文昌评论何昌龙.doc

吉林大学本科生 毕业设计文献综述 学 院 生物与农业工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 题 目 坚果采摘机械手设计 姓 名 贺昌龙 指导教师 肖英奎 坚果采摘机械手设计 1，引言 坚果，是闭果的一个分类，果皮坚硬，内含1粒种子。如板栗等的果实等。坚果是植物的精华部分，一般都营养丰富，含蛋白质、油脂、矿物质、维生素较高，对人体生长发育、增强体质、预防疾病有极好的功效。因此，市场上对坚果的需求量是非常之大的。 我国坚果种植面积大，农产品市场竞争激烈，而且坚果采摘是一项繁重的劳动，因此，要想有所发展就不光要有优质的品种，更要有科学的采摘方式，目前坚果采摘设备主要有：高枝剪等手工采摘机具，车载振动式采摘机，智能采摘机器人等。我国普遍使用的是高枝剪等手工采摘机具，效率低。而发达国家的坚果主要来自发展中国家，他们对坚果采摘机械手的研究也不重视。所以，开发出一种有效的坚果采摘机械手是十分有必要的，也是刻不容缓的。 2，果树采摘机器人的特点 随着科学技术的发展，机器人技术的发展越来越完善，其应用范围也越来越广泛。但大多数是工业领域的应用，而农业领域的采摘机器人技术的发展则相对滞后。采摘机器人工作在高度非结构化的复杂环境下，作业对象是有生命力的植物，不允许对植物造成损伤，这就对果树采摘机器人有较高的要求：作用对象复杂易损伤，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；采摘机器人工作在复杂的环境下，而且环境件随着季节、天气的变化而发生变化，这就要求机器人有良好的环境适应能力；果蔬采摘机器人的操作者是农民，不是具有机电知识的工程师，因此要求果蔬采摘机器人必须具有高可靠性和操作简单、界面友好的特点。 3，国外发展现状 1983年第1台西红柿采摘机器人在美国问世，此后，采摘机器人及机械手的研制及开发得到了迅速的发展。西方各国相继立项研究了采摘苹果、柑橘、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。荷兰农业环境工程研究所研制出了一种多功能黄瓜采摘机器人，机械手有7个自由度, 采用三菱RV-E26自由度机械手，在底座上增加了1个线性滑动自由度，采摘成功率为80%，每采摘1条黄瓜需时45s。西班牙研制了柑橘采摘机器人, 由摘果手、彩色视觉系统和超声传感定位器3部分组成。英国西尔索研究所开发的采蘑菇机器人装有录像机，红外线测距仪和视觉分析软件。日本近年在收获机器人的研究方面进展很快，目前已经研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器人，但技术不太成熟，还没有真正实现商业化。1984年，日本京都大学的川村等人开始了对番茄采摘机器人的研究，并研制出一台具有5自由度关节型机械手的机器人。上海交通大学与日本宫崎大学共同设计研制了高地隙的跨垄作业7自由度的草莓采摘机器人。各种技术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。但收获机器人目前都还没能真正实现商业化。 4，国内发展现状 我国在农业机器人领域的研究始于20世纪90年代中期，相对开始较晚，但发展速度较快，近年来也有了许多研究成果。如上海交通大学机器人研究所研究出了智能化联合收割机样机。2001年，张瑞合等运用双目立体视觉的方法研究了番茄收获中果实的精确定位问题。中国农业大学刘兆祥、刘刚等人在苹果采摘机器人三维视觉传感器设计方面的研究; 张建锋、何东健、张志勇等对于采摘机器人自适应鲁棒跟踪控制算法设计; 江苏大学蔡健荣等通过恢复障碍物的三维信息，对于柑橘采摘机器人障碍物识别技术的研究;南京农业大学工学院王学林和姬长英对力外环控制的果蔬抓取技术的研究。采摘机器人是未来智能农业机械化的发展方向，具有广阔的应用前景，也是坚果采摘收获发展的必然方向。因此，此项研究是非常有价值的。 5，发展方向 根据农业机器人本身的特点，今后将向如下几个方向发展： (1)结构简单，价格合理。农民并不富裕，专业知识也不高，为了使机械化，自动化在农业生产中得到广泛的应用和推广，机器人不应单纯地模仿人的动作，而要用机器人动作代替人的动作，防止结构复杂，使其价格合理，便于推广。 (2)设备的通用性。农业机械的特点是使用时间短，间隔周期长，农业机器人应该做到简单改变其软件和末端执行器就可以改变其用途，提高通用性，延长使用周