附件3河南科技职业大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称苹果采摘机械手的结构设计课题来源其他指导教师高军杰职称/学位研究生/硕士机械设计制造及学生姓名张东杰学号20033210148专业/班级自动化/20机制三班一、研究的背景、目的和意义(一)背景随着我国现代化农业改革建设不断的深入推进，原始的采摘模式被各种机械设备渐渐替代，苹果的采摘方式也同样需要实现机械化模式。2022年中国苹果产业协会在云南昭通发布了中国苹果产业报告。报告显示，2022年中国苹果的产量达到了4757.18万吨，占全球苹果总产量的比例超过了50%，继续保持世界第一的领先地位。有效保障了对水果消费市场的供给。随着国内水果消费需求和出口需求扩大，产能扩大就成为目前林果业发展的主要问题。自动化、机械化是替代人工、高效生产的最佳途径。(二)目的以苹果采摘为背景，设计出一款苹果采摘机械手臂，用于提升苹果的采摘效率，要求采摘过程尽量减少对苹果的磕碰，以保证水果的质量，预期在摘果过程中首先通过机械臂的夹持机构将果实夹紧，之后利用切割机构，通过刀片对果柄进行切割，让果肉和果柄分离，然后完成苹果采摘。(三)意义随着智能制造业的发展和人工成本的提高，机器人替代人力资源在劳动密集型产业中越来越普遍，《中国制造2025规划》提出：把握智能制造的主方向，其中信息化与工业化融合最为深入，工业机器人被认为是实现这一目标的关键。农业机器人的功能是减轻工人的劳动强度和生产成本，提高劳动生产率，确保产品质量并确保及时收获农产品。因此，非常有必要设计苹果采摘机械手。二、国内外研究文献综述(一)国内研究现状1.研究开发阶段(2000年代初至2010年)：在这个阶段，我国苹果采摘机械手的研究取得了显著进展。研究人员在原有基础上，对机械手的结构进行优化，提高采摘效率，降低能耗。同时，开始引入自动化控制、传感器技术和智能算法等，提高机械手的智能化水平。2.优化与升级阶段(2015年至今)：为了满足不断变化的农业生产需求，我国研究人员对苹果采摘机械手进行了进一步优化和升级。主要研究方向包括采摘机械手的自动化程度、作业效率、能源利用率等。此外，还通过引入互联网、大数据、云计算等技术，实现机械手的远程监控和智能调度，提高整体采摘作业的效率。(二)国外研究现状1.高度智能化阶段(21世纪初至今)：随着信息技术的进一步发展，苹果采摘机械手设计进入了高度智能化阶段。机械手不仅具备了自动采摘功能，还能够实现果实品质的在线检测、果园环境的监测以及机械手的自主导航。此外，一些研究者还尝试通过机器学习和人工智能技术，让机械手具备学习能力和适应性，使其能够针对不同果园和果实类型进行优化采摘。2.可持续发展阶段（未来趋势）：未来的苹果采摘机械手设计将更加注重可持续发展，包括节能、环保和高效。研究人员将致力于开发利用可再生能源的采摘机械手，以及降低机械手对土壤和环境影响的技术。此外，采摘机械手将与其他农业机械化设备相结合，构建智能化的果园管理系统，实现农业生产的精准化和可持续发展。三、研究的主要内容和拟采用的研究方法(一)研究的主要内容1.机型选择与参数设计：根据采摘需求和作业环境，选择适合的机械手机型。主要包括采摘机械手的结构形式、自由度、工作范围等参数设计，以确保机械手能够适应多种果树和果实类型。2.驱动系统设计：选择合适的驱动方式，如电机、气动或液压驱动，以实现机械手的运动和控制。驱动系统的设计需要考虑机械手的运行速度、力度、稳定性和能耗等因素。3.机械手结构设计与分析：进行机械手的结构设计，包括肩部、手腕、主体等部分。在设计过程中，需要充分考虑机械手的力学性能、刚度、强度和稳定性等，以保证机械手在采摘过程中能够稳定运行。4.控制系统设计：开发具备自主导航、感知、判断和执行能力的控制系统。该系统通常包括传感器、控制器、执行器等组成部分，用于实现机械手与果实之间的精确配合和智能采摘。5.图像识别与智能控制：利用计算机图像技术和人工智能算法，对果实进行识别和成熟度判断。这将有助于机械手实现对不同果实类型的精确采摘，降低果实损伤率。(二)采用的研究方法1.文献调研：收集和分析国内外相关领域的研究资料和技术成果，了解苹果采摘机械手的发展现状、趋势和存在的问题，为结构设计提供理论依据和技术参考。2.参数化设计：基于采摘需求和作业环境，运用参数化设计方法进行机械手的结构设计。通过调整参数，优化机械手的性能，使其适应不同果树和果实类型。3.概念设计：采用设计思维和创新方法，提出多种机械手结构方案。通过对方案的比较和评价，筛选出最具潜力的方案进行深入研究。4.计算机辅助设计(CAD)：利用计算机辅助设计软件（如SolidWorks、.AutoCAD等），绘制机械手的结构图纸，并进行三维建模和模拟分析。5.力学分析：基于机械手结构和作业原理，建立力学模型，分析机械手在采摘过程中的力学性能、刚度、强度和稳定性等。6.有限元分析：运用有限元分析软件（如ANSYS、ABAQUS等），对机械手的关键部件进行强度、刚度和稳定性分析，优化结构设计。7.控制系统设计：基于计算机编程语言（如C+、Python等），开发机械手的控制系统。四、研究进度安排1.2023.11.1-11.7.下达毕业设计（论文）任务书。2.2023.11.8-11.144撰写开题报告，进行开题答辩，开题报告定稿。3.2023.11.15-2024.1.284在教师指导下，进行学习、调研、实验、设计等。4.2024.2.26-3.10毕业设计（论文）中期检查5.2024.3.18-3.24完成毕业设计（论文）初稿，呈指导教师检查。6.2024.4.8-4.14完成毕业设计（论文）终稿，呈学院检测。7.2024.4.22-4.284完成毕业设计（论文）定稿，呈指导教师和评阅教师评阅。8.2024.5.13-5.194毕业设计（论文）答辩五、主要参考文献[1]许威，赵春光，张纪元.剪切式苹果采摘机械手的设计与优化[J刀.林业机械与木工设备，2023,51(07):19-23.[2]孙旖彤，潘肖楠，张俊，李明明，雷达荣.苹果采摘机器人机械手及控制系统设计[J刀.科技创新与应用，2023,13(22)：107-111+116.[3]郑华栋，王宏，张洲，王才东.苹果采摘机器人手部结构设计与分析[J刀.液压与气动，2023,47(07):100-105.[4]李端哲.苹果采摘机械手的设计[J刀.鄂州大学学报，2023,30(03)：110-112.[5]王淳，翁清鸿，杨雪东，胡清明.基于形态学矩阵法的搬运机械手结构分析与优化[J刀.齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2023,39(06)：5-10.[6]The structural design and simulation of the tubing handling manipulator[J].Vibroengineering Procedia,2023,50 257-263.[7]汪再如.基于串并混联的机械手运动数学模型建立与数值仿真[J刀.成都工业学院学报，2023,26(05):29-33+48.[8]孙晓红.机械手的结构设计及PLC控制[J刀.机械管理开发，2023,38(07)：103-104+107.[9]李军，张波，韩永亮.一种面向低成本需求的新型搬运机械手[J刀.机械工程与自动化，2023,(04):104-105+108.[10]陈启锐，李鸿亚，姜岳峰，牛书通.基于视觉识别技术搬运机械手设计探究[J刀.工程机械，2023,54(07)：141-145+13-14.[11]孟善.负压吸附式软体机械手的研究[D].浙江科技学院，2023.[12]李茹茹，王超.数控车床上下料机械手的结构设计[J].自动化应用，2023,64(09)：29-31+35.[13]Structural Design and Analysis of an Adaptive Manipulator[J].Journal of Physics:Conference Series,2023,2477 (1):[14]Structural design for a hybrid stone carving manipulator[J].Journal of Physics:Conference Series,2021,2133 (1):