草莓采摘六足机器人造型设计及关键技术研究.pdf

摘要

摘要

草莓口感鲜美、营养价值高、富含多种对人体有益的营养物质,在世界各地被广

泛种植，深受广大消费者喜爱，近年来我国已经发展成为草莓种植面积最大的国家之

一。由于草莓的生长习性较为特殊，其种植和采摘全部依靠人力完成，劳动效率低下，

致使草莓种植成本居高不下。草莓自动化采摘技术的研究和探索对于促进农业智能化、

自动化发展具有重要意义。本文在分析草莓生长及采摘特点的基础上，利用机器人学、

人性化设计理论等相关工业设计理论知识，设计出了一种造型美观、能耗较低、结构

紧凑的草莓采摘六足机器人。

1.针对草莓采摘劳动强度大，采摘周期长，采摘劳动力不足的问题，设计了一款

草莓采摘机器人。在对国内外六足采摘机器人调研的基础上，总结出现有履带式、轮

式采摘机器人存在环境适应性不强的问题。本文将六足机器人作为采摘机器人的运动

平台，可提高草莓采摘机器人运动能力与环境适应能力。

2.针对现有草莓采摘六足机器人美观性差的问题，本文运用人性化设计理论，从

理论分析和实际使用需求角度出发，对采摘机器人的形态、色彩、材质等方面的设计

要素进行了分析与阐述，提出了三种草莓采摘六足机器人造型设计草图方案，经过分

析与对比确定了最优设计方案，并运用Solidworks对机器人进行了三维建模、渲染和

使用环境展示。

3.针对六足机器人能量消耗过高的问题，本文建立了机器人关节能耗模型用以计

算机器人能量消耗。将机器人两条关节轨迹的两组轨迹系数分别用受控变量Q1和Q2

来表达并作为能耗模型的两个输入；在轨迹优化时考虑了质心波动的因素，将质心波

动高度变量Hf作为能耗模型第三个输入，并使用麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法对轨迹优化问题中的

三个参数进行求解。

4.为了验证所选麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法的准确性，本文对比了麻雀有哪些信誉好的足球投注网站算法、模式有哪些信誉好的足球投注网站算

法、粒子群算法和萤火虫算法的优化结果，结果表明所选麻雀算法的优化结果优于其

他三种算法，通过该方法本文得到了能耗最优的轨迹系数和质心波动高度，优化后轨

迹比参考轨迹能耗降低19.46%。

关键词:草莓采摘六足机器人轨迹优化麻雀算法人性化设计能耗

I

Abstract

Abstract

Strawberrieshaveadelicioustaste,highnutritionalvalue,andarerichinvarious

beneficialnutrientsforthehumanbody.Theyarewidelyplantedaroundtheworldandare

deeplylovedbyconsumers.Inrecentyears,Chinahasdevelopedintooneofthecountries

withthelargeststrawberryplantingarea.Duetotheuniquegrowthhabitsofstrawberries,

theirplantingandpickingrelyentirelyonhumanlabor,resultinginlowlaborefficiencyand

highplantingcosts.Theresearchandexplorationofautomatedstrawberry-picking

technologyareofgreatsignificanceforpromotingthedevelopmentofagricultural

intelligenceandautomation.Basedonanalyzingthecharacteristicsofstrawberrygrowth

andpicking,thispaperdesignsasix-leggedstrawberry-pi