草莓采摘机毕业设计说明书

一.2.2.国内研究现状
国内对草莓采摘机器人的研究虽然起步较晚，但是通过学习一些国外的先进技术和我国科研人员的自主研发创新精神，在草莓采摘机器人领域也取得了一定的进展。国内的研发人员通过实际栽种情况和果农需求，通过适当的方法和技术手段，研制出了一些满足农业需求的采摘机。
一、草莓选果机。栃木县农业试验场开发出了可以根据草莓不同品质进行分类的草莓选果机。草莓选果机的分类功能是基于双目立体视觉技术开发出来的，这个装置通过对采集到的图像进行处理，并利用拟合曲线对图像进行分割实现对草莓的分类，所分类的草莓不仅果实大小有差别，甚至是草莓的含糖量也能通过这个设备进行分类。草莓采摘机对图像进行处理之后，将采集的二维图像转换为三维空间的形状，还能对果实进行准确的定位。
The design process includes the selection of the motor of the strawberry picking machine, the material selection and design of the transmission part,and the design and analysis of the picking part and the transmission part.
一.2.草莓采摘机国内外研究现状
一.2.1.国外研究现状
对于智能草莓采摘机来说，只有找准草莓在空间三维坐标中的准确位置才能够对草莓进行准确的采摘，这就需要利用到机器人技术中的机器视觉才能实现。在机器人的发展历史中，机器视觉的发展历史也有一定的时间，许多国家都具备一定的技术，所以他们将其运用到了农业采摘机器人上面，利用其在三维空间的精确定位，实现对果实的精确采摘，很多发达国家现在已经在采摘机器人领域有了较大的发展。但是对于草莓采摘机器人的研究，目前仍是处于初级阶段。
很多国家都研制除了针对不同栽培模式的采摘机器人，对于田垄栽培下的采摘机人研究还处于初期阶段，其中高架栽培的模式由于适合机器人作业，现如今被越来越多地采用，在高架栽培模式下，水果的种植密度大幅度提高，机器人的采摘臂设计不必针对对地模式采摘，所需的活动空间相对对地采摘极大减小，采摘时依靠机械手臂和末端执行机构，先将草莓的空间位置确定，机械臂移动到相应位置后末端执行器将草莓切下完成采摘过程。
二、中国农业大学开发出了一套基于颜色识别的计算机算法，可以用于草莓采摘机器人的视觉系统中，对于采摘成功率有很大的提高。因为成熟的草莓是鲜艳的红色，具有一定的特殊性，与周围的绿色植被很鲜明的形成对比，通过对草莓图像的特定颜色信息进行模拟分析，可以完成对指定的成熟草莓进行采摘，解决了草莓单个果实因成熟度不同而难以批量采摘的问题。而且这种算法不仅仅适用于草莓采摘，对于一些果实颜色具有特点的蔬果都具有泛用性。
草莓作为当今比较普遍的水果，但相较其他普通的常见水果来说依然价格较高，在草莓的收获季节，普通的草莓仍能卖到十元一斤的价格，究其原因还是因为其收获季节时劳动成本过于昂贵。草莓成熟的季节，约有四分之一的成本是投入到采摘过程中去的。因此减轻劳动强度，降低生产成本，成了草莓收获的重中之重。
日本研制出的草莓采摘机器人需要以高架种植模式为基础，并不适用于国内的田垄种植环境。Kondo带领的团队研制出的草莓采摘机器人摘取单个草莓所用时间为十一秒，采摘成功率只有一半。显然，对于真正投入到使用还差很长一段距离。国内张铁中等人对于的田垄栽培模式下的草莓采摘机器人研究也有一定的进展，但是这些设备对草莓果实的采摘都存在一定的不足。对于机器人的机械臂的定位还存在着各种问题，例如图像识别和感应装置的识别成功率。这种智能采摘机器人的工作效率也是一个值得关注的问题，单独一个机械臂的采摘效率甚至不如人工采摘速度，多臂采摘也需要特殊的种植模式才能实现。而且采摘之后对于果实的完整是对采摘机器人的极大挑战。多数草莓果实在采摘时可能完好，但是收集运送过程中可能会对果实造成不同程度碰撞，造成果实损伤。
加QQ1638290842
毕业设计说明书
题 目：草莓采摘机设计
专 业：机械设计制造及其自动化
学 号：
姓 名：
指导教师：
完成日期：
草莓采摘机设计
摘要：现在国内的农业采摘虽然对于大部分水果都有专业的采摘设备，但是对于草莓采摘还是一大难点，所设计的采摘设备针对特殊地形和栽种方式还有保持果实的完整度都有一定的难度。本设计对现阶段我国草莓种植环境进行相关了解，再结合实际采摘情况，针对草莓采摘需要注意的一些细节进行分析，设计出合理的采摘机构，实现对草莓的大批量采摘。
（1）研究结构合理，在所处的工作环境中能够合理发挥机效用；
（2）研究结构简单，方便采摘工人操作使用和设备维修；
（3）制定出高效的采摘方案，使采摘效率要高于人工采摘效率。
针对以上三点，本文将选择产量高、规模大的南方目前开发设计草莓采摘机并且用于国内大棚栽种的草莓收获，让其具备使用价值，需达到几个要求：
Abstract:Although the domestic agricultural plucking has professional picking equipment for most fruits,it is still a difficult problem for strawberry picking. It is difficult to design the plucking equipment for the special terrain and planting methods and to keep the integrity of the fruit. This design is related to the present situation of strawberry planting in China. According to the actual picking situation,some details of the strawberry picking need to be analyzed,and a reasonable picking mechanism is designed to realize the large batch of strawberry picking.
（1）末端执行器在采摘草莓果实的时候容易对果实表面造成损伤；
（2）没有设计出理想的机械手，很难达到有效的采摘范围；
（3）运输过程无法避免碰撞对草莓产生的伤害；
（4）采摘效率不高，误差大。
一.3.研究的目标和内容
一.3.1.研究目标
目前研制草莓采摘机用于国内棚载草莓的收获，使其具有使用价值，需要在以下两个方面进行努力：
（1）研究结构合理，在所处的工作环境中能够合理发挥机效用；
（2）研究结构简单，方便采摘工人操作使用和设备维修；
（3）制定出高效的采摘方案，使采摘效率要高于人工采摘效率。
针对以上三点，本文将选择产量高、规模大的南方温室大棚垄作栽培的草莓为研究对象，对草莓采摘机进行设计和研究。
一.3.2.采摘机采摘原理简介
本文要求在现有农艺条件下，设计出合适尺寸的车身模型。
图2-1垄作栽培模式下的草莓田间环境
根据对国内草莓园的实地考察，草莓园的路面大部分都是凹凸不平的，且种植密度较大。两个垄之间的距离也比较窄，垄横截面的形状大致为梯形，有一层塑料薄膜包裹，整个垄的高度也不高，人工采摘必须以蹲姿才能完成采摘。根据这些草莓园的特点，采摘机必须满足以下两点基本要求：
二.1.草莓采摘机结构设计及其计算
车体框架尺寸初定：
初定车体长 =1200mm；车体宽 =1500mm；车体高 =650mm。
日本宫崎大学研制出的跨垄采摘4自由度的草莓采摘机器人通过两个CCD相机获取草莓的图像信息。通过获取的图像信息经过处理器的计算得到草莓的空间位置，然后利用激光传感器的测距功能计算出末端执行机构与草莓果实之间的距离，通过移动机械手臂使末端执行器达到草莓茎的位置，以切刀切断草莓茎实现果实的采摘，避免伤害到草莓果实。
本设计除了主要考虑到草莓的采摘条件以外，还需要考虑到我国农业的实际发展水平，大部分果农的文化水平不高，对于机械产品的使用仅仅是通过他人的一些简单教学。所以，草莓采摘机的设计还需要注意操作方面的简化，所设计出的产品必须具备只通过简单操作就能完成批量采摘的工作。而且还可以适当的将设备的维修便捷程度、环保等因素考虑进去。
一、由于实际种植情况，致使草莓采摘机的采摘空间非常有限，所以整个机体若用电机驱动，或液压驱动显然是不现实的。这些驱动方式所需的采摘空间都比较大，适用于露天采摘。对于大棚种植的农作物，以人力驱动比较合理，通过人推动草莓采摘机前行可以控制采摘速度，根据不同的采摘情况做出相应调整，而且便于更换采摘篮。
二、行走机构为了适应这种狭小的采摘环境，也必须做出相应的调整，履带式的行走机构虽然能克服路面凹凸不平的问题，但是整机过于笨重，以人力推动比较困难。所以选用跨垄式四轮机构。
三、浙江大学在采摘机器人的机械手臂方面研究取得了一定成果，对于机械手臂的工作能力提出了一个评判标准，他们所提出的评判标准可以从五个方面进行测试，分别是工作空间、可操作度、避障能力、冗余空间与姿态多样性。
目前，草莓采摘机器人的依旧是停留在理论和试验阶段，无法进行大规模的推广，无论是国内还是国外，距离实现草莓园的自动化采摘还有很大的差距。差距有以下四个方面：
Key words:Strawberry picker;Structural design;Theoretical calculation
第一章绪论
一.1.引言
草莓因为其独特的外观和鲜美的口感，是现如今大部分人都喜爱的水果，在繁杂的水果种类中有着“水果皇后”的美誉，而且还有极高的营养价值。正是因为草莓受欢迎的程度和它的生长周期短，让果农们能够在短时间内得到极高的经济回报，在我们国家，草莓的种植面积正逐年增加。随着食品加工行业的发展，草莓不仅仅可以作为鲜果供人们食用，还可以加工成各种各样的衍生产品，比如草莓酱，草莓果干，草莓汁等，同时草莓还有一定的医药用价值。