Development of a pneumatic gripper for cutting/grasping fruits towards robotized grape harvesting
| datacite.contributor.RelatedPerson | Νικολακόπουλος, Γεώργιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κουστουμπάρδης, Παναγιώτης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κανούλας, Δημήτριος | |
| dc.contributor.author | Χριστόπουλος, Αθανάσιος | |
| dc.contributor.other | Christopoulos, Athanasios | |
| dc.date.accessioned | 2023-10-23T06:40:50Z | |
| dc.date.available | 2023-10-23T06:40:50Z | |
| dc.date.issued | 2023-10-17 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | The global agricultural industry is marked by its continuous pursuit of innovation and efficiency. The development of specialized robotic systems for tasks such as grape harvesting holds potential. This thesis presents a comprehensive exploration of the design, development, and testing of a pneumatic gripper tailored for robotized grape harvesting. Starting with a meticulous review of the existing literature, delving into grape characteristics, prior research efforts, and the diverse gripper designs employed in similar applications. This foundational research presents the concept design of our gripper and provides insights into the specific challenges faced in grape harvesting. Gripper’s design and development process is based on a flowchart developed to address the specific problem. Proposed gripper is based on the selection of a commercial actuator as the adaptive design method is used for the development. After evaluating several options, the actuator is a commercial copy of the MHC2-25S pneumatic angular actuator. This choice aligns with the goal of achieving optimal gripping and cutting performance while maintaining cost efficiency. The subsequent chapters delve into the detailed design methodology, covering aspects such as configuration design, parametric analysis, kinematic analysis, and static stress analysis. The prototype development phase achieved with the use of a regular low-cost 3D printer with PLA+ filament to fabricate the gripper components. Essential equipment, including an air compressor and various tools, facilitate the assembly and testing processes. Challenges encountered during development found in assembly procedure. Operational experiments validate the gripper's performance, in an effort to laboratory simulating the real-world conditions of a vineyard. The gripper demonstrates a high success rate in harvesting grapes and exhibits stability when subjected to acceleration forces. Considering gripper’s performance on other fruits, the proposed gripper shows success that makes it capable of broadening its scope. Future improvements includes refining the gripper's design, adding functions, and developing an adaptor for the chosen manipulator. The proposed design, development, and testing lay the foundation for further advancements in this field, ultimately contributing to automating agricultural harvesting procedures. | |
| dc.description.translatedabstract | Η παγκόσμια γεωργική βιομηχανία χαρακτηρίζεται από τη συνεχή επιδίωξη της καινοτομίας και της αποτελεσματικότητας. Στο πλαίσιο αυτό, η ανάπτυξη εξειδικευμένων ρομποτικών συστημάτων για εργασίες όπως η συγκομιδή σταφυλιών παρουσιάζει προοπτικές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η ανάπτυξης και η δοκιμή μιας πνευματικής ρομποτικής αρπάγης με σκοπό την αυτοματοποίηση συγκομιδής φρούτων και κυρίως σταφυλιών. Στην εργασία παρουσιάζεται με μια αναλυτική ανασκόπηση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας, εμβαθύνοντας στα χαρακτηριστικά των σταφυλιών, στις προηγούμενες ερευνητικές προσπάθειες και στα διάφορα σχέδια αρπάγης που χρησιμοποιούνται σε παρόμοιες εφαρμογές. Η διαδικασία σχεδιασμού και ανάπτυξης αρπάγης βασίζεται σε διάγραμμα ροής που αναπτύχθηκε για την αντιμετώπιση του συγκριμένου προβλήματος. Η διαδικασία σχεδιασμού βασίζεται στην επιλογή ενός ενεργοποιητή, καθώς η προσαρμοστική μέθοδος σχεδιασμού χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη των κομματιών που θα οδηγήσουν στην τελική προτεινόμενη αρπάγη. Μετά την αξιολόγηση διαφόρων επιλογών, ένα εμπορικό αντίγραφο του πνευματικού γωνιακού ενεργοποιητή MHC2-25S στοχεύει στην επίτευξη βέλτιστης απόδοσης, διατηρώντας παράλληλα την αποδοτικότητα κόστους. Τα επόμενα κεφάλαια εμβαθύνουν στη λεπτομερή μεθοδολογία σχεδιασμού, καλύπτοντας θέματα όπως ο σχεδιασμός διαμόρφωσης, η παραμετρική ανάλυση, η κινηματική ανάλυση αλλα και στατική ανάλυση αντοχής. Αυτά τα στάδια αποτελούν σημαντικά βήματα επικύρωσης αλλα και ανάδρασης στον σχεδιασμό κατά την ανάπτυξη της προτεινόμενης αρπάγης Η φάση ανάπτυξης του πρωτοτύπου βασίστηκε σε 3D εκτύπωση, τεχνική που αποτελεί μη συμβατική μέθοδο κατεργασίας. Χρησιμοποιώντας έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή χαμηλού κόστους με νήμα PLA+ για την κατασκευή των εξαρτημάτων της αρπάγη αλλά και βασικό εξοπλισμό, συμπεριλαμβανομένων εργαλεία χειρός διευκολύνοντας τις διαδικασίες συναρμολόγησης και δοκιμής. Λειτουργικά πειράματα επικυρώνουν την απόδοση της αρπάγης, μέσα από εργαστηριακή προσπάθεια προσομοίωσης αμπελώνα. Η αρπάγη επιδεικνύει υψηλό ποσοστό επιτυχίας στη συγκομιδή σταφυλιών υπό την επίδραση δυνάμεων επιτάχυνσης κατά την μεταφορά του σταφυλιού στην επιθυμητή τοποθεσία. Προκλήσεις αντιμετωπίστηκαν κατά την ανάπτυξη της αρπάγης, όπως θέματα συναρμολόγησης και ανοχών. Εξετάζοντας την απόδοση της προτεινόμενης αρπάγης και σε υπόλοιπα φρούτα, εμφανίζει επιτυχία που την καθιστά ικανή για διεύρυνση και επέκταση του πεδίου εφαρμογής της. Μελλοντικές βελτιώσεις περιλαμβάνουν την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της αρπάγης, την ανάπτυξη ενός αντάπτορα προσαρμογής της αρπάγης στον επιλεγμένο ρομποτικό βραχίονα και προσθήκη επιπλέον λειτουργειών επιθυμητές στην γεωργία. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός, η ανάπτυξη και οι δοκιμές της αρπάγης θέτουν τα θεμέλια για περαιτέρω πρόοδο στον τομέα αυτό, συμβάλλοντας τελικά στην αύξηση της αποδοτικότητας και της βιωσιμότητας στη βιομηχανία παραγωγής σταφυλιών. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26016 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Robotized grape harvesting | |
| dc.subject | Robotic grippers | |
| dc.subject | End effectors | |
| dc.subject | Design theory | |
| dc.subject.alternative | Ρομποτικές αρπάγες | |
| dc.subject.alternative | Θεωρία σχεδιασμού | |
| dc.subject.alternative | Ρομποτική συγκομιδή σταφυλιών | |
| dc.subject.alternative | Άκρα εργασίας | |
| dc.title | Development of a pneumatic gripper for cutting/grasping fruits towards robotized grape harvesting | |
| dc.title.alternative | Ανάπτυξη πνευματικής αρπάγης κοπής και συγκράτησης φρούτων με σκοπό τη ρομποτική συγκομιδή σταφυλιών |