基于单片机的自动苹果采摘机系统设计

基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计分析与研究作者：李灿来源：《西部论丛》2019年第22期摘要：生产自动化水平的提高，工业机器人已经在社会生产生活中得到广泛应用，但是其在实际使用过程中还存在着许多问题。

特别是对采摘机器人来说，针对其定位能力存在许多问题，提出了一种应用单片机和GPS技术的解决方案，显著提高了导航定位的效率和精度。

该方法利用GPS实时接收卫星发射的时间、经纬度和高度等信息，通过RS232发送给单片机;单片机对GPS发送数据进行处理，得到控制所需的时间和定位，通过与其所处的地址进行比较，调整运行的姿态，对运行路径进行合理追踪和规划。

在实验日光温室内对实验体的主要能力进行验证，利用单片机和GPS定位可以较为精确地对采摘目标路径进行跟踪，可以使机器人沿着既定路径移动，控制的精度较高，误差较小。

关键词：GPS;导航;采摘;机器人;单片机1、引言自主导航功能是提高拣选机器人的智能和自动化的基础。

理想的拣选机器人应同时具有多种功能。

当机器人处于未知环境中时，机器人可以面对复杂的动态变化环境，并且可以通过探索到达所需的目标位置，同时消耗更少的能量，更短的移动路径和更少的时间。

传统的机器人路径规划基于感知建模规划动作。

该方法的问题在于它不能准确地建立环境的地图模型，并且对环境的适应性差。

为此，提出了一种基于改进遗传算法和模糊逻辑控制的机器人自主导航学习算法，实现了机器人的自主避障和路径导航功能。

随着现代农业科学技术的飞速发展，对拣选机器人的市场需求不断增长，各种农业作业机器人越来越受到人们的关注。

目前，导航方法都是铺设电缆围绕作业场地，并利用涡流感应来获得执行轨迹和范围，这在使用中受到限制。

GPS具有很高的可靠性和实时性。

如果将其应用到操作系统的设计中，可以提升作业效率，提高自动控制水平和应用范围，并改善现代农业设备。

研究具有重要意义。

2、研究现状研究机器人的关键技术问题很重要。

为此，阐述了发达国家温室和喷雾显示机器人的选型先进技术和我国温室机器人的应用现状，指出了温室定位导航和精确操作方面存在的问题。

苹果采摘机的设计摘要：根据苹果收获的现状, 针对国内苹果的生产环境, 设计了一种基于人工辅助的简单苹果收割机。

分析了苹果收割机及其部件的结构和功能。

提出并实现了多级可调杆的设计。

提出并进行了基于重力原理的嵌套铁环输送和收集袋的设计。

苹果辅助收割机集采摘、收集、运输于一体, 适用于苹果、梨、等苹果采摘。

试验表明, 水果辅助收割机结构简单, 操作灵活, 效率高, 收获质量好, 能显著降低劳动强度, 降低成本, 具有较高的经济和实用生长趋势。

工业化, 人们对水果收获效率提出了越来越高的要求, 传统的人工收获方法效率低, 劳动力浪费等。

不足。

本文提出了一种新型的苹果皮卡机。

通过以往的结构设计、安装调试和后来的现场试验, 验证了该装置的可行性。

关键词：采摘；装置；设计目录第一章绪论 (3)1.1引言 (3)1.2 课题研究目的与意义 (4)1.3 国内外林果机械研究现状及分析 (5)1.3.1 国外林果机械研究现状 (5)1.3.2 国内林果机械研究现状 (6)1.3.3 我国林果采摘机械与国外的差距 (7)第二章机械设计 (8)2.1 苹果果实分布及采摘机理 (8)2.1. 1 果实分布 (8)2.1. 2 采摘机理及要求 (8)2.2 当前采摘情况 (8)2.3 设计总体构思 (9)2.4设计方案 (11)2.4.1操作杆 (14)2.4.2 夹持式采摘机构设计 (15)2.4.3 分拣结构 (16)2.5收集袋 (17)2.6试验分析 (18)第三章结论 (20)致谢...................................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献.. (21)第一章绪论1.1引言中国是世界上最大的水果生产国和世界上最大的水果消费国。

占全球产量约1 4% 的水果种植行业的快速发展, 增加了市场对果园机械的需求。

届毕业设计苹果采摘机的设计学生姓名：学号：所属专业：学院：班级：指导老师：日期：机械电气化工程学院制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。

全套图纸加153893706目录1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 -1.1题来源及研究的目的和意义 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 -1.2本课题国内外研究现状--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 -1.3本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路 --------------------------------------------------------------------------- - 4 -1.4完成本课题需要的工作条件及解决的办法 ------------------------------------------------------------------------------------- - 5 -1.5 方案及进度计划------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 -2.机械的总体设计------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 -2.1苹果采摘机工作流程 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 6 -2.2机械手臂设计---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 8 -3.苹果采摘机械动力控制机构的设计 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -3.1输送机构传动方式 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -3.2V带传动的失效形式及设计准则-------------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -3.3V带传动设计步骤和传动参数选择 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 12 -3.4齿轮箱齿轮结构----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 13 -4. 苹果采摘机械行走机构的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------------- - 17 -4.1行走机构 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 18 -5.苹果采摘机输送装置的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 18 -5.1带式输送机 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 18 -5.2 装筐输送机构 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 18 -6.部位仿真模拟分析 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 19 - 总结 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 错误！未定义书签。

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 -1引言1.1题来源及研究的目的和意义随着中国农业的不断发展，果园业也得到了很大的发展。

基于机器视觉的苹果自动采摘分拣系统研究随着现代农业的发展和技术的进步，农作物的种植和采摘工作越来越需要依靠机械化和自动化的手段。

在果园中，苹果的采摘和分拣工作一直是一项耗时耗力的任务，传统的人工采摘方式效率低下且成本高昂。

因此，基于机器视觉的苹果自动采摘分拣系统成为了研究的热点之一。

1. 引言苹果自动采摘分拣系统的研究旨在利用机器视觉技术实现对苹果树上成熟苹果的准确识别和自动采摘，并通过分拣系统将采摘下来的苹果按照不同的品质和大小进行分拣。

这一系统的研发旨在提高生产效率和质量，降低人工成本和资源浪费。

2. 苹果自动采摘技术2.1 图像识别技术苹果自动采摘系统的核心技术是图像识别技术。

通过摄像头获取苹果树上的图像，运用机器学习和深度学习算法对苹果的成熟度、形状和颜色等特征进行识别，从而确定哪些苹果可以进行采摘。

2.2 机器运动控制技术苹果自动采摘系统需要将识别出的苹果准确地采摘下来，这涉及到机器运动控制技术的应用。

根据识别结果，系统可以控制机械臂精准地抓取苹果，并通过适当的力度和速度进行采摘，以避免对苹果造成损伤。

3. 苹果分拣技术3.1 品质检测苹果自动采摘系统在采摘下来的苹果进行分拣之前，需要对苹果的品质进行检测。

这可以通过机器视觉技术对苹果外观的颜色、大小和完整性等进行分析，判断苹果的成熟度和是否出现病虫害，从而区分出合格的苹果和不合格的苹果。

3.2 分拣机构分拣机构是苹果自动采摘系统中非常重要的组成部分，它可以根据品质检测的结果，将采摘下来的苹果按照不同的标准进行分类和分拣。

分拣机构可以根据苹果的大小、颜色和形状等特征，将苹果送入相应的容器或流水线，以供后续的包装和销售。

4. 系统优势与挑战4.1 系统优势基于机器视觉的苹果自动采摘分拣系统相比传统的人工采摘方式具有很多优势。

首先，它可以提高采摘效率，减少人工劳动力的使用。

其次，系统可以精确识别和分拣不同品质的苹果，保证产品质量的稳定。

此外，该系统还能减少因人为疲劳造成的误操作，提高工作安全性。

智能移动水果采摘机器人的设计智能移动水果采摘机器人的设计随着社会的不断发展，农业也迎来了新的发展机遇。

传统的种植方式已经无法满足市场需求，需要采取更加智能化的方式来提高农业生产效率。

本文就介绍一种智能移动水果采摘机器人的设计方案，为农业生产带来更多的效益。

一、设计要求智能移动水果采摘机器人是一种基于自主驾驶的机器人系统，它需要完成以下任务：1. 实现自主驾驶功能，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。

2. 机器人需要具备高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息。

3. 机器人需要有足够的机动性，能够适应不同果树的树形结构和果实分布情况。

4. 机器人需要安装视频监控和通讯设备，以便于监控和控制机器人的运行。

二、设计原理智能移动水果采摘机器人的设计基于自主驾驶技术和机器视觉技术。

机器人安装有GPS定位系统和激光雷达传感器，能够自动识别种植区域，通过机器视觉技术检测果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。

机器人采用电动驱动方式，可以通过遥控器、智能手机和电脑等方式实现对机器人的集中控制和监控。

机器人的运动方向和采摘作业的时间都可以通过程序来控制，确保机器人能够高效而准确地完成采摘任务。

三、技术特点智能移动水果采摘机器人的设计具有以下几个方面的技术特点：1. 自主驾驶智能移动水果采摘机器人是基于自主驾驶技术的机器人系统，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。

采用先进的GPS定位系统和激光雷达传感器，能够实现精准的定位和导航，避免机器人对树枝和果实造成伤害。

2. 机器视觉智能移动水果采摘机器人的另一个特点是机器视觉技术。

机器人安装有高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。

这大大提高了采摘的效率和准确性。

3. 机动性智能移动水果采摘机器人还具有足够的机动性。

机器人可以自由行走在果树之间，自动适应不同果树的树形结构和果实分布情况。

同时根据机器人监测到的果实信息，可以采取不同的采摘方式，满足不同果实的采摘需求。

智能制造数码世界 P .277基于STM32单片机的全自动采摘分类一体机林志刚 高怀栋 莆田学院信息工程学院 指导老师：宋娜摘要 ：本文针对柑橘采摘过程艰辛，占用大量劳动力问题设计了一款全自动柑橘采摘分类机。

该系统主要由STM32作为主控芯片、摄像头识别模块、机械臂抓取及剪切模块、果实分类模块、车身行走模块及电源模块等几部分组成。

主要功能是通过摄像头自动识别果树位置，通过摄像头识别柑橘的具体位置，并且借助机械臂抓取剪切采摘柑橘，车身采用履带式行走，可以适应更多地形。

关键字：摄像头识别 机械臂抓取 分类采摘前言柑橘是我国生产的主要果品，柑橘类属芸香科柑橘亚科柑橘族的植物，其年产量是非常可观的，柑橘因种植地的不同，叫法也不一样，在古代有南橘北枳一说。

目前，柑橘和枳收获作业主要还是靠人工完成，但柑橘树干高低不一，采摘危险性高、作业环境差，分类运输成本高，既耗时又费力，给果农带来了很多麻烦。

”因此，基于这样的现状设计了一款水果采摘装置，解决了大量的柑橘采摘问题。

1 智能采摘机的创作与创新柑橘全自动采摘一体机，它能够通过履带式自由行走，在果园内通过摄像头识别果树上形状标识符，使它能够识别果树位置，从而到达果树的可采摘范围之内。

它能够通过摄像头进行颜色预识别，分辨出成熟柑橘，控制机械臂，移动摄像头位置，使柑橘处于摄像头成像平面的正中心，通过末端机械臂抓取、剪切、最终实现摘取柑橘。

柑橘采摘完后抓取装置松开，柑橘掉入到软性传送装置，连接到果树分类装置。

软性传送可以保证在整个采摘过程中不会造成磕碰损伤柑橘。

柑橘到达分类处，经过称重传感器，对柑橘的大小进行识别，识别数据传输到主控芯片上，通过预先设计的柑橘重量的数据对柑橘进行分类，并且控制舵机将柑橘拨到不同的框中存放。

当篮框内的柑橘到达一定数量，红外传感器可以通过检测遮挡物判断框柑橘已满。

采摘车可以返回到起点处，人工卸下柑橘并继续进行采摘过程，或者通过蜂鸣器报警提醒。

基于自动化的苹果采摘机器人简介：基于自动化的苹果采摘机器人是一种利用先进技术和机器人技术的设备，旨在提高苹果采摘的效率和质量。

该机器人能够自动识别成熟的苹果并进行采摘，减轻人工劳动强度，提高采摘效率，并且能够保证采摘的苹果不受损坏。

工作原理：基于自动化的苹果采摘机器人采用了先进的视觉识别技术和机器人控制技术。

首先，机器人通过搭载的摄像头和图像处理算法，能够实时检测和识别果园中的苹果。

然后，机器人根据预设的采摘策略，通过机械臂和夹爪等装置，精确地采摘成熟的苹果。

最后，采摘的苹果会被放置在机器人的储存装置中，并且可以通过传送带等方式将苹果送往指定的地点。

主要特点：1. 高效率：基于自动化的苹果采摘机器人能够快速而准确地识别和采摘成熟的苹果，大大提高了采摘的效率。

2. 精准度：机器人通过先进的视觉识别技术和机械控制技术，能够精确地采摘苹果，减少了损坏和浪费。

3. 灵活性：机器人可以根据不同的果园环境和苹果品种进行调整和适应，具有较强的适应性。

4. 节省成本：使用机器人进行苹果采摘可以减少人工劳动力的使用，降低了劳动成本。

5. 数据记录：机器人可以记录每棵树上采摘的苹果数量和质量，提供数据支持用于果园管理和决策。

优势：1. 提高产量和质量：基于自动化的苹果采摘机器人能够快速而准确地采摘成熟的苹果，提高了采摘的效率和质量，有助于提高果园的产量和质量。

2. 减少人工劳动强度：机器人能够取代人工进行苹果采摘，减少了人工劳动强度，提高了工作效率。

3. 降低劳动成本：使用机器人进行苹果采摘可以减少人工劳动力的使用，降低了劳动成本，提高了果农的收益。

4. 数据分析和决策支持：机器人可以记录每棵树上采摘的苹果数量和质量，提供数据支持用于果园管理和决策，有助于优化果园的运营和管理。

应用场景：基于自动化的苹果采摘机器人可以广泛应用于各类苹果果园，特别适用于大规模果园和人工劳动力短缺的地区。

同时，该机器人还可以适用于不同的苹果品种和果园环境，具有较强的适应性。

采摘机器人运动控制系统的设计与实现关键词：采摘机器人；电机驱动；避障1 引言随着电子技术和计算机技术的发展，智能机器人已在许多领域得到日益广泛的应用。

在农业生产中，由于作业对象的复杂、多样，以及当前我国正面临人口老年化的趋势[1]，使得新型农业机械——农业机器人的开发具有巨大经济效益和广阔的市场前景，符合社会发展的需求[2]。

采摘机器人是针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成这些作物的采摘、转运、打包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[3]。

采摘机器人是基于人工采摘果实作业中耗时、费力等因素而应运而生的智能农业装备[4]。

运动控制系统作为采摘机器人控制系统中不可或缺的部分为机器人实现连续、稳定的采摘工作提供了必要的保证。

2 采摘机器人整体机械结构的分析通常采摘机器人的结构是由机械手臂、末端执行机构、运动行走机构、视觉识别装置、控制模块、能源组块组成。

图1是采摘机器人的整体结构示意图。

图中采摘机器人为四轮式的采摘机器人，其由机械手臂、末端执行机构、运动行走机构、视觉识别装置、控制模块、电源模块组成。

采用5个电机控制，使机器人能够多自由度工作。

3 运动控制系统的总框图鉴于采摘机器人的本职工作是顺利完成采摘工作，运动控制系统处于辅助的地位而并不需要像抢险救灾机器人等机器人精于路况处理的智能机器人那样处理复杂的实时环境问题。

同时为了提高运动系统的稳定性能，避免设备的不必要的效率消耗以及降低投入成本和达到灵活的避险要求。

设计的运动控制系统的总框图如图2所示。

4 运动控制系统硬件设计4.1 主控器模块设计根据设计要求，控制器主要用于各种信号的处理、控制算法实现、底盘电动机的控制和声光报警等，控制器选择ATMEL公司生产的AT89C52单片机作为系统控制器。

4.2 电机控制模块电路设计本设计中电机的控制方式是PWM波控制方式。

2019年第4期1研究现状目前国内外关于水果分拣的分拣方式有：人工分拣、机械分拣、气吹式分拣和基于传感器分拣等。

其中人工分拣为最传统的分拣方式，劳动强度大、分拣效率低，需要投入大量的人力和物力；机械分拣采用具有分拣效果的孔洞筛板来实现分拣的目的，极易造成水果破损；气吹式分拣利用高压气体将不满足条件的水果吹开，需要及时保持气压，耗能大，且机器体积偏大；基于传感器分拣是利用传感器识别和追踪目标，通过机械抓手进行分拣，它是当今分拣技术的主要发展方向。

当今的前沿技术发展到利用神经网络和图像识别来完成，但往往价格高昂，操作和调试工作复杂。

显然这些方法并不适用于中小型企业。

本文将介绍通过使用成本相对较低的硬件和软件系统，设计出一种精准、高效，同时易操作的水果分拣机器人的设计方案。

2方案设计水果分拣机器人主要包括控制系统、驱动模块、传感器模块和机械手。

整体控制通过单片机完成，循迹和识别水果由传感器模块完成，机器人的运动和抓取过程的动力由驱动模块完成。

整体结构框架图如图1所示。

图1系统整体结构框架图3设计原理3.1单片机系统单片机系统是实现本次设计的核心，本次设计使用STC12C5A60S2型单片机作为控制核心。

单片机可以对传感器模块输入的信号进行分析控制，完成避障和循迹的移动过程和对物体的识别过程。

单片机还可以控制电机和舵机驱动电路，分别完成行驶的过程和机械臂的抓取过程，并使各个过程按照我们事先设想的顺序进行，完成对物体的整个分拣操作。

单片机是联系所有模块的枢纽和控制中心。

系统电路图如图2所示。

图2系统电路图39、38、37脚分别连接三个红外线传感器，起识别作用。

38、37脚连接的传感器放在机器人一侧，用于识别水果的大小和位置。

37脚连接的传感器放在机器人另一侧用于识别运动终点位置，到达该位置后自动完成水果卸载工作。

21、22、23、24脚分别连接三个红外线传感器，起避障作用。

安放在机器人前部，依次排开，使其能循迹运动。