，高處作業時，還可能會摔傷。二是對果樹的損傷，即對樹的枝葉芽的破壞。三是對水果質量的影響，單手采摘時容易出現脫蒂，易出現抽心果，還有就是高枝水果容易掉在地上造成內外傷，影響果品的外觀，不利于保鮮儲藏，從而最終造成降低經濟收入。目前，我國各地方政府為增強地方經濟，正相繼開發大量的旅游投資項目，紛紛舉辦各種賞果采摘節，如油果節、桃子節等，吸引了大量游客到果園采摘旅游，享受采摘水果，品嘗新鮮水果的樂趣。如果能提供一種輕巧靈便的果實摘采器，不但能讓游客充分體驗采摘的樂趣，而且還保障了游客的安全，保護了果農的果樹不受損壞。另外，果農可以少打矮壯素等農藥，生產出更多的無公害果子，減少成本投入和對環境對水果的污染，游客可以品嘗到更新鮮衛生的水果。采用采摘器還可以方便平時蔬果，清除壞果、次果，便于果樹管理。大多數果樹開的花都遠遠多于最后結成的果實。在氣候適宜開花多的年份，如果一株成年油果樹有5%的花、桃樹有15%~20%的花結的果實能達到成熟，就可以獲得豐收。開花結果過多，會導致養分供不應求，不僅影響果實的正常發育，形成許多小果、次果、還會削弱樹勢，易受凍害和感染病害，并使翌年減產造成小年。因此，除了由于果樹本身的調節能力，使發育不良的花和幼果自然脫落外，還需平時人工摘除多余的花和果，才能滿足生產上的要求，俗話說:"看樹定產，分枝負擔，均勻留果"，只有科學合理地疏果，才能減少養分消耗，提高坐果率和水果的品質。疏除方法一般用人工，也可用適當濃度的化學藥劑噴灑果樹，采用化學疏除，采用人工疏除時利用基于伸縮式機械手臂的水果采摘裝置能方便的進行蔬果，在平時也能方便及時的清除果樹上任何部位的病果、次果，不會對好的臨位水果造成物理傷害，不會出現摘除次果時砸壞或砸掉好果的現象。4．本課題的方案論證對于本次的采摘和搬運的對象是水果，在對這個水果搬運的時候只需考慮將這個水果抓取并采摘不損壞植物即可，這是根據人工常用的搬運這種水果的方法所考慮的，在搬運的時候，也是需要考慮對這個水果只需繞著Z軸方向旋轉，也就是垂直方向旋轉，因為為了搬運，也就是要將物品壘在一起，充分發揮壘在一起的空間的話，就比如如說按照長度方向抓起來后，也可以需要轉動一下，保證在平面空間中，可以充分利用增加水果的平面面積，來使得它能夠充分占滿所在的平面的一個區域。根據這樣對水果一個個進行采摘然后搬運的過程來看，可以通過自動化技術來實現這一系列過程。所以本次設計中就利用了這樣的一系列動作過程，通過機械原理的應用，來實現并完成這樣的動作過程。水果的抓取過程，由于根據其人工抓取取的動作，可以使用機械手爪來實現，此機械手爪是平行開閉的手爪動作即可。此抓取后的水果需要轉動，那么本次就考慮在機械手爪上