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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。
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。
全套图纸，加1538937061.2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。
采摘机器人机械手结构设计与分析一、本文概述1、采摘机器人的研究背景和意义随着农业技术的快速发展和人口老龄化的加剧，传统的人工采摘方式已经难以满足现代农业生产的需求。
采摘机器人作为一种新型的农业机械设备，具有高效、精准、省时省力等优点，正逐渐成为农业领域的研究热点。
采摘机器人的研究和应用，不仅可以提高农作物的采摘效率和质量，降低人工成本，还可以改善农民的工作环境和条件，推动农业现代化的进程。
机械手作为采摘机器人的核心部件，其结构设计直接影响到采摘机器人的性能和稳定性。
因此，对采摘机器人机械手结构的设计与分析显得尤为重要。
通过对采摘机器人机械手结构的研究，可以深入了解其运动特性、受力情况和优化方案，从而提高采摘机器人的采摘效率和准确性，推动采摘机器人在农业生产中的广泛应用。
这也为农业机械化、智能化和自动化的发展提供了重要的技术支撑和理论基础。
研究采摘机器人机械手结构设计与分析具有重要的理论意义和实践价值，对于推动农业现代化和提高农业生产效益具有重要意义。
2、机械手在采摘机器人中的重要作用在采摘机器人中，机械手的作用至关重要。
作为采摘机器人的核心部件之一，机械手负责直接与目标农作物进行交互，完成识别、抓取、剪切和放置等一系列复杂动作。
这些动作的成功执行，直接决定了采摘机器人的工作效率、采摘质量和适应性。
机械手的设计直接决定了采摘机器人的工作能力。
通过合理的结构设计，机械手可以适应不同形状、大小和成熟度的农作物，实现精准、高效的采摘。
机械手的运动轨迹和速度控制也是影响采摘效率的关键因素。
因此，对机械手的精确控制是实现高效采摘的关键。
机械手的性能直接影响到采摘机器人的采摘质量。
在采摘过程中，机械手需要保持稳定的抓取力度，避免对农作物造成损伤。
同时，机械手还需要具备足够的灵活性和精度，以确保能够准确地将农作物采摘下来。
这些要求都对机械手的设计和制造提出了极高的挑战。
机械手的适应性也是采摘机器人性能的重要评价指标。
黄瓜采摘机器人嵌入式系统的设计与实现侯茗耀,王 库,党 帅(中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083)摘 要:将嵌入式系统应用于智能农业机器人是该领域今后发展的一个趋势。
为此,介绍了黄瓜采摘机器人基于DM642+S3C2410嵌入式系统的设计与实现;阐明了该嵌入式系统的硬件组成原理及软件结构。
经系统与机器人移动平台以及机械臂联调测试表明,其实时性好、识别率高、定位精确、功耗小且成本低,能够完成非结构化环境下对黄瓜果实的识别与定位,并最终完成对黄瓜果实的采摘。
关键词:黄瓜采摘机器人;嵌入式系统;T MS320DM642;S3C2410中图分类号:TP242;S126 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)08-0057-040 引言近年来,欧美一些国家和日本一直致力于基于机器视觉的采摘机器人的研究与开发,我国在这个领域也进行了相应的研究。
采用嵌入式系统取代传统PC 来控制机器人是今后这一领域发展的趋势。
嵌入式系统在集成能力、稳定性、运算速度、系统成本、低功耗以及便携性等方面的优势,是传统的基于PC机的系统所不能及的。
T MS320DM642是TI公司推出的专用图像处理DSP。
借助于DSP强大的运算能力,在DSP中完成图像的采集和处理,从而提高了图像处理的实时性,满足机器人控制对其视觉系统实时性的要求。
S3C2410是S AMS UNG公司的一款AR M9处理器,借助其强大的控制能力,在AR M中植入L I N UX操作系统,并在ARM中移植轨迹规划算法,完成对机械臂的控制。
本嵌入式系统是针对采摘温室中非结构化环境下种植的黄瓜而设计与实现的。
采用DM642+S3C2410自行开发与设计的嵌入式系统,能够快速完成对黄瓜果实的识别与定位,并计算出黄瓜抓取点的三维坐标,再配合机器人移动平台与机械臂装置,能够很好地完成对黄瓜果实的收割。
1 黄瓜采摘机器人系统黄瓜采摘机器人系统由机器人移动平台、双目摄收稿日期:2008-10-31基金项目:国家863计划项目(2007AA04Z222)作者简介:侯茗耀(1983-),男,四川南充人,硕士研究生,(E-mail) david_hmy@t 。
采摘机器人机械手臂机电一体化设计采摘机器人机械手臂机电一体化设计随着人工智能和机器人技术的飞速发展，采摘机器人逐渐成为农业生产领域的一项重要技术。
而其中机械手臂的机电一体化设计起到了至关重要的作用。
本文将以此为主题，从机械手臂的结构设计、功耗优化和智能控制三个方面展开分析，以期为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
首先，机械手臂的结构设计是影响其采摘效果和适用性的关键因素之一。
在设计过程中，应考虑机械臂的可伸缩性、抓取力度和抓取精度等因素。
可伸缩性是指机械手臂能够适应不同种类和高度的农作物，这可通过灵活的关节设计和伸缩式的结构实现。
抓取力度的优化可以通过选用合适的抓取装置、优化电机功率和增加摩擦力等方式实现。
而抓取精度的提高则需要考虑传感器的应用，以实时感知和调整机械手臂的位置和力度。
其次，功耗优化是机械手臂设计过程中需要重点关注的问题。
采摘机器人通常需要长时间工作，因此功耗控制对于延长机器人工作时间和降低运营成本具有重要意义。
在机电一体化设计中，可以采用低功耗的电机和传感器，优化电机的工作参数和控制策略，以减少功耗。
此外，可以利用太阳能、风能等新能源技术，对机器人进行供电，进一步降低其能耗。
最后，智能控制是机械手臂机电一体化设计中的一项关键技术。
借助人工智能和机器学习的发展，可以实现对机械手臂的自主学习和智能化控制。
通过训练，机械手臂可以学习识别不同种类的作物和不同生长阶段的特征，从而针对性地调整自身的抓取策略和姿态。
智能控制还可以实现对机械手臂运动轨迹的优化，提高采摘的效率和准确性。
综上所述，采摘机器人机械手臂的机电一体化设计需要考虑结构设计、功耗优化和智能控制等方面的问题。
只有全面考虑这些因素，才能设计出生动高效的采摘机器人。
未来的农业生产将借助机械手臂的应用，在提高生产效率和减少劳动力投入方面发挥巨大的作用。
采摘机器人设计开题报告本科毕业设计（论文）开题报告1.课题概述一、课题研究的目的和意义在果蔬生产作业中，采摘作业的质量对果蔬的储存、加工和销售有着直接的影响，从而最终影响市场价格和经济效益。
由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低，目前国内果蔬采摘作业基本上还是手工完成。
随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本的提高，果蔬采摘这个问题已经慢慢被人们所重视。
近些年来，陕西省已成为全国苹果产量大省。
白水、礼泉、洛川等地的果农们有的每户每年大多需要手工收获5-10万多斤的苹果，采摘劳动强度大，非常辛苦。
摘果时常因上梯或上树而感到非常劳累不便，也常听到有人不慎从树上或梯子上掉下来的消息，这就对果农们的安全生产带来不便。
因此，设计一种既能有效采摘果实又能减轻果农劳动负担的小型实用机械就显得非常重要了。
目前市面上此类工具很少，况且有很多弊端。
因此，设计一种更为先进的果实采摘机对实现农业机械自动化和提高农业生产效率有重大意义。
二、本课题国内外研究状况分析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），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，以日本为代表的发达国家，包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家，在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人、甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。
在国内，研究果蔬采摘机器人的工作正在起步阶段。
XXX的研究人员已经研制出了林木球果采摘机器人，其主要由5自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。
这种机器人可以停在距离母树3-5米处，然后操作机械手回转马达对准母树进行采摘。
对黄瓜采摘的机器人设计
(一)生物生产中自动化的发展
生物生产是指以植物和动物等生物为加工对象的生产活动。
在生物生产领域有很多种无人操作的机械系统，例如无人驾驶拖拉机、联合收割机、移植机以及自动推进器等都正在发展，它们通过联合传感系统自行在田间行走。
在植物工厂，许多种植、间苗、施肥、收获及包装等过程都发展成为无人操作的自动化机械系统；许多谷物干燥机、水稻磨粉机和剥壳去皮机也都已能完全自动地执行整个任务过程并达到一定的智能化水平。
（二）生物生产系统机器人技术存在的问题
由于收到生物学，神经学MEMS技术，控制技术，通用技术，传感技术以及数学方法等相关学科技发展的制约，生物生产系统机器人至今基本上仍处于实验室研制的阶段，尤其是在克服生物疲劳性，适应性以及可靠实现预期运动行为等方面还不是十分理想，离实际应用还有相当的一段距离。
此外，生物生产机器人也不应仅局限于控制生物运动行为，还应该研究如何通过生物的视觉，触觉和听觉来为人类服务。
（三）生物生产系统机器人技术的发展趋势
随着时代的发展，生物生产系统机器人的发展趋势：1.多模式识别，及在应是以图像处理为主要的信号处理方法，辅以其他识别方式，以提高农场品采集，识别的正确性；2.智能算法应用，随着模糊控制的不断发展，特别是像生物生产这样难以建立合适数学模型的领域，通过控制算法的不断改进高农业机器人的工作效率；3.生物生产机器人的开放性，机器人控制系统应允许不同的设计人员与用户对硬件与软件等部分进行二次开发与应用，且应当对生物生产机器人进行模块化设计，根据不同环境，以适应不同工作要求，以提高工作效率。
（四）关于黄瓜采摘的机械人设计
1.黄瓜的种植模式和农艺要求
黄瓜种植模式就是在早春气温低、黄瓜秧苗生长慢、叶面积指数远远低于合理要求的时候，在不影响农事操作情况下，在两行之中再加一行。
加行的1000株苗采摘3至4条瓜后，立即拔除。
拔除后清理干净，在原栽培行内搂沟增施
腐熟有机肥，浇水，中耕两遍，全田转入正常管理；黄瓜的农艺要求就是要适时耕地，不误农时季节；不漏耕、重耕，田边地头耕翻整齐，不留三角地头。
、翻垡良好，覆盖严密，无立垡、回垡现象。
耕后地面平整，植被覆盖率在90％以上；能搅混土壤和肥料，覆盖杂草或保肥，耙后水面无浮物。
2.机械人对黄瓜的识别
利用黄瓜果实与其果梗叶片在颜色上的差异，采用在自然条条件下的黄瓜图像为训练样本，分别提取黄瓜果实与背景的RGB颜色分量信息，利用Bayes 分类判别模型对自然背景下的黄瓜进行识别。
在分割后对图像进行腐蚀，膨胀，区域，标记及特征提取等处理，就能够准确地提取出成熟的黄瓜果实及其重心位置。
3.黄瓜目标定位
黄瓜采摘机器人在作业过程中必须实时获取当前环境下黄瓜目标与机器人本体或采摘末端执行器的相对位置信息，作为黄瓜采摘的控制输入。
通常采用双立体视觉中常用的测距和定位方法，双目立体视觉一般由两个摄像机从不同角度同时获取目标的两幅图像，并基于视差原理获取物体三维几何信息。
双目立体视觉系统按照摄像头设置位置不同分为：固定双目视觉系统和随动双目视觉系统。
另外在野外或温室内工作的农业机器人可以通过设置激光光源，红外线光源或超声测距系统消除自然光变化对黄瓜目标定位的影响。
4.机器人工作本身的设计
采摘工作中的机器人的功耗主要包括底盘行走功耗，机械臂关节电功功耗，视觉系统背景光源功耗以及控制系统功耗。
当机械人行走在田间或者温室内从事黄瓜采摘作业时，要在机械人内自带蓄电池，而去蓄电池的容量，体积和重量直接影响了采摘机器人的持续工作时间长度和整机结构重量。
在视觉系统中，可以采用合适的背景光源或适应性强的无光源视觉系统结构，处理算法来有效降低黄瓜采摘机器人的能耗，才从而延长机器人工作时间。
总结：机器人是自动执行工作的机器装置。
机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
随着科技的发展，在农业方面的作业上，将会有更多的利用机械人，能够提高工作效率，也能够减少更多人力物力的投入。
