毕业设计（论文）-水果分级机器人设计（苹果分选机、瓜果分拣机）.docx

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1、水果分级机器人设计摘要我国的瓜果产业机械化应用程度较低，水果分级机械化方面更加缺乏经验，仍然依靠人工完成分级工作。人工分级不仅分级效率低下，增加生产成本，而且还不利于保持水果新鲜品质。水果分选是实现等级化销售最基础的一步；水果标准化，等级化销售有利于水果交易过程中的定价、计价。根据市场需求和发展趋势，设计苹果分级机器人，该系统不仅能够在水果销售前实现苹果的自动分级，而且对解放劳动力，降低工人劳动强度,保证果实新鲜品质等有着积极意义。分级机器人由传感器，上料系统，输送系统，分拣系统，气泵，电动机，控制系统组成。由电动机驱动上料机构，传送机构。传感器提取苹果的特征参数，经过加权评级，然后控制分拣系

2、统完成分级。苹果分级机器人采用全自动控制，人机交互简单，易于操作。能极大提高生产效率。关键词：分级、控制、特征参数、传感器AbstractAtpresent,mostfruitgradinginChinaisdonemanually,onlyafewofthemaremachinegrading,whichleadstolowsortingefficiency.Artificialclassificationnotonlyincreasesthemiddlelinkoffruitproduction,increasesthecostoffruitproduction,butalsoisnotc

3、onducivetothemaintenanceoffreshfruitquality.Accordingtotheabovesituation,thedesignofapplegradingrobot,thesystemcannotonlyachieveautomaticgradingofappleafterharvest,butalsoimprovelaborproductivity,reducelaborintensityofworkers,andensurethefreshqualityoffruit.Thegradingrobotconsistsofsensor,feedingsys

4、tem,conveyingsystem,sortingsystem,airpump,motorandcontrolsystem.Thefeedingmechanismandtheconveyingmechanismaredrivenbythemotor.Thesensorextractsthecharacteristicparametersofapple,andthencontrolsthesortingsystemtocompletetheclassification.Applegradingrobotadoptsfull-automaticcontrol,withsimplestructu

5、reandeasyoperation.Cangreatlyimproveproductionefficiency.KeyWords：grading,Control,sensor,characteristicparameter第一章绪论11.1 选题研究意义11.2 国内外水果分级流程机械化发展概况21. 2.1国夕22. 2.2国内研JWK33. 2.3国内夕分析31.3 本论文拟研究内容4第二章苹果分级系统总体方案的拟定521总体结构52.2上料机构设计52.3分级分拣系统设计52.4控制系统设计62.5本章小结6第三章机械系统的设计计算73.1 上料系统设计71 .1.1上料系gEW三蝴7

6、3 .1.2上料系统带传送设计103.1.3上料系统传动轴设计123.2二级传送结构设计14143.2.1双子滚子结构设计3.2.2双子滚子输送量163.2.3输送链的输送速度16324条蝴163.3带传动设计181.1.1 3.1带的阿181.1.2 计算所需功率191.1.3 总比if193. 3.4电机的选型193.4分级执行分拣系统203. 5本章小结20第四章控制系统的设计213.1 控制系统213.1.1 P1.C的特点213.1.2 1.2P1.C的选择223.1.3 梯形图的设计223.2 传感器原理234. 3控制系统程234.1 控制系统P1.C梯形图和端子分配图25第五章

7、经济性分析27274.2 经济实用性分析.274.3 经济成本分析.5. 3本章小结27第六章结论与展望295.1 结论295.2 展望30致谢32参考文献32内第一章绪论11.1选题研究意义水果分选是提高水果市场竞争力的重要环节，能够实现果实差异化定价销售。在物流化高度发达的今天，尤其是这次疫情更加反映了我国基建建设程度和物流化程度对于欧美国家的优势。为了充分利用我们这种优势，我们应提高水果在进行农产品贸易和异地销售等交易中的标准化。水果标准化，等级化销售有利于水果交易过程中的定价、计价。而实现苹果等级化销售的最基础的一步就是水果分选。我国是水果生产大国，尤其是苹果产量巨大，但绝大部分苹果来

8、源于小果园和个体种植户，其品质差别很大，且品种繁多,更加加大标准化的难度；加上采摘及运输过程中小果园果农没有统一标准化的采摘运输流程，造成水果不同程度的损伤等影响，加大了苹果的等级分拣工作的困难。目前我国苹果分选工作还是多由人工完成，不仅劳动强度大，增加生产成本，而且生产率低下且分选精度不稳定。采用自动化、机械化设备来代替人工作业完成苹果的自动化分选，能够有效地提高水果分选效率和精度。研究设计生产自动化水果分级设备，对苹果进行分级筛选然后加工销售由积极意义。水果分级能大幅度提高水果的经济价值。高等级水果中掺杂一些低等级水果会严重影响水果品相，减少水果的销量，降低出售价格。如果将其分级处理，从而

9、能够提高水果的经济效益。对于一些品相较差的瓜果，如果按照零售个体进行售卖，这一类水果没有很好的竞争性，例如表皮劈裂、重量体积过小、过度成熟不能长时间运输保存、表皮沙化等问题，我们可以将其分拣出来转变为其他商品（例如果汁、果酱、做出果酒等），减少瓜果损失率，提高其商品价值，增加果农的经济收入，提高市场竞争力。对于生产者消费者是双赢。我国作为农业大国，在国家大力倡导脱贫攻坚的今天，经济作物的生产、加工、销售是拉动农村经济发展，带动农村脱贫致富的一个重要途径。根据国家统计局公布的近十年（2010-2019年）中国水果年产总量和苹果年产量统计结果，可以得出以下结论：第一、我国水果年产量十分巨大且总产量

10、呈现逐年递增的趋势，水果年产量从2010年的20095.37万吨增长到了2019年的27400.84万吨，其中仅苹果年产量就从3164.91万吨增加到了4242.54万吨山。第二、尽管我国瓜果产量很大，但我国瓜果分拣工作主要还是依靠工人工完成，不仅劳动量巨大、工作繁杂，而且人工在进行分拣时易受个人主观因素影响，不同人工和分拣的标准和分拣的效率存在着较大差异。我国现在工业农业发展正处在转型期发展正处在转型期。我国苹果主要产区集中在河南、山东、安徽一代。这些产区的水果分拣方式还处在大量依赖人力工作的状态。从果树种植、水果农药喷洒、果园管理、成品采摘再到最后水果的分级、分拣、包装这一系列流程中都需要

11、大量劳动力参与，所以这些地区在每年的采摘期都会有大量劳动力缺口。所以采用水果分级技术可以大幅度解放劳动力，提高生产效率，缩短水果从采摘到分级销售的时间，保持水果的新鲜程度，提高竞争率提高水果分拣的质量。这在当前以机械式分拣为主要分拣技术的国内，具有很高的经济和社会价值。而从宏观上来说能够改善瓜果采摘期产区的劳动力结构。1.2国内外水果分级流程机械化发展概况31.2.1国外研究现状国外对于瓜果分级研究主要是欧美发达国家进行的，由于欧美国家最先完成工业化，具有时间优势。为了提高水果的经济价值，采摘的水果都要经过仔细的清洗、分级、包装后才能投放到市场进行销售。例如在美国的超市内购买水果，很少见到类似

12、于国内一大堆水果由顾客自己挑选，都是由包装盒保鲜膜包装成一定重量的商品进行售卖。跟据这种需求，国外一些农用机械研究厂商很早就对水果品质的自动检测进行了大量的研究。而美国作为世界上最大的农产品出口国，它的水果自动化分级处理设备每年都占世界一半以上。在国外，最开始采用CCD相机采集苹果图像，然后信息传输到计算机，然后PC使用无损检测等相关技术，给出水果品质的最终结论。由于研究具有很高的经济价值和市场前景，所以这一方法成为了当时研究的热点课题。水果的品质检测不仅可采用利用计算机高效的信息处理技术，还可以采用近红外线、高光谱技术等光学检验方法来进行瓜果指标参数的提取处理。早在上实际80年代，美国的Re

13、hkUgIer和ThrooP就提出采用黑白摄像机采集图像，然后根据水果图像灰度值缺陷对果实品质进行检测。然而，由于摄像机采集的果实图像是一果实曲面图像，图像的灰度值由中心呈递减趋势向周围扩散，再加上噪声影响，使得摄像机采集的瓜果灰度值图像受很多因素干扰，不能仅使用一种技术来进行缺陷检测，因而检测的误差较大、精确度比较低。目前主要再水果的颜色、形状、大小、含糖量几个维度进行分级。图像采集的工具是灰度摄像机及近红外线摄像机。首先对采集到的瓜果灰度图像进行了阴影校正、边缘检测等一系列技术算法处理，然后求取水果表面损伤面积（灰度和色度闲值、区域增长法），与人工结果相比，其相关系数达0.56,建立了水果

14、表皮颜色在数据上的表达关系。此后Mmer采用近红外技术对柚子和蜜梧的糖度进行了研究,从而实现了对水果含糖量的检测方法。4J1.2.2国内研究现状相较于国外，我国的对于瓜果采摘后分级分拣研究起步较晚，且主要针对水果外在品质进行检测研窕，而对其内部品质的研究起步更晚，有成果的研究寥寥无几。对于水果主要通过机器视觉技术测量水果尺寸；通过求摄像机捕获的内切圆面积占水果图像面积的比例，利用数学工具、采用图像形态学方法确定等级；通过分析对不同水果着色等级，处理各颜色分布的分形维数特征参数，来实现水果颜色分级的研究网。1.2.3国内外研究进展分析从水果分级机器人被提出到现在这短短的几十年时间里，对水果分级机

15、器人的各种研究进展迅速，各种功能日渐齐全，可靠性、安全性和稳定性也显著提升。但从总体上还看，它的研究还有很长的路要走，还有很多实际问题有待解决。尤其是其经济性是否能被瓜果产业从业者接受，从而产生经济效益，实现农用机器人研究的最终目的。国家“十二五”规划中，加大了对农业装备实现机械化、自动化、智能化的支持力度。目前我国制造业到了转型期，要从过去的劳动密集型，转换为技术密集型。而农业方面；农业智能化，农业装备自动化将成为我国农业转型的重点。随着我国共业发展，在数字化，智能化，大数据、5G等一些新兴技术加持下，农业装备自动化，也必将在未来的生产体系中起着至关重要的作用。在未来，随着新技术的发展研究，新技术应用到农业装备上，其自动化智能化程度将会越来越高，农业机械化、自动化和智能化相互促进发展，将把农业这一人类最古老的产业带入一个全新的阶段。6 1.3本论文拟研究内容本文是研究用于一种用于水果分级，以输送带，输送链为主体，P1.C控制的分级机器人。其中设计部分主要采用和包括结构和控制。结构设计包括输送部分设计，上料部分设计，分级部分设计。在结构设计上，使用solidworks三维建模软件对机构进行整体建模，并校核强度，验证安全性