《基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、題目：基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)院: 摘要 在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的植保領(lǐng)域，化學(xué)除草劑的使用方式普遍為粗放式的大面積噴 灑，一方面容易造成人身傷害，另一方面因?yàn)閲娝帟r(shí)不是精確對準(zhǔn)目標(biāo)物，往往 也噴在了無目標(biāo)的土壤上。由于雜草在田間的分布是隨機(jī)的，不均勻的，而且具有簇生性。正是這種雜草分布的不連續(xù)性，為精確施藥技術(shù)的可行性提供了依據(jù)。 本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)利用步進(jìn)電機(jī)易于啟動、停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好，同步帶的傳遞平穩(wěn)、準(zhǔn)確，傳遞效率高等優(yōu)點(diǎn)，通過他們作為機(jī)構(gòu)的主要部件，帶動施藥噴 頭左右移動，從而達(dá)到對不規(guī)則生長的農(nóng)作物進(jìn)行精準(zhǔn)施藥的目的。本文的主要 研究內(nèi)容如下: 1、移動

2、機(jī)構(gòu)的分析 2、電機(jī)、聯(lián)軸器、軸的選用 3、同步帶控制系統(tǒng)關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)施藥，同步帶，噴頭，移動機(jī)構(gòu) Abstract RoughsPrayingtechnologyintraditionaltheusagemethodofchemistryherbicideiswide-spreadtospray，sprayingisn’ttoaimatatargetthingaccurately，butusuallysprayingatthesoilwithoutweed，soplentyofherbicideiswasted，resultinginnotonlytheHumanbodyhurtea

3、sily，butalsotheecosystemenvironmentcrisisandincreasingagriculturalchemicalsresidue.Becausethedistributingofweedinthefieldisrandomandasymmetry.ThediscontinuityofweeddistributingProvideabasisforthePrecise-spraying.Thisdesignusingthestep-motoreasytostart,stop,positiveandnegativeandresponseofthesynchron

4、ousbelttransmission,smooth,accurate,higherefficiencythroughthemasamajorpartoftheorganization,sprayingnozzles,andmoveontogrowcropsirregularprecisionofpesticide.Thecontentsofthestudycouldbrieflysummarizedasfollows: 1、 Theanalysisofthemovemachine; 2、 Theexternalmotor、thecoupling、the Thesystemcontrol

5、Keywords:Precisespraying，synchronousbelt，sprayingnozzles，themobilemechanism. 摘要I AbstractI 第一章緒論1 第二章基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)原理說明2 第三章精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3 3.1 步進(jìn)電機(jī)的選型3 3.2 電機(jī)驅(qū)動器的選型3 3.3 傳動軸的選型4 3.4 聯(lián)軸器的選型6 3.5 軸承的選型7 3.6 同步帶和帶輪的選型8 3.7 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算11 第四章總結(jié)12 參考文獻(xiàn)13 致謝7 第一章緒論 長期以來，人們賴以生存的食物靠栽種植物和

6、飼養(yǎng)動物等方法來提供，然而 在栽種植物過程中，不可避免地要遇到防治病蟲害的問題。對農(nóng)田作物病蟲害防 治一般來說有三種方法，一是利用自然天敵，自然界很多作物害蟲都有其天敵， 合理地利用它的自然天敵可以有效地防止作物病蟲害的發(fā)生和蔓延，而且也減少 了農(nóng)藥的使用;二是人工清除，用手或借助一些簡單機(jī)械設(shè)備來防治;三是用化學(xué) 防治的方法，通過噴灑農(nóng)藥來消滅害蟲和細(xì)菌等。隨著時(shí)代的發(fā)展，人工防治的 方法已逐漸被淘汰，化學(xué)防治成為目前控制病蟲危害的主要手段，而防治效果的 好壞，噴施技術(shù)十分重要。 目前，我國噴施農(nóng)藥的方法是普遍采用植保機(jī)械，80%左右的國產(chǎn)植保機(jī)械 仍處于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)5

7、0-60年代的水平，尤其是各種手動噴霧器存在嚴(yán)重的 “跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象，故障率高，性能落后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到科學(xué)使用農(nóng)藥的要 求。一方面對人身傷害很大，遇到惡劣天氣人在作業(yè)時(shí)甚至容易中毒。另一方面 噴藥時(shí)也不是精確對準(zhǔn)農(nóng)作物，往往也噴在土壤上，不僅浪費(fèi)了農(nóng)藥，增加了作 物的農(nóng)藥殘留量，而且噴在土壤中的農(nóng)藥易造成土壤酸化和地下水污染。隨著農(nóng) 藥的大量使用，其殘留在農(nóng)作物和土壤中的農(nóng)藥對人身和環(huán)境的危害也與日俱 增，這跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要求精準(zhǔn)高效、綠色環(huán)保的要求是背道而馳的。因此，有必要 研制一種基于機(jī)器視覺的高效可行的噴藥裝置，讓機(jī)器代替人在田間作業(yè)的同時(shí) 能比較精準(zhǔn)地對準(zhǔn)農(nóng)作物噴藥，以

8、降低人的勞動強(qiáng)度，提高藥效和保護(hù)農(nóng)田環(huán)境。 同時(shí)，國家“十一五”規(guī)劃中己將研究高效低污染的噴藥技術(shù)和植保裝備技 術(shù)作為重大攻關(guān)項(xiàng)目，而且國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要也已把農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè) 和信息化列為重大課題。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展壯大和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從機(jī)械化、自動 化逐步向智能化方向發(fā)展的趨勢下，智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械必將成為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主 要裝備。 為了減少成本和保護(hù)環(huán)境，人們開展了除草劑的精確噴藥技術(shù)的研究，希望 替代傳統(tǒng)的大面積噴藥技術(shù)，以降低人的勞動強(qiáng)度，提高藥效和保護(hù)農(nóng)田環(huán)境。 本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)就是基于這一背景下著手準(zhǔn)備的，研究基于機(jī)器視覺的作物精準(zhǔn)施藥 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅對農(nóng)田作物噴藥自動化

9、具有十分重要的意義，而且也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技 術(shù)體系的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中變量技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。 第二章基于機(jī)器視覺的精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)原理說明 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)能帶動噴頭左右移動的移動機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)要求移動平穩(wěn)而精確，這很大程度的限制了我們對零部件的選用。在老師及同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下，經(jīng)過反復(fù)求證，我們最終制定了“通過步進(jìn)電機(jī)帶動同步帶左右移動”的方案，理由有兩點(diǎn)：一、步進(jìn)電機(jī)的位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，可以組成結(jié)構(gòu) 具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在更高精度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且易于起 型號 D B (h7) L1 b D1(h7) h h1 L D2

10、D1 75BYG4502 75 75 9.5 30 3 60 2.5 8 127 84 5.5 動，停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好。另外，步進(jìn)步距角可在大范圍內(nèi)選擇；二、 同步帶傳動具有以下特點(diǎn)：(1)傳動準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動，具有恒定的傳動比; (2)傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低，傳動效率達(dá)0.98,速比范圍可達(dá)1:10,允許線速可達(dá)50m/s；(3)傳動效率高，可達(dá)0.98,節(jié)能效果明顯； (4)維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費(fèi)用低。這兩個(gè)主部件的特點(diǎn)促使了我們制定了這套方案。下面，我將對這套方案的原理進(jìn)行簡要的說明。 步進(jìn)電機(jī)帶動通過連接軸連接的同步帶帶

11、輪轉(zhuǎn)動，施藥的噴頭固定在同步帶下帶的前內(nèi)側(cè)(俯視圖為相切)的帶上面，考慮到帶的同步帶由于噴頭和藥水的重力，可能會彎曲，我在同步帶的正下面安裝了5個(gè)裝緊輪，裝緊輪固定在臺面上。當(dāng)同步帶移動時(shí)，它們的輪會滾動，但其本身不動，從而一定量的減少了帶的彎曲，提高了效率。當(dāng)噴頭需要向左移動時(shí)，電機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號，帶輪轉(zhuǎn)動，皮帶帶動噴頭向左移動，當(dāng)噴頭需向右移動亦然，從而達(dá)到對農(nóng)作物偏差在0.5個(gè)行距之間的雜草進(jìn)行施藥的目的。其中，用布進(jìn)電機(jī)能夠更好地控制施藥的精確度和同步帶移動的速度，不致于因移動過快而精度降低的現(xiàn)象。通過步進(jìn)電機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，同步帶移動一格，噴頭隨之移動，很好的結(jié)合了步進(jìn)電機(jī)與同步帶兩

12、機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到預(yù)期目的。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)與同步帶中間通過帶輪、兩個(gè)軸和一個(gè)聯(lián)軸器相連，降低了損耗，提高了效率。 第三章精準(zhǔn)施藥噴頭移動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 步進(jìn)電機(jī)的選型： 表一：步進(jìn)電機(jī)型號和參數(shù): 注： 1）以上數(shù)據(jù)為平均參考值，用戶可據(jù)此繪成矩頻特性曲線。 2）二相及四相電機(jī)在低頻段100±20步/秒處有諧振區(qū)，工作時(shí)避開此區(qū)為佳 3）當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行頻率超過二分之一空載起動頻率時(shí)，所用控制器應(yīng)具有升降頻功能。 4）電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速及頻率間的關(guān)系 M（NJ-M）義n（轉(zhuǎn)/分尸9.55XP（W） n（轉(zhuǎn)/分）二步矩角xf（步/

13、秒）/60 圖2:步進(jìn)電機(jī) 3.2 電機(jī)驅(qū)動器的選型 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的型號，我們采用了BY系列二相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器,電機(jī)驅(qū)動器參數(shù)如下： 控制系統(tǒng) QPT。須接 可送電添 AxNChcB 百 含合天卡遭電電 I- -usm 電機(jī) (S7-2HB04M) 驅(qū)動器型號 相數(shù) 細(xì)分?jǐn)?shù) 相電流 工作電源 BY-2HB04M 2 2、5、10、20、40 0.5-4.0A DC24-40V 圖3:驅(qū)動器與電機(jī)連線示意圖 驅(qū)動器有以下特點(diǎn)： 恒流控制，極低的電源損耗，極高的開關(guān)效率，驅(qū)動電流和細(xì)分?jǐn)?shù)可由撥碼開關(guān)設(shè)定，并具有半流鎖定功能，脫機(jī)控制

14、功能，所有輸入信號與功率放大部分光電隔離，散熱器外殼與驅(qū)動器內(nèi)部完全電隔離。 3.3 傳動軸的選型 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算公式，我們得出電機(jī)輸出功率為： 據(jù)：M(NJ-MXn(轉(zhuǎn)/分尸9.55XP(W)得：P(W)=62.8W 據(jù)：n(轉(zhuǎn)/分)=步矩角xf(步/秒)/6°得：n=300(r/min) 軸的傳遞轉(zhuǎn)矩：T1=9.55X106-p=1.55N-m 齒輪的圓周力：Ft=2T1=21.55=4.2N td10.78 齒輪的徑向力：Fr=Fttan-^=4X0.416=1.65Ncos: 選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由表查得： 肉=650MPa%=360MP

15、aJ=300MPaQ=155MPq［叮J=60MPa 據(jù)以上參數(shù)，根據(jù)我們設(shè)計(jì)要求傳遞動力小，對軸材料的機(jī)械性能和淬火性能要求不高，同時(shí)，碳鋼比其他材料的剛更加廉價(jià)，對應(yīng)力集中的敏感性較低，因此我們采用了比較常用的45號鋼材料。軸通過軸承來定位，通過軸承端蓋來實(shí)現(xiàn)。 下面兩個(gè)圖中，圖3的左端是連接聯(lián)軸器的部分，左端是連接皮帶輪部分；圖4的連接皮帶輪的軸 3.4 另外，聯(lián)軸器的選型 常用聯(lián)軸器大多已標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，一般情況下只需正確選擇聯(lián)軸器的類 型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。我們采用剛性的YLD型凸緣聯(lián)軸器，凸緣聯(lián)軸 器是把兩個(gè)帶有凸緣的半聯(lián)軸器用鍵分別與電機(jī)和軸聯(lián)接，然后

16、用螺栓把兩個(gè)半聯(lián)軸器聯(lián)成一體以傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器用灰鑄鐵制造而成，線速度小于 30m/s。 對于已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的聯(lián)軸器，選定合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩如下： T=K-T=K-9550?Pw=1.7N-m c 式中：K為工作情況系數(shù)，查表得：K=1.1; T為理論扭矩，T=T1=1.55N-m\ Tc為聯(lián)軸器扭矩， c PW為驅(qū)動功率，KWPw=P=62.8W; n為工作轉(zhuǎn)速，r/m,n=300r/mi 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面條件，可從有關(guān)手冊中選取聯(lián)軸器 的型號和結(jié)構(gòu)尺寸，具體如下：單位：mm

17、型號 L D Di D(h7) M L0 許用轉(zhuǎn)速n 公稱扭矩Tn m YLD 32 71 53 14 M6 68 8100r/min 10N-m 0.94kg 圖6:凸緣聯(lián)軸器 優(yōu)點(diǎn)：凸緣聯(lián)軸器構(gòu)造簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、無沖擊且聯(lián)軸器的剛性打、兩周對中性較好，故選此聯(lián)軸器。 3.5 軸承的選型 軸承為標(biāo)準(zhǔn)問，所以不需要做過多的考慮。因軸承同時(shí)受有徑向力的作用， 故選用深溝球軸承。Fr=1.5N 查表得：X=1Y=0故：P=1.5N 特點(diǎn)：深溝球軸承的摩擦系數(shù)很 小，極限轉(zhuǎn)速也很高，特別是在

18、軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，與別的類型相比易于達(dá)到較高的制造精度，制造成本也較低，非常耐用，無需經(jīng)常維護(hù)。 另外，軸承座由于也是標(biāo)準(zhǔn)問，在此就不作過多介紹，其型號與尺寸只要能與軸 承對應(yīng)，即可。3.6同步帶和帶輪的選型 (pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings 第四章總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)做完了，畫上一個(gè)完美的句號，也嘗到成功的味道，但漫漫的人生路還需繼續(xù)努力。面對日趨嚴(yán)峻的就業(yè)形勢，我們相信只要學(xué)好知識技術(shù)，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，我們定會活出不平凡的人生。 參考文

19、獻(xiàn) 1. 上海煤礦機(jī)械研究所編《同步帶傳動手冊》上海人民出版社1999.10 2. 東南大學(xué)鄭文緯、吳克堅(jiān)《機(jī)械原理》高等教育出版社2000.4 3. 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第三卷）北京:化學(xué)工業(yè)出版社1993.12 4. 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五卷）機(jī)械工業(yè)出版社1996.10 5. 周元康林昌華張海兵《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》重慶大學(xué)出版社1996.12 6. 于永泗、齊民《機(jī)械工程材料》大連理工大學(xué)出版社2005.4 7. 鄧鴻文《材料力學(xué)》第二版高等教育出版社2002.12 8. 余桂英郭紀(jì)林《AUTOCAD2006中文版實(shí)用教程》大連理工出版社2003.4 9. 譚建榮張樹

20、有陸國棟施岳定《圖學(xué)基礎(chǔ)教程》高等教育出版社2006 10. 中南五省（區(qū)）九院（校）《機(jī)械制圖》寫作編寫組編《機(jī)械制圖》人民 教育出版社1998.4 11. 饒洪輝基于機(jī)器視覺的作物對行噴藥控制系統(tǒng)研究南京南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2006.10 12. 傅澤田祁力鈞王俊紅精準(zhǔn)施藥技術(shù)研究進(jìn)展與對策農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2004.12 13. 李會芳邱白晶劉保玲等對精確農(nóng)業(yè)中變量噴霧控制的研究.中國農(nóng)機(jī) 化2003.4 14. 陳勇,鄭加強(qiáng)精確施藥可變量噴霧控制系統(tǒng)的研究農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2006.12 致謝 pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfect drawings ！