【摘要】：近年來(lái),隨著人們生活水平的逐步提高,水果在整個(gè)食品消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例不斷增加,特別是作為四大水果之一的蘋(píng)果。然而,由于日趨嚴(yán)重的老齡化問(wèn)題以及工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力逐漸向工業(yè)、服務(wù)業(yè)等方向轉(zhuǎn)移,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺問(wèn)題日益加深。蘋(píng)果采摘是蘋(píng)果生產(chǎn)中耗時(shí)費(fèi)力的環(huán)節(jié)之一,需投入相當(dāng)多的勞動(dòng)力,以智能機(jī)器人代替人工實(shí)現(xiàn)采摘自動(dòng)化是解決問(wèn)題的最有效途徑,而目前我國(guó)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化、智能化水平較低,所以研制經(jīng)濟(jì)的、商品化的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人具有重要的戰(zhàn)略意義。本課題旨在設(shè)計(jì)采摘機(jī)器人的核心部件—采摘機(jī)械臂,為整個(gè)采摘機(jī)器人的研制奠定基礎(chǔ),主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)基于現(xiàn)代果樹(shù)種植特點(diǎn) 和傳統(tǒng)工業(yè)關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套基于圓柱坐標(biāo)的三自由度采摘機(jī)械臂,詳細(xì)介紹了各運(yùn)動(dòng)軸的機(jī)構(gòu)組成、傳動(dòng)方式以及參數(shù)的確定。(2)在creo2.0環(huán)境下對(duì)設(shè) 計(jì)的采摘機(jī)械臂進(jìn)行了建模。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械臂的剛度、強(qiáng)度是否滿足要求,運(yùn)用ANSYS 14.0軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析,通過(guò)ADAMS軟件分析了運(yùn)動(dòng)軸的受力情況以及影響機(jī)械臂定位精度的滾珠絲杠的動(dòng)力學(xué)性能。分析結(jié)果顯示最大應(yīng)力值為13. 23MPa,而最小應(yīng)力值為30. 473Pa,應(yīng)力最大值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限235MPa,表明設(shè)計(jì)的采摘機(jī)械臂完全能承受40kg的末端負(fù)載,.用ADAMS模擬機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)時(shí),滾珠絲杠的最大受力為1200N,以及運(yùn)動(dòng)軸的受力情況都符合客觀規(guī)律。(3)設(shè)計(jì)了基于CAN總線的上、下位機(jī)開(kāi)放式控制 系統(tǒng),闡明了采摘機(jī)器人工作流程,基于C#編寫(xiě)了運(yùn)動(dòng)控制程序,創(chuàng)建了人機(jī)交互界面。為保證采摘機(jī)器人作業(yè)的安全性,從硬件和軟件方面對(duì)采摘機(jī)械臂采取了保護(hù)措施�？紤]整個(gè)采摘機(jī)器人布置的合理性,設(shè)計(jì)了機(jī)器人控制柜。(4)把單神經(jīng)元PID自適應(yīng)控制方法運(yùn)用在關(guān)節(jié)控制上,在 MATLAB/Simulink環(huán)境下進(jìn)行了建模,仿真結(jié)果表明該控制方法能適應(yīng)復(fù)雜的、非結(jié)構(gòu)化的作業(yè)環(huán)境。之后對(duì)采摘機(jī)械臂進(jìn)行了定位精度和運(yùn)動(dòng)耗時(shí)測(cè)量試驗(yàn),結(jié)果表明采摘機(jī)械臂的定位誤差為4.929mm,平均耗時(shí)為6.619s,相對(duì)傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)型機(jī)械臂,提高了定位精度,降低了運(yùn)動(dòng)耗時(shí),且完全滿足采摘要求。
【圖文】：

與背景顏色的差異通過(guò)機(jī)器視覺(jué)來(lái)進(jìn)行果實(shí)識(shí)別，該收獲機(jī)械具有５個(gè)自由度，但機(jī)逡逑械手不是全自由度因而存在操作空間的限制，而且堅(jiān)硬的末端執(zhí)行器容易損傷果實(shí)。逡逑１Ｗ３年，，日本岡山大學(xué)的ＫｏｎｄｏＮ等人也成功試驗(yàn)了番茄采摘機(jī)器人，如圖１－１所示。逡逑Ｉ邋．邋Ｉ逡逑圖１－１西紅柿采摘機(jī)器人逡逑Ｆｉｇｌ－ｌ邋Ｔｏｍａｔｏ邋ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ邋ｒｏｂｏｔ逡逑該機(jī)器人由采摘機(jī)械臂、末端執(zhí)行器、移動(dòng)平臺(tái)、視覺(jué)系統(tǒng)和相應(yīng)的控制部分組逡逑成，其中視覺(jué)系統(tǒng)硬件采用彩色攝像頭和圖像處理卡。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，研究者們充分逡逑２逡逑

圖１－２葡萄采摘機(jī)器人逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｇｒａｐｅ邋ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ邋ｒｏｂｏｔ逡逑如圖１－２所示。該收獲機(jī)器人設(shè)計(jì)有基于極坐標(biāo)的５自由度采摘機(jī)械臂，其中包逡逑含４個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和１個(gè)直動(dòng)關(guān)節(jié)，此種結(jié)構(gòu)可Ｗ有效保證末端執(zhí)行器水平或者垂直地逡逑靠近葡萄架。末端執(zhí)行器由仿真手指和切斷莖脈的剪刀姐成，而且在不同的階段設(shè)計(jì)逡逑有多套末端執(zhí)行器，用于葡萄的套袋、噴霧和剪枝作業(yè)，有效提高了設(shè)備綜合利用率。逡逑主要存在缺點(diǎn)：有作業(yè)對(duì)象的限制，多自由度的機(jī)械臂導(dǎo)致控制的繁瑣。逡逑１９９６年，荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所研制出了黃瓜采摘機(jī)器人ｔＷ，如圖＾３所示。逡逑該機(jī)器人具有７個(gè)自由度，包括Ｈ菱公司（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）邋ＲＶ邋Ｅ２型機(jī)械手的６個(gè)自由度和逡逑安裝在底座上的一個(gè)線性滑動(dòng)自由度，可有效增大機(jī)器人的作業(yè)空間。在末端執(zhí)行逡逑器方面
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S225.93;TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636450