毕业设计（论文）开报告-多臂采摘机器人的初步设计采摘手的设计.docVIP

21 世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要时期。随着农业生产的规模化、多样化和精确化，农业生产作业要求逐渐提高，许多作业项目（如蔬菜和水果的挑选与采摘、蔬菜的嫁接等）都是劳动密集型工作，再加上时令的要求，保证作业质量成为关键问题；同时，工业生产发展迅速，农业劳动力将逐渐向社会其他产业转移；随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高，这样大大降低了产品的市场竞争力。果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行， 其费用约占成本的50%~70%，并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高工人劳动舒适性、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。 国内外采摘机器人的研究进展 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。自1983年第1台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，日本、荷兰、法国、英国、意大利、美国、以色列、西班牙等国都展开了果蔬收获机器人方面的研究工作，涉及到的研究对象主要有甜橙、苹果、西红柿、樱桃西红柿、芦笋、黄瓜、甜瓜、葡萄、甘蓝、菊花、草莓、蘑菇等，部分已经有了一些研究成果 例如1 人机协作型柑橘采摘机器人 人机协作型研究思想是将采摘机器人寻找、定位待摘果实以及机器人导航任务由人来完成，机器人的运动轨迹规划、关节控制和末端执行器控制等任务由机器人的控制系统完成。西班牙工业自动化研究所基于人机协作思想开发的柑橘采摘机器人Agribot。该机器人由操作台、轮式移动机构、机械手、末端执行器、激光测距仪和控制系统等组成。操作人员发现待采摘果实后，利用游戏杆操纵移动/倾斜机构，使激光测距仪的激光束对准果实，获取待采摘果实的坐标，并将其放入一动态数据区。控制系统从动态数据区中取出坐标数据，并和机械手末端执行器的当前坐标进行比较，规划最优采摘路径的同时控制关节轴电机的运动，使机械手末端执行器到达指定位置。 合理的人机分工与协作不仅增强了智能机器人处理突发事件的能力和系统的鲁棒性，还可以在不增加系统复杂程度和成本的前提下，提高采摘成功率。人机协作型采摘机器人的研究具有现实意义，它不仅提高了采摘机器人的采摘效率和成功率，还能大幅度降低系统成本，有利于尽早实现采摘机器人的产业化。 2 西红柿采摘机器人 日本Kondo-N 等人研制的西红柿收获机器人由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构等组成 西红柿各个果实不一定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，且能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手采用7自由度的SCORBOT－ER 工业机器人，能够形成指定的采摘姿态进行采摘。用彩色摄像机作为视觉传感器来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位；移动机构采用4轮结构，能在垄间自动行走。采摘时，移动机构行走一定距离后就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断西红柿是否在收获的范围之内。若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实。 3　蘑菇采摘机器人 英国Silsoe研究院研制了蘑菇采摘机器人[ 9 ] ,它可以自动检测蘑菇的位置、大小,并选择性地采摘和修剪。它的末端执行器是带有软衬垫的吸引器。采摘速度为1. 5 s/个,成功率约为75%。 国内研究现状 我国对采摘机器人的研究始于20世纪90年代中期,虽然与发达国家还有很大的差距,但是在不少院校和研究学者的努力下也取得了一些进展。中国农业大学的汤修映等人研制了一个6自由度黄瓜采摘机器人,该机器人基于RGB三基色模型的G分量来进行图像分割,在特征提取后确定黄瓜的采摘点。同时提出了新的适合自动化采摘的斜栅网架式黄瓜栽培模式。孙明等为苹果采摘机器人开发了一套果实识别视觉系统,并研究成功了一种使二值图像的像素分割正确率大于80%的彩色图像处理技术。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。浙江大学提出了基于彩色信息和红外热成像技术的树上水果识别方法。并且对7自由度番茄收获机械手进行了机构