苹果采摘简易机械手.doc

苹果采摘简易机械手设计说明书 一、引言 近年来，随着农业产业机构的调整，林果生产已经成为很多地区经济发展和农民增收的支柱产业，随着种植面积的不断扩大，果园规模化发展和规范化管理的要求日益提高，从而果园机械化日益重要。果园收获机械的发展，可以减轻果农的劳动强度，提高生产效率，节约劳动成本，提高经济效益。由于我国果园作业机械研究起步较晚，基础相对较差，因此，果园作业机械化程度和欧美等国家还是存在差距。所以，针对我国各地林果生产特点研究相应的作业机械，对林果产业的发展有重要意义。? 我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一大水果消费国。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%～50%，目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益，因此提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着现代农业机械化生产，大面积的种植果树，农民朋友的农产品获得丰收，果实的采摘问题也凸显而出，在面对果树高而无法采摘造成了苹果的摔落，因而这些苹果无法上市进行出售，为解决高空采摘苹果难，故设计此苹果采摘简易机械手来解决此问题。 二．项目设计的内容 （1）??果蔬收获机器人作业环境和工作对象的特殊性? 工业领域是机器人技术的传统应用领域.由于在工业生产中,机器人的工作位置和障碍往往都能够事先预知,因此机器人的性能能得到很好的体现。和工业机器人相比,果蔬收获机器人有很多独特的特点,主要表现在:? ?(1)作业环境的非结构性?????收获机器人的工作环境往往是非结构性的、未知的和不确定的.例如,机器人所处的地势可能崎岖不平,天气条件(如光照)也可能随时改变。即使在温室环境中,也必须考虑温度、湿度、天气以及其它环境参数的影响。在这种复杂多变的环境条件中,机器人必须具有智能化的传感、规划和控制能力,要有很强的自适应能力。? (2)作业对象的个体差异和随机分布性????果蔬收获机器人的首要任务是识别和定位水果,而果实有的可能单个生长,有的则是一簇一簇的,形状、尺寸、颜色、成熟度也都不一样,而且果实总是随机分布在田地、藤蔓或树枝上,有的可能被茎杆和叶子遮挡,还要遇到不同的自然条件,如刮风可能导致果实摇动而不断改变其位置,并且果树和藤蔓的形状大小也往往不一样,从而使得机器人检测和接近果实变得异常困难。? (3)作业对象的柔软、易损性????水果等作物一般都比较娇嫩、柔软,收获时很容易遭受机械损伤,因此必须小心处理.这需要从机器人结构、传感器、控制系统等方面加以协调和控制。? (4)收获机器人成本方面的特殊性???农业机器人要想成功地应用,其成本必须低于同样结构的工业机器人,因为农业的利润往往很小,设备也只能季节性地使用。此外,农民一般不具备太多的专业知识.因此,收获机器人必须结构简单、操作性好、可靠性高,并且价格合理。 2采摘机器人的制造成本高、应用推广难? 果蔬采摘机器人的采摘对象具有多样性,工作时间具有季节性,设备利用率低,操作对象大部分为农民,这就要求其要具有良好的通用性、可编程性、高可靠性和操作简单性。另外采摘机器人的使用和维护都需要相当高的技术水平和费用。只有当其使用成本低于人工收获成本时,采摘机器人才会真正被普及。因此,成本问题将成为制约采摘机器人市场化的瓶颈问题。 3解决对策 每一个事物的发展都是一个遇到问题解决问题的过程。为了很好的解决以上问题,解除限制采摘机器人发展的因素,可以从以下几个方面加强探索与研究: (1)研究出一种高可靠性、高精度的视觉系统技术,可以使所有成熟果实都能够识别出来并能精确地对其定位。这就需要在三维立体视觉技术、视觉传感器技术、图像获取和处理等方面进行更深入的研究。? (2)可以研究适合采摘机器人工作的果蔬栽培模式,通过降低作物生长环境的非结构化和复杂性,便于采摘机器人的视觉定位和移动。? (3)机械结构直接决定机器人运动的灵活性、平稳性和控制的复杂性。采摘机器人结构必须更加紧凑和简化,优化机器人结构。提高机械手和末端执行器的柔性和灵巧性,成功避障,提高采摘的成功率,降低果实的损伤率。? (4)提高图像处理速度,优化软件算法,缩短机器视觉部分在整个采摘过程中所占用的时间,以提高采摘效率。? (5)采用开放式的控制系统,提高采摘机器人的通用性。只要改变机器人的机械本体和末端执行器,用一套控制系统就能完成不同果蔬的采摘,从而提高控制系统的利用率、降低成本。 设计此机构有构思阶段，实际模型的建立，对实际模型数据的测量，按相应比例缩小并计算各构件的尺