國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目結(jié)題報告書

長安大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目結(jié)題報告項目名稱：基于深度視覺的果實采摘機器人研究項目級別：國家級項目類別：□創(chuàng)新訓練□創(chuàng)業(yè)訓練□創(chuàng)業(yè)實踐項目編號：201510710015項目負責人：林綿浩專業(yè)班級：機械電子工程所屬學院：工程機械學院執(zhí)行年限：1年電話:E-mail:填表日期：長安大學教務處制基本情況項目名稱基于深度視覺的果實采摘機器人研究成果形式研究報告立項時間2015年4月28日完成時間2016年5月10日鑒定時間2016年5月20日項目主要研究人員序號姓名學號專業(yè)班級所在學院項目分工1林綿浩201325050306機械電子工程機械學院負責Kinect深度視覺定位系統(tǒng)傳感器開發(fā)及控制系統(tǒng)部分設(shè)計2李加啟201325050308機械電子工程機械學院負責電路設(shè)計和機械零部件平面繪圖3秦望興201325040715機械設(shè)計制造及自動化機械學院負責賬目報銷及文檔處理、ppt等工作4喬依然201325040706機械設(shè)計制造及自動化機械學院負責機械系統(tǒng)力學分析及結(jié)構(gòu)分析5黎新子201325040710機械設(shè)計制造及自動化機械學院負責機械臂設(shè)計proe三維繪圖研究過程簡介內(nèi)容提示：創(chuàng)新訓練項目：研究過程中財務執(zhí)行情況；團隊成員分工和合作情況；研究報告、研究日記的完整性；項目研究的目的、意義；研究成果的主要內(nèi)容、重要觀點或?qū)Σ呓ㄗh；創(chuàng)新特色、實踐意義和社會影響；發(fā)表論文及獲得專利情況等。研究過程中財務執(zhí)行情況當前項目實施的經(jīng)費多是導師預支的，為項目的順利進行提供了很大的支持。同時項目的實驗、制作、采購、文本寫作等各個方面老師都給予了有效支持，為項目的順利實施做出了很大的貢獻。項目經(jīng)費做到了使用有記錄、合理使用、科學規(guī)劃。團隊成員分工和合作情況隊長林綿浩負責Kinect深度視覺定位系統(tǒng)傳感器開發(fā)及控制系統(tǒng)部分設(shè)計，李加啟負責電路設(shè)計和機械零部件平面繪圖，喬依然負責機械系統(tǒng)力學分析及結(jié)構(gòu)分析黎新子負責機械臂設(shè)計proe三維繪圖，秦望興負責賬目報銷及文檔處理、ppt等工作。團隊成員各司其職，在做完本職工作的同時，互幫互助，相互交流。通過這次項目團隊成員不僅提高了科研能力，還在這個集體中培養(yǎng)了責任意識、擔當精神、互幫互助等優(yōu)秀品質(zhì)。項目研究的目的、意義果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的必要環(huán)節(jié)。目前，大多數(shù)果蔬采摘作業(yè)仍以人工采摘為主。隨著我國種植業(yè)生產(chǎn)水平與市場消費水平的不斷提高，高成本低效率的人工采摘方式已經(jīng)影響到了我國農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟的進一步發(fā)展。近年來，我國農(nóng)業(yè)勞動力不斷減少，人工采摘的成本不斷提高，人工采摘方式開始漸漸無法滿足現(xiàn)在的市場需求。另一方面，果蔬采摘作業(yè)比較復雜，采摘環(huán)境也有很強的多樣性?，F(xiàn)代的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正向著機械化、自動化的生產(chǎn)方式不斷轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)的人工采摘方式相比，果蔬采摘機器人工作速度更快，受環(huán)境影響更小，且能夠在不同工作條件下保持基本相同的采收效率和采收質(zhì)量。由人工設(shè)定采摘標準后，通過搭載一定的識別功能，果蔬采摘機器人可以十分方便地實現(xiàn)質(zhì)量等級的劃分與產(chǎn)品標準化。由于機械化采收具有成本低、效率高、損失小等多方面的優(yōu)點，在現(xiàn)有市場條件下具有很強的競爭力和廣闊的發(fā)展前景。果蔬采摘機器人的研究，對于果蔬種植產(chǎn)業(yè)的大批量、標準化生產(chǎn)的實現(xiàn)，對于我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展與機械化水平的提高都具有非常重要的意義。目前，日本、美國、荷蘭等發(fā)達國家已將部分農(nóng)業(yè)機器人應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中。日本的一些公司已成功將嫁接機器人商品化，機械手類型的機器人已進入到商品化生產(chǎn)前的最后研發(fā)階段。但總體而言，采摘機器人的研究與開發(fā)仍處于試驗階段，距離實用化和商品化還有一定距離。研究主要內(nèi)容本課題針對果蔬采摘機器人的機械臂部分進行設(shè)計與研究，最終完成一個5自由度機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計。具體包括如下內(nèi)容：機構(gòu)選型：根據(jù)目標作物形態(tài)特點和采摘作業(yè)要求確定機械手機構(gòu)型式。并初步確定部分設(shè)計參數(shù)，包括預計工作空間、臂長、額定負載、驅(qū)動方式等。尺寸綜合：通過運動學分析和優(yōu)化設(shè)計，確定機械臂各桿件尺寸。工作空間分析：對機械臂的工作空間進行分析。力學分析：分析機械臂各關(guān)節(jié)部分的受力狀態(tài)，確定各電機需要的載荷。電機選型：根據(jù)分析結(jié)果進行電機的選型。零件的設(shè)計與裝配圖繪制：根據(jù)所得參數(shù)進行具體的零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成零件圖與裝配圖的繪制。通過該項目的實施，對農(nóng)業(yè)機械尤其是采摘機械的改進與發(fā)展具有重要的意義。本項目研究過程中財務嚴格按照《長安大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目經(jīng)費使用管理細則》執(zhí)行，經(jīng)費由指導老師協(xié)助管理，完全用于項目實施。研究報告、研究日記完整。研究總結(jié)報告內(nèi)容提示：預定計劃執(zhí)行情況，項目研究和實踐情況，研究工作中取得的主要成績和收獲，研究工作有哪些不足，有哪些問題尚需深入研究，研究工作中的困難、問題和建議。（限定在1000字左右，附件另附）本課題完成了一個果蔬采摘機器人機械臂部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，研究重點在于對目標作物的特點進行分析后，通過一系列方法確定了適合番茄等果蔬采摘的機械臂類型與各類參數(shù)，以此為依據(jù)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。并對機械臂的工作空間進行了一定的探討與分析。在本課題研究過程中，主要得到以下結(jié)論：通過機械臂的機構(gòu)選型過程，選定了5自由度的機械臂形式，并對采摘作業(yè)的工作需求進行了分析。對機械臂做了尺寸綜合分析，優(yōu)化了機械臂的特性，使其更能夠滿足番茄采摘作業(yè)的需要。對機械臂的工作空間進行了仿真，分析了其避障與運動性能。完成了受力分析以及電機、傳感器的選型，使機械臂在力學性能上能夠滿足采摘作業(yè)需求。對果蔬采摘機器人的機械臂部分進行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成了機械臂部分在機械方面的設(shè)計任務。在設(shè)計過程中使用MATLAB編寫程序輔助仿真與分析，減小了計算量，提高了結(jié)果的準確性與直觀性。使用SOLIDWORKS，PROE等作圖軟件進行三維輔助設(shè)計，提高了設(shè)計效率。目前，本課題所得成果在以下方面仍有待提高：未進行動力學仿真分析，所得結(jié)果的運動特性還有待進一步驗證。在各零件的加工、配合，以及電氣線路的布置等方面存在考慮不周的地方，具體結(jié)構(gòu)仍有進一步優(yōu)化的空間。由于時間所限，只對機械臂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計和一定程度的完善，未進行外殼設(shè)計等工作。研究工作過程中遇到的問題：（1）設(shè)計機械臂的結(jié)構(gòu)與選用的材料強度以及電機的性能發(fā)生了沖突，超過的電機的最大功率，導致運轉(zhuǎn)動力不足。（2）設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中沒結(jié)合實際的加工情況，設(shè)計結(jié)構(gòu)難以加工或者費用過高。對零件的加工水平情況以及機構(gòu)的組成零件的結(jié)構(gòu)與工作過程，標準件的技術(shù)指標要求不夠了解，導致選購零件材料清單不太明晰或不合理，導致零件有遺漏或多出的情況。四、論文及專利登記表序號姓名論文名稱期刊名稱期刊級別刊號發(fā)表時間本人角色論文類別備注注：1.發(fā)表的論文應標明“獲得國家級或省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助”2.期刊級別注明EI收錄、中文核心期刊、省一級期刊、普通四類3.本人角色注明是第幾作者4.論文類別包括教育和專業(yè)序號專利名稱專利（申請?zhí)枺╊悇e申請人備注注：類別注明是發(fā)明、實用新型還是外觀設(shè)計五、經(jīng)費使用情況經(jīng)費合計元，其中，學