智能水果采摘机器人设计与制作
水果采摘机器人的设计与研究
水果采摘机器人的设计与研究近年来，随着人们生活水平的提高和对健康饮食的关注度越来越高，水果市场需求呈现不断扩大的趋势，而水果采摘工作一直是农业生产中最为繁重而费时的一项工作。
而恰恰在这个时候，水果采摘机器人应运而生，成为解决水果采摘难题的重要手段。
水果采摘机器人的设计研究主要目的就在于实现水果采摘的自动化，降低人力成本，增加生产效率，并提高采摘品质。
通常，水果采摘过程需要寻找果实、摘取、确认和归置等重要环节。
这正是水果采摘机器人设计需要关注的几个关键问题。
首先，对于果实的收集和寻找，机器人必须具备良好的检测机能，能够准确地识别果实的位置和成熟度，并相应地进行采摘工作。
常见的技术手段包括视觉检测、机器视觉、激光雷达、超声波、红外线等多种传感器技术，在水果采摘机器人的设计过程中可以依据实际需要进行合理组合。
其次，在进行果实采摘的过程中，自动化机器人必须能够准确地控制机械臂、夹持器件，完成传统采摘工人的操作。
针对不同类型的水果，需要通过合理的控制系统设计来确保夹持器的适配性，避免因机器误差导致成果量降低、损坏等风险，并保证采摘品质的稳定。
除此之外，水果采摘机器人在工作中还需要完成果实的分类、检查和归置等环节。
因此，与机械臂配合运作可以通过设计附加功能，实现这些可能变化的操作过程。
一个优秀的水果采摘机器人，必须具备稳定的识别能力，高效的采摘能力，以及符合人体工程学要求的机械结构、坚固的电机驱动等一系列必要的先进设计特色。
传统水果采摘方式通常需要耗费大量人力物力，机器人成为农业生产自动化发展的必然结果，其存在，将大大提高水果采摘的效率，降低农业生产管理成本，而且也极大的缓解了劳动力短缺的现状，真正做到了科技与农业的有机结合。
未来，水果采摘机器人还有很大的研究和发展空间。
通过人工智能的运用以及机器学习技术的应用，机器人在识别果实所处的成熟期、预测产量、选择采摘的最佳时间和地址方面将更加优秀。
农业机械自动化技术作为生产力升级的突破口，必将进一步推动中国现代化农业建设，推动国家经济的持续健康发展。
《2024年智能移动式水果采摘机器人系统的研究》范文
《智能移动式水果采摘机器人系统的研究》篇一一、引言随着现代农业的不断发展，智能化农业机械技术已经成为了研究热点之一。
作为现代农业生产中的重要环节，水果采摘一直依赖大量人工完成，这既耗费了大量的人力资源，又容易因天气、时间等因素影响采摘效率。
因此，开发一种高效、智能的移动式水果采摘机器人系统，成为了现代农业技术发展的迫切需求。
本文旨在研究智能移动式水果采摘机器人系统的设计原理、实现方法以及应用前景。
二、系统设计原理智能移动式水果采摘机器人系统主要由移动平台、视觉识别系统、机械臂和控制系统等部分组成。
其中，移动平台负责在果园中自主导航和移动，视觉识别系统用于识别和定位水果，机械臂则负责完成采摘动作，控制系统则负责整个系统的协调和控制。
（一）移动平台移动平台是整个系统的核心，其自主导航和移动能力是系统运行的基础。
移动平台采用轮式驱动方式，能够在复杂地形上自主行驶。
同时，移动平台配备了GPS定位系统和传感器，能够实现精确的定位和避障功能。
（二）视觉识别系统视觉识别系统是智能移动式水果采摘机器人系统的关键部分，其性能直接影响到采摘效率和准确度。
视觉识别系统采用机器视觉技术，通过图像处理和计算机视觉算法，实现对水果的自动识别和定位。
该系统能够快速准确地识别出不同种类、不同位置的水果，为机械臂的采摘动作提供准确的定位信息。
（三）机械臂机械臂是完成采摘动作的关键部分。
根据水果的特性和生长环境，机械臂采用柔性材料制成，能够适应不同形状和大小的水果。
同时，机械臂配备了力传感器和运动控制器，能够实现对水果的精准采摘和放置。
（四）控制系统控制系统是整个系统的“大脑”，负责协调和控制各个部分的运行。
控制系统采用先进的计算机技术和控制算法，能够实现自主控制、远程控制和手动控制等多种控制方式。
同时，控制系统还能够实时监测系统的运行状态和性能参数，为系统的维护和管理提供支持。
三、实现方法智能移动式水果采摘机器人系统的实现需要综合运用机械设计、电子技术、计算机技术等多个学科的知识和技术。
智能移动水果采摘机器人的设计
智能移动水果采摘机器人的设计智能移动水果采摘机器人的设计随着社会的不断发展，农业也迎来了新的发展机遇。
传统的种植方式已经无法满足市场需求，需要采取更加智能化的方式来提高农业生产效率。
本文就介绍一种智能移动水果采摘机器人的设计方案，为农业生产带来更多的效益。
一、设计要求智能移动水果采摘机器人是一种基于自主驾驶的机器人系统，它需要完成以下任务：1. 实现自主驾驶功能，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。
2. 机器人需要具备高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息。
3. 机器人需要有足够的机动性，能够适应不同果树的树形结构和果实分布情况。
4. 机器人需要安装视频监控和通讯设备，以便于监控和控制机器人的运行。
二、设计原理智能移动水果采摘机器人的设计基于自主驾驶技术和机器视觉技术。
机器人安装有GPS定位系统和激光雷达传感器，能够自动识别种植区域，通过机器视觉技术检测果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。
机器人采用电动驱动方式，可以通过遥控器、智能手机和电脑等方式实现对机器人的集中控制和监控。
机器人的运动方向和采摘作业的时间都可以通过程序来控制，确保机器人能够高效而准确地完成采摘任务。
三、技术特点智能移动水果采摘机器人的设计具有以下几个方面的技术特点：1. 自主驾驶智能移动水果采摘机器人是基于自主驾驶技术的机器人系统，能够自动识别种植区域，自主完成采摘任务。
采用先进的GPS定位系统和激光雷达传感器，能够实现精准的定位和导航，避免机器人对树枝和果实造成伤害。
2. 机器视觉智能移动水果采摘机器人的另一个特点是机器视觉技术。
机器人安装有高精度的传感器，能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息，确定采摘点的位置和方式。
这大大提高了采摘的效率和准确性。
3. 机动性智能移动水果采摘机器人还具有足够的机动性。
机器人可以自由行走在果树之间，自动适应不同果树的树形结构和果实分布情况。
同时根据机器人监测到的果实信息，可以采取不同的采摘方式，满足不同果实的采摘需求。
种果蔬采摘竞赛机器人的设计
种果蔬采摘竞赛机器人的设计竞赛机器人的设计是基于高效、精确和自动化的原则，旨在提高果蔬采摘的效率和质量。
下面我将详细介绍这款机器人的设计。
一、机器人的结构和执行机构：1.结构设计：机器人的结构采用轻巧、紧凑的设计，以便在狭小的果蔬园地中自由活动。
机器人的主体部分由高强度、轻质的材料构成，以减少机器人的自身重量，提高机器人的机动性和灵活性。
2.执行机构：机器人配备了多个执行机构，包括机械臂、摄像机、传感器等。
机械臂用于采摘果实，其中的抓取器可以根据不同果蔬的形状和大小进行调整。
摄像机用于监控果蔬的生长情况和位置信息。
传感器用于检测果实的成熟度和质量。
二、机器人的感知和定位系统：1.相机视觉系统：机器人配备了高分辨率的相机，可以获取果实的图像信息。
通过图像处理算法，机器人可以实时识别出果实的位置、大小和成熟度。
2.定位系统：机器人通过激光雷达或GPS等定位技术，确定自身的位置和姿态，以便精确地定位和采摘果实。
三、机器人的控制系统：1.控制算法：机器人采用先进的控制算法，以实现自主操作和快速响应。
通过与相机和传感器的配合，机器人可以实时感知果实的状态和环境的变化，并做出相应的决策。
2.控制器：机器人配备了高性能的控制器，其运行速度和计算能力可以满足机器人复杂的控制需求。
控制器可以根据预设算法和规则，精确地控制机械臂的运动、摄像机的焦距和传感器的灵敏度。
四、机器人的智能决策系统：1.决策算法：机器人配备了智能决策算法，可以根据果蔬的生长情况、成熟度和质量，以及当前的环境条件，进行智能化的决策。
例如，机器人可以根据果蔬的成熟度和质量，决定是否采摘该果实，以及确定采摘的方式和顺序。
2.数据处理和分析：机器人通过处理和分析大量的数据，可以根据历史数据和趋势预测果蔬的生长情况，并提前做出相应的调整和决策。
五、机器人的安全保护系统：1.碰撞检测：机器人配备了碰撞检测传感器，并通过控制系统实时监测机器人周围的环境。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人标题：基于自动化的苹果采摘机器人引言概述：随着科技的不断发展，自动化技术在农业领域的应用越来越广泛。
苹果是一种重要的水果作物，传统的采摘方式需要大量的人力成本，效率低下。
因此，基于自动化的苹果采摘机器人应运而生，可以提高采摘效率，减少人力成本，提高农业生产的效益。
一、机器人的设计与结构1.1 机器人的外观设计：苹果采摘机器人通常采用轮式移动，具有机械臂和传感器等设备。
1.2 机器人的结构设计：机器人的结构设计应考虑稳定性、灵活性和适应性，以适应不同种类的苹果树。
1.3 机器人的操作系统：机器人应配备先进的操作系统，能够实现自主导航、智能采摘和数据分析等功能。
二、机器人的采摘技术2.1 机器人的视觉识别技术：通过摄像头等设备，机器人可以实现对苹果的识别和定位。
2.2 机器人的机械臂技术：机器人的机械臂应具备精准的抓取和摘取能力，以确保采摘的准确性和速度。
2.3 机器人的智能控制技术：机器人应具备智能控制技术，能够根据不同的情况自动调整采摘策略，提高采摘效率。
三、机器人的安全性和稳定性3.1 安全传感器：机器人应配备安全传感器，能够及时检测周围环境，避免碰撞和伤害。
3.2 系统稳定性：机器人的操作系统应具备稳定性，能够长时间稳定运行，不易出现故障。
3.3 紧急停止装置：机器人应配备紧急停止装置，一旦发生意外情况，能够及时停止操作，保障人员安全。
四、机器人的数据分析和管理4.1 数据采集：机器人应具备数据采集功能，能够实时监测采摘情况和果园环境。
4.2 数据分析：机器人应具备数据分析功能，能够分析采摘效率、果实质量等数据，为农民提供决策支持。
4.3 数据管理：机器人应具备数据管理功能，能够将采集的数据进行存储和管理，方便后续分析和应用。
五、机器人的未来发展趋势5.1 智能化发展：未来的苹果采摘机器人将更加智能化，能够实现自主学习和自主决策。
5.2 多功能化发展：未来的机器人将具备更多功能，如喷洒农药、施肥等，实现一体化农业生产。
苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真
苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真近年来，农业机器人的发展迅猛，为农业生产带来了许多便利。
其中，苹果采摘机器人在果园管理中发挥着重要的作用。
本文将探讨苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真。
一、机构设计苹果采摘机器人的机构设计需要充分考虑机器人在果园中应对多变环境的能力和采摘苹果的效率。
机构设计应具备以下几个方面的功能：1. 机器人的底盘结构：底盘结构应具备良好的机动性和稳定性，以适应果园地形的不规则性。
采用全地形底盘或者装备可调节高度的轮子，可以让机器人在果园中灵活行走。
2. 机械臂的设计：苹果采摘机器人的机械臂需要具备足够的力量和灵活性，以保证苹果能够准确、迅速地被采摘下来。
机械臂的设计可以参考人手的运动方式，同时结合工程学原理和材料力学的知识，确定机械臂的长度和关节的自由度。
3. 采摘装置的设计：苹果采摘机器人的采摘装置需要具备适应果实不同大小和形状的能力。
可以通过视觉传感器和机器学习算法，实时获取苹果的信息，根据苹果的位置和形态动态调整采摘装置的形状和力度。
二、运动仿真运动仿真是设计苹果采摘机器人的重要环节，通过仿真可以评估和优化机器人的运动性能和操作效率。
以下是运动仿真的几个关键点：1. 运动轨迹规划：通过运动轨迹规划，确定机器人在果园中的行进路线和采摘路径。
车辆动力学和动力学模型可以与果树的空间模型相结合，实现机器人在三维空间中的仿真。
2. 运动学分析：苹果采摘机器人的运动学分析可以确定各关节的位置、速度和加速度等运动参数。
通过运动学仿真，可以模拟机械臂的动作，验证机械臂在采摘过程中的稳定性和准确度。
3. 碰撞检测和安全评估：在仿真中进行碰撞检测和安全评估，可以避免机器人在运行过程中发生碰撞和意外情况。
通过虚拟环境的搭建和模拟苹果采摘的场景，可以检测机器人在采摘过程中可能产生的冲突和风险。
三、结语苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真是实现机器人自动采摘苹果的重要步骤。
农产品采摘机器人设计与研发
农产品采摘机器人设计与研发近年来人工智能和机器人技术的快速发展，给现代农业带来了巨大的改变。
其中，农产品采摘机器人的研发成为了一个备受关注的领域。
农产品采摘机器人的出现，不仅可以提高采摘效率和质量，减少人工成本，还能在人口老龄化和劳动力短缺等问题上起到重要作用。
一、农产品采摘机器人的需求和特点随着人们生活水平的不断提高，对于食品品质和食品安全的要求也越来越高。
在这种背景下，有机农业和绿色农业成为了发展的主流，并且逐渐替代了传统农业的方式。
其中一些新型的农作物，比如草莓、葡萄等，对于人工采摘的技术和技巧要求较高，且采摘速度慢，采摘难度大。
而对于一些较为复杂的果实（如草莓的采摘，需要遵循大小、硬度、色泽等特定规范），人工采摘往往需要较高技术含量的劳动力，并且需要不断进行训练才能掌握技术，从而造成了人工成本的过度浪费。
针对这些问题，农产品采摘机器人的出现，可以在一定程度上解决上述问题。
首先，机器人可以在较短时间内完成大量采摘任务，并且采摘速度可以达到可控的高速，不仅可以提高采摘效率，还能有效减少采摘成本。
其次，机器人的采摘过程完全按照特定的规范执行，摆脱了人为的主观性，大大提高了采摘质量和稳定性。
同时，在采摘的过程中，还可以及时反馈病虫害等作物的状态信息，为管理者提供及时的识别和处理反馈。
二、农产品采摘机器人的技术实现农产品采摘机器人的基本原理是：通过光学、机械和智能控制等技术手段，实现实时采集、处理作物信息和采摘动作的实时控制。
其中必须兼顾机器人机械结构的优化设计、故障自诊断、高效能量的管理和合理的通讯和数据处理等多个方面，方可实现机器人的稳定运行和优化控制。
具体来讲，农产品采摘机器人的技术要点包括以下几个方面：1.作物的自动识别：通过视觉传感器，自动识别并分类作物，并获得精确的采摘位置和姿态信息。
2.机器人控制算法：实时控制机器人的运动轨迹和采摘操作，实现精准的采摘动作和操作。
3.机械部分的设计：包括机械臂的设计和优化、作业平台的设计、机器人稳定性设计等。
智能水果采装运一体机设计与应用
智能水果采装运一体机设计与应用智能水果采装运一体机是一种集水果采摘、装箱、运输等多功能于一体的智能机器人装备，能够在果园中自动完成水果的采摘和装箱，提高采摘效率，减少劳动力成本，提高水果的品质和产量。
智能水果采装运一体机的主要设计包括机器人底盘、机器人手臂、传感器系统、图像识别系统和控制系统等。
机器人底盘具有良好的操控性和稳定性，能够在果园中灵活移动。
机器人手臂具有多个自由度，能够模拟人手的运动，实现对水果的准确采摘和装箱。
传感器系统可以通过对果树的颜色、大小、成熟度等进行检测，精确判断水果的采摘时机。
图像识别系统可以通过对水果的形状、颜色等进行识别，实现对水果的自动分拣和分类。
控制系统通过对机器人的运动进行控制和调度，保证水果的采摘和装箱的顺利进行。
智能水果采装运一体机的应用主要包括在果园中的水果采摘和装箱环节。
在水果采摘方面，机器人可以根据果树的颜色、大小等信息进行判断，选择合适的水果进行采摘。
在水果装箱方面，机器人可以通过图像识别系统对水果进行自动分拣和分类，根据果品的不同属性将其放置到相应的箱子中。
机器人还可以通过传感器系统对水果的成熟度进行检测，选择最佳的时间进行采摘，确保水果的品质和口感。
智能水果采装运一体机还可以在采摘过程中记录水果的产量和质量等信息，为果农提供决策依据，提高果园管理的效率和水平。
智能水果采装运一体机的应用具有很大的市场前景和发展潜力。
随着农业现代化的推进和劳动力成本的不断上升，传统的人工采摘方式已经难以满足市场需求。
而智能水果采装运一体机具有自动化、智能化的特点，能够提高采摘的效率和质量，降低劳动力成本，为果农创造更大的经济效益。
智能水果采装运一体机还可以帮助果农实现果园管理的数字化和信息化，提高果园的管理水平和产量水平。
种果蔬采摘竞赛机器人的设计
种果蔬采摘竞赛机器人的设计随着人工智能和机器人技术的不断发展，机器人在农业领域的应用也越来越广泛，尤其是在果蔬采摘方面，机器人的应用可以极大地提高采摘效率、减少人力成本并减少采摘过程中的浪费和损失。
因此，设计一款种果蔬采摘竞赛机器人是十分有意义的。
一、机器人的基本构造果蔬采摘竞赛机器人的基本思路就是使用机械臂进行采摘。
其机器人构造如下：1.底盘：底盘采用四轮驱动的方式，可以进行前进、后退、左右移动和转向等动作。
同时，底盘上还需配备一些传感器，如磁力传感器、红外线传感器等，以帮助机器人确定自身的位置和采摘的水果蔬菜的位置和类型。
2.机械臂：机械臂是机器人最重要的部分之一，同时也是实现果蔬采摘的基础。
机械臂需要能够伸长、收缩、旋转，以便机器人能够轻松地抓取、切割或摘取水果蔬菜。
此外，机械臂上也需要安装视觉传感器，以便机器人能够准确地定位、识别和选择要采摘的水果蔬菜。
3.控制系统：机器人的控制系统需要具备多项功能：能够实时接收传感器信息、识别对象、计算运动路径和对机器人进行控制等。
4.电源：机器人的电源需要具备稳定、可靠的性能，以保证机器人能够持续工作。
二、设备的工作流程机器人的工作流程通常包括以下几个步骤：1.定位：通过传感器，机器人可以定位自身的位置以及需要采摘的水果蔬菜的位置。
2.识别：通过视觉传感器，机器人可以识别不同类型的水果蔬菜，以便在采摘时进行正确的操作。
3.选择：根据各种因素，如熟悉程度、健康程度、大小和质量等，机器人可以选择要采摘的水果蔬菜。
4.采摘：根据选择的水果蔬菜，机器人可以通过机械臂进行相应的操作，如剪枝、夹住、抓取等。
5.储存：机器人将采摘下来的水果蔬菜存放在专门的容器中，以便日后加工或销售。
三、机器人的设计特点1.精度高：机器人能够通过不同的传感器和视觉传感器确定水果蔬菜的位置、形状和大小，从而使机械臂的操作准确无误。
2.效率高：机器人能够在短时间内采摘大量的水果蔬菜，并且操作速度快，不需要休息，可以一直工作。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人一、引言随着农业生产的发展和人工劳动力的不足，农业自动化技术的应用变得越来越重要。
本文将介绍一种基于自动化的苹果采摘机器人，该机器人能够高效、精准地采摘苹果，提高农业生产效率，减轻人工劳动压力。
二、背景苹果是世界上最重要的水果之一，种植面积广泛，但采摘过程需要大量的人工劳动力。
传统的苹果采摘方式效率低下，劳动强度大，且容易造成苹果损坏。
因此，开发一种基于自动化的苹果采摘机器人具有重要意义。
三、机器人设计与功能1. 机器人外观设计本机器人采用轮式底盘设计，具有稳定性和灵活性，机器人上部分配有采摘装置和图像识别系统。
2. 采摘装置采摘装置由多个机械手臂组成，每个机械手臂配有夹持器，能够准确地抓取苹果，并将其放入容器中。
机械手臂的夹持力可根据苹果的成熟度进行调节，以避免损坏果实。
3. 图像识别系统图像识别系统利用高分辨率摄像头和图像处理算法，能够准确地识别苹果的位置和成熟度。
通过图像识别系统，机器人能够自动定位并选择最佳的采摘路径，提高采摘效率。
4. 自动化控制系统机器人配备了先进的自动化控制系统，能够根据预设的采摘策略和环境条件，自主完成采摘任务。
控制系统具有路径规划、动作控制、传感器数据处理等功能，保证机器人的稳定性和安全性。
四、工作流程1. 环境检测机器人通过激光雷达和红外传感器等装置，对周围环境进行检测，确保采摘过程中不会碰撞到障碍物或其他物体。
2. 图像识别与定位机器人利用图像识别系统对苹果进行识别和定位，确定采摘的目标位置。
3. 采摘动作机器人根据图像识别结果，控制机械手臂进行采摘动作，准确地抓取苹果，并将其放入容器中。
4. 容器管理机器人采用容器管理系统，能够自动更换容器，确保采摘过程中不会造成苹果的挤压和损坏。
5. 数据记录与分析机器人将采摘过程中的数据进行记录和分析，包括采摘数量、成熟度分布等，为农业生产提供数据支持。
五、优势与应用前景1. 提高采摘效率机器人采用自动化技术，能够快速、精准地完成采摘任务，大大提高了采摘效率，节约了人力成本。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人一、引言随着农业科技的不断发展，农业机械化已经成为现代农业的重要组成部份。
在果园中，苹果采摘向来是一项费时费力的工作。
为了提高采摘效率和减轻人工劳动强度，基于自动化的苹果采摘机器人应运而生。
本文将详细介绍基于自动化的苹果采摘机器人的设计和功能。
二、设计原理1. 机器人结构设计基于自动化的苹果采摘机器人采用轮式挪移机器人的设计，主要由底盘、机械臂和采摘器构成。
底盘具有良好的机动性，能够在果园中自由挪移。
机械臂具备多自由度，能够准确抓取苹果。
采摘器采用先进的传感技术，能够检测苹果的成熟度和位置。
2. 机器人感知与定位系统基于自动化的苹果采摘机器人配备了先进的感知与定位系统。
通过激光雷达、摄像头和红外传感器等设备，机器人能够实时感知周围环境和苹果的位置。
利用SLAM算法，机器人能够实现自主定位和导航，确保准确到达目标位置。
3. 机器人控制系统基于自动化的苹果采摘机器人采用分层控制结构，包括高层决策控制、中层路径规划和低层运动控制。
高层决策控制负责制定采摘策略和任务分配，中层路径规划负责规划机器人的运动路径，低层运动控制负责控制机器人的底盘和机械臂的运动。
三、功能特点1. 自主导航与定位基于自动化的苹果采摘机器人能够通过感知与定位系统实现自主导航和定位，能够在果园中准确到达目标位置。
机器人能够避开障碍物，并能够通过路径规划选择最优的行进路径。
2. 苹果成熟度检测机器人配备了先进的传感技术，能够实时检测苹果的成熟度。
通过对苹果表面颜色、硬度和糖度等指标的检测，机器人能够判断苹果是否成熟，并选择最佳的采摘时机。
3. 准确采摘技术基于自动化的苹果采摘机器人具备准确的采摘技术。
机械臂具备多自由度，能够根据苹果位置和成熟度进行精确抓取。
采摘器配备了先进的夹持装置，能够稳定地夹持苹果，并避免对果实造成损伤。
4. 数据记录与管理机器人具备数据记录与管理功能。
机器人能够记录每颗苹果的采摘时间、成熟度和分量等信息，并将数据上传至云端进行分析和管理。
智能移动水果采摘机器人的设计
图 ６
如图 ６所示， ＸＹ Ｚ为机械臂 的基坐标系， Ｏ为坐标 原点， Ｆ为果实 中心 ， Ｆ ？为果实 中心在 ＸＯ Ｙ面 内的投影 。Ａ、 Ｂ、 Ｃ、 Ｄ分别为采摘机械 臂处 于不 同位姿时其末端执行器的对称中 心点。因为图像采 集位姿在采摘之前就 已经给定 了，所 以 Ｂ
点的坐标是 已知的， Ｄ点的坐标可 由双 目视觉 系统求得 ， 故要 完成整个路径规划， 必须求 出 Ｃ点的坐标 ， 设 Ｃ点与 Ｄ点之 间的距离为 Ｌ ， 试验中确定 Ｌ的长度为 ０ ． ５ ｍ， 由以上 已知条件 可求得 Ｃ点的坐标 。
图５
２ ｏ ｏ ８ ．
［ ６ 】 李建平。 林妙玲． 自动导航技术在农业工程中的应用研究进展［ Ｊ ］ ． 农机工程 学报， ２ ０ ０ ６ ， ２ ２ （ ９ ） ： ２ ３ ２ － ２ ３ ６ ． 【 ７ 】 王友权． 自主导航的农用移动平台的设计与路径跟踪设计【 Ｄ 】 ． 南京农业大 学， ２ ０ ０ ８ ． 【 ８ 】 张智刚． 插秧机 的 Ｏ Ｐ Ｓ自动导航控制 系统研究【 Ｄ 】 ． 华南农业大学， ２ ０ ０ ８ ．
双 目摄像机完成图像采集后 ，机械臂腰关节旋转至与 Ｙ
轴夹角０处 。 。 水果采摘 时， 机械 臂在 由点 Ｆ ＯＦ ？ 构成的平面 内
运动， 考虑到机械运动的平顺性， Ａ 到 Ｂ及 Ｂ到 ｃ之间路径 采用的是 Ｐ Ｔ Ｐ圆弧插 补方式 的运动 。 Ｃ到 Ｄ之间轨迹采用的 是Ｐ Ｔ Ｐ直线插补方 式的运动 ， 末端执行器只在 Ｆ ＯＦ ？ 平面上作
了水果采摘的无人化与智能化 。 参考 文献
【 １ 】 刘长林， 张铁 中， 杨丽 ． 果蔬 采摘机器人研 究进展［ Ｊ 】 ． 安徽农业科学， ２ ０ ０ ８ ， ３ ６
采摘机器人结构设计
设计采摘机器人的结构需要考虑到机器人的移动性、采摘效率、操作稳定性等因素。
以下是一个基本的采摘机器人结构设计思路：1. 底盘结构-移动部件：底盘应设计成具有足够的稳定性和灵活性的结构，通常采用轮式或履带式底盘，以便机器人在不同地形下自由移动。
-驱动系统：配备驱动电机和转向装置，实现机器人的前进、后退、转向等动作。
2. 机械臂结构-多关节机械臂：设计具有多个关节的机械臂，以实现多维度的运动和灵活的采摘动作。
-末端执行器：在机械臂末端安装采摘器具，如夹爪、剪刀等，用于采摘水果或蔬菜。
3. 视觉系统-摄像头：配备视觉传感器，如摄像头、激光雷达等，用于实时监测和定位作物的位置和成熟度。
-图像处理：利用图像处理算法，识别目标作物，并确定最佳采摘路径和动作。
4. 控制系统-定位系统：集成全球定位系统（GPS）或其他定位技术，确保机器人准确导航至目标采摘区域。
-运动控制：设计运动控制算法，实现机器人的精准移动和操作。
-用户界面：配备人机交互界面，方便操作员监控和调整机器人的工作状态。
5. 能源系统-电源供应：配备电池组供电，确保机器人长时间工作。
-充电系统：设计便捷的充电装置，使机器人能够自主返回充电桩进行充电。
6. 安全系统-碰撞检测：配备碰撞传感器，避免机器人与障碍物碰撞。
-紧急停止：设计紧急停止按钮或传感器，确保在危险情况下及时停止机器人的运动。
7. 数据处理与通信-数据处理：配备数据处理单元，处理传感器数据和控制指令。
-通信模块：集成无线通信模块，与远程控制中心或其他设备进行数据传输和通信。
在设计采摘机器人的结构时，需要综合考虑上述各方面因素，确保机器人能够高效、稳定地完成采摘任务，并提升农业生产效率。
同时，不同类型的作物和采摘场景可能需要针对性的定制化设计，以满足特定的需求和要求。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人一、引言随着农业科技的不断发展，自动化农业机器人在农业生产中扮演着越来越重要的角色。
本文将介绍一种基于自动化的苹果采摘机器人，该机器人能够实现高效、准确地采摘苹果，提高农业生产效率，减轻人工劳动强度。
二、机器人设计与结构1. 机器人设计理念本机器人的设计理念是模拟人工采摘的动作和手势，通过机械臂和传感器的组合，实现自动采摘苹果的功能。
2. 机器人结构该机器人主要由以下部分组成：- 机械臂：用于模拟人的手臂动作，具有灵活的关节和夹持装置，能够准确抓取苹果。
- 视觉系统：通过摄像头和图像处理算法，实时识别苹果的位置和成熟度。
- 定位系统：利用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS），确定机器人的位置和移动方向。
- 控制系统：采用微处理器和控制算法，实现机器人的自主导航和操作。
三、工作原理与流程1. 工作原理该机器人的工作原理是通过视觉系统识别苹果的位置和成熟度，然后利用机械臂进行准确抓取。
机器人通过定位系统确定自身位置，根据预设的采摘路径，自主导航至目标苹果树。
2. 工作流程- 步骤1：机器人启动并进入工作状态。
- 步骤2：视觉系统扫描周围环境，识别苹果树的位置和成熟度。
- 步骤3：定位系统确定机器人当前位置。
- 步骤4：机器人根据预设的采摘路径，自主导航至目标苹果树。
- 步骤5：机械臂定位并抓取成熟的苹果。
- 步骤6：机器人将采摘的苹果放入容器中。
- 步骤7：重复步骤4至步骤6，直到采摘任务完成。
- 步骤8：机器人返回起始位置，完成采摘任务。
四、关键技术与创新点1. 视觉识别技术通过摄像头和图像处理算法，实现对苹果位置和成熟度的准确识别。
该技术能够提高机器人的采摘效率和准确性。
2. 自主导航技术利用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS），实现机器人的自主导航和路径规划。
该技术能够提高机器人的定位精度和导航效率。
3. 机械臂控制技术设计灵活的机械臂和夹持装置，通过控制算法实现对苹果的准确抓取。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人标题：基于自动化的苹果采摘机器人引言概述：近年来，随着农业科技的不断发展，基于自动化的农业机器人成为农业生产的新趋势。
苹果采摘作为一项繁琐而重复的工作，传统的人工采摘方式已经无法满足农民的需求。
因此，基于自动化的苹果采摘机器人应运而生。
本文将从机器人的设计原理、功能特点、采摘效率、环境适应性和未来发展等五个方面详细阐述基于自动化的苹果采摘机器人。
一、机器人的设计原理1.1 传感器技术：采用先进的传感器技术，如视觉传感器、力传感器和距离传感器，实现对苹果的定位和识别，以及对采摘过程中的力度和距离的控制。
1.2 机械结构设计：采用轻巧而灵活的机械结构，能够适应不同形状和大小的苹果树，同时具备良好的抓握能力和稳定性。
1.3 控制系统：采用先进的控制系统，如机器视觉和人工智能技术，能够实时监测和调整机器人的动作，确保采摘的准确性和效率。
二、功能特点2.1 自动化采摘：机器人能够自动识别和采摘成熟的苹果，无需人工干预，大大提高了采摘的效率和准确性。
2.2 数据记录和分析：机器人能够记录每棵苹果树的采摘数据，并进行数据分析，为农民提供决策依据，如施肥和灌溉的优化。
2.3 人机协作：机器人与人工采摘人员可以实现协作作业，机器人负责高空和高难度的采摘任务，人工采摘人员负责其他工作，提高整体采摘效率。
三、采摘效率3.1 提高生产效率：机器人能够实现24小时连续作业，不受天候和环境的限制，大大提高了苹果采摘的效率和产量。
3.2 减少人力成本：机器人的使用能够减少人工采摘的需求，降低了农民的人力成本，提高了农业生产的经济效益。
3.3 减少人为错误：机器人采摘过程中准确性高，不会因为疲劳或人为错误而导致苹果的损坏，提高了果实的品质和市场竞争力。
四、环境适应性4.1 多种果树适应性：机器人的设计可以适应多种果树的采摘，如苹果、梨和桃等，提高了机器人的适用范围和灵活性。
4.2 复杂环境适应性：机器人的传感器技术和控制系统能够适应复杂的果园环境，如不同的光照条件和地形变化，确保机器人的正常运行和采摘效果。
果园采摘机器人课程设计
果园采摘机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解果园采摘机器人基本的结构和工作原理；2. 学生能够掌握机器人编程中的基础命令和操作流程；3. 学生能够描述果园采摘机器人在现代农业中的应用及其优势。
技能目标：1. 学生能够通过小组合作，设计并实施一个简单的采摘机器人程序；2. 学生能够运用所学的编程知识对采摘机器人进行基本的控制；3. 学生能够通过实际操作，分析并解决采摘过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对现代农业科技的兴趣，激发他们学习科学技术的热情；2. 培养学生团队协作精神，增强沟通与表达能力；3. 培养学生关注农业发展，认识到科技对提高农业生产力的作用，增强社会责任感。
本课程针对学生年级特点，结合课本内容，注重实践操作和团队合作，旨在提高学生对现代农业科技的认识，培养创新意识和实际操作能力。
通过具体的学习成果分解，使学生能够在实践中掌握知识，提高技能，培养正确的情感态度价值观。
二、教学内容本章节教学内容主要包括果园采摘机器人的基础知识、编程操作以及实际应用。
1. 基础知识：- 机器人的定义、分类及其在农业领域的应用；- 果园采摘机器人的结构组成、工作原理；- 机器人传感器及其作用。
2. 编程操作：- 编程软件的安装与使用；- 基础编程命令和语法；- 机器人控制程序的设计与调试。
3. 实际应用：- 果园采摘机器人的操作方法；- 采摘过程中的问题分析与解决；- 机器人采摘与人工采摘的对比分析。
教学内容依据课本章节进行安排，结合课程目标，确保教学内容科学性和系统性。
在教学过程中，教师将引导学生学习基础知识，通过实例分析掌握编程操作，并在实践中体验果园采摘机器人的实际应用。
教学内容将分阶段进行，逐步提高学生理解和运用知识的能力。
三、教学方法本章节将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果：1. 讲授法：- 教师通过生动的语言和形象的表达，讲解果园采摘机器人的基础知识，使学生系统了解课程内容；- 结合课本内容，通过多媒体课件展示果园采摘机器人的结构、原理和应用，增强学生的直观感受。
智能柚子采摘机器人设计
第５２卷㊀第４期２０２４年４月㊀㊀林业机械与木工设备ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶｏｌ５２Ｎｏ.４Ａｐｒ.２０２４研究与设计智能柚子采摘机器人设计丘文佳ꎬ㊀王路平ꎬ㊀李㊀滨(东北林业大学机电工程学院ꎬ黑龙江哈尔滨１５００４０)摘㊀要:智能柚子采摘机器人设计是在其他相关果蔬采摘机器人的基础上进行的迁移㊁类比和改进ꎮ按照智能柚子采摘机器人的功能需求ꎬ选择钣金件来做机械手臂部分ꎬ３Ｄ打印的软质光敏树脂做柔性手指ꎬ并选择适宜行走在山丘地带的履带机构以及单片机ＳＴＣ系列控制履带行走和手抓采摘动作ꎮ结合ＯｐｅｎＭＶ以及摄像头等外部设备与避障传感器ꎬ达到对柚子的识别㊁采摘和避障行走ꎮ智能柚子采摘机器大大降低了采摘成本ꎬ间接提高了运输效率ꎬ将更多新鲜柚子及时运送到市场ꎬ同时也将人从采摘柚子这种单一枯燥的劳动中解放出来ꎮ关键词:采摘机器人ꎻ智能化ꎻ图像识别中图分类号:Ｓ７７６㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:２０９５－２９５３(２０２４)０４－００４５－０５ＤｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｒａｐｅｆｒｕｉｔｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔＱＩＵＷｅｎ￣ｊｉａꎬＷＡＮＧＬｕ￣ｐｉｎｇꎬＬＩＢｉｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００４０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｉｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｒａｐｅｆｒｕｉｔｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｇｒａｔｉｏｎꎬａｎａｌｏｇｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｔｈｅｒｒｅｌａｔｅｄｆｒｕｉｔａｎｄｖｅｇｅｔａｂｌｅｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔｓ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｒａｐｅ￣ｆｒｕｉｔｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔꎬｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｐａｒｔｓａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｐａｒｔꎬａｎｄｓｏｆｔ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒｅｓｉｎｉｓｕｓｅｄａｓａｆｌｅｘｉｂｌｅｆｉｎｇｅｒ.ＴｈｅｔｒａｃｋｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｗａｌｋｉｎｇｉｎｔｈｅｈｉｌｌｙａｒｅａａｎｄｔｈｅＳＴＣｓｅｒｉｅｓｏｆｍｉ￣ｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｔｒａｃｋｗａｌｋｉｎｇａｎｄｈａｎｄｐｉｃｋｉｎｇａｃｔｉｏｎｓ.ＢｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇＯｐｅｎＭＶꎬｃａｍｅｒａａｎｄｏｔｈｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｄｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｓꎬｇｒａｐｅｆｒｕｉｔｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎬｐｉｃｋｉｎｇａｎｄｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅｗａｌｋｉｎｇｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ.Ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｇｒａｐｅｆｒｕｉｔｐｉｃｋｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｐｉｃｋｉｎｇｃｏｓｔꎬｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｉｍ￣ｐｒｏｖｅｓｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｄｅｌｉｖｅｒｓｍｏｒｅｆｒｅｓｈｇｒａｐｅｆｒｕｉｔｔｏｔｈｅｍａｒｋｅｔｉｎｔｉｍｅꎬａｎｄａｌｓｏｌｉｂｅｒａｔｅｓｐｅｏｐｌｅｆｒｏｍｔｈｅｓｉｎｇｌｅｂｏｒｉｎｇｌａｂｏｒｏｆｐｉｃｋｉｎｇｇｒａｐｅｆｒｕｉｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｍａｇｅꎻｒｅｃｏｇｎｉｔｏｎ㊀㊀收稿日期:２０２３－１２－１１基金项目:哈尔滨市科技局创新人才基金项目 无人机遥感技术在森林生物量估测中的应用研究 (２０１７ＲＡＬＸＪ０１１)第一作者简介:丘文佳ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为机械电子工程ꎬＥ－ｍａｉｌ:２８１５５２５６８＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ目前国内柚子采摘主要由人工完成ꎬ柚子树一般高达５~６ｍ左右ꎬ一个柚子的重量大约在０.５~２ｋｇ左右ꎬ体积大约是３ｄｍ３[１]ꎬ这导致传统的人工采摘柚子的劳动量大ꎬ并且每小时采摘柚子的数量少[２]ꎬ同时伴随着农村人口向城市各行各业的转移ꎬ农村劳动力严重流失ꎬ人口的老龄化问题的也日渐加剧ꎬ使得人力短缺ꎬ进而导致成本逐渐上升ꎬ生产总费用超过一半都被用于采摘方面[３]ꎮ随着机器人技术的快速发展ꎬ提高人类的劳动效率ꎬ减少人类劳动量成为当今备受关注问题ꎬ尤其林业机械与木工设备第５２卷是将单调重复的工作用机器来代替是个不可逆转的趋势[４－６]ꎮ采摘水果蔬菜等便是由一系列单调重复的动作组成ꎬ现今世界上果蔬采收领域的技术研究的热点和主要发展方向之一就是采摘机器人[７－８]ꎮ目前ꎬ世界各国科研人员已经探索出用成熟的果蔬与枝干叶子在光学及色彩学参数上不同的这一大区别来将自然种植环境下(包括大棚种植)熟了的果蔬与其他物体相区别开来ꎮ实践中采用这一理论ꎬ发明了苹果采摘机器人㊁草莓采摘机器人等一系列的自动识别采摘的农业机器人[９]ꎮ为了降低柚子采摘成本ꎬ提高柚子运输效率ꎬ将更多新鲜的柚子及时运送到市场ꎬ同时也将人从采摘柚子这种单一枯燥的劳动中解放出来ꎬ本文设计使用智能柚子采摘机器人来取代传统的人工采摘柚子ꎮ１㊀执行环节的选择与设计１.１㊀采摘部分主要参数确定通过查阅资料ꎬ可知道柚子树在修剪时要去除顶端优势ꎬ以便提高产量ꎬ是以修剪柚子树常控制在３ｍ以内ꎬ而一个柚子的质量约在０.５~２ｋｇꎬ所以设计智能柚子采摘机器人的机械手部分末端负载为３ｋｇ左右[１０]ꎬ果实中等大小ꎬ类似梨型呈扁圆形ꎬ纵径５~１３.５ｃｍꎬ横径４.３~１６ｃｍꎬ一个柚子体积大约在３ｄｍ３ꎬ据此本智能柚子采摘机器人的采摘部分机械手(用不锈钢钣金作为材料)的靠近腰部臂和靠近手部臂的重量和尺寸设计如下:靠近腰部臂的第一和第二关节轴之间的距离为５２６ｍｍꎻ靠近腰部臂的质量为Ｍ１(大约６ｋｇ左右)ꎻ靠近腰部臂的重心在距离第一关节轴２９１ｍｍ处ꎬＬ１＝２９１ｍｍꎻ靠近手部臂的从第二个关节轴到手抓旋转部的距离是６００ｍｍꎻ靠近手部臂的质量为Ｍ２(大约６.５ｋｇ左右)ꎻ靠近手部臂的重心在距第二个关节轴３８６ｍｍ处ꎬＬ２＝５２６＋３８６＝９１２ｍｍꎮ本智能柚子采摘机器人的采摘部分的腰部的质量和尺寸设计如下:旋转轴(舵盘中心)与舵机中心距离为２５ｍｍꎻ腰部的质量为２３ｋｇꎮ本智能柚子采摘机器人的采摘部分机械手的基本设计参数如下:负载为３ｋｇꎻ靠近腰部臂回转:０~９０ʎꎬ６０ʎ/ｓꎻ靠近手部臂回转:０~１３５ʎꎬ６０ʎ/ｓꎻ腰部旋转:０~３６０ʎꎬ６０ʎ/ｓꎻ手抓夹持半径:１４３~１６０ｍｍꎮ１.１.１㊀靠近腰部臂的舵机的选择当智能柚子采摘机器人的机械手的手臂旋转到腰部ꎬ靠近腰部臂和靠近手部臂以一条直线形式展开时ꎬ转动惯量此时达到它可以达到的最大值ꎬ以此推断舵机在旋转开始时可以产生的转矩会有所不足ꎮ根据平行轴定理我们知道绕靠近腰部臂轴的转动惯量如下:Ｊ１＝ＪＧ１＋Ｍ１Ｌ１２＋ＪＧ２＋Ｍ２Ｌ２２(１)已知:Ｍ１＝６ｋｇꎬＭ２＝６.５ｋｇꎬ且Ｌ１＝２９１ｍｍꎬＬ２＝９１２ｍｍꎮＪＧ１≪Ｍ１Ｌ１２ꎬＪＧ２≪Ｍ２Ｌ２２ꎬ故ＪＧ１㊁ＪＧ２可忽略不计ꎬ所以绕大臂轴的转动惯量为:Ｊ１＝Ｍ１Ｌ１２＋Ｍ２Ｌ２２＝５.１９ｋｇ ｍ２已知:Ｍ２＝６.５ｋｇꎬＬ４＝３８６ｍｍꎬ同理可得ꎬ小臂绕小臂的关节轴ꎬ其转动惯量为:Ｊ２＝Ｍ２Ｌ４２＝０.９７ｋｇ ｍ２本智能柚子采摘机器人的腰部旋转轴的转动惯量为ꎬ腰部的舵机中心被舵盘盘桓的转动惯量ꎬ与靠近腰部臂㊁靠近手部臂绕其腰部关节的旋转轴的转动惯量相加的和ꎮ已知Ｍ３＝２３ｋｇꎬＬ５＝２４.８ｍｍꎬ所以按照以上的分析步骤ꎬ最终知道腰部的转动惯量:Ｊ０＝Ｊ１＋Ｊ３＝Ｊ１＋Ｍ３Ｌ５２＝５.９２ｋｇ ｍ２(２)其中为Ｊ３舵盘绕腰部的舵机中心的转动惯量ꎮ设靠近腰部臂的速度ꎬω１＝６０ʎ/ｓꎬ则旋转开始时ꎬ转矩表示如下:Ｔ＝Ｊα(３)其中Ｔ为旋转开始时转矩ꎻＪ为转动惯量ꎬｋｇ ｍ２ꎻα为角加速度ꎬｒａｄ/ｓ２ꎻ设定本智能柚子采摘机器人的机械手的靠近腰部臂ꎬ从ω０＝０启动到ω１＝６０ʎ/ｓꎬ预计可能需要的时间是Δｔ＝０.２ｓꎬ取安全系数为２ꎬ由式(３)得:ＴＯＵＴ１＝２Ｔ１＝２ˑＪ１ˑα１＝２ˑＪ１ˑω１－ω０Δｔ＝６１.８Ｎ ｍ(４)综上ꎬ选择舵机型号ＲＤＳ３２１８ꎮ１.１.２㊀靠近手臂旋转舵机的选择设腰部的速度ω３＝６０ʎ/ｓꎬ原理和上述靠近腰部臂一样ꎮ设定本智能柚子采摘机器人的机械手的腰部ꎬ从启动ω０＝０到ω３＝６０ʎ/ｓꎬ预计可能需要的时间是Δｔ＝０.２ｓꎬ取安全系数为２ꎬ由式(３)得:ＴＯＵＴ２＝２Ｔ２＝２ˑＪ２ˑα２＝２ˑＪ２ˑω２－ω０Δｔ＝２０.３Ｎ ｍ(５)综上ꎬ选择舵机型号ＲＤＳ３２１８ꎮ６４第４期丘文佳ꎬ等:智能柚子采摘机器人设计１.１.３㊀腰部旋转舵机的选择设腰部的速度ω３＝６０ʎ/ｓꎬ原理和上述靠近腰部臂一样ꎮ设定本智能柚子采摘机器人的机械手的腰部ꎬ从启动ω０＝０到ω３＝６０ʎ/ｓꎬ预计可能需要的时间是Δｔ＝０.２ｓꎬ取安全系数为２ꎬ由式(３)得:ＴＯＵＴ０＝２Ｔ０＝２ˑＪ０ˑα０＝２ˑＪ０ˑω３－ω０Δｔ＝６２.０Ｎ ｍ(６)综上ꎬ选择舵机型号ＤＤＴＳ３８０ꎮ１.２㊀夹持部分的设计手抓设计如图１所示ꎮ图１㊀手抓设计１.腕部旋转舵机ꎻ２.手抓坐ꎻ３.手指连接件ꎻ４.曲柄移动机构ꎻ５.手指坐ꎻ６.螺栓等标准件ꎻ７.柔性手指１.３㊀履带机构的设计通过查阅资料可知ꎬ倒梯形的行走机构具有最高的越障宽度和越障高度ꎬ故履带底盘试验平台的行走机构选择倒梯形机构ꎮ履带式行驶装置的组成包括履带㊁张紧轮㊁张紧缓冲装置㊁支重轮㊁托带轮驱动轮５个部分ꎬ其作用是支撑整机的重量ꎬ并通过履带将驱动轮的旋转运动转变为底盘在地面上的行驶运动[５]ꎮ１.４㊀执行机构整体设计执行机构整体设计如图２所示ꎮ图２㊀执行机构整体１.装载箱ꎻ２.行走履带机构ꎻ３.车架ꎻ４.采摘机械臂ꎻ５.采摘机械手抓２㊀控制与识别２.１㊀主程序说明在一开始设定计时/计数器 ０ (也就是 十六进制 计数器)工作于计时模式１(ＴＭＯＤ)ꎬ初始值为ＦＦ６４Ｈꎬ详细来说就是设定ＴＨ０＝ＦＦＨꎬＴＬ０＝ＣＤＨꎬ当ＣＤＨ换算成十进制等于６５２７６ꎬ而整个 十六进制 计数器要数到溢出就必须数到ＦＦＦＦＨꎬ换算成十进制等于６５５３６ꎬ因此本设计的单片机设定的初始值要数到满出来必须经过６５５３６~６５２７６次ꎬ每５０次中断一次ꎬ每次中断就执行ꎬ直到Ｒ１为０ꎬ然后将其返回２００ꎬ直到Ｒ４ꎬ一共８００次ꎬ我们使用的是２４ＭＨｚ的晶体振荡器ꎬ已知定时器的计时频率是外部晶体振荡器ː１２ꎬ计时的频率为２４ＭＨｚː１２＝２ＭＨｚꎬ把计时频率换算成时间ꎬ也就是说每２μｓ计时一次ꎬ且每２μｓ将ＴＬ０加１ꎬ即５０次花费１００μｓ中断一次ꎬ所以加１计数器溢出位了之后ꎬ得到ＴＦ０＝１ꎬ在ＴＬ０加５０次后ꎬ发出中断请求ꎮ接着设定中断使能ꎬ然后设定计时/计数器的中断使能ꎬ将计时/计数器启动ꎬ设计出各舵机的动作角度和速度ꎬ通过改变延时子程序的长短来控制舵机的速度ꎮ定义Ｓ１㊁Ｓ２㊁Ｓ３㊁Ｓ４㊁Ｓ５寄存器ꎬ每个分别改变Ｓ１㊁Ｓ２㊁Ｓ３㊁Ｓ４㊁Ｓ５的值ꎬ使中断子程序随着主程序变动ꎬ产生不同的ＰＷＭ波ꎬ并且在数值前加 ＃ ꎬ使不同关节在不同定位ꎬ也就是运用ＰＷＭ波来控制舵机ꎬ从而使舵机旋转不同的角度与速度ꎬＰＷＭ波如图３所示ꎮ７４林业机械与木工设备第５２卷图３㊀ＰＷＭ波２.２㊀中断子程序说明主程序设定好所有的中断值的情况下ꎬ当程序相隔０.１ｍｓ执行计时/计数中断子程序一次ꎬ然后利用ＰＵＳＨ指令把子程序会用到的寄存器中的数据放到堆栈区去ꎬ当要返回主程序时ꎬ再利用ＰＯＰ指令取回来ꎮ以此防止在中断子程序中执行时ꎬ破坏主程序会用到的寄存器内的值ꎮ然后手动将中断请求ＴＦ０清０ꎬ再重新给一次ＴＨ０和ＴＬ０初始值ꎬ在下次中断产生时ꎬ防止当加１计数器满了之后ꎬ从００００Ｈ开始再加１计数ꎮ子程序中ꎬ一个周期是８００次ˑ３０μｓ＝２４ｍｓꎬ将ＰＷＭ波设为高电平ꎬ然后利用Ｒ１来存放想要产生的脉冲宽度的值ꎬ将ＰＷＭ波设为低电平在经过ｎ次ˑ０.１ｍｓ后ꎬ使单片机从引脚Ｐ６.０依次输出２４ｍｓ一个周期的ＰＷＭ波ꎬ在主程序中任意改变Ｒ１的值ꎬ使ｎ相应变化ꎬ产生对应的ＰＷＭ波脉冲宽度ꎮ单片机从Ｐ６.０到Ｐ６.４输出ＰＷＭ波ꎬ而程序中的ＬＯＯＰ段控制机械手臂的每１个动作ꎬ在舵机的调整下ꎬ给寄存器的值为１５时ꎬ舵机在中立位置ꎬ２２是逆时针到底ꎬ８是顺时针到底ꎬ数值越大ꎬＰＷＭ波的脉冲宽度越大ꎬ舵机逆时针转动ꎬ反之结果相反ꎮ运用中断子程序的ＣＹＣＬＥ段计算出一个２４ｍｓ的周期ꎬ并且这个周期开始时Ｐ２.０输出为高电平ꎬ将其的脉冲数值存在３０Ｈ中ꎬ一旦进入中断子程序就使Ｒ２加１ꎬ当Ｒ２于３０Ｈ中的数据ꎬ就将Ｐ６.０输出低电平ꎬＰ６.１输出高电平ꎬ以此类推ꎬ当达到２４ｓ时ꎬ程序重新执行ꎬ其中Ｒ３输出５组信号ꎮ运用中断子程序的ＣＹＣＬＥ段计算出一个２４ｍｓ周期ꎬ并且这个周期开始时Ｐ２.０输出为高电平ꎬ将其的脉冲数值存在３０Ｈ中ꎬ一旦进入中断子程序就使Ｒ２加１ꎬ当Ｒ２于３０Ｈ的数据ꎬ就将Ｐ６.０输出低电平ꎬＰ６.１输出高电平ꎬ以此类推ꎬ当达到２４ｓ时ꎬ程序重新执行ꎬ其中Ｒ３输出５组信号ꎮ２.３㊀图像识别与追踪利用ＯｐｅｎＭＶꎬ使用外部硬件设备单目摄像机拍摄图片ꎬ然后根据霍夫变换等一系列处理ꎬ并且结合红外避障传感器实现柚子的具体识别与追踪ꎮ２.３.１㊀识别部分因为柚子的形状和颜色与周围的柚子树树叶与枝干等截然不同ꎬ且柚子的形状为近似圆形(在拍摄得到的二维图片中)ꎬ熟果是黄色ꎬ所以可以利用这两个特点来与周围环境进行区别ꎮ使用霍夫变换在图像中查找圆ꎬ大致流程是首先我们进行圆形识别ꎬ然后在识别到的圆形区域内进行颜色统计ꎬ用Ｌａｂ模式判断区域内最多的颜色是否是黄色ꎮ先导入一张柚子的图片(柚子本身的果实占据图片大部分区域)ꎬ然后在ｆａｒｍｅｂｕｆｆｅｒ中的目标颜色上圈出一个矩形ꎬ然后便可在ＬａｂＣｏｌｏｒＳｐａｃｅ得出三组最大最小数据ꎬ也就是黄色的阈值ꎬ然后引入感光模块来设置摄像头为彩色ꎬ大小设置为ＶＧＡꎬ也就是６４０ˑ４８０的大小ꎬ然后跳过２０００张图片以便在更改设置后感光元件变稳定ꎬ因为默认设置自动白平衡和自动增益是开启的ꎬ所以需要关闭自动白平衡和自动增益来为颜色追踪创造条件(也基于此ꎬ摄像头边上需配备一个夜晚使用的光源ꎬ防止光线对颜色追踪的影响)ꎬ然后创造一个时钟对象来跟踪ＦＰＳꎬ也就是用ｃｌｏｃｋ来追踪帧率ꎬ接着进入循环更新ＦＰＳ时钟ꎬ拍摄图片ꎬ也就是从感光芯片(感光芯片是将光信息转化为数字电信号的利器)获得一张图像ꎬ然后返回图像ꎬ通过迭代识别到的圆的区域ꎬ然后画一个矩形标记出圆ꎬ然后进行像素颜色统计ꎬ一定要控制环境的光ꎬ保持光线是相对稳定的ꎬ设定黄色的阈值和Ｌａｂ的最大值和最小值ꎮ这里的函数会返回一个列表ꎬ如果找到了目标颜色ꎬ用圆形标记出目标颜色区域ꎬ在目标颜色区域的中心画十字形标记ꎬ发出信号到追踪部分ꎬ其中ＯｐｅｎＭＶ在断开电脑的情况下帧率可达到连到电脑情况后的两倍左右ꎬ综上所述当区域内的众数(也就是最多的颜色)ꎬ范围在这个阈值内ꎬ就说明是黄色的圆ꎮ确定Ｌ通道ꎬａ通道ꎬｂ通道的众数ꎮ识别到的黄色圆形用黄色的圆框出来ꎮ２.３.２㊀追踪部分ＯｐｅｎＭＶ采用的是单目摄像头(镜头配备有过滤红外光的滤片)ꎬ想要实现测距ꎬ就需要选参照物ꎬ利用参照物的大小比例来计算和柚子的距离ꎮ利用镜头焦距的原理ꎬ通过摄像头里柚子的大小ꎬ计算摄像头与柚子之间的距离ꎮ８４第４期丘文佳ꎬ等:智能柚子采摘机器人设计具体操作步骤ꎬ实际就是充分运用机器视觉函数ｉｍａｇｅ(包括运用ｉｍａｇｅ.ｌｅｎｓ＿ｃｏｒｒ这个函数来矫正镜头畸变)ꎬ就是先测出这个常数的值ꎬ也就是先让柚子和摄像头分离到两端ꎬ将这步操作得到打印出的摄像头里直径的像素值相乘ꎬ从而得到ｋ的具体数值ꎬ进入循环之后用ｉｍａｇｅ.ｆｉｎｄ＿ｂｌｏｂ函数追踪前面已经标记出的黄色圆形框ꎬ通过公式最后得到柚子距离摄像头(也就是智能柚子采摘机器人)距离的结果ꎬ输出距离ꎬ通过串口把距离传输到控制履带的电机的ｍｐｕ上ꎬ结合红外避障传感器来达到追踪的目的ꎮ３㊀结论(１)对智能柚子采摘机器人的机械结构进行总体方案设计ꎬ按照智能柚子采摘机器人的功能需求ꎬ对其进行结构分析ꎻ针对智能柚子采摘机器人的各个机械部分的各个功能进行多个可行性方案的比较与选择ꎬ选择出具有柔性手指的多手指的单自由度形式的手爪ꎬ其由３Ｄ打印的ＡＢＳ和软性光敏树脂构成ꎬ不锈钢钣金加工配合舵机做旋转关节的采摘机构ꎬ履带行走机构ꎬ内部嵌有缓冲材料聚苯乙烯泡沫板(ＥＰＳ)的装载机构ꎬ舵机ꎬ薄膜电阻式压力传感器ꎬＳＴＣ８Ａ８Ｋ６４Ｓ４ꎬＯｐｅｎＭＶ并详细介绍了其工作原理和优势ꎮ(２)针对最优方案ꎬ对智能柚子采摘机器人的关键部分进行设计与选型ꎮ首先ꎬ在知道采摘柚子的外部环境条件ꎬ以及柚子本身的参数等前提下ꎬ制定出５２６ｍｍ的大臂和６００ｍｍ的小臂ꎬ然后运用转动惯量等计算出所需扭矩ꎬ接着选择合适的舵机型号包括ＲＤＳ３２１８㊁ＤＤＴＳ３８０以及ＳＴＳ３０３２ꎮ然后ꎬ设计出适合智能柚子采摘机器人手抓部分的机构ꎬ并从自由度方面发现其可行ꎮ最后ꎬ查询资料ꎬ进行行走履带机构的选型ꎬ计算出行走履带机构各部分的参数ꎬ包括直径２４８ｍｍ的驱动轮ꎬ直径２２３ｍｍ的张紧轮ꎬ直径１５０ｍｍ的支重轮ꎬ直径１３０ｍｍ的拖带轮ꎮ(３)通过方案对比ꎬ本智能柚子采摘机器人采用单片机控制机械手臂与手抓部分ꎬ通过ＯｐｅｎＭＶ用摄像机拍摄处理图片ꎬ然后实现图像与形状识别ꎬ同时测距ꎬ通过串口通信将信号分别传到机械手部分ꎬ以及行走履带机构部分ꎬ用ＰＷＭ波控制关节处舵机的旋转角度和速度ꎬ机械手部分配合薄膜电阻式压力传感器ꎬ实现对柚子的无损摘取ꎬ行走机构配合红外避障传感器ꎬ实现路径规划ꎬ在摘取超过装载箱底的长条状薄膜电阻式传感器的限度时ꎬ智能柚子采摘机器人的机械手停止工作ꎬ回到初始位置ꎬ智能柚子采摘机器人回到卸载柚子的地点卸载ꎮ利用ＣＡＸＡ软件绘制装配图ꎬ部件图和零件图ꎮ利用Ｋｅｉｌ软件和ＯｐｅｎＭＶ软件做控制识别部分ꎮ(４)通过技术进行分析ꎬ比较智能柚子采摘机器人与传统人工采摘柚子这两种形势ꎬ得出结论ꎬ使用智能柚子采摘机器人降低了人工劳动强度ꎬ显著提高采摘柚子的效率ꎬ同时降低采摘柚子的成本ꎮ参考文献:[１]㊀王毅.柑橘采摘机器人咬合式末端执行器关键技术研究[Ｄ].重庆:重庆大学ꎬ２０２１.[２]㊀刘嘉超.基于信息融合的采摘机器人视觉识别与定位系统研究[Ｄ].广州:华南理工大学ꎬ２０２０.[３]㊀陈礼鹏ꎬ穆龙涛ꎬ刘浩洲ꎬ等.基于猕猴桃果萼图像的多目标果实识别方法[Ｊ].计算机工程与设计ꎬ２０１８ꎬ３９(６):１７３８－１７４４. [４]㊀陈礼鹏.基于机器视觉的簇生猕猴桃果实多目标识别方法研究[Ｄ].咸阳:西北农林科技大学ꎬ２０１８.[５]㊀王毅ꎬ付舜ꎬ张哲ꎬ等.柑橘采摘机器人末端执行器设计与试验[Ｊ].中国农业科技导报ꎬ２０１８ꎬ２０(１):６９－７７. [６]㊀付舜.柑橘采摘机器人末端执行器设计与研究[Ｄ].重庆:重庆理工大学ꎬ２０１８.[７]㊀王滨.猕猴桃采摘机器人目标果实空间坐标获取方法的研究[Ｄ].咸阳:西北农林科技大学ꎬ２０１６.[８]㊀ＳｈｉｇｅｈｉｋｏＨＡＹＡＳＨＩꎬＫａｔｓｕｎｏｂｕＧＡＮＮＯꎬＹｕｋｉｔｓｕｇｕＩＳＨＩＩꎬｅｔａｌ.ＲｏｂｏｔｉｃＨａｒｖｅｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥｇｇｐｌａｎｔｓ[Ｊ].ＪａｐａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅ￣ｓｅａｒｃｈＱｕａｒｔｅｒｌｙ:ＪＡＲＱꎬ２００２ꎬ３６(３):１６３－１６８. [９]㊀ＦｅｄｅｒｉｃｏＰａｌｌｏｔｔｉｎｏꎬＣｏｒｒａｄｏＣｏｓｔａꎬＰａｏｌｏＭｅｎｅｓａｔｔｉꎬｅｔａｌ.ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴａｒｏｃｃｏｏｒａｎｇｅｆｒｕｉｔｕｎｄｅｒｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.２０１０(３).[１０]㊀熊杰ꎬ兰智高ꎬ谢伟.基于Ｌａｂ特征模型的兵乓球追踪机器人的设计与实现[Ｊ].计算机测量与控制ꎬ２０１８ꎬ２６(１２):２３０－２３３＋２８２.９４。
基于自动化的苹果采摘机器人
基于自动化的苹果采摘机器人一、引言随着农业科技的发展和人工劳动力的不足，农业自动化成为了现代农业发展的趋势。
苹果产业作为全球重要的水果产业之一，苹果采摘向来是劳动密集型的工作。
为了解决劳动力短缺和提高采摘效率，本文提出了一种基于自动化的苹果采摘机器人。
二、设计原理1. 机器人结构设计基于自动化的苹果采摘机器人主要由机械臂、视觉系统、定位系统、采摘装置和控制系统等组成。
机械臂负责完成苹果的采摘动作，视觉系统用于识别苹果的位置和成熟度，定位系统用于定位机器人在果园中的位置，采摘装置用于将采摘的苹果采集起来，控制系统用于控制机器人的运动和采摘动作。
2. 机器人工作流程（1）机器人进入果园并定位：机器人通过定位系统确定自身在果园中的位置，并根据预设的路径规划进行挪移，以便找到需要采摘的苹果树。
（2）视觉系统识别苹果：机器人通过视觉系统对果树上的苹果进行图象识别和成熟度判断，确定需要采摘的苹果。
（3）机械臂采摘苹果：机器人的机械臂根据视觉系统的反馈信息，精确地抓取苹果，并将其放入采摘装置中。
（4）采摘装置采集苹果：采摘装置负责将采摘的苹果采集起来，并放入指定的容器中。
（5）机器人挪移到下一个位置：机器人完成一棵苹果树的采摘后，根据预设的路径规划，挪移到下一个需要采摘的苹果树位置。
（6）重复执行采摘动作：机器人根据预设的路径规划，在果园中不断挪移，并重复执行采摘动作，直至完成整个果园的采摘任务。
三、技术要点1. 视觉系统视觉系统是机器人实现自动化采摘的核心技术之一。
通过使用高分辨率的摄像头和图象处理算法，可以实现对苹果的准确识别和成熟度判断。
同时，可以通过图象处理算法对果树的生长情况进行监测和分析，以便更好地调整机器人的采摘策略。
2. 机械臂机械臂是机器人实现苹果采摘动作的关键部件。
通过使用多关节的机械臂和精确的运动控制算法，可以实现对苹果的准确抓取和放置。
同时，机械臂的设计需要考虑到对果树和苹果的轻触，以避免对果实造成损伤。
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智能水果采摘机器人设计与制作
随着现代科技的不断发展，智能机器人已经越来越普遍。
在农业领域，智能机
器人也逐渐得到了广泛的应用。
其中，智能水果采摘机器人是一种十分实用的机器人，可以提高水果采摘效率，大大减轻人力负担。
本文旨在探讨智能水果采摘机器人的设计与制作。
一. 机器人设计
1.1 机器人结构设计
智能水果采摘机器人的结构设计应该根据水果的特点进行设计。
一般水果采摘
机器人包括机械臂、传感器和控制系统。
其中，机械臂是最核心的部分，可以完成采摘工作。
机械臂主要由机身、动力系统、传感系统和工具组成。
机身应该具有足够的刚性，以维持整个机器人的稳定性。
动力系统可以选择电力或气压作为动力源。
传感系统可以选择视觉传感器和力传感器等多种传感器来进行采摘任务。
工具可以根据水果的不同性质来进行选择。
1.2 控制系统设计
智能水果采摘机器人的控制系统主要包括自动控制和远程控制两种模式。
自动
控制模式下，机器人可以根据预设的程序自主完成采摘任务。
在远程控制模式下，操作员可以通过人机界面对机器人进行操作。
控制系统应该具有良好的灵敏度和鲁棒性，以确保机器人的稳定性和安全性。
二. 机器人制作
2.1 材料选择
智能水果采摘机器人的材料应该选择具有耐用性和抗腐蚀性的材料。
机械臂可
以选择铝合金或碳纤维材料。
传感器可以选择高品质的视觉传感器和力传感器。
控
制系统可以选择高性能的微控制器和执行器等。
同时，机器人的外壳应该具有良好的保护性能，以防止机器人遭受损坏。
2.2 制作过程
智能水果采摘机器人的制作过程应该遵循一定的步骤。
首先，根据机器人的设
计图纸制作所需的零部件。
然后，进行组装和安装。
在组装和安装过程中，应该特别注意各个部件之间的协调和配合。
最后，对机器人进行测试和调试，以确保其稳定运行。
三. 机器人应用
智能水果采摘机器人可以被广泛应用于各个领域。
其中，最主要的是农业领域。
随着国内外市场对水果的需求不断增加，水果的种植和采摘成为一个十分重要的产业。
而智能水果采摘机器人的应用不仅可以提高效率，还可以减少成本，提高收益。
此外，智能水果采摘机器人还可以被应用在果园管理、果树病虫害监测等方面，为果农提供更为全面的服务。
总之，智能水果采摘机器人的设计与制作是一个极具挑战性的任务，需要多学
科多领域的知识和技术。
但随着科技的不断发展，智能水果采摘机器人必将会成为一个发展趋势。
相信不久的将来，智能水果采摘机器人将成为果农的得力助手，为水果产业的发展带来更多的机遇和挑战。