学号

姓名

专业

机械设计制造及其自动化

年级班别

论文（设计）题目

马铃薯分拣机设计

拟完成时间

5月1日

指导教师姓名及职称

题目类型

囗理论研究　　 囗应用研究　　    √设计开发　  　 囗其他

命题来源

教师命题　   √学生自主命题　 教师科研课题

是否在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成

是   √否

一、选题依据及意义

近年来,节能、降耗、环保已成为可持续发展的主要方向。我国既是一个生产者和能源消耗的力量。如何有效利用资源已成为重要的国家发展战略。中央发展规划分拣机械行业带来了巨大的发展机遇。中央政府的国民经济和社会发展“十一五”规划纲要指出,开发技术和设备产生重大影响,包括冶金设备、筛选、清洗设备等。[1-4]

随着农业技术的发展，马铃薯作为一种重要的农作物，其种植和收获过程也面临着许多挑战。其中，马铃薯分拣是其中一个重要的环节。目前，大部分马铃薯分拣依靠人工完成，效率低下且易出错。因此，设计一种高效、自动化的马铃薯分拣机对于提高马铃薯种植和收获的效率具有重要意义。［5］

基于此背景，针对农户的这一现实状况，我们研究的马铃薯分拣机会有效的为农户们解决此类难题［8］。马铃薯从进料口进入后，分拣机会自动将其分成从小到大的若干类［6-7］。这就为农民们解决了筛分马铃薯费时费力的问题，同时又可以达到好的筛分效果［9］。

二、研究目标与主要内容

（一）研究目标

本论文旨在设计一种马铃薯分拣机，以提高马铃薯分拣的效率和精度。首先，本文对马铃薯分拣机的市场需求和现有技术进行了分析，明确了设计要求和目标。接着，本文对马铃薯分拣机的整体结构和各部分功能进行了详细设计，包括传送带设计、分拣装置设计、控制系统设计等。然后，本文对马铃薯分拣机的性能进行了实验测试，包括分拣精度、分拣速度、稳定性等指标的测试。实验结果表明，本文设计的马铃薯分拣机能够实现高效率、高精度的马铃薯分拣，具有广阔的应用前景和市场前景。最后，本文对设计过程中遇到的问题和解决方法进行了总结，并提出了一些改进和优化的建议。

（二）研究内容

根据研究目标，可以确定本设计的研究内容。

第一，研究马铃薯分拣机总体设计。

第二，研究如何解决排种均匀性及精确性，减小重播、漏播率。

第三，研究马铃薯分拣机、机械臂，装置设计，通过SolidWorks建立三维模型，并通过CAD绘制其二维图纸。

第四，通过机器视觉技术对马铃薯进行定位和识别，利用深度学习算法对图像进行处理，从而实现对不同形状、大小和颜色的马铃薯进行准确识别

第五，研究设计一个机械臂对马铃薯进行抓取和放置，实现自动化分拣。

第六，研究对分拣机进行实验验证实现，对马铃薯的准确分拣，提高效率

三、研究方法和手段

1. 问卷调查，通过问卷调查,获取农民们的种植步骤、要求等，详细分析其实际情况,做出客观的分析。

2. 调查研究法，采用边研究,边调查的方法，以实际应用研究为主。

3. 文献研究法,广泛查询,搜集和积累与课题相关的文献资料、为课题研究服务。

4. 使用Solidworks软件对马铃薯分拣机进行三维建模。

5. 使用Caxa CAD 电子图板软件绘制二维图纸。

6. 根据设计成果和相关格式规范的文件，完成毕业论文。

四、文献综述

(一)马铃薯分拣机国外研究现状

在国外，马铃薯分拣机的研究已经取得了一定的成果。其中，以色列的研究团队开发了一种基于机器视觉的马铃薯分拣系统。该系统通过机器视觉技术对马铃薯进行识别和分类，能够准确地将不同品质的马铃薯分开。此外，美国的研究团队也开发了一种基于传感器技术的马铃薯分拣机，通过检测马铃薯的重量、硬度等参数，实现对马铃薯的自动分拣。

目前，土豆主要产地如欧洲、北美洲等地已经实现了全自动化收获。这些地区的土豆种植面积较大，使用土豆收获机来提高产量和降低成本是必然的选择。同时，一些新兴市场的农业机械需求逐年增长，对于土豆收获机也提供了很好的发展机遇[12-13]

这些国外的研究成果表明，马铃薯分拣机的设计已经逐渐向智能化、自动化的方向发展。同时，机器视觉和传感器技术等先进技术的应用，为马铃薯分拣机的性能和效率提供了有力保障。工业马铃薯分类机行业按种类及应用领域进行细分分析：主要细分种类市场细分为带式, 辊式，其中俄罗斯市场在2022年占最大市场份额62 %，乌克兰市场规模达 8亿元。工业马铃薯分类机下游应用领域分别有农场, 工厂， 领域过去几年内对工业马铃薯分类机需求量最高，2022年所占市场份额为58 %，预计到2028年，规模将达到 17亿元，约占 68%应用市场份额。地区方面，报告中重点分析了全球主要地区（北美、欧洲、亚太、拉丁美洲，中东和非洲）和主要国家的工业马铃薯分类机市场规模及份额。2022年美国地区占据 58%的市场份额，并预计在预测期内将以68 %CAGR的增幅持续领先。2022年中国工业马铃薯分类机市场容量达5.8亿元人民币，约占全球工业马铃薯分类机市场总份额的68%。未来几年，亚太地区市场增速可观，除中国外，日本、韩国、印度和东南亚地区也将扮演重要角色[15]。

（二）马铃薯分拣机国内研究现状

与国外相比，我国对马铃薯分拣机的研究起步较晚，同时马铃薯在我国种植范围广泛，各地地形与环境也各不相同，因此目前研制的一些分拣机与发达国家的分拣机相比，存在着稳定性差和精度较低等问题[16-17]。

魏忠彩等人针对地形的马铃薯机械化收获技术与装备匮乏的瓶颈问题，并结合马铃薯种植农艺和收获需求，采用自动对行挖掘-薯土分离-人工辅助捡拾相结合的马铃薯机械化单行收获方案，设计了一种履带自走式分拣型马铃薯收获机。该机主要由履带式底盘、自动对行挖掘装置、分离装置及分拣装置等关键部件组成，具有附着力大、高频低幅振动碎土、自动对行挖掘、人工辅助分拣和液压驱动模式等技术优势。在阐述总体结构及工作原理的基础上，结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析，确定了分离筛倾角为30°,分离筛末端与分拣筛始端之间的跌落高度为120 mm等关键部件的结构参数和运行参数。由于采用人工辅助分拣的集薯方式，减少了薯块跌落与翻滚次数，缩短了马铃薯的分离行程。田间试验结果表明：样机作业速度为1.0、1.2 km/h,分离筛运行速度分别为0.61、0.72 m/s,分拣筛运行速度分别为0.42、0.50 m/s时，生产率分别为0.10、0.12 hm2/h;利用电子马铃薯采集的碰撞加速度平均值分别为51.02 g、51.85 g,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值，没有出现薯块漏捡和薯块表皮破损情况，收获效果良好，各项性能指标均满足相关标准的要求，研究可为马铃薯收获机分离分拣装袋工艺和马铃薯收获机的结构优化改进提供参考。

葛长城等人在数字化设计技术在农业机械设计中的应用分析中提出数字化设计技术在农业机械设计中具有提高效率、精度、质量、可靠性和安全性等多个优势，可以帮助农业机械设计师更加高效、精确地进行设计和制造，推动农业机械的发展和进步。基于此，研究小组分析了数字化设计技术在农业机械设计中的应用，并探讨了其优势、挑战和未来发展趋势。提出数字化设计技术主要包括CAD软件、CAE仿真技术和CAM加工技术等，这些技术可以提升设计效率和精度，减少设计成本和周期，提高产品质量。然而，数字化设计技术在农业机械设计中仍面临着技术难度和成本高、数据管理和协同性不足等挑战，应着力打破这些瓶颈。未来，数字化设计技术在农业机械设计中将继续发挥重要作用，尤其是人工智能技术、3D打印技术和虚拟现实技术的发展与应用将进一步推动数字化设计技术的发展，数字化设计技术将会越来越成熟和完善，并为农业机械设计师提供更加高效、精确、安全的设计工具，进一步推动农业机械的现代化和智能化。

根据上述可知，数字化设计技术在农业机械设计中将继续发挥重要作用。随着人工智能技术、3D打印技术和虚拟现实技术的不断发展，数字化设计技术将会越来越成熟和完善，并为农业机械设计师提供更加高效、精确、安全的设计工具。同时，数字化设计技术的应用也将促进农业机械的现代化和智能化发展，为农业生产带来更多的便利和效益。

五、参考文献目录

[1]魏忠彩,王兴欢,李学强等.履带自走式分拣型马铃薯收获机设计与试验[J].农业机械学报,2023,54(02):95-106.

[2]杨振超,章佳佳,周律等.基于LabVIEW的马铃薯分拣技术[J].电子科技,2017,30(09):72-74+81.

[3]山毓俊.基于图像识别的证书分拣盖章机器人机械手智能原点搜寻[J].中国检验检测,2023,31(03):31-34.DOI:10.16428/j.cnki.cn10-1469/tb.2023.03.009.

[4]吴志,宁萌,颜大千等.机械手设计及其运动分析[J].机械设计与研究,2022,38(02):97-100+119.DOI:10.13952/j.cnki.jofmdr.2022.0033.

[5]张华,陈华,赵志雄.套圈类零件分拣机的设计与应用[J].自动化应用,2021(03):54-57.DOI:10.19769/j.zdhy.2021.03.019.

[6]申艺方,聂超超,赵会娟.浅析自动控制技术在农业机械中的应用[J].南方农机,2023,54(22):83-85.

[7]葛长城,王铭,牟轩.数字化设计技术在农业机械设计中的应用分析[J].南方农机,2023,54(20):84-86.

[8]张岳,田聪华.昌吉州智慧农机在数字农业发展中的应用[J].南方农机,2023,54(22):80-82+103.

[9]张鹏伟,李学威.接触状态感知下分拣机器人抓取过程多参数挖掘控制技术[J].机械设计与研究,2023,39(05):24-28+33.DOI:10.13952/j.cnki.jofmdr.2023.0214.

[10]姚镇城,林群煦,冯威潮等.带机械臂的自主移动物流机器人开发[J].机械工程师,2023(08):25-27.

[11]陈晓艳.CAD技术在机械制图中的应用研究[J].中国设备工程,2023(17):241-244.

[12]邢莉. 基于DELMIA的虚拟装配技术研究及其在LED分拣机中的应用[D].浙江工业大学,2020.

[13]杜哲民,冯茜,张冲冲.一种滚筒式硬币分拣机的结构设计[J].数字通信世界,2021(01):42-43.

[14]刘洋,卫新兰,李路等.餐厨垃圾分拣处理装置结构设计研究[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2020,31(05):56-59.

[15]廖敬恩. 自动分拣控制系统的设计及研究[D].华南理工大学,2012.

[16]田国富,林梓正.轴承环抓取机器人的运动与受力分析[J].现代机械,2021(04):13-17.DOI:10.13667/j.cnki.52-1046/th.2021.04.003.

[17]张焱.基于DIN 743标准的电机转轴强度校核方法及其验证[J].上海大中型电机,2022(02):36-40.DOI:10.16712/j.cnki.cn31-1868/tm.2022.02.010.

六、工作进度安排

2021年9月28日——2021年10月25日，选题，查阅相关资料。

2021年10月26日——2021年11月15日，到中国知网查找资料，填写开题报告。

2021年11月16日——2022年1月26日，使用Solidworks软件对马铃薯播种机进行三维建模，使用Caxa CAD 电子图板软件绘制图纸。

2022年1月27日——2022年2月28日，撰写设计报告。

2022年3月1日——2022年3月19日，根据导师建议改进设计，修改设计报告。

2022年3月20日——2022年4月1日，根据设计和论文的规范说明，修改设计报告，上传正式论文稿件。

2022年4月2日——2022年5月15日，完成论文修改答辩，进行论文答辩。

七、预期成果

1.论文

2.图纸

（以上内容在教师指导下由学生填写）　学生签名：              　　年　　月　　日

八、指导教师审核意见：

指导教师签名：                        年　　月　　日

九、教研室审核意见：

教研室主任签名：                          年　　月　　日