蘋果采摘簡易機(jī)械手

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1、蘋果采摘簡易機(jī)械手設(shè)計說明書一、引言近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的調(diào)整，林果生產(chǎn)已經(jīng)成為很多地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，果園規(guī)?；l(fā)展和規(guī)范化管理的要求日益提高，從而果園機(jī)械化日益重要。果園收獲機(jī)械的發(fā)展，可以減輕果農(nóng)的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于我國果園作業(yè)機(jī)械研究起步較晚，基礎(chǔ)相對較差，因此，果園作業(yè)機(jī)械化程度和歐美等國家還是存在差距。所以，針對我國各地林果生產(chǎn)特點研究相應(yīng)的作業(yè)機(jī)械，對林果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。?我國是世界第一大水果生產(chǎn)國，也是世界第一大水果消費國。水果種植業(yè)的迅速發(fā)展提升了果園機(jī)械的市場需求。采摘作業(yè)所用勞動力占整個

2、生產(chǎn)過程所用勞動力的33%～50%，目前我國的水果采摘絕大部分還是以人工采摘為主。采摘作業(yè)比較復(fù)雜，季節(jié)性很強(qiáng)，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動量大，而且容易造成果實的損傷，如果人手不夠不能及時采摘還會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失。使用采摘機(jī)械不僅提高采摘效率，而且降低了損傷率，節(jié)省了人工成本，提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，因此提高采摘作業(yè)機(jī)械化程度有重要的意義。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，大面積的種植果樹，農(nóng)民朋友的農(nóng)產(chǎn)品獲得豐收，果實的采摘問題也凸顯而出，在面對果樹高而無法采摘造成了蘋果的摔落，因而這些蘋果無法上市進(jìn)行出售，為解決高空采摘蘋果難，故設(shè)計此蘋果采摘簡易機(jī)械手來解決此問題。二．項目設(shè)計的內(nèi)容（1）??

3、果蔬收獲機(jī)器人作業(yè)環(huán)境和工作對象的特殊性?工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器人技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域.由于在工業(yè)生產(chǎn)中,機(jī)器人的工作位置和障礙往往都能夠事先預(yù)知,因此機(jī)器人的性能能得到很好的體現(xiàn)。和工業(yè)機(jī)器人相比,果蔬收獲機(jī)器人有很多獨特的特點,主要表現(xiàn)在:??(1)作業(yè)環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性?????收獲機(jī)器人的工作環(huán)境往往是非結(jié)構(gòu)性的、未知的和不確定的.例如,機(jī)器人所處的地勢可能崎嶇不平,天氣條件(如光照)也可能隨時改變。即使在溫室環(huán)境中,也必須考慮溫度、濕度、天氣以及其它環(huán)境參數(shù)的影響。在這種復(fù)雜多變的環(huán)境條件中,機(jī)器人必須具有智能化的傳感、規(guī)劃和控制能力,要有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力。?(2)作業(yè)對象的個體差異和隨機(jī)分布性?

4、???果蔬收獲機(jī)器人的首要任務(wù)是識別和定位水果,而果實有的可能單個生長,有的則是一簇一簇的,形狀、尺寸、顏色、成熟度也都不一樣,而且果實總是隨機(jī)分布在田地、藤蔓或樹枝上,有的可能被莖桿和葉子遮擋,還要遇到不同的自然條件,如刮風(fēng)可能導(dǎo)致果實搖動而不斷改變其位置,并且果樹和藤蔓的形狀大小也往往不一樣,從而使得機(jī)器人檢測和接近果實變得異常困難。?(3)作業(yè)對象的柔軟、易損性????水果等作物一般都比較嬌嫩、柔軟,收獲時很容易遭受機(jī)械損傷,因此必須小心處理.這需要從機(jī)器人結(jié)構(gòu)、傳感器、控制系統(tǒng)等方面加以協(xié)調(diào)和控制。?(4)收獲機(jī)器人成本方面的特殊性???農(nóng)業(yè)機(jī)器人要想成功地應(yīng)用,其成本必須低于同樣結(jié)構(gòu)

5、的工業(yè)機(jī)器人,因為農(nóng)業(yè)的利潤往往很小,設(shè)備也只能季節(jié)性地使用。此外,農(nóng)民一般不具備太多的專業(yè)知識.因此,收獲機(jī)器人必須結(jié)構(gòu)簡單、操作性好、可靠性高,并且價格合理。2采摘機(jī)器人的制造成本高、應(yīng)用推廣難?果蔬采摘機(jī)器人的采摘對象具有多樣性,工作時間具有季節(jié)性,設(shè)備利用率低,操作對象大部分為農(nóng)民,這就要求其要具有良好的通用性、可編程性、高可靠性和操作簡單性。另外采摘機(jī)器人的使用和維護(hù)都需要相當(dāng)高的技術(shù)水平和費用。只有當(dāng)其使用成本低于人工收獲成本時,采摘機(jī)器人才會真正被普及。因此,成本問題將成為制約采摘機(jī)器人市場化的瓶頸問題。3解決對策每一個事物的發(fā)展都是一個遇到問題解決問題的過程。為了很好的解決以上

6、問題,解除限制采摘機(jī)器人發(fā)展的因素,可以從以下幾個方面加強(qiáng)探索與研究:(1)研究出一種高可靠性、高精度的視覺系統(tǒng)技術(shù),可以使所有成熟果實都能夠識別出來并能精確地對其定位。這就需要在三維立體視覺技術(shù)、視覺傳感器技術(shù)、圖像獲取和處理等方面進(jìn)行更深入的研究。?(2)可以研究適合采摘機(jī)器人工作的果蔬栽培模式,通過降低作物生長環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和復(fù)雜性,便于采摘機(jī)器人的視覺定位和移動。?(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)直接決定機(jī)器人運動的靈活性、平穩(wěn)性和控制的復(fù)雜性。采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)必須更加緊湊和簡化,優(yōu)化機(jī)器人結(jié)構(gòu)。提高機(jī)械手和末端執(zhí)行器的柔性和靈巧性,成功避障,提高采摘的成功率,降低果實的損傷率。?(4)提高圖像處理速度,

7、優(yōu)化軟件算法,縮短機(jī)器視覺部分在整個采摘過程中所占用的時間,以提高采摘效率。?(5)采用開放式的控制系統(tǒng),提高采摘機(jī)器人的通用性。只要改變機(jī)器人的機(jī)械本體和末端執(zhí)行器,用一套控制系統(tǒng)就能完成不同果蔬的采摘,從而提高控制系統(tǒng)的利用率、降低成本。設(shè)計此機(jī)構(gòu)有構(gòu)思階段，實際模型的建立，對實際模型數(shù)據(jù)的測量，按相應(yīng)比例縮小并計算各構(gòu)件的尺寸和角度。構(gòu)思階段：仿照實際生活中人手采摘蘋果的運動原理進(jìn)行設(shè)計。數(shù)