草莓采摘机械手的设计与实现-毕业论文

草莓采摘机械手的设计理念
随着农业科技的不断发展，农业生产方式也在不断更新，机械化采摘技术已经
成为现代农业生产的重要组成部分。

在水果采摘领域，草莓采摘机械手的设计理念成为了研究的热点之一。

草莓作为一种易损水果，传统的人工采摘方式不仅效率低下，还容易造成果实损伤，因此研发一种高效、精准的草莓采摘机械手成为了农业科技工作者们的迫切需求。

草莓采摘机械手的设计理念主要包括以下几个方面，首先是精准定位技术，通
过高精度的定位系统，实现机械手对草莓的准确定位，从而避免对果实的误伤。

其次是智能识别技术，利用先进的图像识别技术，使机械手能够准确识别成熟的草莓，并进行精准的采摘。

同时，还需要具备柔性抓取技术，使机械手能够根据草莓的形状和大小进行柔性抓取，避免果实被损坏。

最后是高效作业技术，通过优化机械手的动作设计和控制系统，实现高效的采摘作业，提高采摘效率。

在草莓采摘机械手的设计过程中，还需要充分考虑到机械手的稳定性、耐用性
和安全性等方面，以确保机械手在实际生产中能够稳定、持久地运行。

同时，还需要考虑到机械手的适应性和灵活性，使其能够适应不同种植环境和不同品种的草莓，实现多样化的采摘需求。

草莓采摘机械手的设计理念是以提高采摘效率、保障果实质量和减轻人工劳动
强度为目标的，其研发和应用将极大地推动农业生产方式的转变，为农业生产带来新的机遇和挑战。

相信随着科技的不断进步，草莓采摘机械手将会在未来的农业生产中发挥越来越重要的作用，为农业生产的现代化和智能化迈出新的步伐。

草莓采摘机械手的设计与实现摘要：通常农业生产工序繁杂、操作困难，在农作物培植的过程中，采摘也是极为关键的一道流程，此次研究主要以采摘草莓为落脚点，设计一种能实现草莓采摘的机械装置。

同时保证草莓不被破坏的情况下，尽可能的提升摘取的效率及准确度，此次研究从草莓的培育过程及模式出发，设计了具有收集功能的包裹式自动采摘草莓机械手。

关键词：机械手；种植模式；草莓采摘；切割方案；单片机控制一、引言中国是一个农业大国，农业发展的兴衰将直接决定我国发展的兴衰，也即“农为国本”，新时代的来临，城镇化的程度越来越高，科学技术的进步也是十分迅速，这也给农业发展提出了新的要求。

第一，随着城镇化的推进，越来越多的年轻人都将选择城市就业创业，而不再从事传统农耕作业，这就使得从事农业生产的劳动力越来越少；第二，人民群众的生活水准不断提升，对美好生活的要求也越来越高，从以往的“吃饱”到如今的“吃好”，也体现了人民对农副产品更高质量的要求和希望；第三，工业化进程也在不断推进，越来越多的农用土地被用于城镇化和工业化的推进，加之较多工业都将对环境造成一定的影响，这就使得农用地越来越少，质量也随之下降。

为了有效的避免这些问题对农业发展产生较大负面影响，农业生产逐渐机械化，今年来还引入了较多智能机器技术，在高速发展的今天，智能机械作业一定是大势所趋。

二、草莓采摘机械手方案设计关于此次草莓采摘机械的设计，有两个备选设计方案，具体如下：1.软体式夹持装置和剪形切割装置软体式机械采摘结构是近年来较新的发明成果，其机械手的设计原型是人手，这样的机械装置较为灵活且不容易破坏水果，能采摘各种大小的各种果实，在草莓采摘的过程中，机械易于破坏果实的问题是必须要考虑的，而这种装置能较好的保护果实不被破坏，实际是较为适用草莓采摘的，但实际情况是软体式多指机械装置通常需要更多的经济成本，同时草莓果体较小，要对软体式机械进行更精细化的处理设计，这样会进一步增加资金的投入，考虑到成本过于高昂，实现起来较为困难也不现实。

目录摘要 (I)Abstract (IV)1引言 (1)2草莓采摘机器人的国外研究现状及农业机器人特性 (1)2.1国外研究现状 (1)2.2国研究现状 (2)2.3农业机器人的特性 (2)3草莓采摘机器人基本构造及工作环境 (3)3.1末端执行器 (3)3.2视觉传感器 (3)3.3机械手 (3)3.4工作环境 (4)4目前国草莓采摘机器人研究存在的问题 (4)5主要研究容 (5)5.1基于Hough变换的成熟草莓识别算法 (5)5.1.1建立草莓轮廓模型 (5)5.1.2图像分割、区域标记和有效图像区域 (5)5.1.3Hough变换识别草莓 (6)5.1.4成熟草莓识别实验和分析 (7)5.2基于机器视觉机器人总体构造 (8)5.2.1机器人机械系统整体设计 (8)5.2.2运动定位机构设计 (9)5.2.3末端执行器设计 (10)5.3基于无线遥控采摘机器人系统构造 (11)5.3.1系统构成模块 (11)5.3.2末端执行器 (12)5.3.3系统控制方案 (14)5.3.4数据采集试验 (14)6草莓采摘机器人行走机构的设计 (15)7草莓采摘机器人零部件材料选用 (16)8草莓采摘机器人驱动器的选择 (17)9总结 (17)参考文献 (19)致 (20)ContentsAbstract (IV)1 Introduction (1)2 Strawberry picking robot at home and abroad research status and characteristic agricultural robot (1)2.1 Foreign research status (1)2.2 Domestic research status (2)2.3 Characteristics of the agricultural robots (2)3 Strawberry picking robot basic structure and working environment . 33.1 End of the actuator (3)3.2 Vision sensors (3)3.3 Manipulator (3)3.4 The work environment (4)4 The problems existing in the research about strawberry picking robot at home and abroad (4)5 Main research contents (5)5.1 Ripe strawberry recognition algorithm based on Hough transform (5)5.1.1 Strawberry contour model is established (5)5.1.2 Image segmentation, region labeling and the effective imagearea (5)5.1.3 Hough transform to identify strawberry (6)5.1.4 Ripe strawberry recognition experiments and analysis (7)5.2 Based on machine vision robot structure as a whole (8)5.2.1 Robot mechanical system overall design (8)5.2.2 Motion positioning mechanism design (9)5.2.3 End of the actuator design (10)5.3 Picking robot based on wireless remote control system structure (11)5.3.1 System structure module (11)5.3.2 End of the actuator (12)5.3.3 System control scheme (14)5.3.4 Data acquisition test (14)6 Mechanism of the blueberry picking robot (15)7 Strawberry picking robot parts material selection (16)8 Strawberry picking robot drives option (17)9 Conclusion (17)References (19)Acknowledgement (20)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

采摘机械手结构设计发布时间：2022-07-21T09:03:35.826Z 来源：《时代教育》2022年5期作者：孙伟[导读] 近年来，草莓成为重要的经济作物，在世界各地种植广泛，尤其是我国已经成为草莓最大的生产和出口国家，位居世界首位。

孙伟山东协和学院山东济南 250200摘要：近年来，草莓成为重要的经济作物，在世界各地种植广泛，尤其是我国已经成为草莓最大的生产和出口国家，位居世界首位。

草莓营养丰富，富含多种维生素，被人们成为“水果皇后”，深受广大消费者喜爱。

但是草莓属于劳动密集型产物，草莓的种植和采摘全部依靠人力完成，果农的经济成本高，制约果农的收入。

所以，随着农业种植采摘自动化的发展，实现草莓自动化采摘越来越有重要的意义。

本文设计的是一款可以实现草莓采摘的机械手，在草莓检测识别装置的辅助下，可以完成草莓的自动化采摘。

该设计将会提高草莓采摘的效率以及采摘果实的质量，同时又可以降低采摘过程所投入的劳动力，保证果实的及时采摘。

关键词：草莓；机械手；执行机构同国外相比，我国采摘机器人的研究起步较晚，但是近年来国家在农业领域投入大量财力物力，发展速度较快，众多院校及研究所均在进行农业机器人以及智能农机方面的研究，并取得了较多成果。

1）草莓选果机。

我国的一个农业的试验场研发了一款选果机。

该机器可以依据水果的成分含量以及果实的形状进行分类选择，并可以实现果实的封装，全程自动化作业，工作效率为每小时五千公斤左右。

南京的一所大学依据人眼视觉成像原理，对图片进行模块分割，进而实现果实的分离，使图像由二维变成三维，进而确定其空间坐标，最终实现果实的精确定位。

2）浙江的一所大学中的一个团队对采摘机械手进行了一系列的讨论，提出了一系列的评价指标，比如：灵活程度、作业空间、动作多样性、避障能力等。

3）中国农业大学针对成熟草莓果实的特点，利用其色彩模型中的特定信息通道，完成了对草莓的辨认。

而且还建立了桥驾式直角坐标机械手，在草莓采摘机械手视觉处理系统中，提出了全新的理论方法，依据草莓果实的颜色进行辨别处理，实现草莓的精确定位，提高其采摘的准确性、适应性。

拇指式小型草莓采摘器设计
一、设计背景
草莓是一种十分受欢迎的水果，但采摘草莓却是一项费时费力的工作。

传统的采摘方法往往需要弯腰、蹲下来逐个采摘，不仅效率低下，还容易导致腰部疼痛等问题。

设计一款便捷高效的草莓采摘器对于改善采摘效率和减轻采摘者的劳动强度具有重要意义。

二、设计目标
1. 设计一款小型、轻便的草莓采摘器，方便携带和使用。

2. 提高采摘效率，减少采摘时间。

3. 减轻采摘者的劳动强度，避免因长时间弯腰蹲下而导致的不适。

三、设计原理
本设计主要采用机械手臂伸缩工作原理，通过手动操作，可以轻松地将采摘器伸入草莓丛中，轻轻一挤，即可将草莓采摘下来。

设计一个可装备在手指上的操作按钮，方便采摘者操纵采摘器进行采摘工作。

四、设计要点
1. 机械手臂的设计：采用轻质材料制作伸缩机械手臂，保证采摘器的轻便和便捷性。

2. 采摘器的设计：采用柔软材质的采摘器头，具有一定的韧性和柔软度，能够适应不同形状和大小的草莓，确保采摘的成功率。

3. 操作按钮的设计：设计一个小巧的操作按钮，可以装备在手指上，方便采摘者进行手动操控。

五、产品结构
1. 机械手臂：由轻质合金材料制成，伸缩自如。

2. 采摘器头：采用柔软的硅胶材料制成，具有一定的韧性和柔软度。

3. 操作按钮：小巧便捷，可装备在手指上。

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。

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。

草莓采摘机械手的设计理念
随着农业技术的不断发展，农业生产方式也在不断改变。

传统的人工采摘方式已经无法满足日益增长的农产品需求，因此农业机械化成为了必然的趋势。

在水果采摘领域，草莓采摘机械手的设计理念成为了关注的焦点。

草莓是一种十分脆弱的水果，传统的人工采摘方式往往会造成草莓的损坏，同时也需要大量的人力成本。

因此，设计一种高效且能够轻柔采摘草莓的机械手成为了农业机械化领域的挑战。

草莓采摘机械手的设计理念首先需要考虑的是对草莓的轻柔采摘。

传统的机械手往往使用机械爪子来抓取水果，但是这种方式很容易造成水果的损坏。

因此，一种更加轻柔的采摘方式成为了设计的关键。

一些先进的草莓采摘机械手采用了气压传感器和视觉识别技术，能够根据草莓的成熟程度和大小来调整采摘力度，从而实现对草莓的轻柔采摘。

其次，草莓采摘机械手的设计理念还需要考虑到采摘的效率。

高效的采摘机械手能够大大减少人力成本，提高采摘效率。

一些先进的草莓采摘机械手采用了多轴运动控制系统，能够实现高速、精准的采摘动作，大大提高了采摘效率。

此外，草莓采摘机械手的设计理念还需要考虑到适应不同生长环境的能力。

草莓生长的环境多种多样，机械手需要能够适应不同的地形和植株生长状态。

一些先进的草莓采摘机械手采用了智能化的路径规划系统，能够根据不同的生长环境自动调整采摘路径，从而适应不同的采摘环境。

总的来说，草莓采摘机械手的设计理念需要考虑到对草莓的轻柔采摘、高效采摘和适应不同生长环境的能力。

随着科技的不断进步，相信未来会有更多更先进的草莓采摘机械手出现，为农业生产带来更大的便利和效益。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要在繁杂的农业生产劳动中，果蔬采摘是最重要的工序之一，本课题旨在研究草莓采摘机器人的机械手设计，实现草莓采摘、收集一体化。

在保护草莓不受损伤的前提下，提高抓取效率和采摘精度。

本课题基于草莓的生长分析（种植模式与农艺）设计了一种带收集装置的包裹式草莓采摘机械手。

（1）根据草莓的表皮脆弱及草莓果梗细长脆弱的特点设计了包裹式机械手，包裹式机械手与草莓的接触部分用塑料材料防止草莓表皮的损坏，以确保在采摘时不伤及草莓表皮；（2）根据草莓个小、簇拥生长的特点和国内草莓种植多采用架式立体栽培的现状，确定了采摘、收集一体化的设计方案；（3）采用单片机控制舵机的运动，完成抓取果盆、放下果盆、草莓包络、切割、放置等一系列动作；（4）制造加工成零部件并组装，进行实物实验，证实方案的可行性，并根据草莓的具体种植情况和客户的要求做进一步改进。

关键词：机械手；种植模式；草莓采摘；切割方案；单片机控制AbstractIn the complex agricultural production, fruit and vegetable picking is one of the most important processes. This subject is designed to study the manipulator design of the strawberry picking robot, and to realize the integration of strawberry picking and collecting. Under the premise of protecting strawberry from damage, improve the picking efficiency and picking accuracy. Based on the Strawberry Growth Analysis (planting mode and Agronomy), a strawberry picking manipulator with a collection device was designed.(1) The wrapping manipulator is designed according to the fragility of strawberry and the fragility of strawberry stem. The contact part of the wrapped mechanical hand and strawberry prevents the damage of the strawberry epidermis by the plastic material, so asto ensure that the strawberry skin is not injured when the strawberry is picked.(2) According to the characteristics of small and cluster growth of strawberry and the current situation of strawberry planting in China, the integrated design scheme of picking and collecting is determined.(3) A single chip microcomputer is used to control the movement of the steering gear, and a series of actions such as catching fruit basin, dropping fruit basin, strawberry envelope, cutting and placing are completed.(4) Manufacture and manufacture parts and assembly, carry out physical experiments, verify the feasibility of the scheme, and make further improvements based on the specific planting situation of strawberry and the requirements of the customers.Key words: manipulator; planting mode; strawberry picking; cutting scheme; single chip microcomputer control第一章绪论1.1 研究目的与意义我国是农业大国，农业关乎到我国经济发展的根本，随着城市化的进展和科技的不断发展，农业迎来了新的挑战。