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1、 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)秀開題報(bào)告 課題名稱：翻轉(zhuǎn)式哈密瓜分級(jí)裝置設(shè)計(jì) 一、本課題研究現(xiàn)狀、研究目及意義 1 研究現(xiàn)狀： 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)水果分級(jí)裝備的研究起步較晚，商品化的水果品質(zhì)檢測(cè)分級(jí)設(shè)備比較少；但是，隨著機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，有越來越多的學(xué)者開始對(duì)蘋果、柑橘、黃桃等水果的品質(zhì)特征進(jìn)行研究，并研制了部分水果檢測(cè)分級(jí)裝備。由于國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的不成熟，現(xiàn)有的檢測(cè)分級(jí)裝置檢測(cè)研究對(duì)象多為蘋果、芒果、獼猴桃、柑橘等小型水果，而目前針對(duì)哈密瓜的分級(jí)研究基本上處在理論層面，還沒有應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，仍需要進(jìn)行繼續(xù)深入的研究。目前，哈密瓜的市場(chǎng)需求量在逐年增加，因此迫切需要一種針對(duì)哈密瓜大小分級(jí)的設(shè)備及技術(shù)解決

2、當(dāng)前的問題。 2 研究目的與意義： 哈密瓜是--地區(qū)的名優(yōu)特產(chǎn)，素有“瓜中之王”的美稱，含糖量高，奇香襲人，不僅香甜可口，而且營(yíng)養(yǎng)成分十分豐富，被譽(yù)為“水果皇后”.然而，目前哈密瓜采摘后的檢測(cè)方式主要采用人工分揀方法，效率低下，隨意性大，往往帶有人的主觀因素，造成分選不規(guī)范，分選精度低；同時(shí)分揀時(shí)間長(zhǎng)，水果腐爛變質(zhì)及客戶等待時(shí)間較長(zhǎng)等問題突出，造成資源和時(shí)間的雙重浪費(fèi)，致使經(jīng)濟(jì)效益下降，最終影響了哈密瓜在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，對(duì)哈密瓜進(jìn)行自動(dòng)化分級(jí)顯得尤為重要。 本研究針對(duì)目前--哈密瓜主要依靠人工在田間地頭進(jìn)行分級(jí)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種翻轉(zhuǎn)式哈密瓜分級(jí)裝置。 二、本課題研究?jī)?nèi)容 1 總

3、體設(shè)計(jì) 1.1 總體結(jié)構(gòu) 本裝置包括機(jī)架、進(jìn)料口、卸料口、傳送系統(tǒng)、承載水果裝置、控制系統(tǒng)和分級(jí)執(zhí)行裝置。傳送系統(tǒng)包含電動(dòng)機(jī)、同步皮帶、主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和鏈條輸送帶；控制系統(tǒng)包含對(duì)射式激光傳感器、傳感器支撐架、三菱 PLC 和 PLC 支撐架；分級(jí)執(zhí)行裝置包含分級(jí)執(zhí)行裝置支撐架、支撐軸、調(diào)速電機(jī)、凸輪和棘輪。 1.2 工作原理 工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送系統(tǒng)工作，傳送系統(tǒng)帶動(dòng)承載水果裝置工作，哈密瓜由進(jìn)料口進(jìn)入承載水果裝置。當(dāng)承載水果裝置通過對(duì)射式激光傳感器區(qū)域時(shí)，哈密瓜觸發(fā)對(duì)射式激光傳感器，按照所觸發(fā)的對(duì)射式激光傳感器的對(duì)數(shù)將哈密瓜分為大、中、小3 個(gè)等級(jí)；對(duì)射式激光傳感器將信號(hào)傳給三

4、菱 PLC,通過預(yù)先設(shè)置好的程序使三菱 PLC 控制相應(yīng)的調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速電機(jī)控制凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)；凸輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)使相應(yīng)的水果托盤翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而使哈密瓜進(jìn)入相應(yīng)的卸料口，實(shí)現(xiàn)哈密瓜的分級(jí)；拉伸彈簧拉動(dòng)水果托盤回到初始位置，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至初始位置后通過與棘輪作用停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待下一次轉(zhuǎn)動(dòng)。 2 哈密瓜承載裝置設(shè)計(jì) 2.1 材料與方法 本次試驗(yàn)材料選 用品 種 為“金 皇 后 （欣 源 蜜6號(hào)）”的成熟哈密瓜樣本，樣本個(gè)數(shù)為 100個(gè)，產(chǎn)地為--兵團(tuán)農(nóng)六師103 團(tuán)哈密瓜種植基地。根據(jù)當(dāng)?shù)毓限r(nóng)的經(jīng)驗(yàn)和哈密瓜的全生育期（85 ~ 110天左右），在哈密瓜成熟期對(duì)此種哈密瓜進(jìn)行兩批次采收，每次均采收 50 個(gè)

5、，且采收時(shí)間間隔不能超過 3天，共得到 100 組有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2.2 水果托盤曲線確定 通過對(duì)哈密瓜球度的計(jì)算，可以看出“金皇后（欣源蜜 6 號(hào)）”品種哈密瓜形狀規(guī)則，接近于球形，因此需要設(shè)計(jì)一種類球形的水果托盤。選取哈密瓜理論平均縱徑做為橢圓的長(zhǎng)軸 r1,哈密瓜理論平均橫徑做為橢圓的短軸 r2,并選定用于設(shè)計(jì)水果托盤的曲線。 2.3承載水果裝置設(shè)計(jì) 承載水果裝置由轉(zhuǎn)動(dòng)軸、減震彈簧、水果托盤支撐座、水果托盤緩沖墊、裝置支撐座、拉伸彈簧和水果托盤組成。其中，裝置支撐座與鏈條長(zhǎng)銷軸相聯(lián)，減震彈簧固定在水果托盤支撐座和裝置支撐座之間；水果托盤通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與水果托盤支撐座聯(lián)接，其緩沖墊固定在

6、水果托盤支撐座上，拉伸彈簧用于聯(lián)接水果托盤和水果托盤支撐座。承載水果裝置是哈密瓜分級(jí)裝置中的關(guān)鍵部件，該裝置中水果托盤的主要作用是實(shí)現(xiàn)哈密瓜承載傳送和翻轉(zhuǎn)；減震彈簧和水果托盤緩沖墊主要作用是當(dāng)哈密瓜由進(jìn)料口傳送至水果托盤時(shí)實(shí)現(xiàn)減震和緩沖，避免哈密瓜出現(xiàn)損傷；拉伸彈簧的主要作用是當(dāng)水果托盤翻轉(zhuǎn)后將水果托盤拉回原位置。 3 分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 分級(jí)執(zhí)行裝置設(shè)計(jì) 分級(jí)執(zhí)行裝置由凸輪、棘輪、支撐軸和調(diào)速電機(jī)組成。其中，支撐軸固定在分級(jí)執(zhí)行裝置支撐架上，棘輪固定在支撐軸上，凸輪繞支撐軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過固定在分級(jí)執(zhí)行裝置支撐架上的調(diào)速電機(jī) 帶動(dòng)凸輪繞支撐軸轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過與水果托盤作用，驅(qū)動(dòng)

7、水果托盤翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而使哈密瓜翻轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)哈密瓜的分級(jí)；凸輪每次工作后都回到初始位置，通過與棘輪的作用實(shí)現(xiàn)凸輪靜止。 3.2分級(jí)控制系統(tǒng)工作原理 分級(jí)控制系統(tǒng)由多對(duì)對(duì)射式光電傳感器、三菱PLC 和調(diào)速電機(jī)組成。首先，通過試驗(yàn)獲取哈密瓜相關(guān)數(shù)據(jù)建立哈密瓜質(zhì)量 - 縱徑數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型確定對(duì)射式光電傳感器的安裝位置，并確定哈密瓜經(jīng)過傳感器時(shí)觸發(fā)傳感器個(gè)數(shù)與哈密瓜質(zhì) 量的關(guān)系；然后，PLC 通過獲取傳感器被觸發(fā)個(gè)數(shù)的信息間接獲取哈密瓜的等級(jí)信息，并根據(jù)間接獲取的哈密瓜等級(jí)信息控制相應(yīng)的調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)速電機(jī)控制凸輪旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)水果托盤翻轉(zhuǎn)，最后完成哈密瓜的分級(jí)。 三、實(shí)施方案： 1

8、哈密瓜表面清理及編號(hào)。對(duì)所采收的哈密瓜使用干毛巾進(jìn)行表面清洗，用小刀切除果梗，并對(duì)哈密瓜進(jìn)行編號(hào)，將編號(hào)為1 ~ 100 的記號(hào)紙貼在哈密瓜果梗處。 2 哈密瓜外形尺寸測(cè)量。對(duì)已經(jīng)編號(hào)的哈密瓜樣本，使用高度劃線游標(biāo)卡尺測(cè)量哈密瓜樣本縱向長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度 a、橫向短軸的兩個(gè)長(zhǎng)度 b 和 c.其中，短軸的兩個(gè)長(zhǎng)度 b、c 測(cè)量方式是短軸處相互垂直的兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，通過公式（1） 求出哈密瓜的球度 .在測(cè)量哈密瓜縱徑時(shí)需要人工將哈密瓜豎立，由于豎立過程人工參與，可能存在一定的偏差，故此處均采取多次測(cè)量取平均值的方法。每個(gè)哈密瓜樣本的尺寸數(shù)據(jù)測(cè)量 3次并詳細(xì)記錄每次所測(cè)量的數(shù)據(jù)，將每個(gè)哈密瓜樣本的 3組

9、試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值作為哈密瓜的尺寸數(shù)據(jù)，并最終以 100 個(gè)哈密瓜的平均橫縱經(jīng)值做為哈密瓜的理論橫縱經(jīng)值。 四、進(jìn)度安排： 第1-4周 實(shí)習(xí)調(diào)研、收集資料； 第5周 完成開題報(bào)告； 第6-7周 完成總體方案設(shè)計(jì)； 第8-11周 完成機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算； 第12-15周 繪制裝配機(jī)總裝配圖、零件圖；并繪制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖、控制系統(tǒng)原理圖； 第16周 整理文檔圖紙完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書； 第17周 校對(duì)所有設(shè)計(jì)內(nèi)容參加畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯 五、已查閱主要參考文獻(xiàn) 朱培逸，王引佳，高玨，等。 基于 PLC 和組態(tài)王的水果品質(zhì)分級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì). 農(nóng)機(jī)化研究，- 106. 【

10、2】 張俊雄，荀一，李偉，等。 基于計(jì)算機(jī)視覺的柑橘自動(dòng)化分級(jí). 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，- 103. 安愛琴，余澤通，王宏強(qiáng)。 基于機(jī)器視覺的蘋果大小自動(dòng)分級(jí)方法. 農(nóng)機(jī)化研究，- 166. 劉燕德，吳明明，孫旭東，等。 黃桃表面缺陷和可溶性固形物光譜同時(shí)在線檢測(cè). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，-. 王運(yùn)祥，馬本學(xué)，賈艷婷，等。 采用夾持果梗方法的水果檢測(cè)分級(jí)機(jī)設(shè)計(jì). 食品與機(jī)械，- 110. 葛紀(jì)帥，趙春江，黃文倩，等。 基于智能稱重的水果分級(jí)生產(chǎn)線設(shè)計(jì). 農(nóng)機(jī)化研究，- 130. 吳曉強(qiáng)，黃云戰(zhàn)，趙永杰。 基于運(yùn)動(dòng)控制器的蘋果質(zhì)量分級(jí)系統(tǒng). 食品與機(jī)械，- 116. 李晶，張東興，劉寶。 蘋果分級(jí)機(jī)輸送與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，- 161,.