溫室高價(jià)值果蔬采收目前大多數(shù)仍依靠人力實(shí)現(xiàn),隨著中國人口老齡化,勞動力成本上升,亟需產(chǎn)生新型自動化解決方案。機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亦將發(fā)揮出巨大作用。本課題主要聚焦于溫室鮮食番茄的自動采收,設(shè)計(jì)開發(fā)了番茄采摘雙臂機(jī)器人。本文的研究成果主要包括:1)針對設(shè)施環(huán)境作業(yè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈、尺寸鏈和構(gòu)型載荷譜多約束協(xié)同設(shè)計(jì)問題,使用SolidWorks完成了雙臂機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作和虛擬裝配,并對關(guān)鍵部位進(jìn)行有限元校核。采用改進(jìn)的D-H參數(shù)描述機(jī)器人連桿坐標(biāo)系關(guān)系,并對5自由度機(jī)械臂的正運(yùn)動學(xué)、逆運(yùn)動學(xué)解法進(jìn)行了分析,逆運(yùn)動學(xué)算法用到了空間圓參數(shù)方程和函數(shù)極值點(diǎn)。2)針對串聯(lián)機(jī)械臂多關(guān)節(jié)運(yùn)動實(shí)時(shí)協(xié)同驅(qū)動問題,機(jī)械臂采用了基于EtherCAT總線的多軸聯(lián)動伺服控制方案,末端執(zhí)行器則采用串口連接單片機(jī)控制。之后設(shè)計(jì)了提高機(jī)械臂重復(fù)定位精度和絕對定位精度的方案,其中在校準(zhǔn)絕對精度時(shí)使用了機(jī)器視覺輔助,以糾正標(biāo)準(zhǔn)模型偏差。3)針對多功能農(nóng)業(yè)機(jī)器人軟件架構(gòu)復(fù)雜、多任務(wù)并行開發(fā)困難的問題,基于機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS構(gòu)建了機(jī)器人整體上位機(jī)軟件,包括三維仿真模型顯示、視覺圖像處理、... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

草莓采摘機(jī)器人

圖 1-4 草莓采摘機(jī)器人 圖 1-5 番茄采摘末端執(zhí)行器Fig.1-4 Strawberry harvesting robot Fig.1-5 Tomato picking end-effector江蘇大學(xué)的劉繼展博士專門進(jìn)行了番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器真空吸附系統(tǒng)的分析與優(yōu)化控制研究[8]，他設(shè)計(jì)的末端執(zhí)行器原型機(jī)如圖 1-5 所示。該末端執(zhí)行器首先用由微型空壓機(jī)和集成式真空發(fā)生器產(chǎn)生真空的吸盤吸持目標(biāo)番茄，然后通過電機(jī)驅(qū)動雙向螺桿機(jī)構(gòu)合并兩個(gè)圓弧形夾板夾住番茄，最后微調(diào)聚焦透鏡聚焦光纖耦合半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光將番茄果柄切斷[9]。1.3 論文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排1.3.1 主要內(nèi)容針對課題項(xiàng)目的任務(wù)要求，實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組全新設(shè)計(jì)制作了一臺雙臂番茄采摘機(jī)器人，并先后在 Windows 系統(tǒng)環(huán)境下和 Linux 環(huán)境 ROS 框架下實(shí)現(xiàn)了其軟件控制系統(tǒng)。該機(jī)器人為深入進(jìn)行課題的主要任務(wù) 目標(biāo)識別、定位與控制技術(shù)研究 奠定了良好的實(shí)驗(yàn)平臺基礎(chǔ)，并對一些前期基礎(chǔ)理論和功能進(jìn)行了驗(yàn)證，為后續(xù)改進(jìn)與深化工作探明了方向。本文是對作者參與該項(xiàng)目的一些工作的總結(jié)，其

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文零部件裝配行業(yè)，具有選擇順應(yīng)性的 SCARA 機(jī)器人就是一種很好的選擇；而在食品等小型產(chǎn)品的流水線分揀作業(yè)方面，高速輕載的 Delta 并聯(lián)機(jī)器人則應(yīng)用廣泛[10]；在產(chǎn)品最終裝箱碼垛階段，工廠會較多選擇利用平行四邊形機(jī)構(gòu)理論的碼垛專用串聯(lián)機(jī)器人；而在一些通用多變的應(yīng)用場合，標(biāo)準(zhǔn)的六自由度或七自由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人以其高靈活性得以勝任。因此，具體到本項(xiàng)目的溫室番茄自動化采摘任務(wù)，提前分析了解溫室詳細(xì)種植環(huán)境與待采摘的番茄品種特性，對設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。事實(shí)上，這一設(shè)計(jì)過程也不可能是一蹴而就的，必然需要?dú)v經(jīng)多次的實(shí)驗(yàn)修改與驗(yàn)證過程以趨于完善。很多時(shí)候，傳統(tǒng)的種植方法和溫室硬件也必須相應(yīng)改進(jìn)，以適應(yīng)并簡化自動化機(jī)械。如荷蘭在開發(fā)黃瓜自動采收機(jī)器人時(shí)，就專門設(shè)計(jì)了溫室中的軌道及黃瓜藤懸掛方式[11]。智能化番茄自動采收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)最終也可能需要專門配套設(shè)計(jì)的溫室結(jié)構(gòu)與種植方法，形成與現(xiàn)今人工采摘溫室環(huán)境完全不同的體系結(jié)構(gòu)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]番茄采摘機(jī)器人真空吸持系統(tǒng)分析與優(yōu)化控制研究[D]. 劉繼展.江蘇大學(xué) 2010

碩士論文
[1]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機(jī)械手逆解求解中的應(yīng)用[D]. 胡傳俊.湘潭大學(xué) 2011



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