苹果采摘简易机械手

苹果采摘简易机械手设计说明书
一、引言
近年来，随着农业产业机构得调整，林果生产已经成为很多地区经济发展与农民增收得支柱产业，随着种植面积得不断扩大，果园规模化发展与规范化管理得要求日益提高,从而果园机械化日益重要。

果园收获机械得发展，可以减轻果农得劳动强度,提高生产效率，节约劳动成本，提高经济效益。

由于我国果园作业机械研究起步较晚，基础相对较差，因此，果园作业机械化程度与欧美等国家还就是存在差距。

所以，针对我国各地林果生产特点研究相应得作业机械，对林果产业得发展有重要意义。

我国就是世界第一大水果生产国，也就是世界第一大水果消费国。

水果种植业得迅速发展提升了果园机械得市场需求。

采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力得３3％~５０%,目前我国得水果采摘绝大部分还就是以人工采摘为主。

采摘作业比较复杂,季节性很强,若使用人工采摘,不仅效率低、劳动量大,而且容易造成果实得损伤,如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上得损失。

使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农得经济效益,因此提高采摘作业机械化程度有重要得意义。

随着现代农业机械化生产，大面积得种植果树，农民朋友得农产品获得丰收，果实得采摘问题也凸显而出，在面对果树高而无法采摘造成了苹果得摔落，因而这些苹果无法上市进行出售，为解决高空采摘苹果难，故设计此苹果采摘简易机械手来解决此问题.
二.项目设计得内容
（1）果蔬收获机器人作业环境与工作对象得特殊性
工业领域就是机器人技术得传统应用领域、由于在工业生产中，机器人得工作位置与障碍往往都能够事先预知,因此机器人得性能能得到很好得体现。

与工业机器人相比，果蔬收获机器人有很多独特得特点，主要表现在：
（1）作业环境得非结构性收获机器人得工作环境往往就是非结构性得、未知得与不确定得、例如,机器人所处得地势可能崎岖不平，天气条件（如光照）也可能随时改变.即使在温室环境中,也必须考虑温度、湿度、天气以及其它环境参数得影响。

在这种复杂多变得环境条件中，机器人必须具有智能化得传感、规划与控制能力，要有很强得自适应能力。

（2)作业对象得个体差异与随机分布性果蔬收获机器人得首要任务就是识别与定位水果，而果实有得可能单个生长，有得则就是一簇一簇得,形状、尺寸、颜色、成熟度也都不一样，而且果实总就是随机分布在田地、藤蔓或树枝上,有得可能被茎杆与叶子遮挡，还要遇到不同得自然条件，如刮风可能导致果实摇动而不断改变其
位置,并且果树与藤蔓得形状大小也往往不一样,从而使得机器人检测与接近果实变
得异常困难。

（3）作业对象得柔软、易损性水果等作物一般都比较娇嫩、柔软，收获时很容易遭受机械损伤，因此必须小心处理、这需要从机器人结构、传感器、控制系统等方面加以协调与控制。

(4)收获机器人成本方面得特殊性农业机器人要想成功地应用，其成本必须低于同样结构得工业机器人，因为农业得利润往往很小，设备也只能季节性地使用。

此外,农民一般不具备太多得专业知识、因此，收获机器人必须结构简单、操作性好、可靠性高,并且价格合理。

2采摘机器人得制造成本高、应用推广难
果蔬采摘机器人得采摘对象具有多样性，工作时间具有季节性，设备利用率低，操作对象大部分为农民，这就要求其要具有良好得通用性、可编程性、高可靠性与操作简单性。

另外采摘机器人得使用与维护都需要相当高得技术水平与费用。

只有当其使用成本低于人工收获成本时,采摘机器人才会真正被普及.因此,成本问题将成为制约采摘机器人市场化得瓶颈问题。

3解决对策
每一个事物得发展都就是一个遇到问题解决问题得过程。

为了很好得解决以上问题,解除限制采摘机器人发展得因素,可以从以下几个方面加强探索与研究: （1）研究出一种高可靠性、高精度得视觉系统技术，可以使所有成熟果实都能够识别出来并能精确地对其定位.这就需要在三维立体视觉技术、视觉传感器技术、图像获取与处理等方面进行更深入得研究。

（2）可以研究适合采摘机器人工作得果蔬栽培模式,通过降低作物生长环境得非结构化与复杂性，便于采摘机器人得视觉定位与移动。

(3)机械结构直接决定机器人运动得灵活性、平稳性与控制得复杂性.采摘机器人结构必须更加紧凑与简化，优化机器人结构。

提高机械手与末端执行器得柔性与灵巧性,成功避障，提高采摘得成功率，降低果实得损伤率。

（4）提高图像处理速度，优化软件算法，缩短机器视觉部分在整个采摘过程中所占用得时间，以提高采摘效率。

（５）采用开放式得控制系统，提高采摘机器人得通用性。

只要改变机器人得机械本体与末端执行器,用一套控制系统就能完成不同果蔬得采摘,从而提高控制系统得利用率、降低成本。

设计此机构有构思阶段，实际模型得建立,对实际模型数据得测量，按相应比例缩小并计算各构件得尺寸与角度。

构思阶段:仿照实际生活中人手采摘苹果得运动原理进行设计.数据测量：由于此机构在设计初期，无准确数据，故本人用铁丝模
拟制作了一个苹果采摘机械手，来确定相应角度与尺寸比例。

尺寸角度得确定：尺寸得确定会在下面做一详细介绍，此处构件圆角处得角度得范围就是85－—95度之间均可.（如下图)
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三.项目设计得步骤
1·设计任务
设计此机构得主要作用就是在离地面较高而且人无法采摘，能够按照要求得尺寸来采摘符合要求得苹果(直径为１10mm）从而避免了误将未成熟与较小得苹果进行采摘，既方便又安全。

2·设计方法
设计此运动机构采用了Proｅ软件中拉伸·扫描·旋转放样等主要建模功能。

３·设计要求
构件分三个部分：采摘可控部分，连接部分与控制部分
1、确定固定圆环得直径D＝110mｍ，在装配处确定一个基准面,按引导线切除10mm,在确定小圆d＝6ｍm,按大圆环得引导线扫描10mm。

上图右侧与圆环基准线相交且与左侧切除扫描部分关于直径对称得孔ｄ=4ｍm、
2、如下图所示为圆环机械爪
↑↑
a、此杆长为９5mmｂ、圆内接三角形,圆
d=90ｍm
说明：在画上图a杆时,按直径为12mm画一圆,给定一路径进行扫描。

在a杆下面,确定两基准面,以底部向上１2mｍ，进行切除.ｂ图中就是一直径为90mｍ画圆，并作内切三角形。

3、连接杆
根据勾股定理:主杆连接部分长４00ｍｍ，连接杆分别为95ｍm与350ｍm、当以下两连接杆成一条直线时，为防止卡死，两连接杆得实际长度大于理论长度。

4、控制转动杆
在主杆距离低端约10０ｍm处,连接一构件,与主杆连接处倒圆角。

5.机构整体分析
a、省力，易操作。

将原动力加于机械爪与圆环连接处，这样安装源动力可以减少使用时操作者尽量少得握住手柄，当有苹果需要采摘时再将手柄握住，这样不但省力而且易于操作.使得机械爪始终就是张开得.
b、高空作业,无需重复。

在采摘苹果时，可以给圆环底部安装一个直径为
110ｍｍ,长根据实际需要确定得苹果输送管。

（帆布制管子最好）此机构可以大大减少采摘高空苹果得危险性，提高了苹果采摘得效率，有效得解决了大型果园高空苹果无法采摘（危险系数大,采摘成本高)得问题。

四。

设计总结
1从设计苹果采摘简易机械手得过程中，我逐渐体会到了运用Poｒe这个软件来设计产品得实用性，它得功能非常强大，在今后得学习中我们还要继续并
不断深入得学习这个软件。

2虽然在画图得过程中我本人运用软件不熟练与不会得，也有需要同学帮忙,但我真正得理解了项目设计得真正意义。

3我设计得运动构件就是我自己得想法，所有得尺寸与角度都就是按照生活实际需要按相应比例来确定得。

在设计得过程中有很多不足，希望老师予以指导。

４、果蔬收获就是一个季节性强得劳动密集型工作，由于劳动力得高龄化与人力资源越来越缺乏，采用机器人进行果蔬得自动化收获变得越来越迫切.但由于收获机器人得工作环境往往就是非结构性得、未知得与不确定得,因此给机器人得实际应用带来了很大得困难。

要成功地实现机器人得智能化收获，必须要在机器人得本体设计、果实得自动化识别与定位、机器人运动规划与控制技术等方面进行深入得研究。