【摘要】：近年來,隨著人們生活水平的逐步提高,水果在整個食品消費(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果。然而,由于日趨嚴(yán)重的老齡化問題以及工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展,農(nóng)業(yè)勞動力逐漸向工業(yè)、服務(wù)業(yè)等方向轉(zhuǎn)移,農(nóng)業(yè)勞動力短缺問題日益加深。蘋果采摘是蘋果生產(chǎn)中耗時費(fèi)力的環(huán)節(jié)之一,需投入相當(dāng)多的勞動力,以智能機(jī)器人代替人工實(shí)現(xiàn)采摘自動化是解決問題的最有效途徑,而目前我國農(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)計采摘機(jī)器人的核心部件—采摘機(jī)械臂,為整個采摘機(jī)器人的研制奠定基礎(chǔ),主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)基于現(xiàn)代果樹種植特點(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)動軸的機(jī)構(gòu)組成、傳動方式以及參數(shù)的確定。(2)在creo2.0環(huán)境下對設(shè) 計的采摘機(jī)械臂進(jìn)行了建模。為驗(yàn)證設(shè)計的采摘機(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ADAMS軟件分析了運(yùn)動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)動時,滾珠絲杠的最大受力為1200N,以及運(yùn)動軸的受力情況都符合客觀規(guī)律。(3)設(shè)計了基于CAN總線的上、下位機(jī)開放式控制 系統(tǒng),闡明了采摘機(jī)器人工作流程,基于C#編寫了運(yùn)動控制程序,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采摘機(jī)械臂采取了保護(hù)措施�？紤]整個采摘機(jī)器人布置的合理性,設(shè)計了機(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。之后對采摘機(jī)械臂進(jìn)行了定位精度和運(yùn)動耗時測量試驗(yàn),結(jié)果表明采摘機(jī)械臂的定位誤差為4.929mm,平均耗時為6.619s,相對傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)型機(jī)械臂,提高了定位精度,降低了運(yùn)動耗時,且完全滿足采摘要求。
【圖文】：

與背景顏色的差異通過機(jī)器視覺來進(jìn)行果實(shí)識別，該收獲機(jī)械具有５個自由度，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、移動平臺、視覺系統(tǒng)和相應(yīng)的控制部分組逡逑成，其中視覺系統(tǒng)硬件采用彩色攝像頭和圖像處理卡。在開發(fā)過程中，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個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和１個直動關(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個自由度，包括Ｈ菱公司（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）邋ＲＶ邋Ｅ２型機(jī)械手的６個自由度和逡逑安裝在底座上的一個線性滑動自由度，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S225.93;TP242

【參考文獻(xiàn)】

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1 賀慧清;安保新;;汽車座椅鈑金件成形工藝性分析[J];金屬加工(冷加工);2014年15期

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3 蘇梅;;我國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題及對策[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技;2013年02期

4 崔家升;李曉萍;;世界蘋果種植概況與我國蘋果生產(chǎn)前景展望[J];北方果樹;2012年04期

5 紀(jì)超;馮青春;袁挺;譚豫之;李偉;;溫室黃瓜采摘機(jī)器人系統(tǒng)研制及性能分析[J];機(jī)器人;2011年06期

6 張小華;劉慧賢;丁世宏;李世華;;基于擾動觀測器和有限時間控制的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[J];控制與決策;2009年07期

7 李偉;李吉;張俊雄;陳英;任永新;;蘋果采摘機(jī)器人機(jī)械臂優(yōu)化設(shè)計及仿真[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年06期

8 宋健;;茄子采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計與仿真[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2008年06期

9 陳飛;蔡健榮;;柑橘收獲機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[J];農(nóng)機(jī)化研究;2008年07期

10 崔玲麗;張建宇;高立新;肖志權(quán);;柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的全局優(yōu)化設(shè)計[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2007年04期

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2 施欲亮;基于耐撞性仿真的轎車車身零件拼焊板設(shè)計方法研究[D];上海交通大學(xué);2008年

3 馬儒寧;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機(jī)相關(guān)問題研究[D];復(fù)旦大學(xué);2005年

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2 卞林玉;基于DSP的直線電機(jī)控制[D];南京航空航天大學(xué);2012年

3 劉夢茹;上下料用模塊化直角坐標(biāo)機(jī)器人研究[D];天津大學(xué);2010年

4 張馨凝;永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2009年

5 孫振川;異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論和技術(shù)的研究[D];山東大學(xué);2008年

6 郭光磊;基于CAN總線的分布式多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2008年

7 朱福祥;基于分布式的機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

8 宋晶;基于不完全微分的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器研究與應(yīng)用[D];華僑大學(xué);2006年

本文編號：2636450