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水果采摘机械手装置设计与仿真摘要近年来，随着全国经济的持续发展，人们对果蔬的需求越来越大。
在我国的果蔬生产中，柑橘生产所的占比重日益增大。
而在整个柑橘生产活动中，柑橘的采摘所占的工作量十分巨大。
除此之外，水果采摘质量的好坏还将直接影响到水果的保鲜储藏，运输配送等后续工作，并最终将严重影响到经济效益。
如果继续延续原始的手工采摘，不仅工作环境十分的艰苦，效率低下，而且水果采摘质量也得不到保障，更甚至时有采摘工作者在采摘过程中因为环境的复杂不小心从树上摔下而受伤的事故发生。
为了适应当代果蔬经济的发展，设计一种多自由度，满足工作空间的小型柑橘采摘机械手对实现农业自动化和提高经济效益具有重要意义。
根据柑橘生产活动中完成果实采摘整个过程的的具体条件，首先运用所学知识进行机构尺寸的设计；然后创新设计内嵌式关节采摘机械手所有零部件的具体合理尺寸；再按照设计的零件图通过Pro/E三维造型出机械手的所有零部件；接着根据机械手的工作方式选择合理的连接方式并通过创建合理约束完成机械手的装配；最后通过选用Pro/E 中的机构模式，经过旋转轴的自定义，伺服电机的添加，定义初始条件等完成机械手的运动仿真。
关键词：柑橘采摘机械手，内嵌式关节，Pro/E三维造型，运动仿真AbstractIn recent years, with the continuous development of economy, the proportion of citrus production in fruit and vegetable production is growing in our country. In the entire citrus production activities, the workload of citrus picking is very big. What’s more, the quality of fruit picking will directly affect the fruit storage, transportation and other follow-up work ,which eventually has serious influence on the economic benefit. If we continue to use the original manual picking, not only working environment is very difficult, working inefficient, but also the quality of fruit picking is not guaranteed .what’s worse, the fruit picking workers maybe fell from the trees and injured accidentally because the environment is very complex in the process of picking . In order to adapt to the development of contemporary economic fruit and vegetable, it is of great significance to agricultural automation realized and improving the economic benefit that designing a kind of small citrus picking manipulator with the features of multi-degree of freedom and satisfied the working space.According to the specific conditions of the whole process of fruit picking in citrus production activities, at first ,using the acquired knowledge to creatively design all parts of embedded citrus picking manipulator joints with reasonable size. Then according to the design of the part drawing shapes all parts of the manipulator through the Pro/E 3d modeling software. Next choosing the reasonable connection according to the workings of a manipulator and creating a reasonable constraint to complete the assembly of the manipulator. Finally ,through choosing mechanism model in Pro/E, after the axis of rotation of the custom, the adding of the servo motor and defined the initial conditions to complete the motion simulation of the manipulator.Keywords: citrus picking manipulator, embedded joints, Pro/E 3d modeling , motion simulation第一章绪论 (1)1.1前言 (1)1.2机械手的介绍 (1)1.3水果采摘机械手研究概况 (1)1.3.1 国外机械手的研究概况 (1)1.3.2 国内机械手研究概况 (3)1.4目的和意义 (3)第二章柑橘采摘机械手的结构设计 (5)2.1柑橘采摘机械手的系统构成 (5)2.2柑橘采摘机械手的材料选定 (5)2.3机械手大小臂长度的确定 (6)2.3.1 机械手大小臂长度的确定 (6)2.3.2 基于果园环境的机械手CAD模拟 (6)2.4机械手关节处伺服电机内嵌式创新 (8)2.5电机的选定 (8)2.5.1 电机种类的选择选择发 (8)2.5.2 电机规格的选择 (9)2.6机械臂尺寸的设计 (12)2.6.1 机械手的结构设计 (12)2.6.2 机械手各个零件的尺寸设计 (12)第三章三自由度机械手的三维造型 (14)3.1机械手大臂的三维造型。
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。
种果蔬采摘竞赛机器人的设计竞赛机器人的设计是基于高效、精确和自动化的原则，旨在提高果蔬采摘的效率和质量。
下面我将详细介绍这款机器人的设计。
一、机器人的结构和执行机构：1.结构设计：机器人的结构采用轻巧、紧凑的设计，以便在狭小的果蔬园地中自由活动。
机器人的主体部分由高强度、轻质的材料构成，以减少机器人的自身重量，提高机器人的机动性和灵活性。
2.执行机构：机器人配备了多个执行机构，包括机械臂、摄像机、传感器等。
机械臂用于采摘果实，其中的抓取器可以根据不同果蔬的形状和大小进行调整。
摄像机用于监控果蔬的生长情况和位置信息。
传感器用于检测果实的成熟度和质量。
二、机器人的感知和定位系统：1.相机视觉系统：机器人配备了高分辨率的相机，可以获取果实的图像信息。
通过图像处理算法，机器人可以实时识别出果实的位置、大小和成熟度。
2.定位系统：机器人通过激光雷达或GPS等定位技术，确定自身的位置和姿态，以便精确地定位和采摘果实。
三、机器人的控制系统：1.控制算法：机器人采用先进的控制算法，以实现自主操作和快速响应。
通过与相机和传感器的配合，机器人可以实时感知果实的状态和环境的变化，并做出相应的决策。
2.控制器：机器人配备了高性能的控制器，其运行速度和计算能力可以满足机器人复杂的控制需求。
控制器可以根据预设算法和规则，精确地控制机械臂的运动、摄像机的焦距和传感器的灵敏度。
四、机器人的智能决策系统：1.决策算法：机器人配备了智能决策算法，可以根据果蔬的生长情况、成熟度和质量，以及当前的环境条件，进行智能化的决策。
例如，机器人可以根据果蔬的成熟度和质量，决定是否采摘该果实，以及确定采摘的方式和顺序。
2.数据处理和分析：机器人通过处理和分析大量的数据，可以根据历史数据和趋势预测果蔬的生长情况，并提前做出相应的调整和决策。
五、机器人的安全保护系统：1.碰撞检测：机器人配备了碰撞检测传感器，并通过控制系统实时监测机器人周围的环境。
设计一个采摘机械手作为毕业设计是一个有趣和有挑战的项目。
以下是一个简要的设计方案：
1. 目标与需求分析：
-目标：设计一个能够自动采摘果实的机械手，提高采摘效率和减轻劳动强度。
-需求：机械手应具备准确的定位能力、稳定的抓取力度，并适应不同类型的果实。
2. 机械结构设计：
-手臂结构：选择合适的关节设计，使机械手具备较大的工作范围和灵活性。
-抓取器设计：根据果实的形状和大小，设计合适的抓取器，如夹爪、吸盘或夹子等，以确保稳定和安全地抓取果实。
3. 控制系统设计：
-定位系统：使用视觉传感器或激光测距仪等装置，实时识别果实的位置和姿态，并将数据传输给控制系统。
-运动控制：根据定位系统提供的数据，通过电动驱动或气动驱动等方式，控制机械手的运动，实现精确定位和抓取。
4. 自动化控制设计：
-控制算法：设计合适的算法，用于判断果实的成熟度、确定最佳采摘时机，并控制机械手的动作。
-用户界面：设计一个友好的用户界面，方便操作员监控和调整机械手的工作参数。
5. 安全性与可靠性设计：
-安全保护：考虑在机械手上安装传感器，如碰撞传感器或力传感器，以避免对果实和操作人员造成损害。
-可靠性测试：进行系统测试和验证，确保机械手在连续工作中的稳定性和可靠性。
6. 性能评估与改进：
-进行实地测试和评估机械手的采摘效率、准确性和稳定性。
-根据实际使用情况，收集反馈意见并进行改进，优化机械手的设计和性能。
以上是一个初步的设计方案，具体实施过程中需要根据自身的条件和资源对细节进行调整和完善。
另外，为确保设计的可行性和安全性，建议与导师和相关专业人士进行深入讨论和指导。
果蔬采摘机械臂结构设计与性能测试王丽丽;范晋伟;赵博;韦崇峰;孙小文;胡小安【摘要】针对作业空间较小的大棚果蔬采摘环境,研制了串联式4自由度关节型果蔬采摘机械臂.采用SolidWorks建立了机械臂的3维模型,在拉格朗日法建立动力学分析模型的基础上,利用ANSYS和ADAMS分析软件,对机械臂进行静态结构分析和运动学、动力学仿真分析.静力学仿真结果表明,机械臂的最大应力为8.181 8 MPa,最大形变为0.000329 11 m,结构设计合理,强度符合要求;运动学仿真结果表明,机械臂可以精确到达目标位置,运动过程平稳;动力学仿真结果表明,各关节的最大力矩均在安全合理的范围.为进一步验证设计的合理性,对研制的果蔬采摘机械臂进行了性能测试,结果表明机械臂定位精度最大误差±2.5 mm,平均误差±1.1 mm,带载能力3 kg,机械臂运动平稳,可以满足果蔬采摘作业要求.【期刊名称】《农业工程》【年(卷),期】2017(007)002【总页数】8页(P107-113,23)【关键词】机械臂;拉格朗日法;静力学;运动学;动力学;果蔬采摘【作者】王丽丽;范晋伟;赵博;韦崇峰;孙小文;胡小安【作者单位】北京工业大学机械工程及应用电子技术学院,北京100124;中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;北京工业大学机械工程及应用电子技术学院,北京100124;中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083;中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TP241.3采摘是果蔬生产链中最耗时、最费力的环节，为劳动密集型工作[1-3]。
种果蔬采摘竞赛机器人的设计随着人工智能和机器人技术的不断发展，机器人在农业领域的应用也越来越广泛，尤其是在果蔬采摘方面，机器人的应用可以极大地提高采摘效率、减少人力成本并减少采摘过程中的浪费和损失。
因此，设计一款种果蔬采摘竞赛机器人是十分有意义的。
一、机器人的基本构造果蔬采摘竞赛机器人的基本思路就是使用机械臂进行采摘。
其机器人构造如下：1.底盘：底盘采用四轮驱动的方式，可以进行前进、后退、左右移动和转向等动作。
同时，底盘上还需配备一些传感器，如磁力传感器、红外线传感器等，以帮助机器人确定自身的位置和采摘的水果蔬菜的位置和类型。
2.机械臂：机械臂是机器人最重要的部分之一，同时也是实现果蔬采摘的基础。
机械臂需要能够伸长、收缩、旋转，以便机器人能够轻松地抓取、切割或摘取水果蔬菜。
此外，机械臂上也需要安装视觉传感器，以便机器人能够准确地定位、识别和选择要采摘的水果蔬菜。
3.控制系统：机器人的控制系统需要具备多项功能：能够实时接收传感器信息、识别对象、计算运动路径和对机器人进行控制等。
4.电源：机器人的电源需要具备稳定、可靠的性能，以保证机器人能够持续工作。
二、设备的工作流程机器人的工作流程通常包括以下几个步骤：1.定位：通过传感器，机器人可以定位自身的位置以及需要采摘的水果蔬菜的位置。
2.识别：通过视觉传感器，机器人可以识别不同类型的水果蔬菜，以便在采摘时进行正确的操作。
3.选择：根据各种因素，如熟悉程度、健康程度、大小和质量等，机器人可以选择要采摘的水果蔬菜。
4.采摘：根据选择的水果蔬菜，机器人可以通过机械臂进行相应的操作，如剪枝、夹住、抓取等。
5.储存：机器人将采摘下来的水果蔬菜存放在专门的容器中，以便日后加工或销售。
三、机器人的设计特点1.精度高：机器人能够通过不同的传感器和视觉传感器确定水果蔬菜的位置、形状和大小，从而使机械臂的操作准确无误。
2.效率高：机器人能够在短时间内采摘大量的水果蔬菜，并且操作速度快，不需要休息，可以一直工作。
