苹果采摘装置的研究与探讨 【摘要】苹果采摘装置适用于苹果成熟后的苹果采摘，智能化机械化的采摘模式解放了劳动力，提高了采摘效率，本装置利用无线遥控技术，搭载移动平台，安装末端执行装置即机械手，实现了苹果采摘过程中的机械化，利于农业机器人的研发应用。 【关键词】苹果采摘；机械手；传感器 Abstract：Apple picking device is suitable for mature apple picking，intelligent mechanization picking mode liberated the labor force，improve the picking efficiency，this device using the wireless remote control technology，with a mobile platform，installation of the manipulator end point device，realized in the process of apple picking mechanization，agricultural research and application of the robot. Key words：Apple picking；Manipulator；The sensor 引言 21世纪以来，随着我国城镇化的社会进程，原始的农业劳动力逐渐减少，转向其他行业，而水果采摘在农业生产中有很多弊端：第一是采摘中需要大量人力；第二是采摘是相对耗时长的一个生产环节；第三，采摘水果大都集中在一个时段；第四，人工采摘水果果实需要弯腰或者爬高，具有一定的危险性。随着我国科技水平和农业机械化水平的逐步提高，用机械手来采摘水果果实成为可能，这样不仅解放了农村劳动力，而且更加安全，方便。 国内外研究现状：随着科技的进步，近年来，国外在果蔬采摘机器人的研究方面取得不少成果，但由于技术，市场和价格多方面因素的影响，此类研究工作基本停顿，国内研究此类型的方面起步晚，相对来说成果少，对苹果的采摘方面研究还很缺乏。随着农业产业化发展进程加快，其种植越来越规模化，然而苹果的采摘大部分还处于人工作业的情况，这大大降低了采摘效率，提高了成本，而且苹果高度不一，人工采摘费时费力，容易疲劳，发生危险，所以对苹果采摘设备的研究有重要意义[1]。 本文以苹果为研究对象，讨论苹果采摘装置，最终目标是确保顺利采下苹果，提高劳动效率，解放生产力。设计一种实用的苹果采摘机械手，用于采摘苹果果实。该机械手结构轻巧，操作灵活简便。并且可以运用传感器和单片机实现智能采摘。 1.苹果采摘机械手的方案设计 1.1 移动平台选取
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ef1812302.html, 基于自动化的苹果采摘机器人 作者：刘国栋杨孟杰张应红孙元广 来源：《科学与财富》2019年第20期 摘要：苹果是具有长久的季节性的水果，且人工采摘的劳动强度大，风险高，成本高。 解决人工采摘苹果的问题需要将农业与工业智能化的结合。为此设计一种五自由度，满足工作空间的基于自动化的苹果采摘机器人。该机器人通过工业摄像机、红外线探头采集外部环境信息，并传递到电源控制模块，从而控制以步进电机、舵机的源动力的驱动，进一步控制各个机械臂和机械手的转动调节，实现对苹果的自动化的采摘。 关键词：采摘苹果；自动化；工业摄像机；机械手 引言：随着农业生产的多样化和精确化、规模化，农业生产作业要求也正在逐渐提高，加速农业现代化进程，实施智能化农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证苹果适时采收，研究满足工作空间的自动化采摘机器人对实现农业自动化和提高经济效益具有重大的意义。 1.苹果采摘机器人的机械结构设计 1.1机器人的方案设计： 采摘机器人的机械结构图主要由底座、腰部，大臂，肘部，小臂，末端机械手等主要部分组成，其总体结构简图1.1所示。该机器人与传统的工业机器人类似，具有五个自由度的工作空间，分别是自由度1（腰部回转），自由度2（大臂旋转），自由度3（小臂旋转），自由 度4（肘回转），自由度5（机械手旋转）。 1.2移动平台方案的确定： 在确定设计方案以后对机器人的移動载体采取分析并进行选择。 （1）履带式移动平台特点及存在问题 特点 a. 转向半径小，可实现原地转向。 b.支撑地面的面积大，下陷度小，滚动阻力大，越野机动性能好；在松软或者潮湿的土地环境中具有较好的越障能力。 c.履带支撑面上有很多履齿，行走时不容易打滑，附着性能好；。
摘要 摘果机技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国际上摘果机市场大概有80亿至100亿，其中工业摘果机占的比重最大。2025年，整个摘果机市场将达到500亿，服务摘果机从原来的300多万台增加到1200多万台，特种摘果机（如：农业摘果机、排爆摘果机、医疗摘果机等）的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与摘果机的研制。 本课题来源农业相关摘果机——摘果机。随着摘果机技术的发展国内外开始探索相关技及先进成果应用在农业领域，其中果实采摘收割摘果机是农业领域中相对大的比重，相关摘果机随着技术进步及相关经验的成熟会为人们解放劳动力、提高工作效率等方面有不可估量的前景。 本文运用大学所学知识，设计了一款轮式摘果机，本摘果机通过轮式底部结构可自由行进并用5轴式机械臂结构可有效采摘果树上的苹果。为进一步探索苹果采摘相关摘果机的研发提供了相关经验及依据，并对进一步论证相关技术有了实验的摘果机。 关键字：摘果机、农业，苹果采摘，轮式摘果机 I
Robotics is undoubtedly a strategic high-tech future, full of opportunities and challenges. Currently, the international market, there are about robot 8 to 10 billion, which accounts for the largest proportion of industrial robots. 2025, the entire robot market will reach 50 billion, the service robot from the original more than 300 million units to 12 million units,Special robot (eg: agricultural robots, EOD robots, medical robots, etc.) are increasingly vocal. In addition, Microsoft and other IT companies, Toyota, Mercedes-Benz and other car companies, and even furniture, sanitary ware enterprises have involved in the development of the robot. The sources of agriculture-related topics robot - apple picking robots. With the development of robot technology at home and abroad began to explore the application of relevant technologies and advanced achievements in the field of agriculture, where the fruit harvest picking robot is agriculture relatively large proportion of the relevant robot as technology advances and experience of mature people will liberate labor force improve work efficiency and so have immeasurable prospects. In this paper, the university is knowledge, designed a wheeled robot apple picking, apple picking this wheeled robots can travel freely and bottom structure with a 5-axis robot arm structure can effectively picking apples fruit trees. To further explore the development of apple picking robot provides relevant and in accordance with relevant experience, and further related technology demonstration experiments with robots. Key words: Robot,Agriculture,Apple picking ,Wheeled robot
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920257102.X (22)申请日 2019.02.28 (73)专利权人 西北农林科技大学 地址 712100 陕西省咸阳市杨凌示范区西 农路22号 (72)发明人 杨福增 樊攀 雷小燕 孙景彬 孟宠 (51)Int.Cl. B25J 15/10(2006.01) B25J 15/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种苹果采摘机械手 (57)摘要 本实用新型提供了一种苹果采摘机械手，在 能够满足苹果采摘、抓取稳定的前提下，能解决 现有的苹果采摘机械手结构复杂、生产成本高等 技术问题。该采摘机械手配有两关节手指，手指 由螺旋弹簧固定后安装于掌盘，每根手指由两个 指节、一个驱动连杆和一个从动连杆组成，驱动 连杆上的腱绳贯穿掌盘后垂直固定在升降圆盘， 升降圆盘另一端通过腱绳连接驱动电机。通过电 机驱动、腱绳传动，带动手指聚拢，实现由一个电 机同时驱动3个手指完成对苹果的包络抓取。权利要求书1页 说明书3页 附图4页CN 209954695 U 2020.01.17 C N 209954695 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209954695 U 1.一种苹果采摘机械手，其特征在于：包括有两关节手指、螺旋弹簧、掌盘(9)、腱绳(10)、滑轮(13)和驱动电机(12)，所述两关节手指分别通过指节支座(8)支撑于所述掌盘 (9)；所述腱绳(10)一端连接手指、另一端贯穿掌盘(9)后垂直固定在升降圆盘(15)；腱绳 (10)一端固定升降圆盘(15)中心、另一端连接所述滑轮(13)；滑轮(13)装配于驱动电机(12)的转轴；驱动电机(12)固定于底座(11)。 2.根据权利要求1所述的一种采摘机械手，其特征在于：所述两关节手指设置有近指节(6)、远指节(1)、驱动连杆(4)和从动连杆(2)，近指节(6)、驱动连杆(4)中部铰接孔及指节支座(8)共同铰接，近指节(6)和驱动连杆(4)之间设有螺旋弹簧Ⅰ(3)，驱动连杆(4)和掌盘(9)之间设有螺旋弹簧Ⅱ(7)，从动连杆(2)与驱动连杆(4)一端铰接，远指节(1)两端分别与近指节(6)和从动连杆(2)铰接。 3.根据权利要求2所述的一种采摘机械手，其特征在于：所述掌盘(9)上均布三个指节支座(8)，所述驱动连杆(4)上有3个铰接孔，两个端孔之间有35°夹角，设置为弯曲的连杆，其中一端与从动连杆(2)铰接，另外一端与腱绳(10)连接。 4.根据权利要求3所述的一种采摘机械手，其特征在于：所述掌盘(9)上均布三个小孔，腱绳(10)通过掌盘(9)上均匀分布3个小孔垂直下落后与升降圆盘(15)固定。 5.根据权利要求4所述的一种采摘机械手，其特征在于：升降圆盘(15)下表面几何圆心处设置有一个螺栓孔，腱绳(10)一端通过螺栓与螺栓孔固定，另外一端垂直下落与滑轮(13)上的凹槽均匀缠绕，下落方向与升降圆盘(15)中心轴重合,与所述滑轮(13)相切，滑轮(13)固定在驱动电机(12)的转轴上。 6.根据权利要求1或2所述的一种采摘机械手，其特征在于：近指节(6)和远指节(1)内侧表面覆盖软硅胶垫，减少抓取过程中对苹果的损伤，并且近指节(6)和远指节(1)上的压力传感器(5)可以对夹持力进行反馈。 7.根据权利要求6所述的一种采摘机械手，其特征在于：所述驱动电机(12)的转速根据电机脉冲频率控制，所述压力传感器(5)获取各个手指的接触力，当手指表面压力传感器(5)达到设定的抓取力，信号反馈给驱动电机(12)，驱动电机(12)停止运动，实现苹果抓取。 8.根据权利要求1或2或4所述的一种采摘机械手，其特征在于：所述手指、支撑杆、指节支座(8)、掌盘(9)、升降圆盘(15)、底座(11)均选用3D打印ABS塑料。 2
目录 前言 (1) 1绪论 (2) 1.1水果采摘机械的发展 (2) 1.2水果采摘机械的研究应用现状 (2) 1.2.1国内研究现状分析 (2) 1.2.2国外研究现状分析 (2) 1.3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 (3) 1.3.1设计所设计的任务要求 (3) 1.3.2设计重点研究的内容 (3) 1.3.3存在问题的解决思路 (3) 2苹果采机械移动系统的结构说明 (3) 2.1工作原理 (3) 2.2工作过程 (4) 3电动机的选择计算 (4) 3.1确定电动机的功率 (4) 3.2确定电动机型号 (4) 3.3各级轴转速 (4) 3.4各轴输入功率 (4) 3.5各轴的输出功率 (4) 3.6各轴输入转矩 (4) 4齿轮的设计 (5) 4.1确定许用应力 (5) 4.2按齿面接触强度设计 (5) 4.3验算齿面接触强度 (6) 4.4齿轮圆周速度 (6) 5轴的结构设计计算 (6) 5.1减速器高速轴设计 (6) 5.1.1轴径与长度与直径 (6) 5.1.3确定轴上圆角及倒角 (7) 5.1.4减速器输入轴（高速轴）的校核 (7) 5.2减速器低速轴设计 (10) 5.2.1轴Ⅱ的结构设计 (11) 5.2.2轴上零件的周向定位 (11) 5.2.3确定轴上圆角及倒角 (11) 5.2.4减速器输出轴（低速轴）校核 (11) 6链轮的设计 (14) 7联轴器的选 (14) 小结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (17)
前言 水果是人类生活不可少的食物，种植面积和产量逐年提高。现在我国已成为世界水果、蔬菜的第一生产大国。到2000年，水果种植面积达867万公顷，占世界面积的8％；产量6237万吨，占世界产量的13％。苹果和梨的产量连续8年居世界首位，柑桔产量在巴西和美国之后位居第三，荔枝产量占世界的70％。蔬菜种植面积达1467万公顷，占世界面积的35％；产量4亿吨，占世界产量的66％，连续5年居世界第一。目前水果总产量已超过6000万吨，约占全球产量的14％左右，成为我国继粮食、蔬菜之后的第三大种植产品，也日益成为农民增收的重要增长点。 改革开放以来，特别是1984年水果市场放开之后，国家对水果实行多渠道经营，价格随行就市，农民得到了实惠，极大地调动了果农发展生产的积极性，从而促进了水果生产的迅速发展。“七五以来，水果生产连续保持了十多年高速发展的势头，从生产、加工到销售乃至出口创汇都取得了巨大成绩，在种植业中异军突起，已经成为种植业重要的支柱产业，在农业和农村经济中的作用和地位日益显著主要表现在以下几个方面：1）面积和产量成倍增长，据国家统计局统计1996年全国果园面积发展到853.3多万平方米，总产量达 462.8万吨。分别比1984年增长2.9倍和3.7倍。其中苹果面积298.7万万平方米，产量170.2万吨，分别比1984年增长 3倍和4.8倍；柑桔面积128万平方米，产量845.7万吨，分别比1984年增长2.2倍和4.6倍；梨的面积为93.1万亩。产量580.7万吨，分别比1984年增长2.1倍和1.8倍我国水果在世界水果生产中占据重要的位置从1993年开始，我国水果总产量跃居世界第一位(超过印度、巴西和美国)。与同期世界水果产量相比1995年我国水果总产量为1214.6万吨，占世界总产量3987.3万吨的10.6％。其中苹果和梨的产量均居世界各国之首，苹果产量占世界总产量的 28.2 ％，梨的产量约占42.6％。柑桔占世界总产量的9．2 ％，仅次于巴西和美国，列第三位。2）品种结构明显优化，近年来，各地在发展大宗水果的同时，以市场为导向，以科技为依托，以效益为目标，积极发展名特优新品种。加速低产劣质果园的改造。从而使品种结构得到明显改善，果品质量不断提高。苹果重点发展了红富士、新红星、乔纳金等优新品种。目前，全国红富士苹果面积已发展到130.5万亩，1996年的产量近600万吨，分别占苹果面积和产量的43.7和35.1；柑桔主要发展了特早熟和早熟温州蜜柑、芦柑、脐橙、柚类等市场受欢迎的优新品种。目前，山东省的红富士、新红星、乔纳金、嘎拉等优新苹果品种已占苹果面积75以上。广东省的柑桔因黄龙病的危害效益有所下降，对此，他们加大了结构调整的力度，开发的重点转向粤西、粤东和粤北山区，因地制宜地发展了荔枝、龙眼、杜果、田柚等热带亚热带名特优水果，这既丰富了果品市场，又发展了山区经济。 自20世纪90年代以来，自走式农业机械的田间自动导航、机器视觉与农业机器人研究得到重视，成为探索在农业机械装备中应用智能控制等高新技术研究的重要方向。农业机器人是一种高度自动化智能化的农业机械，它集传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密及系统集成技术等多种前沿科学技术于一身，代表了机电一体化的最高水平。作为农业生产领域中新一代的生产工具，农业机器人在提高农业生产力、改变农业生产模式、解决劳动力不足问题等方面显示出极大的优越性。可以说农业机器人的应用将带来农业生产的一次技术革命，推动现代农业的发展。因此，广泛应用以农业机器人为代表的新一代农业机械，抓住机遇，大力发展农业机械化，全面提高农业信息化智能化水平是实现我国农业持续稳定健康发展的必然道路。
前言 苹果原产欧洲中部、东南部，中亚西亚以及中国新疆。苹果（Apple），是常见的水果之一。苹果树属于蔷薇科，落叶乔木，叶椭圆形，有锯齿。其果实球形，味甜，口感爽脆，且富含丰富的营养，是世界四大水果之冠。苹果通常为红色，不过也有黄色和绿色。苹果是一种低热量食物，每100克只产生60千卡热量。苹果中营养成份可溶性大，易被人体吸收，故有“活水”之称，其有利于溶解硫元素，使皮肤润滑柔嫩。 中国是世界上最大的苹果生产国和消费国，苹果种植面积和产量均占世界总量的40%以上，在世界苹果产业中占有重要地位。苹果消费市场主要为鲜果和加工制品,鲜食的比例高达90%,加工制品仅占10%左右。为保证苹果的品质,适时采摘是我国苹果产业的重中之重。采摘工作量繁重与劳动力的缺乏使得适时采摘变得越来越困难。 采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。故此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。采摘作业非常复杂，目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行，其费用约占成本的50%-70%，并且时间较为集中。采摘机作为农业机器的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。 关键词：农业机械；机械手；输送机构；苹果；农业机械
目录 1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 - 1.1题来源及研究的目的和意义 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 - 1.2本课题国内外研究现状--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 - 1.3本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路 --------------------------------------------------------------------------- - 3 - 1.4完成本课题需要的工作条件及解决的办法 ------------------------------------------------------------------------------------- - 4 - 1.5 方案及进度计划------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 4 - 2.机械的总体设计------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 4 - 2.1苹果采摘机工作流程 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 6 - 2.2机械手臂设计---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 7 - 3.苹果采摘机械动力控制机构的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1输送机构传动方式 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.2V带传动的失效形式及设计准则-------------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.3V带传动设计步骤和传动参数选择 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.4齿轮箱齿轮结构----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 - 4. 苹果采摘机械行走机构的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------------- - 16 - 4.1行走机构 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 17 - 5.苹果采摘机输送装置的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 17 - 5.1带式输送机 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 17 - 5.2 装筐输送机构 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 17 - 6.部位仿真模拟分析 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 18 - 总结 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 21 - 致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 22 - 参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 23 -
苹果采摘机器人仿生机械手静力学分析与仿真 崔鹏;陈志;张小超 【期刊名称】《农业机械学报》 【年(卷),期】2011(042)002 【摘要】A humanoid manipulator applying to the end effector of an apple picking robot was introduced. Substituting a tendon-actuated manipulator for the simple gripper can improve the adaptability for the end effector to catch apples in intricate surroundings. To realize the open-loop control of the tendon-actuated manipulator, the relationship model of the actuating force and grasping force is necessary. By simulation, the model was established in this paper. Under the same actuating force, the grasping force of the tendon-actuated humanoid manipulator was related to the parameters of mechanism. The virtual grasping force was determined by the length and thickness of fingers. The distribution of grasping force was determined by the lengthy proportions of the phalanges. The original angle between the fingers determined the radius range of the apples. As the radius of apples increased, the virtual grasping force decreased. Frictions could homogenize the distribution of grasping force as well as enlarge the virtual force.%提出了一种应用于苹果采摘机器人末端执行器的仿生机械手.采用腱传动式仿生机械手取代了简单的夹具,提高了末端执行器在复杂环境中抓取苹果的适应性.建立了腱传动式机械手开环控制的驱动力和抓握力间的力学模型.
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
苹果采摘简易机械手 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
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
草莓采摘机器人机械结构设计 摘要 随着草莓种植的推广。国内草莓种植面积迅猛增加，收获劳动力不足。严重制约草莓种植的发展，因此有必要进行智能草莓采摘机器人研究，来替代人来完成该项费时、费力的采摘工作。草莓采摘机器人要求能自动检测成熟草莓的位置信息，然后根据这些信息控制机器人的执行机构动作，实现草莓采摘的自动化。 本文首先综合叙述了草莓生产现状以及草莓采摘机器人国内外研究状况，再根据国内北方地垄式草莓种植的情况，设计出草莓采摘机器人机械本体，提出一种五自由度关节型草莓采摘机械手臂，五个自由度分别为：腰转、肩转、肘转、腕转和腕摆，并开发了一种末端执行器的结构形式，该末端执行器主要由伺服电机、曲柄滑块机构、动夹、镍铬电热丝组成，不以草莓果实作为抓取目标，而是夹切草莓果柄，不伤害果实，同时采用镍铬电热丝切割果柄可以防止切口感染细菌而腐烂，影响果实品质。与此同时，还在solidworks 中构建了草莓采摘机器人、末端执行器的三维模型，还生成了相关重要部件的工程图，便于后期的使用。 关键字：草莓采摘机器人，机械本体，五自由度草莓采摘机械手臂，末端执行器
Strawberry picking robot mechanical structure design Abstract： With the popularization of the strawberry. The strawberry planting area increased rapidly, the harvest labor shortage. Development is restricted by the strawberry, it is necessary to carry out intelligent strawberry harvesting robot, instead of people to complete the time-consuming, laborious harvesting. Strawberry picking robot position information requirements can automatically detect ripe strawberry, then according to these information to control the robot actuator, realize the automation of picking strawberry. This paper describes comprehensively the research status at home and abroad as well as the robot strawberry production status of strawberry picking, then according to the North ridge type strawberry planting conditions, calculate and design the appropriate size of the strawberry picking vehicle body, put forward a kind of five degrees of freedom articulated strawberry picking manipulator, and the development of the structure of an end effector. At the same time, the author constructs a 3D model, strawberry picking robot end effector in SolidWorks, also generated the end effector and the mechanical arm of the engineering drawing, convenient for later viewing and processing. Key words: Strawberry picking robots; Mechanical body;Five degree of freedom manipulator; The end effector
苹果采摘机械人结构设计 水果采摘费用高且劳动量大，为了快速且准确完成苹果采摘任务，需要进行水果采摘机械人结构设计。首先进行采摘机械机构选型，确定合适自由度；其次，依据典型果树轮廓确定采摘臂结构尺寸，绘制采摘机械手臂零件图和装配图；最后，搭建采摘机械人结构试验台，进行实体运动和抓取实验对设计效果进行验证。试验结果表明，该设计方案基本能够达到预期。该设计方法，对农业领域其他类型采摘机械手设计有一定参考价值。 标签：采摘机械手臂；苹果；结构设计 引言 水果采摘季节性强、费用高且劳动量大[1]。加速农业现代化进程，实施“精确”农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。研究采摘机械人，对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证水果适时采收，具有重大的意义[2]。我国从上世纪70年代开始研究水果蔬菜类的采摘机械，并且也逐渐起步，如上海交通大学已经开始了对黄瓜采摘机器人的研制[3]，浙江大学对番茄采摘机器人进行了结构分析与设计的优化[4]，中国农业大学对采摘机器人的视觉识别装置进行了研究[5]。目前，我国研究的采摘机器人还有西红柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘机器人等[6-8]。文章对苹果采摘机械手臂进行选型，进一步进行详细结构设计，最后对设计结果进行试验验证。 1 机械人机构选型及自由度的确定 由于采摘机械人的作业对象是苹果，质量轻，体积小，故而可选择较为简单、灵活、紧凑的结构形式。 根据机械人手臂的动作形态，按坐标形式大致可将机械人手臂部分分为以下四类[9]：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机械手。采摘机械臂的结构型式选取主要取决于机械人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制难易等要求。以上四种型式，它们的活动范围和灵活度逐渐增大。经过对苹果采摘空间的研究，结果表明，苹果树树冠和底部的苹果分布极少，大多分布在树冠中部，大约有80%以上的苹果分布在距地面垂直高度1-2m、距树干左右方向1-2m的空间范围内，且阴阳两面的苹果分布率并无明显的差异。这就要求采摘机械手应当具有较大的工作空间，因此选用多关节型机械手较为合适，且其占地面积较小，更加适合苹果采摘作业。 实际中，苹果生长位置随机分布，这就要求机械臂的末端执行器能够以准确的位置和姿态移动到指定点，因此，采摘机械人还应具有一定数量的自由度。机械臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。一般来说，自由度数量越多，机械臂的灵活性、避障能力越好，通用性也越广，但增加
水果采摘装置设计 0文献综述 0.1水果采摘实现机械化的必然趋势 在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节。水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50%~70%。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作。但是由于采摘作业环境和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度仍然很低，目前国内水果的采摘作业基本上还是手工完成。在很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，劳动力不仅成本高，而且还越来越不容易得到，而人工收获水果所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例竟高达33%~50%。高枝水果的采摘还带有一定的危险性。因此实现水果收获的的机械化变得越来越迫切，发展机械化的收获技术，研究开发水果采摘机器人具有重要的意义。 研究和开发果蔬收获的智能机器人技术对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质，以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要的意义。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。2004年11月1日颁布施行的《中华人民共和国农业机械化促进法》还明确规定国家采取措施鼓励，扶持农业机械化的发展，机械采摘取代手工作业是必然的发展趋势。 0.2国外水果机械化采摘装置研究进展及现状 水果的机械化收获技术已有40余年的研究历史。收获作业的自动化和机器人的研究始于20世纪60年代的美国，1968年美国学者Schertz和Brown 首次提出应用机器人技术进行果蔬的收获，当时开发的收获机器人样机几乎都需要有人的参与，因此只能算是半自动化的收获机械。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。 从20世纪80年代中期开始，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，以日本为代表的西方发达国家，包括美国、英国、法国、荷兰、以色列、西班牙等国家，都在水果采摘机器人方面做了大量的研究工作，涉及到的研究对象主要包