毕业设计（论文）-果园除草机器人机械结构设计.docx

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1、目录摘要：1Abstract：2第一章绪论31.1 本研究的意义及13标31.2 国外现状31.3 国内现状41.4 本章小结6第二虫果园除草机潺人参数的确定72.1 果园除草机器人参数的拟定72.2 分析计算8221刀轴的运动计算确定整机前进速度与刀釉利速82.2.2 刀片数量的计算92.2.3 除草机总功率的计算92.3 本章小结11笫三章主要等部件的设计与计算123.1 整机传动比的计徵123.2 掖机传动各轴功率、转速和扭矩的输定1333齿轮参数的计算151.1.1 齿轮材料和精度的选择151.1.2 齿轮模数的计算151.1.3 齿宽的计算163.4 二轴尺寸的设计163.5 变速箱

2、的设计173.6 悬挂架的设计173.6.1 怂挂架尺寸的确定17362悬挂架结构的选择183.7 链轮的计算193.8 液质系统的设计201 .液压油箱212 .齿轮泵213 .液压阀213.9 光电开关传感湍的选型253.10 本章小结26第四章主要零部件强度的校核274.1输入轴小锥齿轮Z1.的齿面接触疲劳塞度校核2742驰入轴小推齿轮Z1.的齿根弯曲疲劳强度校核30第五次结论32致说33参考文献34果园除草机器人机械结构设计摘要：根据调研发现，目前果园的除草作业效率极低，株间的杂草消除是困扰果农的大问题，为提高果园的机械化水平，本文通过研究分析具有避障功能的果园除草机器人的详细结构，实

3、现了智能化的果园除草，能以极高地效率完成果园株间的杂草清除。本设计详细分析了普通除草机的整机结构、动力传动以及刀轴的运动轨迹，时除草机的机架结构、传动系统进行J优化0本文所设计的果园除草机器人，能够达到避障除草的目的，有效地清除株间的杂草，其具有较为广阔的应用前景和市场。关词，果园除草机避障液压油缸根据调研发现，目前果园的除草作业效率极低，株间的杂草清除是困扰果农的大何超，目前果农的老龄化趋势严重，为r提高果园的机械化水平,减轻劳动强度，本课题以设计能完成果树株间除草的避障除草机为目标，通过分析避障除草机的要求，提出了本设计的具体实施方案。在此基础上对避障除草机的主要组成部分进行r设计与校核，

4、完成了课题的任务要求,具体内容包括以下部分，首先分析了当前国内外果树株间除草机的现状，明确了避障除苧机的总体要求。针对如何实现避障功能问题，提出了整个机架带动刀轴侧移的避障方法，然后分析了整机行机速度与油缸避障速度之间的关系，并对整机各部分的转速功率进行了分析计算，并校核了齿轮的强度，确保了整机的可维性。分析了本文所设计的果园除草机器人，能够达到避隙除草的目的，有效地清除株间的杂草，其具有较为广阚的应用前景和市场。Mechanica1.StructureDesignofTheOrchardWeedingRobotAbstract:Accordingtothefindingsoftheinves

5、tigation,weedingoperationsinorchardsareextreme1.yine1.cientatpresent,andweedingbetweenp1.antsisamajorprob1.emthattroub1.esfruitfarmers.Inordertoimprovethemechanization1.eve1.oforchards,inthispaper,thedetai1.edstructureofobstac1.e-avoidingorchardweedingrobotisstudied,andtheinte1.1.igentweedinginorcha

6、rdisrea1.ized.Thisdesignhasana1.yzedthewho1.emachinestructure,thepowertransmissionandthemovementtrackofthecuttershaftof(hecommonweedingmachineindetai1.,hascarriedontheoptimizationtotheweedingmachinesiructure,atthesametimehasaddedtheinte1.1.igentobstac1.eavoidancefunctionintheweedingmachine.Framestru

7、cture,transmissionsystemT1.ieorchardweedingrobotdesignedinthispaperCanavoidobstac1.esande1.iminateweedseffective1.y.Ithasawideapp1.icationprospectandmarket.Keyword:Orchardiwccdingjaviodobstac1.es第一章第论1.1 本研究的意义及目标经济林产业的发展是乡村振兴战略和精准扶贫以及富民过程中的全要依托11u.党的十九大，习近平总书记再次强调两山论即绿水青山就是金山很山的重要性.而经济林产业不断升级，种植规模不

8、断扩大，是我国林业产业中的支柱产业。但随若种植面枳增大，每年所需抚育工作成增多，经济林作物周边杂草不仅会抢夺土壤中养分与水分，还会寄生各类虫害，因而除草作业成为经济林抚育工作中主耍环节经济林产业是我国林业产业中的支柱产业。数据显示，2014年以来，我国经济林产品种植规模不断扩大，产量逐年增长。被至2018年，包含水果在内的我国经济林产品产量达1.87亿I,总种植面积超4.15亿ha。5年间，我国经济林产品总产量增幅约为14.I乐林产饮料、林产调料等种植产业均在不同年份得到了大力发展。本设计旨在研究一种具有避障功能的果园除草机器人，该机器可以在果园行间进行除草作业，同时可以完成果树株间的除草作业

9、。通过运动分析和结构计算，设计出最优的产品结构，来保证既能达到要求，又尽量轻量化.1.2 国外现状国外从1950就开始研究机械除草技术，特别是美国、在国、日本、荷兰等国在除草机技术领域处于世界领先地位，机具品种齐全，性能可靠，能很好地满足生产运用作业要求，随着激光侧距、视觉识别技术、液压控制技术等的长足发展，给带避障功能的除草机器人的发展提供技术支持41990年代末，美国加州大学将机器人视觉系统技术脍入到耕作机械中，研制出了具有定精准度的除草机械,同时这款机械还配有喷施除草课剂的功能，在这之后的几年时间里，R.D.1.amm等研究学者在针对棉山杂草特点上基于喷药除草机械的结构基础研制出了针对性

10、强的棉田除草机械，这种机械是依躯视觉识别系统来对杂草种类进行识别，然后再根据除草机械的位移信息采集系统收集到的环境信息，控制喷药系统完成作业过程J除草机械利用视觉识别和控制系统系统实现避障和精准除草的功能。瑞典的Bjornstrand和A1.ber1.-JanBaerVe1.d1.研究j一种基丁机器视觉的除草机器人。机器人安装了两个摄像机，黑白摄像机主要是对作物行线进行识别，指引机器人沿着作物行线行驶，彩色摄像机主要是用于识别杂草和植株二国外的避隙系统经历了人工避障、机械避障、机械液压避障、激光侧距液压避障、摄像头目视识别避障这几个过程。目前，国外最主流的避障除草机采用的是机械液压避障方式，这

11、种避障方式的准确性、效率以及故障率处于一个改合理的状态,除草时清除单行株间的杂草，而不是株间和行间一起除草，这样除草机可以以较快的速度前进，作业效率高，除草部分采用液压驱动刀盘网转的方式。国内进口的机型多为这种配置，并引来了不少国内除草机制造厂的仿制。欧美等发达国家的除草机械能够与其果园种植模式完美结合,机械化水平、科技化水平、人性化水平、适应性水平高。值得我们学习借鉴，但其价格过手昂责，体枳大，不能与我国的老式果因种植模式匪配。13国内现状我国在果园除草机器人研究方面起步较晚，技术落后。从上世纪70年代开始有学者借鉴国外先进技术进行研究，但是由于我国果园种植规模小，而I1.种植模式繁多，一般

12、的机器难以适应。由上世纪我国劳动力充足，侏间的除草全那由人工完成，没有意识到机械化水平的重要性，也错过了发展的良好。2004年，杨照华等人研究了基于机器视觉的杂草自动识别理论，提出了适合杂草图像滤波、分割、特征提取及模糊遗传神经网络分类器的设计方法，建立了杂草自动识别系统。对户外采集的五种杂草进行识别，识别率达93.5%1.目前，国内的机械式除草机中，除草工作部件多为单翼铲或者双翼铲，也有圆盘式和弗齿式的除草机，但是数量较少闾。新疆石河子大学的张斌研制出了种可以实现自动让树功能的果园除草机，该除草机核心组成部分有让树除草装置、即齿杷、动力系统、悬挂系统以及耕深调节装置。这种除草方式的优点是既可

13、以将果园果树行间的杂草进行清除，对除去的杂草进行覆盖以达到减少病虫击的效果，同时也还可以起到松上、增加土壤中氧气含量的作用。当前除草机器人当中主要有两种方式，一种为建模分析的方式，在使用该种方式进行应用时”，当图片信息进入到该系统后就会将其导入相应的三维软件中,另一种对数字图像处理技术的应用。南京林业大学的陈勇等人发明了一种可以进行行株间同时除草作业的机器人，其工作原理主要由导航摄像机、杂草识别摄像机、行间及行内除草机构、GPS模块和控制器组成。在GPS导航系统的控制下，除草机器人沿作物行线行.唳作业，当机器视觉系统识别出杂草时，除草机构的末端执行裾闭合，执行器底部刀楸以高速旋转的速度伸入土壤

14、，搅断杂草根部当识别出作物时，除草机构的末端执行器张开从而避开作物.我国的除草刀分为几种，第一种是用还田机进行除草、还田机上的切刀高速旋转，将杂草切碎还田,这种除草方式，消耗动力大：第二种是旋转刀盘除草，并排布置的水平刀盘在皮带轮的带动下高速旋转，将杂草切断，这种除草方式，消耗动力小，作业效率高；第三种是旋耕机除草，旋耕松土的同时，将地面上的杂草掩埋，这种除草方式，效率低：第四种是在旋耕机的刀轴上安装笼状除草刀转，这种除草方式结构简单，除草成本低。我国避障除草机的避障方式也是五花八门，最初的机器是在除草机后边站立一个人，手动控制除草刀盘的左右位置，可以达到避障的功能：后来的避隙方式进行了改进，

15、在除草刀就外转加一个可以回转的挡圈，挡圈的直径大于刀盘的回转直径，挡圈与机架连接处有旋转轴,还仃个拉赞，没有障碍物时，拉簧将刀盘拉到株间。有障碍物时，刀盘被果树树干顶开，果树错过以后，在拉簧的拉动卜.，刀盘重新回到株间。近年来，将液压技术运用到了除草机上，在刀盘前端一个液压阀的触发杆，触发杆在刀盘的行进方向的前端，刀盘在株间行进时,触发杆先碰到树干，触发液压阀进行刀盘的避碍动作，当触发杆超过树干并与树干脱开后,液压阀归位,刀盘回到树干中间。1.4本章小结通过对比国内外果园避障除草机的的发展历史及现状，看到了中国果园除草机器人与欧美发达国家的差距，尤其是在智能化方面，国内的除草避隙容易损坏机身或树F，而国外的智能化程度高，传感器应用合理，避障效果好。同时根据国内外现状的分析对比得出了本设计的研究内容，就是对果园除草机罂人的机械结构进行设计.第二章果园除草机人参数的确定根据走仿市场及果园种植户，实际测量了四款具有避障功能的果园除草机的具体参数，并详细r解这几款除草机的优缺点，为接下来的设计提供一定的理论依据。2.1 四款避障除草机参数分析厂家及型号配套动力（马力）刀盘直径株间/行间避障方式刀盘驱动方式耕帕CH1.中农博远9GY-5060-8050cm株间液压液压50鑫农9G-2.250以上60Cm株间和行间