【毕业论文】山茶采摘平台设计研究毕业设计说明书

目前这类机器人正处于全面发展时期，将成为收获精致水果和蔬菜的基本工具，目前这些工作仍由手工完成。

圣地亚哥视觉机器人技术发明者德里克莫里卡瓦认为新采摘机器人要依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力。

现代成像技术同样也使机器能够识别和挑选各种品质的水果和蔬菜。

方法就是将台机械化扫描机器送入果园。

装备有数字成像技术设备的机器人能够生成张三维地图，显示位置成熟度和水果质量。

台采摘机器人按照这些画面，使用他们的长机械臂仔细地采集成熟了的水果。

加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作开发种水果采摘机器人。

上个月研究人员对原型机进行了检测，但是距离真正的广泛商业应用还有很长的路要走。

另外，加州州立大学弗雷斯诺分校个葡萄酒专家小组正在研制种自动采摘机器人，目的是使葡萄酒业实现更多的机械化。

该新技术包括种称之为近红外线分光计的装置，它可以在采摘之前检测葡萄样品中的糖含量和化学成分。

然后利用这些数据绘制幅全球定位系统地图，收割机器人可以使用这些地图进行导航，在葡萄园中采摘特定的理想成熟葡萄串。

位于萨利纳斯山谷的拉姆齐黑蓝德公司销售能够部分自动使用带状锯或水刀的机器人，机器人从地面收割莴苣，并将莴苣进行装箱，以便清洗和加工。

该公司首席执行官弗兰克梅肯纳奇称，拉姆齐黑蓝德公司开发的种新机器模型已接近完工，这种新机器人可以采摘清洗取心和对莴苣和其他绿色蔬菜进行打包。

日本的果蔬采摘机器人自年第台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果柑桔西红柿西瓜和葡萄等智能机器人。

目前，日本在水果采摘机器人领域中研究颇丰，其研究出的采摘机器人主要有以下几类。

西红柿采摘机器人日本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。

西红柿簇可长个果实，各个果实不定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手设计成具有自由度，能够形成指定的采摘姿态进行采摘。

末端执行器由两个机械手指和个吸盘组成视觉传感器主要由彩色摄像机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轮结构，能在垄间自动行走。

采摘时，移动机构行走定的距离后，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。

草莓采摘机器人等人还针对草莓的不同栽培模式高架栽培模式和传统模式研制出了相应的采摘机器人。

高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用。

该机器人采用自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器。

收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入由对光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘。

黄瓜采摘机器人黄瓜采摘机器人，采用自由度的机械手，能在倾斜棚支架下工作，这种支架栽培方式是专门为机械化采摘而设计。

黄瓜果实在倾斜棚的下侧，便于黄瓜与茎叶分离，使检测与采摘更容易。

在摄像机前加了滤波片，根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。

其末端执行器上装有果梗探测器切割器和机械手指。

采摘时由机械手指抓住黄瓜后，果梗探测器寻找果梗，然后切割器切断果梗。

功能葡萄采摘机器人葡萄采摘机器人采用自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动。

视觉传感器般采用彩色摄像机，采用三维视觉传感器效果更好些，可以检测成熟果实及其距离信息的三维信息。

在开放式的种植方式下，由于采摘季节太短，单的采摘功能使得机器人的使用效率太低，因此开发了多种末端执行器，如分别用于采摘和套袋的末端执行器装在机械手末端的喷嘴等。

用于葡萄采摘的末端执行器有机械手指和剪刀，采摘时，用机械手指抓住果房，用剪刀剪断穗柄。

除了以上介绍的几种类型的采摘机器人，日本还开发了用于柑橘采摘蘑菇和西瓜收获等的机器人。

目前，果蔬采摘机器人的智能水平还很有限，离实用化和商品化还有定的距离。

主要存在的问题，是果实的识别率和采摘率不高，损伤率较高二是果实的平均采摘周期较长三是采摘机器人制造成本较高随着传感器及计算机视觉等技术的发展，果蔬采摘机器人的研究还需在以下几个方面进行努力是要找到种可靠性好精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位二是提高机械手和末端执行器的设计柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率三是要提高采摘机器人的通用性，提高机器人的数初速度，最大速度，加减速距离，移动距离说明编码器计距，调整，比较匹配值，加速初速变化速度加速距离加速最大速度函数外部中断初始化外部中断，函数主函数说明避免重复配置口配置上升旋转电机锁死等待按键按下开始启动程序外部中断配置中断向量配置编码器初值初最大速加速距路程光电扫描函数定时器溢出匹配中断说明避免重复配置函数定时器溢出中断说明避免重复配置静态变量，用于记录状态，此语句可以置低，从而熄灭背光此语句可以置高，从而点亮背光清中断标志湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计山茶采摘平台设计研究学生姓名黄利学号年级专业及班级级机械设计制造及其自动化班指导老师及职称李旭讲师学部理工学部湖南长沙提交日期年月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文设计诚信声明本人郑重声明所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。

同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院指导教师共同拥有。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名年月日目录摘要关键词前言研究意义与目的国内外研究现状山茶采摘平台创意设计与方案机器人般组成山茶采摘平台设计方案研制概要采摘平台机械设计底盘的设计基于全向轮的分析种山地行走系统用全向履带升降机构的设计采摘平台电路硬件电路设计系统原理框图采摘主控制板结构及说明最小系统主控制板实物图电源模块伺服电机驱动电路按键电路主控制板程序设计系统主程序流程图的产生软件生成硬件生成系统的调试总结参考文献致谢附录山茶采摘平台设计研究学生黄利指导老师李旭湖南农业大学东方科技学院，长沙摘要随着国内外采摘机器人的兴起，世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期，机械作业已逐步进入农业生产领域。

本文研究设计了能减轻人工劳动强度和提高工作效率的山茶采摘平台，平台由主控模块行走模块全向履带和升降模块组成。

系统以为核心控制器，通过对伺服电机的控制可实现采摘平台的行走控制和升降控制。

本文结合由铝型材制作的采摘平台的实物模型对系统的设计进行了分析和总结。

关键词机器人农业机械化采摘平台全向履带前言机器人技术的发展是个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。

机器人涉及多学科交叉综合人工智能机器人技术通信技术传感器技术仿生学机构学信息及编程技术计算机学材料学电子技术传动技术接口技术电机拖动学精密机械技术自动控制理论伺服传动技术等诸多领域的技术集成，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。

世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期。

我国是个农业大国，要实现农业现代化，农业装备的机械化智能化是发展的必然趋势。

随着计算机和自动控制技术的迅速发展，机器人已逐步进入农业生产领域。

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劳动生产率和产品质量保证果实适时采收，使其具有很大的发展潜力。

研究意义与目的农业是国民经济的基础，这是不以人们意志为转移的客观经济规律。

农业生产力发展的水平和农业劳动生产率的高低，决定了农业为其他部门提供剩余产品和劳动力的数量，进而制约着这些部门的发展规模和速度。

近年来，采摘作业的效率提高问题已成为农业经济发展需突破的瓶颈问题之，目前在国内，果实采摘的成本普遍比较高，效率也低，人工采摘成为制约各地生产效率提高的个瓶颈。

在各地的采摘作业基本上还是手工完成，随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。

因此推广发展机械化收获采摘技术和研究具有重要的意义。

现今国内外有些公司已经解决了机器采茶的问题，但是由于该机器结构复杂，核心机构和工作部件需要进口，价格昂贵。

而且该机的易损部件也是核心零部件还不能国产化，导致使用成本大大提高，所以国内的机械化采茶的效率还很低，中小型茶农也很难购买该类机器，即使有能力购买采摘机，高昂的使用维护成本会使茶农的种植收益大打折扣。

针对这种状况，本文主要以山茶采摘平台作为研究对象，目标是提高采摘工作效率，降低茶农成本，提高利润。

山茶采摘平台行走控制系统设计的目的是用先进的机械化来替代繁重且低效益的农业生产方式，使农民采摘作业的更高效更科学化更省力。

利用山茶采摘平台行走控制系统实现对果实成熟时采摘的机械化，智能化。

极大地提高了采摘的工作效率，降低了人工作业的工作强度。

国内外研究现状收获作业的自动化和机器人的研究始于世纪年代的美国年，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。

从世纪年代中期开始，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，以日本为代表的西方发达国家，包括荷兰美国法国英国以色列西班牙等国家，在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人葡萄采摘机器人黄瓜收获机器人西瓜收获机器人甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。

机器人可能成为美国农场的重要组成部分由于美国政府采取了更加严格的边境管理政策，些依靠外来移民劳动力的农场主正将他们的视野转向种正在发展中的新代摘果机器人。

此类机器人可以从事