草莓采摘机器人机械结构设计
草莓采摘机械手的设计与实现
草莓采摘机械手的设计与实现摘要：通常农业生产工序繁杂、操作困难，在农作物培植的过程中，采摘也是极为关键的一道流程，此次研究主要以采摘草莓为落脚点，设计一种能实现草莓采摘的机械装置。
同时保证草莓不被破坏的情况下，尽可能的提升摘取的效率及准确度，此次研究从草莓的培育过程及模式出发，设计了具有收集功能的包裹式自动采摘草莓机械手。
关键词：机械手；种植模式；草莓采摘；切割方案；单片机控制一、引言中国是一个农业大国，农业发展的兴衰将直接决定我国发展的兴衰，也即“农为国本”，新时代的来临，城镇化的程度越来越高，科学技术的进步也是十分迅速，这也给农业发展提出了新的要求。
第一，随着城镇化的推进，越来越多的年轻人都将选择城市就业创业，而不再从事传统农耕作业，这就使得从事农业生产的劳动力越来越少；第二，人民群众的生活水准不断提升，对美好生活的要求也越来越高，从以往的“吃饱”到如今的“吃好”，也体现了人民对农副产品更高质量的要求和希望；第三，工业化进程也在不断推进，越来越多的农用土地被用于城镇化和工业化的推进，加之较多工业都将对环境造成一定的影响，这就使得农用地越来越少，质量也随之下降。
为了有效的避免这些问题对农业发展产生较大负面影响，农业生产逐渐机械化，今年来还引入了较多智能机器技术，在高速发展的今天，智能机械作业一定是大势所趋。
二、草莓采摘机械手方案设计关于此次草莓采摘机械的设计，有两个备选设计方案，具体如下：1.软体式夹持装置和剪形切割装置软体式机械采摘结构是近年来较新的发明成果，其机械手的设计原型是人手，这样的机械装置较为灵活且不容易破坏水果，能采摘各种大小的各种果实，在草莓采摘的过程中，机械易于破坏果实的问题是必须要考虑的，而这种装置能较好的保护果实不被破坏，实际是较为适用草莓采摘的，但实际情况是软体式多指机械装置通常需要更多的经济成本，同时草莓果体较小，要对软体式机械进行更精细化的处理设计，这样会进一步增加资金的投入，考虑到成本过于高昂，实现起来较为困难也不现实。
草莓采摘机器人技术研究毕业论文
目录摘要 (I)Abstract (IV)1引言 (1)2草莓采摘机器人的国外研究现状及农业机器人特性 (1)2.1国外研究现状 (1)2.2国研究现状 (2)2.3农业机器人的特性 (2)3草莓采摘机器人基本构造及工作环境 (3)3.1末端执行器 (3)3.2视觉传感器 (3)3.3机械手 (3)3.4工作环境 (4)4目前国草莓采摘机器人研究存在的问题 (4)5主要研究容 (5)5.1基于Hough变换的成熟草莓识别算法 (5)5.1.1建立草莓轮廓模型 (5)5.1.2图像分割、区域标记和有效图像区域 (5)5.1.3Hough变换识别草莓 (6)5.1.4成熟草莓识别实验和分析 (7)5.2基于机器视觉机器人总体构造 (8)5.2.1机器人机械系统整体设计 (8)5.2.2运动定位机构设计 (9)5.2.3末端执行器设计 (10)5.3基于无线遥控采摘机器人系统构造 (11)5.3.1系统构成模块 (11)5.3.2末端执行器 (12)5.3.3系统控制方案 (14)5.3.4数据采集试验 (14)6草莓采摘机器人行走机构的设计 (15)7草莓采摘机器人零部件材料选用 (16)8草莓采摘机器人驱动器的选择 (17)9总结 (17)参考文献 (19)致 (20)ContentsAbstract (IV)1 Introduction (1)2 Strawberry picking robot at home and abroad research status and characteristic agricultural robot (1)2.1 Foreign research status (1)2.2 Domestic research status (2)2.3 Characteristics of the agricultural robots (2)3 Strawberry picking robot basic structure and working environment . 33.1 End of the actuator (3)3.2 Vision sensors (3)3.3 Manipulator (3)3.4 The work environment (4)4 The problems existing in the research about strawberry picking robot at home and abroad (4)5 Main research contents (5)5.1 Ripe strawberry recognition algorithm based on Hough transform (5)5.1.1 Strawberry contour model is established (5)5.1.2 Image segmentation, region labeling and the effective imagearea (5)5.1.3 Hough transform to identify strawberry (6)5.1.4 Ripe strawberry recognition experiments and analysis (7)5.2 Based on machine vision robot structure as a whole (8)5.2.1 Robot mechanical system overall design (8)5.2.2 Motion positioning mechanism design (9)5.2.3 End of the actuator design (10)5.3 Picking robot based on wireless remote control system structure (11)5.3.1 System structure module (11)5.3.2 End of the actuator (12)5.3.3 System control scheme (14)5.3.4 Data acquisition test (14)6 Mechanism of the blueberry picking robot (15)7 Strawberry picking robot parts material selection (16)8 Strawberry picking robot drives option (17)9 Conclusion (17)References (19)Acknowledgement (20)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
采摘机械手结构设计
采摘机械手结构设计发布时间：2022-07-21T09:03:35.826Z 来源：《时代教育》2022年5期作者：孙伟[导读] 近年来，草莓成为重要的经济作物，在世界各地种植广泛，尤其是我国已经成为草莓最大的生产和出口国家，位居世界首位。
孙伟山东协和学院山东济南 250200摘要：近年来，草莓成为重要的经济作物，在世界各地种植广泛，尤其是我国已经成为草莓最大的生产和出口国家，位居世界首位。
草莓营养丰富，富含多种维生素，被人们成为“水果皇后”，深受广大消费者喜爱。
但是草莓属于劳动密集型产物，草莓的种植和采摘全部依靠人力完成，果农的经济成本高，制约果农的收入。
所以，随着农业种植采摘自动化的发展，实现草莓自动化采摘越来越有重要的意义。
本文设计的是一款可以实现草莓采摘的机械手，在草莓检测识别装置的辅助下，可以完成草莓的自动化采摘。
该设计将会提高草莓采摘的效率以及采摘果实的质量，同时又可以降低采摘过程所投入的劳动力，保证果实的及时采摘。
关键词：草莓；机械手；执行机构同国外相比，我国采摘机器人的研究起步较晚，但是近年来国家在农业领域投入大量财力物力，发展速度较快，众多院校及研究所均在进行农业机器人以及智能农机方面的研究，并取得了较多成果。
1）草莓选果机。
我国的一个农业的试验场研发了一款选果机。
该机器可以依据水果的成分含量以及果实的形状进行分类选择，并可以实现果实的封装，全程自动化作业，工作效率为每小时五千公斤左右。
南京的一所大学依据人眼视觉成像原理，对图片进行模块分割，进而实现果实的分离，使图像由二维变成三维，进而确定其空间坐标，最终实现果实的精确定位。
2）浙江的一所大学中的一个团队对采摘机械手进行了一系列的讨论，提出了一系列的评价指标，比如：灵活程度、作业空间、动作多样性、避障能力等。
3）中国农业大学针对成熟草莓果实的特点，利用其色彩模型中的特定信息通道，完成了对草莓的辨认。
而且还建立了桥驾式直角坐标机械手，在草莓采摘机械手视觉处理系统中，提出了全新的理论方法，依据草莓果实的颜色进行辨别处理，实现草莓的精确定位，提高其采摘的准确性、适应性。
采摘机器人机械手结构设计与分析
采摘机器人机械手结构设计与分析一、本文概述1、采摘机器人的研究背景和意义随着农业技术的快速发展和人口老龄化的加剧，传统的人工采摘方式已经难以满足现代农业生产的需求。
采摘机器人作为一种新型的农业机械设备，具有高效、精准、省时省力等优点，正逐渐成为农业领域的研究热点。
采摘机器人的研究和应用，不仅可以提高农作物的采摘效率和质量，降低人工成本，还可以改善农民的工作环境和条件，推动农业现代化的进程。
机械手作为采摘机器人的核心部件，其结构设计直接影响到采摘机器人的性能和稳定性。
因此，对采摘机器人机械手结构的设计与分析显得尤为重要。
通过对采摘机器人机械手结构的研究，可以深入了解其运动特性、受力情况和优化方案，从而提高采摘机器人的采摘效率和准确性，推动采摘机器人在农业生产中的广泛应用。
这也为农业机械化、智能化和自动化的发展提供了重要的技术支撑和理论基础。
研究采摘机器人机械手结构设计与分析具有重要的理论意义和实践价值，对于推动农业现代化和提高农业生产效益具有重要意义。
2、机械手在采摘机器人中的重要作用在采摘机器人中，机械手的作用至关重要。
作为采摘机器人的核心部件之一，机械手负责直接与目标农作物进行交互，完成识别、抓取、剪切和放置等一系列复杂动作。
这些动作的成功执行，直接决定了采摘机器人的工作效率、采摘质量和适应性。
机械手的设计直接决定了采摘机器人的工作能力。
通过合理的结构设计，机械手可以适应不同形状、大小和成熟度的农作物，实现精准、高效的采摘。
机械手的运动轨迹和速度控制也是影响采摘效率的关键因素。
因此，对机械手的精确控制是实现高效采摘的关键。
机械手的性能直接影响到采摘机器人的采摘质量。
在采摘过程中，机械手需要保持稳定的抓取力度，避免对农作物造成损伤。
同时，机械手还需要具备足够的灵活性和精度，以确保能够准确地将农作物采摘下来。
这些要求都对机械手的设计和制造提出了极高的挑战。
机械手的适应性也是采摘机器人性能的重要评价指标。
大棚栽培草莓采摘机械装置设计
Lou Jianzhong 1,2,Wang Meng2On the basis of analyzing the physical parameters such as geometric size and shape of strawberry,we designedand developed an automatic picking device for strawberry.The plucking machine automatically driven by a driving mech-anism,realize forward and steering in the free field,automatic telescopic manipulator using gear rack mechanism.Through the three storage tank design,to achieve the classification of strawberry picking,realizes automatic obstacle avoidance using photoelectric sensing technology.Under the given conditions,by selecting two groups of strawberry in experimental study,experiment showed that the mechanism can pick strawberry easily and the success rate of the straw-berry picking reached to more than 95%,the damage rate is below 5%to the strawberry,which confirmed that the picking mechanism can effectively solve the problems of strawberry picking and easy to beinjured.Greenhouse cultivation,Strawberry,Harvesting mechanism,Classification大棚栽培草莓采摘机械装置设计楼建忠1，2，王萌2（1.浙江机电职业技术学院机械技术系，浙江杭州310053；2.浙江大学生物系统工程学系，浙江杭州310029）摘要文章以草莓为试验对象，通过分析所采摘草莓的几何尺寸、外形等物理参数的基础上，设计开发了一种应用于草莓采摘的自动采摘机械装置。
小型四轮草莓采摘机结构设计-概念解析以及定义
小型四轮草莓采摘机结构设计-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：引言作为文章的开始，旨在为读者提供背景信息和概述整篇文章的内容。
本文将探讨小型四轮草莓采摘机的结构设计。
随着农业技术的不断进步和人力成本的增加，机械化农业成为了当今农业领域的一个重要趋势。
草莓作为一种受欢迎的水果，在市场上的需求不断增加。
然而，传统的人工采摘方式存在劳动强度大、效率低下、成本高等问题。
因此，设计一种小型四轮草莓采摘机具有重要的现实意义。
本文将首先介绍小型四轮草莓采摘机的重要性，包括提高采摘效率、降低劳动强度、提高农业生产效益等。
然后，我们将探讨目前存在的问题，包括机器结构不合理、操作复杂等。
接下来，我们将介绍设计该机器的原则和要点，包括结构合理性、操作简便性、采摘效果等。
最后，我们将总结本文的主要内容，并展望小型四轮草莓采摘机结构设计的未来发展方向。
通过本文的研究，我们希望能够为农业领域提供一种高效、便捷、经济的草莓采摘解决方案，并为农民减轻劳动负担，提高农业生产效益，推动农业现代化发展。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述小型四轮草莓采摘机的结构设计。
第一部分是引言，主要包括对整篇文章的概述，介绍小型四轮草莓采摘机结构设计的目的以及总结。
第二部分是正文，将从草莓采摘机的重要性、目前存在的问题和设计原则与要点三个方面进行论述。
首先，介绍草莓采摘机在农业生产中的重要性，阐述为什么需要设计一种小型四轮草莓采摘机。
其次，分析目前已知的问题，指出目前市场上存在的草莓采摘机普遍存在的一些不足之处，为接下来的结构设计提供改进的方向。
最后，阐述小型四轮草莓采摘机的设计原则和要点，包括结构的稳定性、采摘效率的提升以及操作简便性等。
第三部分是结论，通过对结构设计的重要性的分析，总结设计的优点和局限性，并探讨未来的发展方向。
首先，强调结构设计在小型四轮草莓采摘机中的重要性，指出良好的结构设计可以提高机器的工作效率和稳定性。
农业采摘机器人机械臂结构设计与分析
通过对测试数据的分析和评估，可以总结出机械臂的优劣势以及需要改进的 方向。例如，如果机械臂的抓取精度较高但移动速度较慢，可能需要优化其传动 系统以提高移动速度；如果机械臂的移动速度较快但抓取精度较低，可能需要改 进其末端执行器设计以提高抓取精度。
四、结论
农业采摘机器人机械臂结构设计与分析是提高采摘效率和精度的关键。本次 演示通过对机械臂结构、运动原理、性能测试等方面的详细阐述，强调了农业采 摘机器人机械臂的重要性和应用前景。为了进一步优化机械臂性能，未来的研究 应以下几个方面：1）改进传动系统设计以提高移动速度和抓取精度；2）研发更 高效的末端执行器以提高采摘效率；3）
结合机器视觉和技术实现对不同形状、大小、颜色的果实自动识别和抓取； 4）完善机械臂的自我保护和故障诊断功能以提高其可靠性和耐用性。通过对这 些方向的深入研究，有望为农业采摘机器人的进一步发展提供有力支持。
参考内容
随着科技的飞速发展，农业采摘机器人已成为现代农业的重要组成部分。本 次演示将聚焦于农业采摘机器人的核心部件——机械臂，探讨其结构设计的关键 因素，以及未来的发展趋势和挑战。
3、机械臂结构设计的未来发展 趋势和挑战
未来，机械臂结构设计将朝着轻质、高强度、多功能、人性化和环保等方向 发展。在材料选用上，将更多地采用高性能轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金等；在结构设计上，将更加注重人体工学和空间利用率的提高；在功能上，将 更多地引入多种传感器和执行器，提高机械臂的感知能力和动作精度；在人性化 设计上，将更加注重用户体验和操作便捷性；在环保方面，将更多地采用节能环 保材料和方法，降低机械臂的生整体结构需根据采摘对象和作业环境进行设计。一般而言，机械臂 应具备大范围的运动能力，以覆盖广阔的采摘区域。同时，为了方便操作和维护， 机械臂结构应简洁、易于拆卸。
草莓自动采摘装置设计
摘要每到草莓生产季节，为了草莓的外貌质量和营养成分的保证，必需在收获季节每天进行人为的采摘，其劳动强度和成本约占草莓生产成本的1/4。
基于此种现状，进行草莓自动采摘机构的研究已经成了发展趋势，这能够有效减轻果农的生产负担。
本次设计主要分为三个方面进行设计，分别是自动行走机构、移动机构和采摘机构。
其中行走机构采用履带传动结构，负责采摘装置的行走；移动机构采用三自由度工作台的设计形式，负责采摘机械臂的XYZ三轴方向的移动；采摘机构采用以双目视觉系统定位、“双驱双夹”机构采摘的形式完成草莓的定位和采摘工作。
通过验证，本次设计的草莓采摘各机构能够优秀的完成设计要求。
行走机构和移动机构可以完成装置各位移要求；末端执行装置和定位系统能够完全实现垄作种植的草莓的采摘工作。
关键字：草莓；自动采摘；三自由度；双目视觉AbstractIn every strawberry production season, in order to guarantee the appearance quality and nutritional composition of strawberries, it is necessary to pick them artificially every day during the harvest season. The labor intensity and cost account for about 1/4 of the production cost of strawberries. Based on this situation, it has become a developing trend to conduct research on the automatic picking mechanism of strawberry, which can effectively reduce the production burden of fruit farmers.This design is mainly divided into three aspects: automatic walking mechanism, mobile mechanism and picking mechanism. The walking mechanism adopts caterpillar transmission structure, which is responsible for the walking of the pickingdevice; The mobile mechanism adopts the design form of a three-degree-of-freedom worktable, which is responsible for the movement of the picking arm along the XYZ three-axis direction; The picking mechanism USES binocular vision system positioning, "double drive and double clip" mechanism to complete the strawberry positioning and picking work.Through verification, the design of the strawberry picking institutions can be excellent to complete the design requirements. The walking mechanism and the moving mechanism can fulfill the requirements of each shift of the device; The end effector and positioning system can completely realize the picking of strawberry in ridge planting.Key words: strawberry; Automatic picking; Three degrees of freedom; Binocular vision目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (2)第1章绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2 草莓自动采摘装置及国内外研究状况 (5)1.2.1 草莓自动采摘装置的特性 (5)1.2.2 国内外研究现状 (5)1.3 研究目标 (6)1.4 研究内容 (7)1.4.1 行走机构 (7)1.4.2 移动机构 (7)1.4.3 采摘机构 (7)1.5 小结 (8)第2章草莓采摘机器行走机构设计 (8)2.1 草莓种植环境介绍 (8)2.2 采摘机器行走机构选择 (9)2.2.1 轮系行走机构 (9)2.2.2 仿人步行机构 (9)2.2.3 履带式行走机构 (10)2.3 履带式行走机构设计 (11)2.3.1 履带小车底盘结构设计 (11)2.3.2 驱动系统设计 (12)2.3.3 牵引力计算 (13)2.3.4 电机选取 (16)第3章草莓采摘机器移动机构设计 (17)3.1 移动机构主体结构选择 (17)3.2 移动机构自由度确立 (18)3.3 三自由度工作台结构设计 (18)3.3.1 螺母丝杠的选择 (19)3.3.2 三轴滑台行程设计 (20)3.3.3 滚珠丝杠性能校核 (21)第4章末端采摘机构和定位算法设计 (23)4.1 末端执行器设计 (23)4.1.1 末端执行器设计要求 (24)4.1.2 末端执行器方案选择 (24)4.1.3 末端执行器结构设计 (24)4.1.4 草莓收集装置设计 (25)4.2 草莓图像识别与定位算法 (26)4.2.1 图像识别系统 (27)4.2.2 定位算法 (28)第5章总装与结论 (28)5.1 草莓自动采摘装置总装 (28)5.2 结论 (29)参考文献 (29)致谢.............................................................................................. 错误!未定义书签。
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草莓采摘机器人机械结构设计摘要随着草莓种植的推广。
国内草莓种植面积迅猛增加，收获劳动力不足。
严重制约草莓种植的发展，因此有必要进行智能草莓采摘机器人研究，来替代人来完成该项费时、费力的采摘工作。
草莓采摘机器人要求能自动检测成熟草莓的位置信息，然后根据这些信息控制机器人的执行机构动作，实现草莓采摘的自动化。
本文首先综合叙述了草莓生产现状以及草莓采摘机器人国内外研究状况，再根据国内北方地垄式草莓种植的情况，设计出草莓采摘机器人机械本体，提出一种五自由度关节型草莓采摘机械手臂，五个自由度分别为：腰转、肩转、肘转、腕转和腕摆，并开发了一种末端执行器的结构形式，该末端执行器主要由伺服电机、曲柄滑块机构、动夹、镍铬电热丝组成，不以草莓果实作为抓取目标，而是夹切草莓果柄，不伤害果实，同时采用镍铬电热丝切割果柄可以防止切口感染细菌而腐烂，影响果实品质。
与此同时，还在solidworks 中构建了草莓采摘机器人、末端执行器的三维模型，还生成了相关重要部件的工程图，便于后期的使用。
关键字：草莓采摘机器人，机械本体，五自由度草莓采摘机械手臂，末端执行器Strawberry picking robot mechanical structure design Abstract：With the popularization of the strawberry. The strawberry planting area increased rapidly, the harvest labor shortage. Development is restricted by the strawberry, it is necessary to carry out intelligent strawberry harvesting robot, instead of people to complete the time-consuming, laborious harvesting. Strawberry picking robot position information requirements can automatically detect ripe strawberry, then according to these information to control the robot actuator, realize the automation of picking strawberry.This paper describes comprehensively the research status at home and abroad as well as the robot strawberry production status of strawberry picking, then according to the North ridge type strawberry planting conditions, calculate and design the appropriate size of the strawberry picking vehicle body, put forward a kind of five degrees of freedom articulated strawberry picking manipulator, and the development of the structure of an end effector. At the same time, the author constructs a 3D model, strawberry picking robot end effector in SolidWorks, also generated the end effector and the mechanical arm of the engineering drawing, convenient for later viewing and processing.Key words: Strawberry picking robots; Mechanical body;Five degree of freedom manipulator; The end effector目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 工作环境和作业要求 (1)1.3 草莓采摘机器人国内外发展状况 (2)1.3.1国外研究现状 (2)1.3.2 国内研究现状 (2)1.4 研究的目标和内容 (3)1.4.1 研究目标 (3)1.4.2 研究内容 (3)2 草莓采摘机器人机械本体设计 (3)3 草莓采摘机器人五自由度机械手臂设计 (4)3.1 采摘机器人机构选型原则 (4)3.2 机械臂的设计 (5)3.2.1 设计要求 (5)3.2.2 机械手臂的选择 (6)3.3 机械手手腕的设计 (6)3.3.1 手腕设计的基本要求 (7)3.3.2 草莓采摘机械手手腕的结构型设计 (7)3.4 机械手的结构型式 (7)3.5 机械手运动学方程的建立 (8)3.5.1 正运动学模型 (8)3.5.2 逆运动学模型 (10)4 草莓采摘机器人末端执行器设计 (13)4.1 末端执行器介绍 (13)4.2 末端执行器的分类 (13)4.2.1 两个手爪的末端执行器 (13)4.2.2 两个以上手爪的末端执行器 (14)4.3 夹持式末端执行器的选型 (14)4.3.1 夹持式末端执行选择的基本要求 (14)4.4 末端执行器的结构型式和工作原理 (14)4.4.1 整体结构 (14)4.4.2 工作原理 (15)4.5 主要部件设计 (16)4.5.1 传动部分设计 (16)4.5.2 抓取和切断机构设计 (17)5 结论与建议 (17)5.1 结论 (17)5.2 工作展望和建议 (17)参考文献 (18)致谢 (19)草莓采摘机器人机械结构设计1 绪论1.1 引言草莓在世界绝大多数地区都有种植，因其甜美的味道及丰富的营养价值，颇获大家喜欢。
其中我国草莓种植面积达10万公顷。
然而为了保证草莓的外观品质和营养价值，必须在收获季节每天早晚时刻挑选并采摘草莓果实。
其劳动强度之大，成本之高，约占草莓种植生产成本的四分之一。
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。
日本率先研制出以高架栽培为种植模式的草莓采摘机器人［1]，Kondo 等人于2010年研制的草莓采摘机器人单循环作业用时11.5s，采摘成功率约41.3%。
国内徐丽明、张铁中等人针对垄作式草莓种植的自动化采摘设备进行了研究[2]。
不过上述自动化采摘设备在机械手爪定位精度，采摘作业效率，果实无损采摘等方面距离实际需要还有一定不足。
本文针对地垄栽培模式下草莓的生长方式，对草莓收获机器人的主要组成单元——采摘机器人机械本体、机械手臂和机末端执行器进行研究并设计模型，达到对一定范围内成熟草莓进行无损伤采摘。
1.2 工作环境和作业要求我国大多数草莓种植是垄作栽培模式，地垄截面成等腰梯形，垄顶宽400 mm，垄底宽600 mm，高250 mm[3]。
草莓植株生长于垄顶部，果实长出后伏在垄侧面，成熟草莓果实上方一段果柄与垄侧壁有10 ～20 mm间隙，相邻两垄间为宽度约500 mm 的垄沟( 图1-1) 。
本文要求在现有农艺条件下，设计出合适尺寸的车身模型，设计出可以达到垄面一定范围的机械手，以及可以高效且少伤果实的末端执行器。
12（a）354(b）( a) 草莓田实景( b) 地垄截面1 垄沟2 地垄3 果柄4 草莓果实5 垄侧面图1-1垄作栽培模式下的草莓田间环境1.3 草莓采摘机器人国内外发展状况1.3.1国外研究现状国外自动化采摘设备发展十分迅速。
自从1983年在美国诞生了第一台西红柿采摘机器人，采摘机器人的开发和研究已经有二十多年的历史，期间摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等机器人相继在日本和欧美等多家研制成功。
对于草莓采摘机器人的研究，目前处于初级阶段。
1）日本Kondo等人针对草莓的不同栽培模式（高架栽培模式和传统栽培模式）研制出了相应得采摘机器人[4]。
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5自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，机械手采用真空系统和切割器组成。
收货时，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，机械手向下移动直到把草莓吸入；由光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由切割器旋转切断果梗，完成采摘。
2）日本宫崎大学研制设计了高地隙跨垄作业4自由度的草莓收获机器人[5]。
该机器人采用两个CCD照相机获取草莓的图像，计算出草莓的中心方向，用激光传感器测量手爪到草莓的距离，通过采用两个直的手指来抓取草莓果柄，避免了对果实的伤害。
采用切刀切断果柄。
1.3.2 国内研究现状1）草莓选果机[6]。
栃木县农业试验场开发了非常实用的草莓选果机。
该设备可根据每一个草莓的含糖量和果实大小进行选择，并可以把选好的草莓装入塑料袋内，整个过程是全自动作业，每小时可分选草莓5300多公斤。
南京农业大学运用双目立体视觉技术，对图像的二维直方图进行腐蚀、膨胀、去除小团块，用拟合曲线实现彩色图像的分割，既而分离果实，并将二维图像恢复成三维坐标，实现了果实定位[7]。
2）浙江大学梁喜凤等人对采摘机器人的机械手做了一定的研究，提出了评价采摘机械手工作性能的性能指标；工作空间、可操作度、避障能力、冗余空间与姿态多样性。
3）中国农业大学应用草莓图像的彩色模型中的特定通道信息，对成熟草莓进行了识别，并初步建立了桥架式直角坐标机器人，还在水果采摘机器人三维视觉系统的过程中，提出了一种基于果实表面颜色色彩空间参照表的果实目标识别新方法，使计算机系统适用多种果实[8]。
目前，草莓采摘机器人的智能水平还很有限，不管是国内还是国外的草莓采摘机器人，离商品化和实用化还有一定的差距。
差距如下：1）没有设计出合理的末端执行器，抓取过程中容易损伤草莓的果皮；2）没有设计出理想的机械手，很难达到有效的采摘范围；3）采摘效率不高，误差大。
1.4 研究的目标和内容1.4.1 研究目标目前研制草莓采摘机器人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，柔韧度高，不伤果皮的末端执行器；2）研究结构简单，覆盖范围广的机械手臂；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、规模大的北方温室大棚垄作栽培的草莓为研究对象，对草莓采摘机器人进行设计和研究。