降式移动平台来说，其主要性能是平台运行过程中的稳定性准确性安全性以及可操作性。通过学习和总结以往的各种产品，拟定了采摘平台的设计方案如下移动底盘采用自主研究设计的山地行走系统用全向履带，使采摘平台适用于山区地形，而且在坡地行走的转向过程中无需调整履带的朝向，降低了操作的复杂度，提高了行走的稳定性。升降机构采用行星齿轮啮合折叠式升降结构，其具有升降平稳准确运输状态尺寸小安全可靠等优点，结构紧凑使其生产作业轻松自如。控制系统主控芯片采用系列，其芯片高性能低成本低功耗的嵌入式应用等特点，在复杂的作业中更稳定和实用以及方便工业方面的改装。.研制概要课题要求设计山茶采摘平台，目的是减轻人工的劳动强度，提高工作效率。系统主要包含以下内容.采摘平台的底盘结构设计要求结合山茶生长区的地域特点，设计适合于该地形行走的底盘结构，并且具有较强的负载能力。.采摘平台的升降结构设计要求结合山茶树的外形尺寸特征，设计具有定行程的升降系统，实现采摘平台的上升与下降，以达到方便采摘山茶的目的。.采摘平台的电气控制系统设计结合各单元的机械结构，设计对应的电气控制系统实现对相应动作的控制。山茶采摘平台机械设计.底盘的设计基于全向轮的分析作为移动机器人而开发的移动机构种类已相当繁多，仅就地面移动而言，移动机构就有车轮式履带式腿脚式躯干式等多种形式。其中全方位轮式移动机构无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活，可沿平面上任意连续轨迹走到要求的位置。单个辊子的运动原理全向轮外形像个斜齿轮，轮齿是能够转动的鼓形辊子，辊子的轴线与轮的轴线成角度。这样的特殊结构使得轮体具备了三个自由度绕轮轴的转动和沿辊子轴线垂线方向的平动和绕辊子与地面接触点的转动。这样，驱动轮在个方向上具有主动驱动能力的同时，另外个方向也具有自由移动被动移动的运动特性。轮子的圆周不是由普通的轮胎组成，而是分布了许多小滚筒，这些滚筒的轴线与轮子的圆周相切，并且滚筒能自由旋转。当电机驱动车轮旋转时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮周边的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。图为全向轮的各结构和运动参量。图全向轮运动参量的定义全方位轮协调运动原理图为采用全方位移动机构的车轮组合情况，轮中的小斜线表示触地辊子的轴线方向。每个全方位轮都由台直流电机独立驱动，通过四个全方位轮的转速转向适当组合，可以实现机器人在平面上三自由度的全方位移动。个全方位轮组成的机器人底座的力分析如图，其中为轮子滚动时小辊子受到轴向的摩擦力为小辊子做从动滚动时受到的滚动摩擦力为各轮转动的角速度。图组合运动图四边形底盘动力轮分布在底盘的四个方向两两同轴且相互垂直，轮心到底盘重心的距离都等于如下图所示，假设每个轮子与地面的摩擦力分别为,按照力学公式推导如下图四边形底盘分析.当与方向相同此时机器人向方向运动当与方向相同此时机器人向方向运动与方向相反与方向相反时此时机器人原地旋转,方向与相反此时机器人向与的合力方向移动。全向轮的参数设计假设图中所示的圆柱是全方位轮的理论设计圆柱，曲线是轮子滚动时辊子与地面的接触线。曲线是等速螺旋线，曲线绕直线旋转周就形成了全方位轮辊子的曲面。图辊子生成图由上述模型设计如下参数辊子最小端半径辊子轮廓上任意点相对于的距离及其最大值和最小值，由前面的推导知道，辊子最大半径辊子轴线与轮子轴的夹角辊子轴线与轮子轴的最小距离辊子的数目辊子的长度轮子的实际宽度。模型分析运动学模型是全方位轮协调无碰运动轨迹时规划的理论依据，而动力学模型是研究动态环境下的实际时变运动规划问题的基础。运动学建模可以从理论上证明全方位轮是如何协调实现机器人的全方位运动的，并且为进步建立动力学模型提供基础。本文作了三个合理的假设忽略本体及辊子的柔性忽略工作场地的不规则，即四个全方位轮能同时正常运转全方位轮与工作面有足够大的摩擦力，轮体不存在打滑现象。首先设定移动机器人的几个不同坐标系，推导不同坐标系间的变换关系进而求轮体雅可比矩阵，并求出运动学问题的正逆问题最小二乘解。在运动学基础上，求轮体复合系统在固定坐标系中的加速度及加速度能，并求出动力学正逆问题解，为全方位移动机器人的进步研究提供理论模型。图山茶采摘平台移动底盘种山地行走系统用全向履带行走系统可分为轮式和履带式两大类。轮式行走装置的特点是功耗低，较机动，但是通过性能比履带式差履带式的特点则是与地面接触面积大，通过能力强，且履带式行走装置可利用履带的差速实现转弯，转弯半径小，甚至是原地转弯。但目前履带行走装置在使用的过程中存在两个较严重的缺点是转向时由于与地面接触面积大摩擦力大，所以功率消耗大，零件易磨损二是在改变运动方向时需要调整履带的朝向，增加了操作的复杂性。.种全向履带，可实现履带不同角度横向平移的履带，其特征在于，所述全向履带具有履带主体，其由履带板和履带销组成，履带销将履带板连接起来构成履带链环履带板中间有孔，与主动轮啮合，每块履带板两侧各安装个毂轮，毂轮通过轴和轴承安装在履带板上，可以灵活的转动。.根据所述的全向履带，其中履带板两侧的轮毂平行排列，毂轮的中心轴与传动轴线空间所成夹角为度。综上分析，这种无需调整履带朝向便可实现自由转向的全向履带尤其适用于山区地形的果园采摘平台，它即具有履带的通过性强的特点适合山地坡地行走，而且在坡地行走的转向过程中无需调整履带的朝向，降低了操作的复杂度，提高了行走的稳定性。其效果是电机驱动主动轮运转带动履带链环运动，在两侧履带链环出现转速差时会产生转向运动，由于本发明的履带板上安装有毂轮，所以此刻履带的转向无需改变朝向。适合安装于农业用作业机械土木用作用机械或建设用作用机械等行驶车辆的全向履带。我们结合轮式底盘和履带式底盘的优点和使用条件，决定用我们自主研究设计的全向履带作为山茶采摘平台的移动底盘。.升降机构的设计升降机构可以选择丝杆导轨滑块直线滑轨式和直线轴承式等机构，并且我和指导老师也同时讨论了这几种机构的设计方案，但为了满足实验的要求，必须稳定可靠速度快动作准确方便控制等特点。在指导教师的组织下，我进行了多次选择和分析.采用直线轴承式升降是种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的摩擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动。直线轴承是与淬火直线传动轴配合使用。作无限直线运动的系统。负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，容许载荷较小，但直线运动时，摩擦阻力最小，精度高，运动快捷。.采用同步带传输动力同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好,对于要求同步的传动，也可用于低速传动。同步带传动是由根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。传输的同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大。传动效率高，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。.丝杆传输动力丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的种传动结构。典型的丝杠由螺杆螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。.行星齿轮传输动力行星齿轮在对互相啮合的齿轮中，有个齿轮作为主动轮，动力从它那里输入，另个齿轮作为从动轮，动力从它输出。行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。综上分析几种升降机构都可以实现任务要求，进行就效率和质量优劣分析可知道直线滑轨式的优点精度高，可自制。弊端价格昂贵，重量较重。丝杆传动的优点简单，成本低廉，传动力大。弊端传动缓慢，需要软件算法提高精度。同步带传动的优点精度高，有瞬时传动比质量轻。行星齿轮转动的优点体积小，承载能力大，工作平稳。弊端需要软件算法提高精度,需要定制。由于实验要求在较短的时间内完成升降动作，升降精度要求高，所以我选择行星齿轮折叠式升降机构转动的方式来实现升降动作,图所示为用于比赛的收集机器人，其上升下降机构为采摘平台的升降机构的实验模型。图升降结构收集机器人行星齿轮折叠式升降机构各齿轮参数如下大齿轮太阳轮的参数模数.齿数压力角齿点高系数齿顶间隙数.升降齿轮的参数模数.齿数压力角齿点高系数齿顶间隙数.选定小齿轮类型精度等级齿轮材料及齿数考虑此减速器的功率及现场安装限制，故大小齿轮都选用直齿圆柱齿轮传动。升降运动速度不高，故选用八级精度小齿轮材料选用调质，齿面硬度为小齿轮，大齿轮材料为钢调质硬度为。选小齿轮齿数。初步设计小齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计确定各参数的值试选.计算小齿轮传递的转矩。由表查得由表得材料的弹性影响系数.齿轮的疲劳强度极限由图，查小齿轮的接触疲劳强度大齿轮的接触疲劳强度。由公式计算应力值环数查图取接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力。取失效概率为,安全系数,由公式得.许用接触应力综上计算主动小齿轮行星轮的参数模数.齿数压力角齿点高系数齿顶间隙数.机器人电路硬件电路设计.系统原理框图系统工作原理系统核心为，其中电源电路给提供.正常工作电压，按键电路通过改变其输入引脚的电平信号，并通过处理来提供所需要的输出信号。的定时器输出信号给伺服器，从而达到对伺服电机正反转以及调速的控制。图系统原理框图.机器人主控制板结构及说明山茶采摘平台能完成控制运算速度定位精确和可靠性等要求，以及在复杂的作业中更稳定和实用以及工业方面的改装，我选择芯片。系列基于专为要求高性能低成本低功耗的嵌入式应用专门设计的内核。按性能分成两个不同的系列“增强型”系列和“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到，是同类产品中性能最高的产品基本型时钟频率为，以位产品的价格得到比位产品大幅提升的性能，是位产品用户的最佳选择。两个系列都内置到的闪存，不同的是的最大容量和外设接口的组合。时钟频率时，从闪存执行代码，功耗，是位市场上功耗最低的产品，相当于.。系列属于中等容量增强型，位基于核心的带或者字节闪存的微控制器个，个通信接口。最小系统如下图所示是的最小工作系统原理图图最小系统主控板硬件实物图图控制板实物图此电路板为学习板，其硬件资源丰富包括最小系统适配器电源座复位电路独立的按键和串口以及仿真调试接口等。.电源模块为了系统的稳定性，系统电源采用两节输出的锂电池串联，给伺服电机提供的工作电压，同时通过图所示电路把转为，为伺服器提供个稳定的工作电压。图转电源电路图使用的是.电源，对电源要求很高，过大的电源噪声很容易使得程序跑飞或者芯片烧毁，使用.稳压芯片能很好的解决这问