多臂采摘机器人的初步设计采摘手的设计.doc

PAGE 1 多臂采摘机器人的初步设计——采摘手的设计 1.绪论 1.1研究内容及意义 果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节,其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作。但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因,使得能够从事农业生产的劳动力越来越少,单靠人工劳作已经不能满足现有的需要。随着计算机图像处理技术和各种智能控制理论的发展,使采用机器人采摘果蔬成为可能。由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:二二壹五八玖一壹五一，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要.果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜, 可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统, 是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学, 需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面学科领域知识。采摘机器人将在解决劳动力不足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性、减轻农业化肥和农药对人体的危害、提高采摘果蔬的质量、降低采摘成本、提高劳动生产率、保证果蔬的适时采收、提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。国际上, 一些以日本和美国为代表的发达国家,已经从20世纪80年代开始研究采摘机器人,并取得了一些成果。而我国在该领域中的研究还处于起步阶段,因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平,使其为我国农业的生产和发展做出重大贡献。 1.2研究现状 果蔬采摘机器人的研究开始于20 世纪60 年代的美国( 1968 年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式。其缺点是果实易损、效率不高，特别是无法进行选择性的收获，在采摘柔软、新鲜的果蔬方面还存在很大的局限性。但在此后，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，采摘机器人的研究和开发技术得到了快速的发展。 1.2.1国外研究现状 在日本、美国等发达国家，农业人口较少。随着农业生产向规模化、多样化、精确化的方向迈进，劳动力不足的现象越来越明显。许多作业项目如蔬菜、水果的挑选与采摘，蔬菜的嫁接等都是劳动力密集型的工作，再加上时令的要求，劳动力缺乏的问题很难解决。正是基于这种情况，这些发达国家大力进行农业生产机器人的研究，并取得了很好的成果。 日本的喷农药机器人上装有感应传感器，能自动喷洒农药。嫁接机器人可在极端的时间内，把蔬菜苗茎杆直径为几毫米的砧木、穗木的切口嫁接为一体，使嫁接速度大幅度提高。施肥机器人的行走部分能在狭窄的稻秧间行走，四个窄型橡皮车轮均可横向转动90度。人机协作型机器人的研究思想是将采摘机器人寻找、定位待摘果实以及机器人导航任务由人来完成，机器人的运动轨迹规划、关节控制和末端执行器控制等任务由机器人的控制系统完成。如图1-1所示。 图1-1人机协作型采摘机器人结构 日本Kondo一等人研制的西红柿收获机器人(如图1-2 )、黄瓜采摘机器人(如图1-3)和草葛采摘机器人(如图1-4)葡萄采摘机器人(如图1-5 1-6所示)采用5自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动。 图1-2西红柿采摘机器人 图1-3黄瓜采摘机器人 图1-4草苟采摘机器人图 1-5多功能葡萄采摘机器人(套袋操作) 图1-6收获末端执行器 扦插育苗机器人用于花卉生产系统中可以大大提高生产率。日本东北农业试验场研制成功了简易育苗机器人系统。英国Silsoe研究院研制了蘑菇采摘机器人。它可以自动测量蘑菇的位置、大小，并选择性地采摘和修剪。 在柑桔收获机器人研究方面，1986年，意大利卡塔尼亚农业产业发展部与美国Florida大学合作开发了一种性能良好的具有伺服视觉技术的收获机器人，用于柑桔收获的实际生产中((Harrenetal, 1990) 在苹果收获机器人方面，1983年，法国国立农林机械研究所的Pedene and Motte和西班牙的Jasa研制了最早的商品化机器人原型，即法国的“MAGAU”苹果收获机器人和西班牙的“CITRUS”柑桔收获机器人吓Sarig,1993) 还有日本国立蔬菜茶叶研究所与岐阜大学联合研制了茄子采摘机器人。日本国立农业研究中心的Murakami等研制了甘蓝采摘机器人。以色列和美国科技人员联合开发研制了一台甜瓜采摘机器人等。 1.2.2国内研究现状 国内在农业机器人方面的研究始于20世