Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: End effector design of a robot arm for harvesting greenhouse tomatoes
Other Titles: Σχεδιασμός ενός Τελικού Στοιχείου Δράσης για Ρομποτικό Βραχίονα, ο οποίος θα χρησιμοποιείται για κοπή και μάζεμα ντοματών από θερμοκήπιο
Authors: Παπαχρυσοστόμου, Χρύσω 
Keywords: Robot Arm;Harvesting;Greenhouse Tomatoes
Advisor: Γεωργιάδης, Τάσος
Issue Date: 2014
Publisher: Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών και Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών, Σχολή Μηχανικής και Τεχνολογίας, Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου
Abstract: This dissertation focuses on developing a 3D model of an end-effector by using software. The objective of the end-effector is to cut the stem and harvest tomatoes in a greenhouse environment without damaging the fruit. The end-effector was designed to simulate the human harvesting method for tomatoes with the use of the 3D CAD design software Solidworks®. The first phase of this project evaluated existing industry designs, a few of which were selected to draft engineering drawings for implementation. Emphasis was given on creating an original element. During the next phase the most suitable idea was selected after recording a lot of observations. Literature review was conducted on the selected design and tests were carried both at the university and at the greenhouse. The following parameters were tested to determine the effectiveness of the end-effector: the amount the fruit moves, the fruit response to the applied gripping forces and defining the torque necessary for the fruit to twist and the stem to be mantained. Based on the results of the test it was confirmed that using a spring in the end-effector design prohibits damaging the fruit from applying a greater force than the allowable force. It should be noted that during the design phase apart from the standardised components from industry catalogues were used in addition to the hand drawn parts. A static analysis was performed by observing the risk of failure of the critical components for high stresses. The geometry and the materials used were adapted based on the results of this static analysis. In addition after this analysis stage the movement capability of the end-effector was examined via video representation. The last stage focused on estimating the cost of the mechanism. In order to reduce the cost and improve the end-efffector’s effectiveness possible design variations were recorded. Furthermore design recommendations were introduced for further review. The final end-effector design consist of a servomotor that linearly moves two parallel plate grippers on each side. One set of gripper plates is connected to another set with a hinge and a spring in between. The gripper plates are positioned at a small inward angle. A motor is attached to one of the plates and a small gear is concentrically positioned to it. A larger gear is connected to the smaller gear by a timing belt that is installed on the perimeter. A bearing is enclosed by the larger gear and it has a polyurethane sponge on the surface. An additional bearing with a polyurethane sponge is also attached to the other plate. The combined movement of the end-effector results on the twisting of the fruit similarly to the human harvesting method with the successful collection of the fruit maintaining the stem as instructed.
Description: Στην παρούσα μελέτη ζητήθηκε να σχεδιαστεί με τη βοήθεια λογισμικού σε τρισδιάστατη μορφή ένα Τελικό Στοιχείο Δράσης. Το Στοιχείο αυτό έχει ως στόχο να αποκόβει και να μαζεύει ντομάτες σε θερμοκήπιο χωρίς να προκαλεί ζημιά στον καρπό. Έτσι, έχει σχεδιαστεί ένα Τ.Σ.Δ. προσομοιάζοντας τον χειρονακτικό τρόπο αποκοπής της ντομάτας με τη χρήση του σχεδιαστικού προγράμματος ‘Solidworks’. Αρχικά, ερευνήθηκαν τα Τ.Σ.Δ. που ήδη έχουν αναπτυχθεί στην αγορά και σχεδιάστηκαν σκίτσα από διάφορες πιθανές ιδέες προς εφαρμογή. Έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στη δημιουργία ενός εντελώς πρωτότυπου στοιχείου. Σε επόμενη φάση και μετά από πολλές παρατηρήσεις επιλέχθηκε η καταλληλότερη ιδέα η οποία αναλύθηκε με τη βοήθεια έρευνας και πειραματικής διαδικασίας τόσο στον πανεπιστημιακό χώρο όσο και στο θερμοκήπιο. Οι κύριοι έλεγχοι που έχουν γίνει είναι ο έλεγχος μη ολίσθησης, η αντοχή δυνάμεων του καρπού από τις πλάκες ώστε να μην προκαλεί ζημιά στη ντομάτα ο μηχανισμός και η εύρεση της δύναμης που χρειάζεται η ντομάτα να περιστραφεί και να κοπεί με το κοτσάνι. Μηχανισμός με τη βοήθεια ελατηρίου επιβεβαιώνει τη μη πρόκληση ζημιάς στη ντομάτα από μεγαλύτερη της επιτρεπόμενης πίεση. Κατά το σχεδιασμό, εκτός από τα αυτοσχέδια κομμάτια, έχουν χρησιμοποιηθεί τυποποιημένα εξαρτήματα από καταλόγους εταιρειών. Μετά από στατική ανάλυση μελετήθηκε η πιθανότητα αστοχίας των κρίσιμων κομματιών παρατηρώντας τις υψηλές τάσεις. Ανάλογα με τα αποτελέσματα έγιναν βελτιώσεις στην γεωμετρία και αλλαγή στο υλικό. Επίσης μετά από αυτό το σημείο, εξετάσθηκε και η δυνατότητα κίνησης του Τ.Σ.Δ. με την αναπαραγωγή βίντεο. Σε τελευταίο στάδιο κοστολογήθηκε ολόκληρος ο μηχανισμός που σχεδιάστηκε. Καταγράφηκαν πιθανές παραλλαγές για μείωση του κόστους, για καλυτέρευση του μηχανισμού και έγιναν εισηγήσεις για περαιτέρω διερεύνηση. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα Τ.Σ.Δ. με σερβοκινητήρα που κινεί γραμμικά δύο παράλληλες πλάκες δεξιά και αριστερά του. Οι πλάκες ενώνονται με άρθρωση με ακόμη δύο πλάκες και μεταξύ τους υπάρχει ελατήριο. Οι πλάκες είναι τοποθετημένες σε μικρή κλίση προς τα μέσα. Στη μία πλάκα είναι βιδωμένο μοτέρ και στον άξονα του εισχωρεί μικρή τροχαλία με δόντια και περιμετρικά εγκατεστημένος ιμάντας χρονισμού που ενώνεται με μια μεγάλη τροχαλία. Ένα ρουλεμάν περικλείεται από την μεγάλη τροχαλία και στην επιφάνεια του υπάρχει σφουγγάρι πολυουρεθάνης. Στην άλλη πλάκα υπάρχει ακόμη ένα ρουλεμάν με σφουγγάρι πολυουρεθάνης. Η συνδυασμένη κίνηση του στοιχείου έχει σαν αποτέλεσμα τη περιστροφή της τομάτας όπως ακριβώς γίνεται κατά τη περισυλλογή των ντοματών στα θερμοκήπια από τους εργάτες με τη επιτυχή αποκοπή μαζί με το κοτσάνι όπως εζητήθη.
Rights: Απαγορεύεται η δημοσίευση ή αναπαραγωγή, ηλεκτρονική ή άλλη χωρίς τη γραπτή συγκατάθεση του δημιουργού και κατόχου των πνευματικών δικαιωμάτων.
Type: Bachelors Thesis
Appears in Collections:Πτυχιακές Εργασίες/ Bachelor's Degree Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat
abstract chryso papachrysostomou.pdfAbstract150.04 kBAdobe PDFView/Open
Περίληψη Χρύσω Παπαχρυσοστόμου.pdfΠερίληψη116.12 kBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s)

Last Week
Last month
checked on Aug 18, 2019


checked on Aug 18, 2019

Google ScholarTM


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.