（定稿）山茶采摘平台设计研究（全套下载）

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。

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。

运动学建模可试验结果为工作速度根，在实验室中效果良好，但由于制造成本和适应性的制约，还不能满足商用的要求。

英国的蘑菇采摘机器人英国研究院研制了蘑菇采摘机器人，它可以自动测量蘑菇的位置大小，并选择性地采摘和修剪。

它的机械手包括个气动移动关节和个步进电机驱动的旋转关节末端执行器是带有软衬垫的吸引器视觉传感器采用摄像头，安装在顶部用来确定蘑菇的位置和大小。

采摘成功率在左右，采摘速度为个，生长倾斜是采摘失败的主要原因。

如何根据图像信息调整机器手姿态动作来提高成功率和采用多个末端执行器提高生产率是亟待解决的问题。

国内研究进展在国内，果蔬采摘机器人的研究刚刚起步。

东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，主要由自由度机械手行走机构液压驱动系统和单片机控制系统组成。

采摘时机器人停在距离母树，操纵机械手回转马达对准母树。

然后，单片机控制系统控制机械手大小臂同时柔性升起达到定高度，采摘爪张开并摆动，对准要采集的树枝，大小臂同时运动，使采摘爪沿着树枝生长方向趋近.，然后采摘爪的梳齿夹拢果枝，大小臂带动采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成次采摘。

这种机器人效率是天，是人工的倍。

而且，采摘时对母树的破坏较小，采净率高。

另外，郭峰等运用彩色图像处理技术和神经网络理论，开发了草莓拣选机器人，采用气动驱动器将草莓推到不同的等级方向。

浙江大学的应义斌等完成了水果自动分级机器人的研究开发。

赵杰文等研究了基于颜色特征的田间成熟番茄识别技术，该方法对田间成熟番茄之间相互分离的情况有很好的识别效果。

梁喜凤等为分析并改善番茄收获机械手运动学特性进行了番茄收获机械手运动学优化与仿真试验，取得了较好的效果。

山茶采摘平台创意设计与方案.采摘机器人般组成采摘机器人般由执行机构驱动装置检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

执行机构即机器人本体，其臂部般采用空间开链连杆机构，其中的运动副转动副或移动副常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。

根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式圆柱坐标式极坐标式和关节坐标式等类型。

驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。

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。

山茶，采摘，平台，设计，研究，钻研，毕业设计，全套，图纸摘要关键词前言.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