论文（设计）题目：辣椒采摘机器人的结构设计

学院

智能制造学院

专业

机械设计制造及其自动化（高端智能）

年级

学生姓名

指导教师

学号

职称

工程师

一、选题的目的和意义

目的：机械结构设计：辣椒采摘机器人需要具备抓取、剪切等基本功能，因此在设计机械结构时，要充分考虑辣椒的形态特征、生长环境以及采摘过程中的力学需求。此外，要确保机器人结构的稳定性和耐用性。采摘手臂设计：采摘手臂是辣椒采摘机器人的关键部件，其结构设计直接影响到采摘效果和效率。研究时需关注采摘手臂的关节设计、运动学建模、力度控制等方面。安全防护：在设计辣椒采摘机器人时，要充分考虑安全性因素，如防止机器人误操作、避免对辣椒和操作者的伤害等。维护与维修：为了保证辣椒采摘机器人的长期稳定运行，研究时应考虑机器人的维护与维修问题，如易于拆卸、更换零部件和升级软件等。

意义：提高采摘效率：辣椒采摘机器人可以 24 小时不间断工作，相较于人工采摘，速度和效率都有明显优势。在辣椒生长季节，机器人可以快速完成大面积辣椒的采摘任务。降低劳动成本：采摘辣椒是一项劳动强度大、工作时间长的任务，尤其是对于成熟期相近的辣椒，人工采摘成本较高。引入辣椒采摘机器人后，可以大幅减少人力投入，降低采摘成本。此外，机器人采摘可以避免由于人工操作不当导致的辣椒破损、病变等问题，提高辣椒的品质和口感。推动农业现代化：辣椒采摘机器人的应用有助于推动农业科技创新，促进农业产业升级，满足市场对高品质农产品的需求。实现农业规模化生产：辣椒采摘机器人可以为大面积种植提供支持，帮助实现农业规模化生产。这对于辣椒种植基地而言具有重要意义，可以提高产值，推动农业产业链的发展。

二、相关文献综述（1000字左右，与主要参考文献对应）

孙世文在2023年完成的期刊《垄作草莓采摘机器人行走机构设计与仿真》因为现有的平铺于地垄表面的草莓采摘机械装置往往不能用于日光温室垄作草莓果实的采摘，故针对垄沟栽培环境，设计一款合理的行走机构对于草莓采摘机器人实现平稳移动和跨垄工作意义重大。研究提出了能够跨垄的行走机构。支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ在所设阶跃函数的驱动下，曲线变化比较平稳；线加速度和角加速度曲线在运行时，由于支撑底座受重力、负载等因素影响会产生突变，但在中间过程阶段受力稳定后，加速度变化也会趋于稳定。支撑底座在给定的轨迹中运行稳定，没有明显冲击，可以满足实际工作的任务要求，配合采摘机械手能够实现连续作业，从而高效率低成本地完成垄作草莓的自动化连续采摘。

李小平在2023年完成的硕士论文《圣女果采摘机器人末端执行器的结构设计与仿真分析》本文针对夹持和剪切机构分别进行研究和设计:首先基于平面四连杆的原理设计了夹持机构,确定了末端执行器的初步模型。基于该模型设计了自补偿夹持机构,分析了其受力状态及过程,确定了弹簧的选型,并基于夹持封闭性原则重新设计了夹持接触部件。其次研究分析了简支梁式和悬臂梁式剪切模型对剪切效果的影响,确定选用悬臂梁式剪切方式, (3)将设计的末端执行器在Solidworks进行三维建模,对夹持连杆机构进行运动学求解,将简化后的模型导入Adams软件进行运动学仿真,分析整体传动过程中有无运动粘滞、瞬态冲击和运动过程是否达到设计目标。 (4)将设计好的末端执行器加工组装,并将样机和移动底盘、机械臂、视觉相机组装成圣女果采摘机器人的实验平台,对样机进行室内环境下的采摘实验

李爽在2023年完成的硕士论文《基于ROS和YOLOv5的辣椒自主移动采摘平台关键技术研究》辣椒产业的发展为我国农民带来了十分大的社会和经济效益,但因其采摘作业仍以手工为主,存在效率低、人力成本高、工作环境恶劣等问题。本文从目标识别与定位技术、移动底盘的自主行走等方面着手,开发了一种基于ROS和YOLOv5的辣椒自主移动采摘平台,满足了当前农业无人化、智能化采摘需求,充分调研了辣椒田间各种环境参数(垄距、垄宽、行距、株距),以及果梗物理特性和生物特性(果梗几何参数、果梗折断力、果梗拉断力、茎秆折断力等),依据调研结果选定二指型电控夹爪以及轻量型六轴机械臂作为采摘机构,并对采摘平台的整机方案做了设计。

韩方恒在贵州辣椒产业优势突出,生产销售规模居全国第一,但贵州是典型的喀斯特地貌省份,地形多为丘陵山地,辣椒地地垄短、坡度大,导致国内外没有适用于辣椒山地密植模式的收获机械,而人工采摘辣椒存在劳动强度高、效率低、采收成本高的不足。针对此问题,本文对山地辣椒收获机的作业条件和辣椒农艺要求进行调研,对机器工作原理进行分析,设计出相适应的液压动力系统;并对液压系统的关键部件进行了选型设计;利用AMESim软件对山地辣椒收获机的底盘回路、工作回路和料箱清选回路进行了建模和仿真分析;最后对山地辣椒收获机的样机进行了液压系统试验和田间行驶试验。、山地辣椒收获机执行元件满足设计性能要求,并具有良好的行驶性能和安全性。 众多学者对农业辣椒采摘机方面进行了深入研究，使本课题有了很多可以参考的内容，但还没有针对大规模生产中出现的做出深入研究，因此本文具有研究价值和一定的现实意义。

三、研究内容

将通过辣椒采摘机器、采摘装置设计、机器整体结构设计,建立其机械的运动模型，基于机械理论,研究内容包括采摘爪、夹紧力调节装置、振动装置等部件的设计，以及这些部件之间的协同工作。设计出适应当前环境和作业需求的辣椒采摘机器整体结构。这包括机器的尺寸、重量、材质、可拆卸性等因素的考虑。与传统设计方法相比,在优化中采用数学建模的方法,在运动学仿真时,采用软件仿真,能够大范围寻优且能够使运动学性能求解大大简化。

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

2 辣椒采摘机器人系统方案设计

2.1辣椒采摘机器人系统的工作原理

2.2机器人的整体方案设计

3机器人结构设计

3.1末端执行器的结构设计

3.2机器整体结构

3.3 电机的选择

3.4材料的选择

4机器人的三维建模

4.1主要零部件的三维建模

4.2机器人的虚拟装配

5机器人的运动学仿真

5.1运动学仿真模型的建立

5.2计算结果分析

6结论

参考文献

致谢

四、研究方法、步骤及措施等

研究方法：

理论与实践法：根据大面积种植地分析，设计出辣椒采摘机器的初步结构。这包括机器的整体框架、采摘装置、传动装置、控制系统等。案例对比分析法：通过跑步机电机功率，转速，承重数据对比分析，得出初步结论。

实验法：通过对设计后的跑步机进行大量用户体验的实验来验证设计的正确性。

文献研究法：阅读和参考相关的视觉引导系统的文献，来合理设计本研究的基本框架、研究内容和基本方法。

研究步骤：

（1）前期准备：明确论文研究方向，制定研究计划，查阅相关资料，实地考察，了解视觉引导机器人分拣打磨铝铸件的工作方式。议定论文提纲。

（2）撰写文献综述与开题报告：整理收集到的相关资料，向指导老师咨询相关意见。

（3）论文撰写：通过对收集到的资料进行整理并结合老师以及前人的研究成果进行论文初稿的撰写。再根据指导老师的意见进行修改，最终定稿。完成以下内容：工业相机的选择、光源的选择、标定算法、数量分析算法、通讯、相机SDK开发、验证解决方案的可行性。

（4）论文评审及答辩

将论文定稿提交指导老师、评阅教师评审，并准备答辩。

研究措施：

（5）依靠学校图书馆查找相关资料。

五、进度安排

2022.10.20—2022.11.04 查阅资料、撰写开题报告；

2022.11.5—2022.11.20 开题报告撰写质量检查及整改；

2022.11.05—2022.12.22 初步设计，完成论文初稿；

2022.12.23—2022.12.31 开展中期检查；

2022.12.23—2023.04.06 完善设计，完成论文定稿、查重；

2023.04.7—2023.04.14 开展毕业设计评阅；

2023.04.15—2023.04.30 进行毕业设计答辩；

2023.05.01—2023.05.06 提交成绩；

2023.05.06—2023.05.30 毕业设计归档；

六、主要参考文献

[1] 王大龙,孙世文,王腾宇.垄作草莓采摘机器人行走机构设计与仿真[J].南方农机,2023,54(20):61-64.

[2] 李小平. 圣女果采摘机器人末端执行器的结构设计与仿真分析[D].重庆三峡学院,2023.DOI:10.27883/d.cnki.gcqsx.2023.000407.

[3]李爽. 基于ROS和YOLOv5的辣椒自主移动采摘平台关键技术研究[D].扬州大学,2023.

[4] 张建龙. 山地履带自走式辣椒收获机液压系统设计与研究[D].贵州师范大学,2023.

[5]韩清凯,翟敬宇,张昊. 机械动力学基础及其仿真方法[M].武汉理工大学出版社:, 201709.331.

[6]苏安晋,杜婵,杜娟.自走式辣椒收获机械研制与试验[J].农业工程2021,11(06):17-19.

[7]吴亮. 小型手扶式辣椒收获机设计与分析[D].成都大学,2021.

[8]苏安晋,杜婵,杜娟.自走式辣椒收获机械研制与试验[J].农业工程，2021，11（06）：17-19.

[9] [1]Gonzalez C . New Agriculture Robot SWEEPER Lends a Hand in Pepper Picking[J]. Machine Design,2018.

[10]Lei J ,Qin X ,Yongcheng C . Design and Analysis on Key Components of a Novel Chili PepperHarvester’s Picking Device[J]. The Open Mechanical Engineering Journal,2015,9(1).oogstad L.A., van Leeuwen A.M., van Dieën J.H. et al. Can foot placement during gait be trained? Adaptations in stability control when ankle moments are constrained[J]  Journal of Biomechanics, 2022, 134

七、指导教师意见

指导教师签名：

2022年11月3日

八、系（教研室）审查意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题   √               2.不同意开题

系（教研室）主任签名：

2022年11月5日

九、学院审核意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题   √                2.不同意开题

学院院长签名：

2022年11月6日