移动式松果采摘机结构设计

论文总字数：15953字

摘 要

松果树的枝干比较高,因此果农在进行采摘的时候存在很大的困难并且会耗费很多的劳动力。因此,本文设计了一种自动控制的机械式移动松果采摘机。松果采摘机的机械结构包括机械手，行走机构和末端执行器。机械手用于调节采摘机的方向和角度，便于更好的采摘松果。行走机构主要是控制采摘机的移动，实现在丘陵山区等复杂地形行走。末端执行器主要用于准确抓取松果。论文主要进行了采摘机的总体结构，主要技术参数，工作级别，机械手各节臂，行走机构和液压系统的设计。主要解决了人工的劳动力，耗时长和危险性等问题。这种采摘机不但可以高效并且快速的对松果进行采摘,同时还能够在对松果保持完好的前提下选择非常好的保护措施,使用人工去进行配合,可以进行自动的寻找和采摘。经过实验研究本课题对于现代林业机械化、自动化具有很好的研究意义和实用价值。

关键词：松果；采摘机；机械手；移动

Mobile pine cone picking machine structure design

Abstract

The branches of pinecone trees are relatively high, so fruit growers have great difficulties in picking and consume a lot of labor. Therefore, this paper designs an automatic controlled mechanical mobile pine picker. The mechanical structure of the pine cone picker includes a robot, a running gear and an end effector. The manipulator is used to adjust the direction and angle of the picker for better picking of pine cones. The walking mechanism mainly controls the movement of the picking machine and realizes walking in complex terrain such as hilly mountains. The end effector is mainly used to grasp pine cones on pine cones. The paper mainly carries out the overall structure of the picking machine, the main technical parameters, the working level, the arm of each arm of the manipulator, the design of the running mechanism and the hydraulic system. It mainly solves the problems of artificial labor, time consuming and dangerous. This kind of picking machine can not only pick the pine cones efficiently and quickly, but also can select very good protection measures under the premise that the pine cones are kept intact, and use manual to cooperate, which can be automatically searched and picked. After experimental research, this topic has good research significance and practical value for modern forestry mechanization and automation.

Keywords: Pine cone, Picking machine, Robot,Mobile

目 录

摘 要 Ι

Abstract Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容 2

第二章 移动式松果采摘机的方案确定及详细设计 3

2.1总体结构分析 3

2.1.1 机构的自由度 4

2.1.2 机构稳定性 4

2.2移动式松果采摘机主要技术参数 4

2.3移动式松果采摘机的工作级别 5

2.3.1采摘机利用等级 5

2.3.2 采摘机的载荷分布情况 5

2.3.3 工作级别的确定 6

第三章 采摘机各节臂的设计计算 7

3.1伸缩臂端部铰点位置的确定 7

3.2伸缩臂各节尺寸的计算 7

3.3液压油缸铰点的确定 9

第四章 液压系统的设计 12

4.1液压缸缸体内径的计算 12

4.2液压缸活塞杆设计计算 12

4.3缸体壁厚及外径计算 14

4.4确定液压泵的参数 14

4.5 管道尺寸的确定 16

第五章 行走机构设计 17

5.1 行走机构的介绍及结构示意 17

5.2 履带行走机构主要参数分析 17

5.2.1 平均接地比压 17

5.2.2 牵引力 17

5.2.3 运行总阻力 17

第六章 总装图及说明 18

总 结 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 绪 论

1.1 课题研究及研究意义

松果的采摘是一个季节性较强和劳动密集型的工作，对于高大的果树，人工松果采摘具有一定的危险性。采摘机械在欧美国家得到了发展和普遍应用，我国北方的松树树冠很高，松果采摘具有一定难度，松树大部分处于丘陵山区地带，受限于坡地地形，合适的采摘机械很少。松果采摘机的组成：机械手，行走机构，末端执行器。本课题需要设计一款运行平稳、能够适应山区丘陵地带、采摘高度较高的移动式松果采摘机，对于现代林业机械化、自动化具有很好的研究意义和实用价值。

随着计算机和自动控制技术的迅速发展，该组织已逐步进入农业生产领域。农业机构与工业机构不同。他们对生产运营有很高的要求，并且是劳动密集型的业务。连同季节性要求，确保工作质量成为一个关键问题。^[1] 进入21世纪，随着工业的快速发展，世界各国都面临着人口老龄化的问题，农业劳动力逐渐向其他产业转移。劳动力不仅成本高昂，而且不易获得。^[2]

采摘是松果生产中最耗时和费力的部分。采伐作业是季节性的，劳动密集型和昂贵的。收获是劳动密集型的，在松锥收获期间收获所需的劳动力占整个生产过程的约50％至70％。此外，在收获松果期间，人工收获通常需要弯曲或用梯子攀爬。因此，松果采收作业不仅劳动密集，需要很长时间，而且是危险的劳动作业。^[3] 随着人们生活质量的不断提高，人们也迫切需要摆脱这种高强度，高风险的劳动力。因此，实现松果收获的机械化变得越来越迫切。研究农业采摘机构具有重要意义。

1.2 国内外研究现状

采摘机械手是一种高精度的自动化生产装备，松果采摘机的高精密度及自动化性能是通过气动、PLC等进行控制的，在采摘机械手的设计和开发中综合应用了很多学科的知识，包括液压、电子、电路、材料力学等各学科，是综合学科运用的产物。松果采摘机并不是一个很新的概念，事实上，在20世纪的时候就已经出现了。人们理解的松果采摘机的定义就是由机器构造出的可以模仿人动作和操作的一种机器。各学科知识的发展促进了松果采摘机的发展，使得松果采摘机不止简单的模仿人类的一些动作，更具备了一些人类大脑思考，眼睛观察观测等功能。^[4]

采摘机械手并不是一个新颖的概念，事实上在20世纪的时候就出现了应用在生产现场的可以代替人操作的机械手。近年来，松果采摘机的发展越来越迅速，在性能及功能上也有了很大的突破，更精准，更好的适应性,在工业上使用的机械手等均可称为采摘机械手。

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