Download pdf - Autonomous Robotic Apple Harvester - Or Hirshfeld - אור הירשפלד

מכון טכנולוגי לישראל –טכניון

קטיף תפוחים אוטונומיזרוע ל 2פרויקט מערכות מכניות

נחום אורלב וד"ר עמוס מזרחמנחים:

אור הירשפלדמגיש:

6/25/2014

מנהלים תקציר אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות

95מתוך 1עמוד מכון טכנולוגי לישראל –טכניון 41–יולי

תקציר מנהלים

דה רובה עבור תפוחים העבו בניגוד לענפים רבים בחקלאות שחוו מהפכות בתחום הטיפול בתוצרת

ככולה נעשת באופן ידני. העבודה בקטיף תפוחים אינה קלה ומעמיסה על הגוף משקלים ואקלים לא

נוח. בנוסף קיימות הגבלות בטיחות לגבי גובה קטיף מותר.

כיום יש מחסור בידיים עובודת בעולם המערבי אשר מעלים את גם את הקושי הכלכלי. מדינות רבות

ך כוח אדם, התקציבים מועברים לפיתוח או סיבסוד לחקלאיים בקניית מקצות תקציבים למיכון חוס

כלים העונים על צורך זה.

נתון שמראה כי טמון פונצאיל ₪מטעי התפוח בישראל מניבים תפוקה מעורכת של כחצי מיליארד

כלכלי לא מבוטל למדינה.

ף ומספר אבי טיפוסבקטיבנוסף ישנם מחקרים רבים בנושא וקיימים פתרונות מיכון חלקיים לקטיף

חלקיים.

בנוסף מתוך רצון לייצר פתרון פשוט אך מספיק הגבלתי את מספר דרגות החופש למינמלי האפשרי

פרחים ע"פ המיכון איתו הם יהיו מוכנים להתאים את גיזום המטע ודילול הפירות/דיווחו כי החקלאים

תפק בזרועות יחסית קלות תן להסהכוח הדרוש ללניתוק תפוח גם הוא לא רב ולכן ני. עובדים

ניתוק התפוח ייעשה בצורה של כיפוף בכדי לחסוך מיכון של חיתוך העוקץ ובו בזמן ישמור ומהירות.

על העוקץ והדורבן שלמים ובמקומם.

בסימולציות שהרצתי על מודל תלת מימדי אמיתי של עץ תפוח, מתוך עבודת הדוקטרט של ויקטור

זית בעלת שלושה צירים תתן תפוקה מיטבית. בלוך, ראיתי כי זרוע קרט

בחלק הראשון של הפרוייקט מצאתי את הפרמטרים הנדרשים מבחינה פיזיקאלית וכלכלית.

בנוסף בעזרת סימולציות מצאתי כי כדאי לתכנן מערכת עם זרוע קרטזית בודדת עם חזרה מאלה

להזנת הבסיס וללא הובלת ביניים.

קיימות אמנם הם היו מסיביות מידי ועוברת בהרבה את המאמצים ניסיתי לבחון מערכות קרטזיות

והזמנים הנרדשים לכן פניתי לתכנון עצמי.

וואקום, כפי שנוסה בעבר באב טיפוס הולנדי, תכננתי את קונוס סיליקון היוצרהתופסן הנבחר הוא

ואקום מתוך ובחרתי באופן מושכל את מוצר יוצר הו ע"פ המימדים הדרישה ללחץ ומהירות תגובה

בנוסף הוספתי צורת שיניים על הקונוס כך שיווצר תאי וואקום קטנים. .SKFשל קטלוג

בבסיס קונוס הואוקום התקנתי מצלמה קטנת מימד.

לאחר חישובי כוחות ואשר נבחר SKFמיסבי את בסיס הקונוס חיברתי לציר הקצה אשר מוחזק ע"י

אקווילנטיים.

הוצמד לציר קצה השני למניעת משקלים ואינרציות בקצה הזרוע. HI-TECסרבו חזק של חברת מנוע

המנוע חובר עם רצועה לציר הראשון.

שעמד בדרישות וקומופקטיות ATIתי בעזרת מוצר מדף של חברת את ציר הקצה השני יישמ

הנדרשת.

עם ציר (cantilever beam) לאחר מכן חיברתי את כל מערך התופסן והצירי קצה לקורה תמוכה

. HEPCOלינארי בקצה המוחזק של חברת

וידאתי כי כל המערך עומד בדרישות של הזמנים והכוחות ואינו נכשל מכאנית.

הצגתי מערך זרוע מלא על כל חלקיו וחיבורו למערך מסועים נייד שתוכנן במקביל ע"י אנטון טבקמן.

מסועים. המשמשת את מערך ה HEPCOבמסגרת חיבור זה גם נבחרה הקורה של חברת

תי תכנון לייצור מפורט של בסיס הוואקום עם הצירים. התאמתי בקפידה את הסיבולות, יהרא

אפיצויות וטיב פני השטח ע"פ המלצות מקטלוגים ומן הספרות.



החלקים נבחרו בקפידה והמוצר עומד בתכן עם מקדמי ביטחון שאינם גבוהים אמנם המכונה גם

בצורה זאת ניתן להגיע למצב אופטימלי שכל המערכת תהיה תעמוד בהפעלת המכונה לאורך זמן.

במשקל ועלות מינמלית.

במסגרת הזמן שהוקצב בקורס זה לא כיסיתי את כל הנושאים העומדים בפני תכנון מלא של מכונה

ולכן ישנם גורמים רבים חסרים אמנם נראה כי יש הייתכנות ממשית לבניית זרוע קוטפת.



תוכן עניינים

4 ................................................................................................................. מנהלים תקציר

3 ..................................................................................................................... עניינים תוכן

5 .............................................................................................................................. מבוא

5 ......................................................................................................... :היסטורית סקירה

5 ................................................................................. :מסחרית בחקלאות עיקריים זנים

5 ................................................................................................................ :ספרות סקר

6 .................................................................................... רובוטי לקטיף מותאם עץ עיצוב

6 ...................................................................................................מפרק לתכנון דוגמא

7 ................................................. (.הולנד) וראייה תופסן, לזרוע משולבת מערכת טיפוס אב

8 ...................................................... ומיקום זיהוי מערכת עם בוואקום לגריפר רשום פטנט

8 ................................................................................................................... :קיים מצב

9 ............................................................................................................. :כלכלי קטאספ

44 ...................................................................................................... :כדאיות הערכת

42 ........................................................................................................ :הפרויקט מטרות

42 ........................................................................................................... :דרישות מפרט

41 ............................................................................................................. ואמצעים שיטות

OTSEF: .................................................. 41 של מודולרית במערכת שימוש אפשרות בדיקת

OTSEF ............................................... 41 חברת של מימדית תלת קרטזית תזוזה מערכת

41 ......................................................................................................... לתופסן צירים

47 ......................................................................................... התופסן צירי מנועי בחירת

OTSEF .................................................................... 47 בעזרת מלא פתרון ביניים סיכום

48 ...................................................................................................................... :תופסן

48 ............................................................................ העץ מן פרי להוריד כדי הנדרש כוח

49 ........................................... ללחוץ התופסן שיכול הלחץ אפיון למען תפוח של כניעה לחץ

22 ............................................................................................ לתופסן טיפוס אב מודל

22 ............................................................ התופסן מן הנדרשות ומהירויות הלחצים ובחיש

23 ............................................................................................. הוואקום מנגנון בחירת

26 ................................................................................. הקולט אל הפרי שיחרור בדיקת

26 ............................................................................. הוואקום לקונוס אפשריים שיפורים

27 ...................................................................... .התפוח למיקום לתופסן מצלמה בחירת

28 .................................................................. קצה מפרקה על פועלים אשר כוחות חישוב

29 ...................................................................................................... קצה ציר בחירת

32 ....................................................................... הזרוע לקדמת הציר להעברת אפשרות

32 ........................................................................................ יותר קטנה מצלמה חירתב

33 ........................................................................................................... מיסבים בחירת



33 ..................................................................................................... למיסב אטם בחירת

31 ......................................................................................... שטח ופני מדחקים, ותסיבול

35 .............................................................................................. נתמך לינארי ציר בחירת

37 ........................................................... הזרוע בבסיס קווית לתנועה ותמסורת מנוע בחירת

37 .......................................................................................... מתאים זרוע פרופיל בחירת

39 ....................................................... פשוט חשמלי מנוע עם קל ציר לבניית אפשרות בחינת

12 ....................................................................... (חיווט) חוטים תלהולכ אפשריים פתרונות

12 ............................................................................ העץ אל הנכנס בציר זרוע בקרת תכנון

14 .................................................................... .האלסטיות מודול ומציאת הרס בדיקות ניסוי

13 ................................................................................................... בשטח אוטונומי ניווט

17 .........................................................................................................................תוצאות

17 ................................................................................................ קורה על כוחות חישובי

18 .............................................................................................. עבודה מחזור זמני תכנון

54 ............................................................................................................... הזרוע חלקי

52 ........................................................................................................... כלליים מימדים

53 ......................................................................................... הזרוע בסיס של לייצור תכנון

51 ........................................................................................................................... סיכום

55 .................................................................................................................. ביבליוגרפיה

58 ........................................................................................................................ נספחים

פגישה סיכומי –' א נספח

חישובי יצירת וואקום –נספח ב'

חישובי זמני תנועת הזרוע –נספח ג'

כוחות על המיסבחישובי –נספח ד'

מומנטים על הקורהחישובי –נספח ה'

1מצגת סקר תיכון -נספח ו'

הצגה סופיתמצגת –ספח ז' נ

מבוא אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


מבוא

סקירה היסטורית:

, המגיע Malus sieversii(, ומקורו במין הבר Malus domesticaהתפוח הנפוץ מכונה תפוח תרבותי )

בסין. Xinjiangממרכז אסיה וגדל גם כיום בהרים בדרום קזחסטן, בקירגיזסטן, בטג'יקיסטן ובמחוז

Malus-ו Malus baccataמינים אחרים שככל הנראה קשורים בהתפתחות התפוח התרבותי הם

sylvestrisם בניסיונות לפתח זני תפוחים שיהיו מסוגלים לגדול . מיני תפוח נוספים משמשים כיו

בתנאי אקלים שונים.

התפוח הוא מרכיב מרכזי בתפריט באזורים רבים שבהם שורר אקלים קר והוא ככל הנראה אחד

העצים הראשונים שבויתו על ידי האדם.

בטעם, זנים של תפוחים מתורבתים השונים זה מזה בצבע, 7,522-כיום קיימים בעולם יותר מ

במרקם, בצורה, באקלים אליו הם מותאמים, בעמידותם למחלות, בקלות המשלוח ובאורך חיי המדף.

-ככלל התפוחים כיום מתוקים יותר מהזנים הקדומים. בצפון אמריקה נפוצים תפוחים מתוקים

.Invalid source specifiedחמצמצים, בעוד שבאסיה התפוחים המועדפים הם מתוקים במיוחד.

זנים עיקריים בחקלאות מסחרית:

קור -ידי אבא שטיין בקיבוץ עין שמר. הענה אינו זקוק למנות-זן שטופח על - ענה )פירות אדומים(

יולי, פריו אינו משתמר היטב.-רבות, פורה מאוד ומבשיל ביוני

ום וידוע בכל העולם. זן עיקרי ביבוא. גדל בעיקר פרי אד – סטרקינג והווריאנטים שלו ) פירות אדומים(

באיזור ההר. נשמר טוב באיסום. לעתים סירוגי. פירות יפים נמכרים בשם "חרמון".

זן לא ידוע בעולם, אבל אהוד מאוד בארץ. העץ חלש. פירותיו מבשילים – אורליאנס )פירות אדומים(

רוך.בסוף אוגוסט. פורה, מתוק, אבל לא מתאים לאחסון א

שילוב בין זני גולדן דלישס )צהוב( וליידי ווילאמס, כרגע הוא תופס אחוז – פינק ליידי )פירות אדומים(

Invalidלא גדול מן המטעים אבל הוא צובר פופולריות ושטחי המטעים של זן זה גדלים במהירות.

source specified.

מהנפוצים בעולם, מוביל גם בארץ ואהוד על הקהל. מבשיל – ים(זנים מוזהבים )פירות צהוב

בספטמבר. עץ חזק ופורה. נשמר טוב באיסום. סובל מחספוסים.

עץ חזק ופורה המבשיל באוקטובר. הפרי ירוק, עסיסי, נשמר טוב – סמיט )פירות ירוקים(-גרני

.Invalid source specifiedמש.באיסום ארוך, קליפה חזקה. בעייתו העיקרית היא רגישותו למכות ש

סקר ספרות:

היסטורי האדם מנסה לשפר את יכולותו לעיבוד התוצרת חקלאית בעזרת כלים שהוא -מן העידן הפרי

מכין.

עם התפתחות היכולות התווספו כלים ומוכונות בכל תחומי העבודה אמנם ישנם פעולות ועבודות

, גם בעולם המערבי, מצריך הרבה ידיים עובדות ולא נמצא תחליף מיכון מתאים.מסויומות שעדיין

כיום קיימים בשוק פתרונות בנושא מיכון עזר לקטיף, המאפשר לקוטף לעשות בעיקר את עבודת של

קטיפת הפרי עצמו.

רק בנוסף קיימים פתרונות גם להורדה ע"י ניעור ואיסוף פרי, אך איכותו לאחר עבודה כזאת היא

לתעשייה ולא לשיווק פרי טרי.

אמנם אין פתרונות מעשיים לתחליף אדם לקטיפת הפרי )הורדתו מהעץ( המיועד לשיווק טרי.



עשרות שנים שקיימים מחקרים לייעול הקטיף ע"י מיכון. בתחום פירות העץ יש חלוקה לשתי גישות

-. אמנם עד היום הוצגו אביעיקריות, האחת עוסקת בהרעדה והשנייה עוסקת בקטיף בודד של תפוח

טיפוס המבצעים רק חלק מן כלל העבודה.

עיצוב עץ מותאם לקטיף רובוטי

בהמשך לחלק א' מצאתי הוכחה נוספת כי המתקן הקרטזי יתאים לקטיף, ההוכחה באה ע"י מחקר

, Tall Spindleץ בצורה פתוחה בשם אשר המליץ על עיצוב ע (Michigan State university)אגרונומי

צורת גידול זאת מאפשרת נגישות גבוה לזורעות רובוטיות ומצריכות פחות דרגות חופש בהתאם

.(2241)בלוך, למחקר שמוביל ויקטור בלוך

Tall Spindleעיצוב עץ מומלץ והדמיתו הממוחשבת, - 1 איור

אחוז הפירות הנגישים לזרוע רובוטית פשוטה כתלות במיקום בסיס הזרוע )גובה וזווית( - 2 איור

דוגמא לתכנון מפרק

, ניתן לראות מודל של ציר עבור זרוע קלה (Lelai Zhoua, 2011)תחילה אפנה לדוגמא מן הספרות

עם DC(, שימוש במנועי Harmonic Drive™ backlash-free coaxial gearsממסרת הרמונית ) עם

(, מנועים אלה בעלי משקל וגודל מופחתים, או permanent magnet DC motorsמגנט קבוע )

brushless DC motors מבית חברתMaxon™.

0

1

2

0200

4000

50

100

h

Pickability Map r=3m

% p

ickable



(Lelai Zhoua, 2011) תכנון מפרק לזרוע קלה - 3 איור

אב טיפוס מערכת משולבת לזרוע, תופסן וראייה )הולנד(.

מערכת אב טיפוס מלאה לקטיף רק ללא מערכת שינוע ומילוי צוברים.

דרגות חופש )ארטיקולרית( וגריפר שעובד עם וואקום )מתוך פטנט רשום(. 6שימוש בזרוע עם

..Invalid source specifiedערכת הראייה דורשת הצללהניתן לראות כי מ

Figure 1 - Autonomous Fruit Picking Machine: A Robotic Apple Harvester



פטנט רשום לגריפר בוואקום עם מערכת זיהוי ומיקום

..Invalid source specifiedוין למעלה זהו פטנט שנוסה על האב טיפוס שצ

Figure 2 - Autonomous fruit picking machine

מצב קיים:

במטעי תפוח בארץ ובעולם קיים עומס עבודה בזמן הקטיף המצריך הרבה ידיים עובדות.

פרי -הרגיש למכות המצריך קטיף יחסית עדין של פרי עובדה זאת נובעת בעיקר ממבנה הפרי

ושפיכתו העדינה לתוך מיכלים.

אלמנט חשוב נוסף הוא גובה העצים שמצריך הגבה בכדי לקטוף את כל הפרי.

לרוב הקוטפים מטפסים על סולם כדי להגיע לצמרות העצים אמנם ישנם גם הגבלות בטיחות בנושא

תקנות הבטיחות בעבודה היא טיפוס של עד מטר מהקרקע ) גובה עבודה מותר על סולם. ההגבלה

מטר 2.5( וגובה שאדם יכול להגיע אליו עם הרמת ידיים הוא בערך 7002 -)עבודה בגובה(, התשס"ז

מטר. 3.5לכן בכולל ניתן להגיע עד

2.5-3.5חלק מהחקלאים מוותרים על הפרי הגבוה ולכן השאיפה היום היא להגביל את גובה העץ עד

מטר אך רוב המטעים היום גבוהים יותר.

נושא נוסף חשוב הוא סניטציה של המטע הדורשת את הורדת כל הפרי מן העצים למניעת כינון של

זבוב הים התיכון. לכן במהלך הקטיף ההנחייה היא לעבור היטב על העץ ולקטוף אפילו פרי פסול,

סינטציה. אשר נזרק על הרצפה. בסוף הקטיף עוברים צוותים לוודא



בקטיפת הפרי יש לקטוף עם העוקץ אבל להיזהר לא לשבור את הדורבן, שזה נקודת צימוח לתפוחים

לשנה הבאה.

קושי העבודה על הקוטפים גורם למחסור בביקוש לעבודה בקטיף תפוחים.

הקושי נובע בעיקר מאמץ פיזי הכרוך בקטיף הכולל נשיאת תרמיל מלא בתפוחים, עבודה בגובה עם

קל על הכתפיים, הזזת עגלות מיכלים )שוקלים עד כחצי טון(, הזזת סולמות מברזל, שפיכת מש

תרמיל למיכל תוך כדי התכופפות.

בחלק מהקטיפים מורידים את כל הפרי מהעץ ובחלק מהמקרים קוטפים סלקטיבי.

הגורם העיקרי הוא סוג הזן וגורמים אחרים הם בשלות המטע ודרישת השוק.

לקטיבי אז רוצים לקבל פרי גדול ו/או בשל מספיק.במקרה שזה ס

במקרה שזה לא סלקטיבי אז ישנם כמה סוגים של מיון:

אם הפרי קטן מידי הוא נזרק. –מגודל הפרי (4

אם קיים נזרק. –פגיעות פיזיות חיצוניות (2

אם הפרי החליף קצת צבע אז הוא נחשב סוג ב'. -מכות שמש בזנים מסוימים (3

ק פתרונות בנושא מיכון עזר לקטיף, המאפשר לקוטף לעשות בעיקר את עבודת של כיום קיימים בשו

קטיפת הפרי עצמו.

בנוסף קיימים פתרונות גם להורדה ע"י ניעור ואיסוף פרי, אך איכותו לאחר עבודה כזאת היא רק

לתעשייה ולא לשיווק פרי טרי.

מהעץ( המיועד לשיווק טרי.אמנם אין פתרונות מעשיים לתחליף אדם לקטיפת הפרי )הורדתו

ישנם מחקרים רבים בנושא, כפי שפורט בסקר ספרות, אבל רובם ככולם הם אבי טיפוס של מספר

פונקציות מסוימות בתוך המכלול המלא של המכונה הנדרשת.

הקונספט העיקרי במחקרים הקיימים הוא זרוע רובוטית המנווטת בחיישני צילום אל הפרי ומשתמשת

דת הפרי.בגריפר להור

פקטור שתופס את הפרי בוואקום ומוליך אותו בצינור גמיש-בחלק מהמחקרים דובר על אנד

קוטף.-בחזון של כמה מחקרים הוא מערך זרועות שייתן מהירות גבוה יותר מאדם

ישנם גם מחקרים המציעים הרעדה רגעית באימפקט חזק על גזעי העץ ותפיסת הפרי ע"י משטח

.לההסופג את עוצמת הנפי

אספקט כלכלי:

2242טון מדי שנה בישראל ובשנת 422,222-דונם מטעי תפוח המייצרים כ 12,222-קיימים כ

מיליוני שקלים לפי נתוני מועצת הפירות. 632.3-התוצרת הוערכה ב

דונם לקיבוצים. 4222-דונם לחקלאים קטנים וכ 32-שטח מטעים )גם לא תפוח( הוא כ

הם בגליל והגולן, שם גם רוב המטעים הם תפוחים. ממטעי התפוח בישראל 92%-כ



Figure 3 - )התפלגות שטחי תפוחי עץ בישראל )מועצת הירקות

טון מיוצא בלעדית מכפרים דרוזים ברמת 41,222-ייצוא היחידי מישראל של תפוחים הוא לסוריה. כ

לק"ג.₪ 1-שקלים, במחיר של כ מיליון 55-הגולן, ההכנסה מהייצוא היא של כ

היציבות המאפיינת את סוריה בשנים האחרונות.-הייצוא המשיך גם תחת אי

למטע בוגר )בניכוי הוצאות שנתיות ולא ₪ 3222 -ע"פ נתוני משרד החקלאות הרווח לדונם מוערך כ

₪. 5.5-שנתיות( ומחיר מכירה לק"ג תפוח לחקלאי הוא כ-מתחשב בהוצאות רב

טון. 42טון לדונם, אמנם יכול להגיע גם עד 1-5-וצרת לשטח מעורכת ככמות הת

ימי עבודה דרושים לדונם 1-5טון קטיף לאדם ליום לכן 4-עבודת קטיף של פועל מחושבת בערך כ

לקטיף.

מיכלים כל שנה. 322,222-ק"ג לכן משווקים בישראל כ 122כל מיכל

ים ממולאים ונכנסים לקירור ליום עבודה בישראל.מיכל 6666-יום ולכן כ 15-תקופת קטיף היא כ

יש כיום בעיה בגיוס עובדים לתחום החקלאות בכלל ובקטיף תפוחים בפרט. עבודות קטיף תפוחים הן

עבודות זמניות של כחודש המתרחשות בקיץ ודורשות מאמץ פיזי.

נמוך יחסית ולכן בענפים אחרים הטכנולוגיה הבשילה לרמת מיכון גבוה והמאמץ שנדרש מן העובד

קל יותר לגייס עובדים.

משרד החקלאות נותן סבסוד לחקלאים עבור רכישת מכונות חוסכות כוח אדם.



הערכת כדאיות:

במסגרת מחקר במוסד הטכניון בנושא רובוטיקה במטע נערך הערכת כדאיות ראשונית לחלופות

.Invalid source specified. השונות

הוגדרו מספר חלופות:

קטיף ידני .4

מכונה אשר בה הקוטף עומד במקום ונשאר לו רק להוריד את הפרי מהעץ –מיכון עזר .2

ולהניח על מסוע, כפי שפורט בסקר ספרות.

מכונת קטיף שמופעלת ע"י אדם אחד. –מיכון חצי אוטומטי .3

מכנות אוטונומית ללא התערבות אדם. –מיכון מלא .1

ואה הוגדרו מספר הנחות:לשם ההשו

אש"ח. 322 -עלות מכונה .4

עובדים עבור מיכון עזר. 452מכונות נדרשות על מנת להגיע להספק קטיף של כ 45 .2

מכנות נדרשות עבור מיכון אוטומטי וחצי אוטומטי. 22 .3

₪. 25עלות שעת עבודה של פעול .1

Figure 4 - ימי קטיף בשנה 31 –ף ידני לקטיף מכונה השוואת עלויות בין קטי

0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

05101520

הס

"ש

בת

רוב

טצמ

ת יולו

עכ

" ח

מספר שנים

ימי קטיף בשנה 31 –השוואת עלויות בין קטיף ידני לקטיף מכונה

מכונה חצי אוטומטית

קטיף ידני

מכונה אוטומטית



Figure 9 - ימי קטיף בשנה 61 -השוואת עלויות בין קטיף ידני לקטיף מכונה

כדי להיות כדאי כלכלית.₪ אלף 322-נלמד מהשוואה זאת שמחיר היעד צריך להיות נמוך מ

:הפרויקטמטרות

י מלא שמתפקד לבד בשטח, אמנם בפרויקט זה אתמקד במכניקה של החזון הוא לבנות מיכון אוטומט

.הקטיף הפרי והובלתו למיכל איסוף

:מטרות פירוט

מיקום הפירות במרחב (4

אין צורך לפי נתונים של קטיף סלקטיבי –לבדוק אם הפרי בשל או/ו גדול מספיק ע"פ הצורך (2

הבאת הזרוע למרחק קטיפה לתפוח (3

גרימת שבר על הקליפה(.אחיזת התפוח בעדינות )ללא (1

קטיפה עדינה של הפרי מן העץ עם העוקץ וללא שבירת הדורבן (5

מיון הפרי ע"פ הצורך (6

הובלתו למיכל (7

המכונה תצטרך גם לעמוד במבחן כלכליות ולכן היא תצטרך לעבוד בקצב המשתווה או מהיר יותר

.מקוטף ממוצע

מפרט דרישות:

ישות להלן:הגדרתי את המפרט הדר הפרויקטבחלק א' של

שניות בין פרי לפרי. 1-מהירות עובדה יותר מהירה מעובד כ (4

.6-2%-כמות פגיעות מקסימלית המותרת לעובד כ (2

מהעץ. 82%-הורדה לפחות של כ (3

₪.אלף 222-טווח מחיר של מכלול מכונת קטיף עד כ (1

מטר. 4X2X3קוביית עבודה של (5

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

05101520

הס

"ש

בת

רוב

טצמ

ת יולו

עכ

" ח

מספר שנים

ימי קטיף בשנה 61 -השוואת עלויות בין קטיף ידני לקטיף מכונה

מכונה חצי אוטומטית

קטיף ידני

מכונה אוטומטית



מגה פסקל. 4-עדינות לחץ בתפיסה של עד כ (6

ף כלפי הענף.קטיפה בכיפו (7

כוח-ק"ג 2.1כוח הדורש לניתוק עד (8

מטר 2.5-מרווח עבודה בין שורות של כ (9

.IP65 –מים ואבק ערפולעמידות לתנאי סביבה של (42

מעלות צלזיוס )התאמה גלובלית(. 1-72עמידות לטמפ' בין (44

דציבל. 422רעש עבודה של עד (42

ואמצעים שיטות אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


שיטות ואמצעים

אפשרויות השונות ששקלתי.בחלק זה סקרתי את מהלך עבודתי ואת ה

:FESTOבדיקת אפשרות שימוש במערכת מודולרית של

, Festo PARTdataManagerובעזרת תוספת , FESTOאבדוק את האפשרות להשתמש במוצרים של

CAD. (Festo)-ניתן לשרטט ב

FESTOמערכת תזוזה קרטזית תלת מימדית של חברת

ם קיימים ואבדוק אם הם עומדים בדרישות.אתחיל במוצרי

FESTOבאוטומציה בשם המתמחהלכן פניתי לחברה ידועה

Handling systems - >dimensional -Threeפניתי למערכות תזוזה קרטזיות תלת מימדיות )

gantries( בחרתי מערכת שיכולה להגיע עד לעץ כלומר עד מטר ,)0 to 1000mm stroke Z axis .)

DHSR-25-EGC185TB-2EGC120TB-DGEA40 #574557המוצר הנבחר הוא

Z (Festo-3D_gantries, 2014)מטר בציר 1מערכת תלת מימדית עד - 4 איור

צירים לתופסן

הקונספט הנבחר מהחלק הראשון הוא בעל שתי דרגות חופש עבור התופסן

FESTO ,Electromechanical Semi-rotary drivesלכן בחרתי שני צירים סיבוביים קטנים מתוך קטלוג

552726ומספר קטלוגי ERMB-20סוג המוצר הוא

http://www.festo.com/cat/en-il_il/products_DHS

http://www.festo.com/cat/en-il_il/products_DHSR





(FESTO-Rotary, 2014) מידות ציר הסיבוב - 9 איור

(FESTO-Rotary, 2014)התקנת מערכת סיבובית על מערכת קרטזית - 6 איור



(FESTO-Rotary, 2014)מערכת קרטזית עם מנוע סיבובי בקצה - 7 איור

נוכל לראות את ההתקנה הרצויה עבור ציר הסיבוב הראשון של מערכת התופסן, 7 איורו 6 איורב

מימדית.-תקנה בתוך המערכת הקרטזית התלתהה

נראה כי זה ציר הסיבוב עצמו אך ללא מנוע, חיישן וערכת הרכבה. נוכל לראות החלקים הנוספים

.8 איורבהרכבה ב

(FESTO-Rotary, 2014) הרכבה של ציר סיבובי עם מנוע וחיישן- 8 איור



בחירת מנועי צירי התופסן

.9 איורבמסמך המוצר של ציר הסיבוב ישנו מבחר של מנועים להניע את הצירים, ניתן לראות ב

(FESTO-Rotary, 2014)מבחר מנועים לציר הסיבוב - 5 איור

בינונית ויכולים לעבוד בחוג -מנועי סטפר יותר טובים עבור צירים שדורשים מהירות/האצה נמוכה

פתוח )ללא חיישן סיבוב(. בנוסף עבור מנועי סטפר העלויות יותר נמוכות וזמינות מוצרי מדף גבוה

(AMCI, 2014) .

סיבובפירוט חלקים להרכבת ציר - 11 איור

FESTOסיכום ביניים פתרון מלא בעזרת

נראה כי המערכת מסיבית מידי מבחינת גודל ומשקל לכן אחזור לתכנון עצמאי עם מקדמי ביטחון

.מנמליים



תופסן:

כוח הנדרש כדי להוריד פרי מן העץ

(D. L. Peterson, 2003)כוח ניתוק לפרי תפוח מזנים שונים - 11 איור

.(D. L. Peterson, 2003)כוח -ק"ג 2.1נראה כי הכוח ניתוק הדרוש לתפוח הוא עד 44 איורלפי

אופיינו בעזרת שיטת דנקן עם ו תפוחים עבור כל זן 62נאספו במדגם של הסטטיסטייםהנתונים

, ניתן למצוא את (Faculty of Agriculture) 2.25ורמת מובהקות של 152 הריבועית השגיאה תוחלת

. (MIWA, 1997) טבלהערך קריטי לפי

כוח-ק"ג 1.8לכן ניקח ערך כפול מזה הנקוב שהמכונה תוכל לקטוף את כל סוגי התפוחים ולכן הוא

.Imada DPS–Japan, 42 איורשניתן לראות ב דיגיטליכוח הניתוק בניסוי זה נמדד בעזרת מד כוח

מד כוח דיגטלי בשימוש בניסוי כוח ניתוק של תפוחים - 12 איור



לחץ כניעה של תפוח למען אפיון הלחץ שיכול התופסן ללחוץ

לכן חיפשתי מחקר שמדד את בכדי לתכנן את התופסן צריך לדעת מה הלחץ המותר על התפוח

ערכים אלה.

(K. Kheiralipour, 2008)נתוני חוזק של תפוח - 13 איור

Universal Testing. נתוני הכשל נבדקו בעזרת פסקל-מגה 462-552לחץ כניעה הוא נראה כי

Machine.

(Wikipedia, 2014)מכונה בדיקה אוניברסלית - 14 איור



לתופסןמודל אב טיפוס

וברצוננו שהמערכת לא תצטרך דיוק מאוד טוב לכן כדאי יש לבחור אמצעי אחיזה הפרי בקצה הזורע

לעבוד עם אמצעי אחיזה בעזרת וואקום כך לא נצטרך להתמקם במדויק על הפרי ונמנע הרס כתוצאה

מלחצים נקודתיים אשר קשה להימנע מהם כאשר משתמשים בזרוע עם אצבעות.

בר מערכת תפיסה עם ואקום עבור תפוח אמנם היא הייתה מאוד מסיבית וגדולה לכן כבר נוסתה בע

45 איורהמערכת, ניתן לראות ב מזעוריש לשקול

(Johan Baeten, 2007) טיפוס למערכת קטיף תפוחים-תופסן בוואקום מתוך אב - 19 איור

-150mbar לחץ של -ס"מ עם תת 42.5בניסוי זה הם השתמשו בקונוסי סילקון בקוטר חיצוני של

230mbar עם קצב זרימה של

⁄במסגרת המחקר הם מצאו כי לחצים אלה מספיקים .

זמן. להחזקת התפוח ואינם גורמים נזק לפרי, גם אם הופעלו לאורך

.מנמליתבמחקר נטען כי תופסן זה, הרשום כפטנט, הוא בעל עדיפות מבחינת צריכת אנרגיה בנוסף

התופסן ומהירויות הנדרשות מן לחציםחישוב ה

ה במצב שצריך להפעיל הכי הרב המתאר את הכוחות הפועלים 46 איורניתן לראות מודל סכמטי ב

.ולכן התופסן דורש יותר כוח משיכהלמשיכה ניגוד כאשר משקל התפוח הוא ב כוח

תיאור סכמטי של מודל תופסן עם וואקום והכוחות הפועלים - 16 איור

את הנוסחה לחישוב השטח. 47 איורצריך לחשב את השטח איתו התופסן פעיל, ניתן לראות ב



.(Wikipedia, 2014)נפח כיפה - 17 איור

נפח קונוס קטום - 18 איור

.49 איורבשרטתי סכמטית את המימדים כפי שנראה 45 איורלפי התופסן המתואר ב



שרטוט סכמטי לצורך חישוב של תופסן עם וואקום - 15 איור



הרצויה עשיתי חישוב למציאת ספיקת האוויר נראה כי מהירות שאיבת האוויר גדולה ממה שצריך לכן

שניות.-מילי 452לפי זמן רצוי של

. 52נראה כי ניתן להשתמש במשאבה יותר פשוטה כי הספיקה הדרושה היא קטנה בערך פי

אדגיש כי החישובים נעשו עבור יצירת ואקום

אחשב את הלחץ הדורש ע"י פרמטרים של כוח נדרש לניתוק פרי וחלוקה בשטח חתך בנקודת מגע

בתפוח.

, הגעתי לחישוב קרוב לזה שבניסוי האב טיפוסנראה כי באר, -מילי 261לחץ של -אה היא תתהתוצ

,Johan Baeten)אמנם לקחתי מקדם ביטחון שהעלה קצת מעל מה שתואר באר,-מילי 452-252

2007).

בחירת מנגנון הוואקום

.22 איורי, ראה מליזה מוגדר כוואקום מינ FESTOלפי הגדרות

(FESTO_Vacum, 2014)הסבר על דירוג וואקום - 21 איור

.24 איורלתעשיית המזון, הומלץ גם על סיליקון בתור חומר



(FESTO_Vacum, 2014)המלצות לבחירת חומר הגריפר - 21 איור

.22 איורמ"מ זאת לפי ההמלצות ב 62-422עבור קוטר דרוש בין M10X1.5נבחר מחבר

(FESTO_Vacum, 2014)מחבר מומלץ לפי הקוטר הדרוש - 22 איור

.23 איור נגדיר את המחזור הדרוש עבורנו, ראה

(FESTO_Vacum, 2014)הגדרת מחזור עבודה - 23 איור

, אך קודם נחשב את זמן שאיבה אקווילנטי 21 איורלפי הגרף והנוסחה ב נבחר את מייצר הוואקום

.ליטר בכדי להיכנס לגרפים אלואחד ל

יטר.ל 4כל לפנות לגרפים כאשר נתחשב בלחץ ביחידות בר והזמן שאיבה מנורמל עבור כעת נו



(Festo_Vacuum_Generator, 2014)בחירת מייצר וואקום - 24 איור

.VN-05-Lזה ב לשימוש שאנו צריכיםורגרפים אלה נראה שהכי קלפי



VN-05-L (Festo_vacum_gen, 2014)מימדי מזרק פנאומאטי נבחר - 29 איור

בדיקת שיחרור הפרי אל הקולט

כדי לוודא כי יש שחרור של התפוח נפעיל את מערכת לחץ האוויר בצורה הפוכה ונעלה את הלחץ.

גםבכדי לבדוק כי הפרי שוחרר מותקן מד לחץ בבסיס הקונוס. בחרתי מד לחץ קטן שיכול למדוד

לחץ. בנוסף אבחר בחומר אשר לא מחליד בגלל שהסביבה החקלאית עלולה להיות רטובה. -תת

.Pressure Sensor – EPB (Measurement_Specialties, 2014)המוצר הנבחר הוא

שיפורים אפשריים לקונוס הוואקום

פתח ( אשר כנראה מיועדים לשמירה שcleatsטנים )דוגמא נוספת לקונוס וואקום היא בעלת זיזים ק

היניקה לא היסתם ויהיה וואקום מלא בשטח כל חתך הקונוס, אפשרות נוספת היא שזה נועד כדי



לקבע במרחק מסוים ידוע וכך שצריך דיוק גבוה בהנחת העצם ידוע בדיוק המיקום של העצם ביחס

.26 איורלתופסן, ניתן לראות ב

.(VacMotion, 2014) קונוס ואקום עם זיזים - 26 איור

בחירת מצלמה לתופסן למיקום התפוח.

צריך לדעת מה תהיה גודל המצלמה. פניתי לאותה חברת פסןוהתבכדי לדעת את הגודל הצפוי של

.(Johan Baeten, 2007)טיפוס -, שהשתמשו לאבIDSמצלמות,

לעמידות IP67בחרתי מצלמה עם הפרדה גבוה בכדי שתוכל לזהות תפוחים מרחוק ועמידה בתקן

82יבורים מאחור, הוא בערך את המידות, אורך כולל, עם מרווח לח 27 איורבשטח. ניתן לראות ב

מ"מ.

+

UI-1460RE (IDS, 2014)מצלמת תופסן אפשרית - 27 איור

אחשב את האורך בין הציר הראשון לתופסן למרכז התפוח בכדי לדעת באיזה מומנט הוא צריך

.28 איורלפי מ"מ 453לעמוד. נראה כי האורך הוא בערך



שרטוט סכמטי של מימדי התופסן עם מצלמה. - 28 איור

חישוב כוחות אשר פועלים על המפרק קצה

מצאתי את המשקלים של החלקים השונים ולקחתי מקרה קיצוני בו כל הכוחות מתנגד לכיוון המשיכה

לחשב את הכוח הנורמלי הפועל המפרק קצה. בכדי

איור סכמטי וחישוב הכוחות הנורמליים הפועלים על המפרק קצה – 25 איור

נט המקסימלי הדרוש עבור המפרק קצה לכן חישבתי עבור מצב בו הפרי מבנוסף בדקתי את המו

המרכזי של הזרוע.נתלש מהעץ במשיכה צידית וכל הכוחות בניצב לציר



איור סכמטי וחישוב המומנט הנדרש מן מפרק הקצה - 31 איור

בחירת ציר קצה

ניוטון למטר אמנם ניקח 42-לפי חישוב הכוחות הפועלים נראה כי מקסימום המומנט המוערך הוא כ

ון למטר.ניוט 22ולכן ניקח ציר שיכול לסחוב עד 2מקדם ביטחון של פי

RJ-31-S R (ATI, 2014)ציר קצה נבחר, – 31 איור

.אחשב כוחות מחדש עם הוספת הגאומטריה של הציר



חישוב מומנטים על מפרק קצה לאחר בחירתו - 32 איור

נקבל מספרים בטווח הבטוח של המפרק. המפרק ע"י הירכי גם בהגדלת הגאומטנראה

אפשרות להעברת הציר לקדמת הזרוע

לשם הוזלת העלויות והימנעות מתכנון זרוע מסיבית אנסה להעביר את מפרק הקצה קדימה בקרבת

קונוס הוואקום וכך נמנע מומנטים גבוהים ואוכל לבחור מפרק פשוט יותר.

מ"מ. 22גול של הציר בקוטר רק לשם השוואה ראשונית אבחר בחיבור ע

חישוב מומנטים עבור העברת הציר קדימה - 33 איור



עם מערכות יותר פשוטות, ניתן להשתמש במנוע סרבו נראה כי כעת ניתן לעבוד

HS-1000SGT (Hitec, 2014)למומנט גבוה דיגטלימנוע סרבו - 34 איור

(, ניתן לעבוד לפי המודל Pan/Tilt Bracketישנם מתקנים סטנדרטים לשילוב מנועי סרבו קטנים לציר )

.35 איורפשוט זה, ניתן לראות ב

ROB-10335 (sparkfun, 2011)מתקן ציר פשוט להרכבת מנוע סרבו, - 39 איור



(Tummala, 2002)תכנון אפשרי למפרק - 36 איור

בחירת מצלמה קטנה יותר

ע"פ המלצת המנחה חיפשתי מצלמה קטנה יותר כך שהתופסן יהיה פחות מסיבי.

IP67-, ניתן לראות כי הוא עומד בEcco CCTV Camera 142-007הצורך, מצאתי מוצר שיענה לי על

ה מ"מ. 12מ"מ וגבוה 34ומימדיו הם אורך

CCTV Camera 142-007 (ECCO, 2014) מצלמה זעירה - 37 איור



בחירת מיסבים

ים. ישנה תכונה שעוזרת בבחירת המיסב המתאים.לבחירת מיסב SKFנפנה לחברת

38 איורהמתואר סכמתית ב TN9 108המיסב הנבחר הוא

TN9 (SKF_bearing, 2014) 108המיסב הנבחר - 38 איור

בחירת אטם למיסב

.פי הגודל הנומינלי הפנימי של המיסבנבחר את האטם ל



סיבולות, מדחקים ופני שטח

.SKFבחירת פני שטח על הגל מתחת לאטם לפי

בחירת סיבולת צורה לגלים



בחירת ציר לינארי נתמך

ערכת , כך שגם יתאים עם מHepcoשל חברת (39 איור) לבחירת הציר היוצא נעבוד עם דוגמאות

שינוע התפוחים.

עיםואמצ שיטות אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


HEPCOדוגמאות לציר נתמך מחברת - 35 איור



Hepcoמימדי הציר הנתמך של חברת - 41 איור

לתנועה קווית בבסיס הזרוע ותמסורת בחירת מנוע

HEPCOאבחר את המנוע לפי טבלאות מחברת

מתאים בחירת פרופיל זרוע

מ"מ. 58מ"מ וקוטר מקסימלי של 12נראה כי הציר הנבחר הוא בעל קוטר חיבור עליון מינמלי של



ATIמידות כלליות מפרק - 41 איור

לשילוב המפרק במערכת , דוגמאATIמפרק - 42 איור

(Ati Industrial Automation, 2004)דוגמא נוספת ATIמפרק - 43 איור

לבחירת פרופיל נסקור מספר דוגמאות



Round Profiles 8 D40 (Machine_Building_Systems_Ltd., 2014)פרופיל אלומיניום - 44 איור

ניתן להשיג פרופיל זה עם חריצים בצדדים לפי בחירה.

בחינת אפשרות לבניית ציר קל עם מנוע חשמלי פשוט

קיימים בשוק מספר אופציות לבניית ציר מונע אחת האופציות היא מבנה מתכת קל עם חיבור פשוט

15 איורלמנוע סרבו לדוגמא ניתן לראות ב

(Buha, 2013) מצלמות לכיוונן hitecשל חברת ציר פשוט וקל עם מנוע סרבו - 49 איור

.16 איורדוגמא נוספת עם מנוע וחיווט אלגנטי מבפנים ניתן לראות ב

(Casey, 2013) מרק אלגנטי עם מנוע וחיווט פנימי- 46 איור



פתרונות אפשריים להולכת חוטים )חיווט(

ניתן להוליך חוטי חשמל דרך חלקים מסתובבים ע"י רכיב שנקרא טבעת החלקה.

שמלית אך לא פיזית וכך ניתן זה בנוי בצורה כזאת שמוזנים חוטים משני צידיה אשר מקושרים ח

לסובב בחופשיות את החלק המרכזי.

(wikipedia, 2014)( Slip Ringטבעת החלקה ) - 47 איור

זה, להלן: לפרויקטישנם שני סוגים עיקריים של טבעות החלקה שניתן לשקול

.17 איורצוני של הגל, כמו בטבעות מורכבות על החלק החי (4

טבעות החלקה פנימיות שניתן להרכיב בתוך גל חלול. (2

תכנון בקרת זרוע בציר הנכנס אל העץ

ניתן לראות את המודל המכאני של מערכת בציר אחד ב

X

m F

ma

Cv

מודל מערכת לבקרה - 48 איור

X – ,מרחקC – ,חיכוך דינמיF- ,כוח המופעל ע"י המנועm – מסת הזרוע

0 xCxmF



mFx

x

mCx

xx

xxx

m

Fx

m

C

m

Fx

m

Cxx

x

x

x

xx

0

0

10

2

1

2

1

21

22

2

1

ניתן להראות גם את פונקציית התמסורת של המערכת.

FmSCS

xmxmSC

mSCSF

X

CxCSXxmmSxXmSF

xCxmf

1)0()0(][1

)0()0()0(

22

2

ניתן להציב תנאי התחלה אפס

2

2

22

1

01

100][1

mSCSF

X

mSCSF

X

FmSCS

mmSC

mSCSF

X

SIMULINK-בדוק את תגובת המערכת, אשתמש בכדי ל state-spaceלמדל את המערכת בעזרת ניתן

כדי להציג את המערכת.

מערכת בחוג פתוח הממושת בעזרת מרחב המצב - 45 איור

ניסוי בדיקות הרס ומציאת מודול האלסטיות.

עזרת מכשיר אינסטרון.לפי תקן ניתן לקבוע את המאמץ המותר על פרי ב

ביצעתי ניסוי בתפוחים במסגרת קורס תכונות פיסקליות בהחייתו של פורפ' יצחק שמילוביץ.



יש למדוד קודם רדיוסי עקומומיות

לאחר בדיקת הכוח והעיבור הנדרש לכניעת התפוח, המופק ע"י המכשיר, ניתן למצוא את מודל יאנג

ע"פ הנוסחה להלן.

3/21/3 1/3

2

3/2

0.338 (1 ) 1 1 1 1u L

u u L L

FE K K

D R R R R

כאשר:

E מודול האלסטיות

F הכוח המופעל

D הדפורמציה

μ מקדם פואסון

RU רדיוס העקמומיות המקסימלי בנקודת המגע העליונה בין הגוף לפלטה

R’U רדיוס העקמומיות המינימלי בנקודת המגע העליונה בין הגוף לפלטה

RL בין הגוף לפלטהרדיוס העקמומיות המקסימלי בנקודת המגע התחתונה

L’ R רדיוס העקמומיות המינימלי בנקודת המגע התחתונה בין הגוף לפלטה

KU קבוע התלוי ברדיוסי העקמומיות בנקודת המגע העליונה בין הגוף לפלטה

KL קבוע התלוי ברדיוסי העקמומיות בנקודת המגע התחתונה בין הגוף לפלטה

את המאמץ לשבר ע"פ הנוסחה להלן:בדגימה לא כלואה ניתן לאחר מכן למצוא

σ



ניווט אוטונומי בשטח

,Graham Brooker)מכ"ם בשטחים פתוחים סקרתי מאמר בנושא מיקרוגלים חישת קורס במסגרת

2006).

ם אם המאמר הסוקר שלושה מכ"מים שונים. מערכות אלו נועדו במקור לכלי טייס ומיפוי מכרות אמנ

התאמות קלות נוסו עבור ניווט רכבי שטח. במסגרת המאמר נוסו המכ"מים במשימות שונות בנוסף

השוו בין מכ"ם למערכות אחרות בעזרת מצלמות ולייזר.

כאשר האות FM. בשיטה זאת משדרים FMCWבשלושת המערכות השתמשו במכ"מים בשיטת

. CHIRPהמשודר הוא בתדר עולה

(FMאיפנון תדר ) – 91 איור

(2114)ניומן, אות ציוץ במישור הזמן והתדר -51 איור

0.00E+00

5.00E+05

1.00E+06

1.50E+06

2.00E+06

2.50E+06

3.00E+06

3.50E+06

סוג פרי

E [P

a]

מודול אלסטיות ממוצע לפי סוג פרי

גרני סמיט

אימפריאל

תפוז

א"תפו

עגבניה



אות ציוץ משודר ונקלט כתלות בתדר ומציאת ההפרשים. – 92 איור

. 2 נוסחהו 4 נוסחהור הזמן והתדר מוצגות בנוסחאות המתארות את הציוץ במיש

2

21

02cos ttfVt ,T

B

זהו זמן Tשל תחום תדרי הציוץ, Bandwidthב פס )הוא רוח Bמתח שידור כתלות בזמן של אות ציוץ, – 1 נוסחה

.זה תדר התחלתי/מינימלי של טווח תדרי הציוץ f0מחזור של אות ציוץ מחזורי,

tT

Bff 0

תדר ציוץ לינארי כתלות בזמן. – 2 נוסחה

טה נעשים באופן רציף ולא ( היא שיטה של מכ"ם אשר השידור והקליCWשיטת שידור רציף )

.(Wikipedia_CW, 2014)בפולסים

דיאגרמת בלוקים של מכ"ם בשידור רציף. -53 איור

אלמנט חשוב היא יכולת הדמיית תוואי פני שטח שטוח. מכשירי לייזר וצילום יוכלו לייצר תמונה

איוררואים אמנם מכ"ם יכול לייצר תמונת עומק, ניתן לראות היטב את ההבדל ב שטוחה של מה שהם

. ביואר גם ניתן לראות את ההנחתה הפחותה בראות לקויה עבור מערכת מכ"ם לעומת תדרים 51

אחרים בתחום ראייה והאינפרא אדום.



ן תמונה תוואי שטח שטוח לבין הדמייה בעזרת מכ"ם, בנוסף הנחתה של אות לפי התדר.השוואה בי - 94 איור

מימדית-אלמנט שניתן להשיג הוא הדמייה תלת

לתמונה אווירית ממדית של מכ"ם בהשוואה-הדמיה תלת - 99 איור

תן לקבל תמונת עומק אל תוך ניתן להפריד עלווה משאר החומרים ולמקם אותם במרחב ובנוסף ני

העלווה.

4.6הרץ עם רוחב פס ציוץ אפשרי של -גיגה 91-בניסוי השתמשו במערכת משודרגת שעובדת ב

הרץ. מערכת זאת היא בעלת אפשרות לשליטה על רוחב פס של הציוץ ובאופן כזה ניתן לקבל -גיגה

צירים. מערכת זאת פותחה רזולוציה מיטבית. המערכת היא בעלת אנטנה קבועה ומראה בעלת שני

במקור עבור מכרות.



מערכת מכ"ם לניווט. – 96 איור

.השוואת הדמיית עלווה במרחב מול תצלום, ניתן להבחין בגדלים שונים של מקבצי העלווה ואפקטי הצללה - 97 איור

תוצאות אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


תוצאות

חישובי כוחות על קורה

ם את כל המשקלים והכוחות אשר יכולים לפעול על הקורה והסמך. נלך למקרה הכי גרוע בו כל נסכו

הקורה פתוחה והמשיכה היא כלפי מעלה באופן כזה נוצר המומנט המקסימלי.

מהלך מומנטים על הקורה להלן:

הכוח המקסימלי המותר להלן:



לכן המקדם ביטחון המחושב הוא

עבודה תכנון זמני מחזור

בכדי לתכנן מחזור עבודה של זרוע לקטיף תפוח קודם כל אעשה חישובים של זמני עבודה הנדרשים

ע"י צירים סיבוביים בקצה הזרוע. בנוסף ביצעתי חישובים עבור תנועה קרטזית בחלק א'.



Sub-system Action

Start time [ms]

End time [ms]

Duration [ms]

transitional joint Start transitional engine 0 50 50

mid joint Start mid revolute engine 0 50 50

mid joint Accelerating mid revolute 50 51 2

transitional joint Accelerating transitional 50 150 100

mid joint Constant velocity mid

revolute 51 406 355

transitional joint Constant velocity transitional 150 336 186

transitional joint Decelerating transitional 336 436 100

end joint start end revolute engine 386 436 50

mid joint Decelerating mid revolute 406 408 2

end joint Accelerating end revolute 436 484 48

end joint Constant velocity end

revolute 484 843 359

vacuum start vacuum 841 891 50

end joint Decelerating end revolute 843 891 48

Cartesian Cardizem movement to

catch apple 891 1091 200

vacuum raising vacuum 1091 1241 150

Cartesian Cardizem movement to

detach apple 1241 1441 200

end joint Accelerating end joint 1441 1489 48

end joint constant velocity end joint 1489 1848 359

end joint Decelerating end joint 1848 1896 48

transitional joint Accelerating transitional 1896 1996 100



transitional joint Constant velocity transitional 1996 2182 186

mid joint Accelerating mid 1896 1898 2

mid joint Constant velocity mid 1898 2253 355

end joint Accelerating end 2253 2301 48

end joint Constant velocity end 2301 2660 359

end joint Decelerating end 2660 2708 48

שניות. 1שניות וזה עומד בדרישה לקטיף תפוח כל 2.7נראה שהזמן הכולל הוא



חלקי הזרוע



מימדים כלליים



תכנון לייצור של בסיס הזרוע

סיכום אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


סיכוםהתיכנון נעשה לפי הדרישות שנקבעו בחלק הראשון של הפרוייקט ואכן בתכנון המכונה נראה כי

.העומדת במעמסים והזמנים הרצויים

בקפידה והמוצר עומד בתכן עם מקדמי ביטחון שאינם גבוהים אמנם גם יעמוד נבחרו החלקים

ניתן להגיע למצב אופטימלי שכל המערכת תהיה במשקל כונה לאורך זמן. בצורה זאת בהפעלת המ

ועלות מינמלית.

ל מכונה במסגרת הזמן שהוקצב בקורס זה לא כיסיתי את כל הנושאים העומדים לפני תכנון מלא ש

ולכן ישנם גורמים רבים חסרים אמנם נראה כי יש הייתכנות ממשית לבניית זרוע קוטפת.

ביבליוגרפיה אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


ביבליוגרפיה

AMCI( .2241 .)Stepper vs. Servo. אוחזר מתוךAdvanced Micro Controls Inc:

http://www.amci.com/tutorials/tutorials-stepper-vs-servo.asp

ATI( .2241 .)RJ-31-S R. אוחזר מתוךati-ia.com: http://www.ati-

ia.com/app_content/Documents/9230-80-1030.pdf

Ati Industrial Automation( .29 Aug 2004 .)Robotic Rotary Joints21 -. אוחזר ב june 2014 ,

-pddnet: http://www.pddnet.com/product-releases/2004/08/robotic-rotaryמתוך

joints

AUSTRALIAN CENTRE FOR FIELD ROBOTICS .)אין תאריך( .Frequency Modulation and High

Resolution44 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,Sensor Systems Course:

http://www.acfr.usyd.edu.au/pdfs/training/sensorSystems/08Lec%20-

%20High%20Range%20Resolution.pdf

Buha, I( .'24 2243ינואר .)Pan-Tilt Mechanismמתוך 2241יוני 42 -. אוחזר ב ,grabcad:

https://grabcad.com/library/pan-tilt-mechanism

Casey( .44 june 2013 .)Pan and Tilt positioning42 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,grabcad:

https://grabcad.com/library/pan-and-tilt-positioning-1

D. L. Peterson, S' D( .'2223 .)FRESH–MARKET QUALITY TREE FRUIT HARVESTER .APPLIED

ENGINEERING IN AGRICULTURE ,515-518.

ECCO( .2241 .)Reversing Safety System - CCTV - Cameras47 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,

http://www.visionalert.com/:

http://www.visionalert.com/products/productdetails.aspx?id=1188&catid=169&

tabid=2&menuId=

Faculty of Agriculture .)אין תאריך( .Duncan's Multiple Range Test. אוחזר מתוךGadjah Mada

University:

http://faperta.ugm.ac.id/newbie/download/pak_tar/rancob/2012meancomparison.

ppt

Festo .)אין תאריך( .Festo PARTdataManager אוחזר מתוך .Festo:

http://www.festo.com/cms/nl-be_be/18574.htm

FESTO_Vacum( .2241 .)Basic principles of vacuum technology, brief overview. אוחזר ב-

, מתוך 2241

http://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/286804/Basic_Vacuum_Technology

_Principles.pdf

Festo_vacum_gen( .2241 .)Vacuum generator. מתוך 2241 -אוחזר ב ,Festo:

http://www.festo.com/rep/en-sg_sg/assets/pdf/41_VN-RR.pdf

Festo_Vacuum_Generator( .2241 .)Vacuum generatorsמתוך 2241 -. אוחזר ב ,Festo:

http://www.festo.com/cat/ru_ru/data/doc_engb/PDF/EN/VN_EN.PDF



Festo-3D_gantries( .2241 .)Handling systems 3D gantries. אוחזר מתוךfesto:


FESTO-Rotary( .2241 .)Semi-rotary drives. אוחזר מתוךFesto: http://www.festo.com/cat/en-

il_il/data/doc_engb/PDF/EN/ERMB_EN.PDF

Graham Brooker, R' H'-W( .'49 October 2006 .)High-resolution millimeter-wave radar

systems for visualization of unstructured outdoor environments .Journal of Field

Robotics ,72(42 ,)894-942.

Harleyריך(. . )אין תאsurface area of a dome אוחזר מתוך .mathcentral:

http://mathcentral.uregina.ca/QQ/database/QQ.09.09/h/charlie1.html

Hitec( .2241 .)HS-1000SGT Ultra, Heavy Duty, Giant Scale Servoמתוך 2241 -. אוחזר ב ,

hitecrcd: http://hitecrcd.com/products/servos/giant-servos/digital-giant-servos/hs-

1000sgt/product

IDS( .2241 .)UI-1460REמתוך 2241 -. אוחזר ב ,IDS: http://en.ids-

imaging.com/store/produkte/kameras/ui-1460re.html

Johan Baeten, K' D( .'2227 .)Autonomous Fruit Picking Machine: A Robotic Apple Harvester .

6th International Conference on Field and Service Robotics. Chamonix: FSR 2007.

K. Kheiralipour, A' T( .'2228 .)Some Physical Properties of Apple .Pakistan Journal of

Nutrition ,667-672.

Lelai Zhoua, S' B( .'2244 .)Design optimization on the drive train of a light-weight robotic

arm .Mechatronics ,562–569.

Machine_Building_Systems_Ltd( .2241 .)Round Profiles 8 D40מתוך 2241 -. אוחזר ב ,

Machine Building Systems Ltd.: http://www.mbsitem.co.uk/item/products/profile-8-

d40.html

Measurement_Specialties( .2241 .)Pressure Sensor - EPB אוחזר מתוך .Measurement

Specialties: http://www.meas-spec.com/product/tm_product.aspx?id=5063

Michigan State university .)אין תאריך( .Systems,Regulators &Harvesters.

MIWA, T( .'4997 .)Probability Distribution Calculators. אוחזר מתוךNational Institute for

Agro-Environmental Sciences:

http://cse.niaes.affrc.go.jp/miwa/probcalc/duncan/dncn_tbl.html

SKF_bearing( .2241 .)801 TN9מתוך 2241 -. אוחזר ב ,SKF:

http://www.skf.com/group/products/productdetail.html?prodid=1140010108&

lang=en&imperial=false

sparkfun( .2244 .)Pan/Tilt Bracket - ROB-1033542 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,

sparkfun.com: https://www.sparkfun.com/products/10335



Tummala, P' L( .'28 Feb 2002 .)Reconfigurable Adaptable MicroRobots2241 -. אוחזר ב june

-Michigan State University: http://www.egr.msu.edu/microrobot/joint, מתוך 2014

2.html

UNSW .)אין תאריך( .Interference beats and Tartini tones42 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,

UNSW: http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/beats.htm

VacMotion( .2241 .)00mm flat curved Polyurethane suction cup with cleats VFC40P-60 .

:vacmotionorders, מתוך 2241 -אוחזר ב

http://vacmotionorders.com/40flcuposucu.html

wikipedia( .29 march 2014 .)Slip ring42 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,English Wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Slip_ring

Wikipedia( .27 march 2014 .)Spherical cap אוחזר מתוך .wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_cap

Wikipedia( .26 feb 2014 .)Universal testing machine7 -. אוחזר ב april 2014 מתוך ,english

wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_testing_machine

Wikipedia_Chirp .(44 june 2014 .)Chirp43 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,Wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Chirp

Wikipedia_CW( .46 june 2014 .)Continuous-wave_radar47 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous-wave_radar

Wikipedia_FM( .43 may 2014 .)Frequency Modulation45 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_modulation

Wikipedia_Gimbal( .4 april 2014 .)Gimbal43 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,Wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Gimbal

Wikipedia_GPS-INS( .48 june 2014 .)GPS-INS49 -. אוחזר ב june 2014 מתוך ,Wikipedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/GPS/INS

, )עמ' כנס הנדסה חקלאית(. איפיון והתאמת מבנה של עצים למשימות חקלאיות. 2241בלוך, ו'. )

(. ראשון לציון.45

. חיפה, ישראל.מיקרוגלים קורס חישת. CW(. מכ"ם 2241יוני 46ניומן, ד' י'. )

נספחים אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


נספחים

סיכומי פגישה –נספח א'

4182למרץ 81-סיכום פגישה ה

יש להתמקד במבנה הזרוע. (4

למצוא פתרונות ומנועים להפעלת הצירים. (2

למצוא פתרון גם להנעת המדף, כדאי לבחון את מכונות ההרמה במוסכים. (3

למצוא פתרון להובלת הכבלים אל המערכת הנעה. (1

פיו.-הגריפר להראות רפרנס ולעבוד עלר עבו (5

לעשות וידיאו של תנועת הגריפר וקטיפת התפוח. (6

לבצע אנליזה של הכוחות הפועלים על הזרוע. (7

4182 אפרילל 8-סיכום פגישה ה

של המנועים. בפונקציונליותלהתמקד (4

קטן ושיעמוד בעומס. –תכנון הפרקים של התופסן צריך להיות אופטימלי (2

סן ומציאת המשקלים הנדרשים.תכנון התופ (3

התאמת המערכת המלאה לדרישות קצה של התופסן. (1

התמקדות בתכנון מהמדף ועד התופסן. (5

להעלות לדוח של חלק ב' את הגדרת הדרישות מדוח חלק א'. (6

4182לאפריל 1-סיכום פגישה ה

עבוד . נרצה לכוח הדרוש לניתוק הפרילבדוק מה הם סטיות התקן של סטטיסטיקות של נתון (4

סטיות תקן. 3במרווח של

להעריך מה צריך להיות קצב זרימה של האוויר ליצירת וואקום במערכת תופסן. קצב זה (2

צריך לעמוד במהירויות עבודה הרצויות לנו. בנוסף ניתן לשקול האם קוטר קונוס הוואקום

הקוטר האופטימלי.הוא אכן (Johan Baeten, 2007)שהשתמשו במחקר

לראות שכל המערכת לא עוברת את לחץ הכשל מתוך הספרות. (3

לבצע רק תכנון ראשוני עבור התופסן כדי לחשב את התכונות הצירים הדרושים. (1

4182לאפריל 42-סיכום פגישה ה

.האמתייםמכוח הניתוק ולציין שניתן לחקור את זה לעומק למציאת הערכים שתייםלקחת פי (4

הירות השאיבה שצריך, לקחת מקדם ר זמן של תנועת הזרוע כדי לדעת מה מלעשות מחזו (2

ביטחון ליכולת שאיבה כך שגם אם אין אטימה.

לבדוק איך אני יודע אם הורדתי את התפוח. (3

לשקול להוסיף שיניים בתופסן לאטימה טובה יותר. (1

4182ליוני 81-סיכום פגישה ה

קטיפת תפוח.לפרט ציר זמן של פעולות במחזור עבודה של (4

לבחון הוספת צלעות חיזוק חיצוניות עבור קונוס הוואקום. (2

לבחון אם ניתן להחליף למצלמה קטנה יותר. (3

אפשרות לתכנון עצמי של מפרק רובוטי אם לא ניתן למצוא מוצר מוכן מתאים.לבחון (1

.HEPCOמערכת של שינוע, לפי פיתוח של אנטון, חברת -לשלב פרופילים מתאימים לתת (5

אכן התפוח נתפס. לחץ שיוודא כי-ת לשילוב חיישן תתן אפשרולבחו (6


לפרט ציר זמן של פעולות במחזור עבודה של קטיפת תפוח. (4

להקטין את המשקל והאינרציות בקצה הזרוע (2

נספחים אוטונומי תפוחים לקטיף זרוע 2פרויקט מערכות מכניות


להעביר את האינזקטור הלחץ לחלק הסטצוינרי )שלא נע(. (3

להחליף למצלמה קטנה יותר. (1

בין התופסן אל התממשקותמימד בכדי שנוכל לבחון את -ל אמיתי במדפסת תלתליצור מוד (5

קולט התפוחים אשר מתוכנן ע"י אנטון.


לפתור את בעיית שחרור התפוח אל מנגנון הקליטה (4

להוסיף את זמני פריקת התפוח בטבלאות זמנים. (2

להוסיף סקירה קצרה של מכ"ם ניווט שטח. (3

calculating cone volume

d1 0.105m d2 0.01m hcone 0.05138m

Vcone1

3π

d1

2

2

d1 d2d2

2

2

hcone 0.206L

calculating cilyndar volume

lc 25mm Vcilyndar π . d1 lc

calculating apple dome volume

happle 20.04mm dapple 80mm rapple

dapple

240 mm

a rapple happle 2 rapple2

34.664mm

Vapple

π happle 6

3a2

happle2

0.042L

calculating time to create vacum

Vair Vcone Vcilyndar Vapple 0.164L Vair 1.641 104

m3

Qair 200m

3

hr t

Vair

Qair2.954ms

calculating flow rate required

t 150ms QVair

t3.938

m3

hr Q 65.641

L

min

calculating pressure required

Asection_apple π a2

3.775 103

mm2

Fdeattcment 50.5 N

PFdeattcment

Asection_apple13.378 kPa P 0.134 bar P 0.132 atm

n 2 safety factor to make sure that the apple stick to the grippereven without good sealing

Psafe n P 26.755 kPa Psafe 0.268 bar Psafe 0.264 atm

Pabs 1atm Psafe 0.736 atm Pvacum

Psafe

1atm26.406 %

checking sfety factor for fracture

Sf 1MPa 1 106

Pa nfracture

Sf

Psafe37.376

calculating Evcuation time

t 150 ms Vair 0.164 L Pu P 0.134 bar

tE1 t1L( )

Vair 0.914 s

Calculation of time required by middle revolute joint

M 20N m mass 1kg r 50mm η 0.7 θmax 180deg

Spec of ATI RJ-31-S

I mass r2

αη M

I5.6 10

3

rad

s2

αdeg α deg 5.6 103

1

s2

deg

ωmax 720deg

s taccel

η ωmax

αdeg90 ms tvelocity_const

θmax

ωmaxη0.357s

Calculation of time required by end revolute joint

M 84kgf cm 8.238N m mass 0.5kg r 50mm η 0.7 θmax 90deg

Spec of HS-1000SGT

I mass r2

αη M

I4.613 10

3

rad

s2

αdeg α deg 80.5131

s2

tω0.19sec

60deg3.167 10

3

s

deg ωmax

1

tω315.789

1

sdeg

taccel

η ωmax

αdeg47.919ms

θaccel

αdeg taccel2

25.296deg tvelocity_const

θmax 2 θaccel

ωmaxη0.359s

robot arm cycle work time table excel for project 2 technion spring 2014 Tashad or hirshfeld.xlsx

Sub-systemActionart time [mEnd time [ms]Duration [msCommentstransintonial jointStart transintonial engine05050

mid jointStart mid revloute engine05050mid jointAccelarting mid revloute50512

transintonial jointAccelarting transintonial50150100mid jointConstant velocity mid revloute51406355for 180 deg

transintonial jointConstant velocity transintonial150336186for 1m targettransintonial jointDecelerating transintonial336436100

end jointstart end revolute engine38643650mid jointDecelerating mid revloute4064082end jointAccelarting end revloute43648448end jointConstant velocity end revolute484843359vacuamstart vacuam84189150end jointDecelerating end revloute84389148cartezianCartzien movement to catch apple8911091200vacuamraising vacuam10911241150

cartezianCartzien movement to deattech apple12411441200end jointAccelarting1441148948end jointconstant veloctiy14891848359end jointDecelerating1848189648

transintonial jointAccelarting18961996100transintonial jointConstant velocity19962182186

mid jointAccelarting189618982mid jointConstant velocity18982253355end jointAccelarting2253230148end jointConstant velocity23012660359end jointDecelerating2660270848

openhighlowcloseStart transintonial engine050050Start mid revloute engine050050Accelarting mid revloute50515051Accelarting transintonial5015050150

Constant velocity mid revloute5140651406Constant velocity transintonial150336150336

Decelerating transintonial336436336436start end revolute engine386436386436

Decelerating mid revloute406408406408Accelarting end revloute436484436484

Constant velocity end revolute484843484843start vacuam841891841891

Decelerating end revloute843891843891Cartzien movement to catch apple89110918911091

raising vacuam1091124110911241Cartzien movement to deattech apple1241144112411441

Accelarting1441148914411489constant veloctiy1489184814891848

Decelerating1848189618481896Accelarting1896199618961996

Constant velocity1996218219962182Accelarting1896189818961898

Constant velocity1898225318982253Accelarting2253230122532301

Constant velocity2301266023012660Decelerating2660270826602708

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Time [ms]

action

Or Hirshfeld Page 1 of 1 Apeendix for Final Project

7/19/2014 SKF Bearing Select report

http://webtools3.skf.com/bearingselect/report.jsp 1/3

Information

Title: Revoulte End gripper bearings project part 2 or hirshfeld technion

Name: Or Hirshfeld

Company (etc.): Technion

Comments: Revoulte End gripper bearings project part 2 or hirshfeld technion

Bearings

Left side Right side

Bearing type:Self-aligning ball bearings, with cylindricaland tapered bore

Self-aligning ball bearings, with cylindricaland tapered bore

Designation: 108 TN9 108 TN9

Position: -25.0 mm 25.0 mm

Mounting: Bearing supporting the axial load: None (Axial load ignored)

Lubrication

Lubrication specification method: SKF grease

Grease: GE2:Standard grease, average speed and temperature for D>62

EP additives: No

Running conditions

Time Speed Temp x/r y/F z Fx/Fr Fy/Ft Fz

r/min °C mm mm/deg mm kN kN kN

Interval 1: 100 37 50 Cyl. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.582 0.047

Cart. 0.0 0.0 0.0 0.047 0.582 0.0

Static loads: Cart. 0.0 0.0 0.0 0.0 0.582 0.047

Cart. 0.0 0.0 0.0 0.047 0.582 0.0

Contamination factor

Cleanliness classification: Normal cleanliness (e.g. shielded bearing)

C lean assembly; good sealing system relative to the operating conditions.Relubrication according to manufacturers specifications.Shielded bearings that are greased for life with appropriate sealing capacity for theoperating conditions.



Detailed Results - SKF Rating Life & ISO 281 Basic Rating Life

Bearing type: Self-aligning ball bearings, with cylindrical and tapered bore

Position: Left side (-25.0 mm)

Designation: 108 TN9

SKF rating life

L10mh: 4310 hours

L10m: 10 106rev

ISO basic rating life

L10h: 42400 hours

L10: 94 106rev

Speed: 37 r/min

Temperature: 50 °C

Operating viscosity: 59.3 mm2/s

Viscosity ratio, κ: 0.109

Contamination factor, ηc: 0.0228

SKF life modification factor, aSKF: 0.102

Resulting loads108 TN9 (Self-aligning ball bearings, with cylindrical and tapered bore)

Radial load Axial load Equivalent load Radial direction Notes kN kN kN degrees Dynamic load 0.5825 0.0 0.5825 88

Static load 0.5825 0.0 0.5825 88


Position: Right side (25.0 mm)


SKF rating life

L10mh: 4310 hours

L10m: 10 106rev

ISO basic rating life

L10h: 42400 hours

L10: 94 106rev

Speed: 37 r/min

Temperature: 50 °C

Operating viscosity: 59.3 mm2/s

Viscosity ratio, κ: 0.109

Contamination factor, ηc: 0.0228

SKF life modification factor, aSKF: 0.102

Resulting loads108 TN9 (Self-aligning ball bearings, with cylindrical and tapered bore)

Radial load Axial load Equivalent load Radial direction Notes kN kN kN degrees Dynamic load 0.5825 0.0 0.5825 88

Static load 0.5825 0.0 0.5825 88



Summary - SKF Rating Life



Position: Left side (-25 mm)

Designation d D B C C0 L10m L10mh S0 Notes

mm mm mm kN kN 106rev hours

108 TN9 8.0 22.0 7.0 2.65 0.56 10 4310 0.96 1) 2)

1) P should not be greater than C02) Viscosity ratio is less than 0.4 - a lubricant with EP additives should be considered.



Position: Right side (25 mm)

Designation d D B C C0 L10m L10mh S0 Notes

mm mm mm kN kN 106rev hours

108 TN9 8.0 22.0 7.0 2.65 0.56 10 4310 0.96 1) 2)

1) P should not be greater than C02) Viscosity ratio is less than 0.4 - a lubricant with EP additives should be considered.

Calculating moments on arm

M1 x( ) 47N x

M2 x( ) 0 x 34mmif

3.5N x 34mm( ) otherwise

M3 x( ) 0 x 117mmif


M4 x( ) 0 x 211mmif


M5 x( ) 0 x 252mmif

5N x 252mm( ) otherwise

M6 x( ) 0 x 288mmif

41N

m

2x 288mm( )

2

Mtot1 x( ) M1 x( ) M2 x( ) M3 x( ) M4 x( ) M5 x( ) M6 x( ) Mtot1 1171mm( ) 84.5 N m

Mtot x( ) Mtot1 x( ) x 1171mmif

0 otherwise

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

102030405060708090

Postion [meter]

Mom

ent [

N-m

]

Mtot x( )

x

Ixx 470000mm4

σbeam x( )

Mtot x( ) 40 mm

Ixx

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

1 106

2 106

3 106

4 106

5 106

6 106

7 106

8 106

Postion [meter]

Str

ess

[Pa]

σbeam x( )

x

Mtot1 1171mm( ) 84.5 N m

n108N m

84.5N m1.278

14יולי 23 סקר תיכון -חלק ב -פרוייקט גמר

1 הנדסה חקלאית טכניון -אור הירשפלד

- אוטונמיתמערכת קטיף תפוחים

'חלק ב –מערכות מכניות פרוייקט הירשפלדאור : מגיש

ר עמוס מזרח"ד, נחום אורלב: מנחים


1

סקר תיכון – הירשפלדאור –קטיף תפוחים רובוטי –' פרויקט מערכות מכניות ב - 014936

אפיון –רובוטי קטיף תפוחים

המטרה של הפרויקט היא למצוא פתרון מכאני אוטונומי להורדת תפוחים מהעץ כחלק ממערך

.טרי תפוחים למאכל לקטיף אוטומטי

2


שרטוט הקונספט – קרטזיתזרוע עם גריפר 2ציר

1ציר תפיסה רכה

3


שרטוט של המכלול – קרטזיתמערכת

מסגרת קשיחה

מסועים

מנוע הפעלת

הזרוע

4




עיצוב אירופאי –מבנה העץ

0

1

2

0200

4000

50

100

h

Pickability Map r=3m

% p

ickable

Systems,Regulators & Harvesters

Michigan State university

5


מלאה מתוך קטלוג קרטזיתמערכת יחידה שעמדה בדרישת מהירות וטווח עבודה הקרטזיתהמערכת

.DHSR-25-EGC185TB-2EGC120TB-DGEA40היא

כוח -ג"ק 25אמנם זו מערכת מאוד מסיבית המיועדת לעומס עד .כוח לכן אפנה לתכנון עצמאי של הרכיבים-ג"ק 5-כאשר נדרש כ

6


אב טיפוס בלגי –תופסן

http://hal.inria.fr/

docs/00/19/47/39

/PDF/fsr_21.pdf

Johan Baeten, K' D'( .2007 .)Autonomous Fruit Picking Machine: A Robotic Apple Harvester .6th International

Conference on Field and Service Robotics. Chamonix: FSR 2007.

מ"ס 10.5קוטר חיצוני של הקונוס הוא.

150-230לחץ של -יצירת תתmbar.

200קצב זרימה𝑚3ℎ

.

לא נגרם נזק לפירות גם בהחזקה ארוכה.

כוללת גם מצלמה בפנים לאיכון הזאת מערכת .מדויק של התפוח

7


התופסןשל קונוס סכמטישרטוט

תפוח גדול מן מ"ס 80-הממוצע כ

מציאת הגדליםהרלוונטיים לחישוב נפחי אוויר המיועד

.לשאיבה8




מודל תופסן עם וואקום והכוחות הפועלים לחישוב

.המערכת פנאומטית

9


חישוב זמני שאיבה –אב טיפוס בלגי

ונתוני מן המחקר אחשב את מהירות הסכמטילפי המודל .השאיבה

נראה כי זה זמן מאוד מהיר ואין צורך לכן אגדיר את הנתונים .העצמי

10


חישוב ספיקת הידראולית נדרשת -תופסן

שניות לכן אקח 4כל המהלך הנדרש בין תפוח לתפוח הוא .שניות-מילי 150מרווח ביטחון ואדרוש

11


חישוב הלחץ הנדרש מן המערכת -תופסן

ההידראולית

12




המלצות לפי קטלוג –תופסן

לפי )מומלץ לתעשיית המזון –חומר הקונוס יהיה סיליקון (.קטלוג פסטו

מחברM10X2.5 מ"מ 60-100עבור קוטר בין שבין.

נבחר את המכשיר הזרקה לפי קטלוג ,VN-05-L.

13


בחירת מצלמה –תופסן

טיפוס הבלגי-אבחר מצלמה בדומה ל מה שנבחר באב.

וכיום יש מצלמות קטנות יותר 2007-אמנם המחקר נעשה ב.

דרישות נוספות זה עמידות בתקןIP67

14


Camera Rotary

joint

0.15 N

joint

normal

force

Vacum

generator

0.3 N

Σ𝐹 = 47 + 3.5 + 0.3 + 0.15 = 51𝑁

15


חישוב מומנטים מקסימליים -תופסן

Σ𝑀 = 47 ∗ 0.193 + 3.5 ∗ 0.153 + 0.3 ∗ 0.05 + 0.15 ∗ 0.043 = 9.63𝑁𝑚

3.5

N 0.1

5 N

0.3

N

47 N

Σ𝑀

16




מערכת בקרה

ביצעתי ניתוח פרמטרי ראשוני דינמי של המערכת בציר .אחד המתקרב אל העץ

אניח שהמצלמה נותנת לי מרחק מדיוק(X)

X

m F

ma

Cv

0 xCxmF

mFx

x

mCx

xx

0

0

10

2

1

2

1

FmSCS

xmxmSC

mSCSF

X 1)0()0(][122

17


המשך עבודה

מציאת צירים מתאימים לכוח והמהירות הנדרשת.

בחירת פרופיל מתאים לזרוע.

תכן ואנליזת כוחות הפועלים על הזרוע.

18

14יולי 23 הצגה סופית -חלק ב -פרוייקט גמר

1 טכניון -הנדסה חקלאית -אור הירשפלד

- אוטונמיתמערכת קטיף תפוחים

'חלק ב –מערכות מכניות פרוייקט הירשפלדאור : מגיש

ר עמוס מזרח"ד, נחום אורלב: מנחים


1

הגשה סופית – הירשפלדאור –קטיף תפוחים רובוטי –' פרויקט מערכות מכניות ב - 014936

ם למיפוי השטח"מכ

מימדימיפוי תלת

זיהוי עומק עלווה

שימוש לניווט אוטונומי

מתאים לתנאי ראותקשים לעומת התחום

והאינפראהלייזר , הנראה

מיפוי עומק

2


לחץ קטור'אינג

3

לחץ-לתפיסת הפרי יורד הלחץ לתת• הלחץ יעולהכדי לשחרר את הפרי •


חישת תפיסת הפרי

בכדי לחוש כי הפרי נתפס אתקין מד לחץ בבסיס הקונוס

בנוסף חיישן זה גם יחוש כי הפרי שוחרר כאשר מעבירים אותו אל .הקולטן

אבחר בחיישן קטן ועמיד למים

4




חישוב זמן מהלך תנועת הזרוע

זמן כולל של מחזור 2.7עבודה הוא

. שניות

מודל מהירות ולחץ טרפזי

5


מיסביםבחירת

6

חשב את הכוחות א מיסבואמצא האקוולנטיים .SKFמתאים לפי

עם תיקון עצמי מיסביםבחרתי(self-Alingning)

108 המיסב TN9


ציר לינארי תמוך נעבוד עם המוצרים של חברתHEPCO , בתיאום עם מערכת שינוע

(של אנטון פרוייקט)התפוחים

7


מערכת הזרוע

8




הרכבת הזרוע על מתקן שינוע תפוחים

9


חלקי הזרוע

10


מומנטים מקסימליים על הזרוע

11

n108N m

84.5N m1.278


קצה הזרוע

12




שרטוט בסיס הקונוס

13