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关于采果机器人研究——文献综述 湖州师范学院机械工程系崔晓峰 摘要 本文归纳了机器人爬楼梯、下坡和果实的摘取、放置以及可靠性设计研究中的关键问题，为了更好的完成任务，我们创新的开发了跨越式履带行走机构、升降台、夹式机械手、自动转向装置，最后分析了采果机器人的研究现状和发展趋势，此外对采果机器人在现实中的应用做了展望。 关键词 机器人，夹式机械手，履带行走，采果机器人 1、引言 机器人，按字面有意思拆开来讲，一方面是机器，一方面是人。人是高级动物，可以独立自主的完成每件事，而机器是无生命的，它是人类为了更方便而开发出来帮助我们完成事情，因此它就要按照人的意愿来做事。这才提出了本文的问题，人要让机器代替人类完成爬楼梯、下坡和果实的摘取、放置。 当前，机器人的研究已经趋于人工智能化，已经不需要人来直接控制，而是通过事先编好的程序来实现控制。随着科技的进步，也会添加一些新的系统，如声音识别系统，传感技术，仿生系统。机器人的出现，使企业的工业化程度越高，效率也大大提高。未来机器人也慢慢的从工业用转向了民用，本文所研究的采果机器人就是作为民用型机器人。国内采果机器人只是出于研究阶段，比如在大学生的各类机器人竞赛中都会或多或少的设置采果类的机器人题目，然而在现实中的应用比较少。然而在国外，采果机器人有些有些还尚出于研究当中，而已经投入了实际生产中。 在现实的果园中，路面不可能是平整的，所以我们采用了履带式行走机构。根据果实的形状设计出了夹式机械手，可以用于夹取苹果、橘子、桃子、梨子等球状水果，也可以根据水果的形状来加工相应的机械手。升降台的设计是为了满足不同高度水果的摘取。 2、采果机器人的研究现状与发展趋势 2.1基本知识 机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。在日本，农业劳动力老龄化和农业劳动力不足的问题十分突出，为了解决这一问题，日本开发除了一系列不同用途的农业机器人，这其中就包括采摘水果的机器人。这种机器人有他自身的特点：它们一般是在室外工作，作业环境较差，但是在精度上却没有工业机器人那样要求高；这种机器人的使用者不是专门的技术人员，而是普通的农民，所以技术不能太复杂，而且价格也不能太高。3 个主要阶段：①趋近物体。此阶段中采用位置控制模式，机械手低速平稳进给，直到指端开始接触物体。②状态判断。在至少一指接触物体后，进行首次尝试接触，判断物体抓取可靠程度。③抓取保持。在确定抓取有效的情况下，保持指端与物体深度接触，同时切换到力控制模式[4]。根据以上三个阶段，采果机器人需要设计一种专用的夹式手爪。机械手放置物品主要就是定位准确。 可靠性是产品的一个重要性能特征。人们总希望自己所使用的产品能够有效可靠地工作，因任何的故障和失效都肯能对使用者带来经济随时，甚至会造成灾难性的后果。比如，这次所做的采果机器人在比赛中发生的连接线断掉就属于可靠性问题，这提醒了我们在以后的设计中应该把可靠性设计放在首位。 2.3 发展趋势 采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一,是未来智能农业机械的发展方向[5]。 首先，国外的研究进展，日本的果蔬采摘机器人研究始于1980年，Kawamura等人开展了番茄采摘机器人的研究[5]。他们利用红色的番茄与背景（绿色）的差别，采用机器视觉对果实进行判别，研制了番茄采摘机器人。该机器人有5个自由度!对果实实行三维定位。以及日本的茄子采摘机器人、日本的甘蓝采摘机器人、日本的葡萄采摘机器人、荷兰的黄瓜采摘机器人、英国的蘑菇采摘机器人。其次，国内研究进展，在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，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[6]。 3、开发平台的比较与分析 3.1 行走系统对比 轮式行走系统，转弯半径小，转向灵活，但轮式结构对松软的地面适应性较差，对安装在其上的机械手运动精度有较大的影响。 同轮式结构相比，履带式行走机构对现有地面的适应性好，但由于转弯半径大，因此转向不灵活。在行走空间受到限制的场合，就不能选择这种移动机构，目前只有葡萄采摘机器人使用履带式行走机构。和轮式行走机构一样，履带行走机构的结构简单，驱动较容易。 3.2 机械手爪对比 直角坐标结构的机械手，具有结构简单、运动精度高、坐标计算和控制容易等优点，应用于早期研究的采摘机器人[7]。这种机器人的工作空间较小，末端执行器的活动范围内存在盲区，对于采摘机器人而言，其应用必然受到限制。 关节型机械手具有仿人臂结构，主要由回转和旋转两种自由度组成[8]。同其它结构形式相比，关节型结构对于确定三维空间中的任意位