果樹采摘機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及運動學(xué)分析-wenkub
2023-07-01 12:45:11 本頁面
【正文】 esigned robot mechanical structure was uesd as the study , research and design was progressed for the fruit harvesting robot39。本文在以自行設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設(shè)計，并對采摘機器人避障技術(shù)進行了探討。精選資料果樹采摘機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及運動學(xué)分析專業(yè)：機械制造與自動化 學(xué)生：張長峰 指導(dǎo)老師：周威鐸 完成日期：摘 要 果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)關(guān)注的熱點問題。主要工作如下： 分析了果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)，介紹了機器人運動學(xué)理論，根據(jù)自行設(shè)計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學(xué)方程。s control system. The adaptive fuzzy PID controller was posed by PID control method bined with fuzzy logic control method and the controller was used in fruit harvesting robot visual servo the same time the technology of harvesting robot’s control and obstacle avoidance was main research contents as follows: the mechanical structure of the fruit harvesting robot was analysed and the theory of robot kinematics was introduced. Based on the selfdesign 5 degrees of freedom robot manipulator’s mechanical properties, the fruit harvesting robot’s positive and inverse kinematics equations were found using the geometric structure of the algorithm. KEY WORDS: fruit harvesting robot, obstacle avoidance, sensor and so on. 目 錄摘 要 2ABSTRACT 3第一章 農(nóng)業(yè)采摘機器人的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 5 農(nóng)業(yè)采摘機器人的研究意義 6 農(nóng)業(yè)采摘機器人的特點 6 農(nóng)業(yè)采摘機器人國內(nèi)外研究進展 6第二章 農(nóng)業(yè)采摘機器人研究存在的問題與解決方法 9 存在的技術(shù)難題 9 技術(shù)難題解決方法 9 本設(shè)計主要研究內(nèi)容 10第三章 果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu) 10第四章 攝像機投影模型 13 13 13 攝像機模型 14 14第五章 果樹采摘機器人機械臂運動學(xué)分析 17 17 19第六章 總結(jié)與展望 21 總結(jié) 21 不足之處與未來展望 21參考文獻 22致 謝 23第一章 農(nóng)業(yè)采摘機器人的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 機器人技術(shù)是一門新興的多學(xué)科交叉的綜合性高新技術(shù)，涉及機構(gòu)學(xué)、機械設(shè)計學(xué)、自動控制、傳感技術(shù)、計算機、人工智能、仿生學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于易對植被造成損害、易污染環(huán)境等原因，傳統(tǒng)的機械通常存在著許多的缺點。因此，世界各國對農(nóng)業(yè)機器人非常重視，投入了大量的資金和人力進行研究開發(fā)。采摘機器人是針對水果和蔬菜，可以通過編程來完成這些作物的采摘、轉(zhuǎn)運、打包等相關(guān)作業(yè)任務(wù)的具有感知能力的自動化機械收獲系統(tǒng)，是集機械、電子、信息、智能技術(shù)、計算機科學(xué)、農(nóng)業(yè)和生物等學(xué)科于一體的交叉邊緣性科學(xué)，需要涉及機械結(jié)構(gòu)、視覺圖像處理、機器人運動學(xué)動力學(xué)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)以及計算信息處理等多方面的學(xué)科領(lǐng)域知識。因此，加快農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化，為農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展培育新的增長點，對推進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，提高農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力有著重要的意義。該機器人有5個自由度，對果實實行三維定位。由于番茄的果實經(jīng)常被葉莖遮擋，為了能夠靈活避開障礙物，采用具有冗余度的7自由度機械手。因此需要在機器手的結(jié)構(gòu)、采摘工作方式和避障規(guī)劃方面加以改進，以提高采摘速度和采摘成功率，降低機器人自動化收獲的成本，才可能達(dá)到實用化。工作中，利用模糊視覺反饋系統(tǒng)引導(dǎo)末端執(zhí)行器靠近果實，完成采摘作業(yè)。但不少院校、研究所都在進行采摘機器人和智能農(nóng)業(yè)機械相關(guān)的研究。然后，單片機控制系統(tǒng)控制機械手大、小臂同時柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開并擺動，對準(zhǔn)要采集的樹枝，大小臂同時運動，～2m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動采集爪按原路向后返回，梳下枝上球果，完成一次采摘。 技術(shù)難題解決方法 在果蔬采摘機器人系統(tǒng)中，由于作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，特別是存在光照條件的不確定性和果實部分或完全遮擋問題，采摘對象的智能化識別和定位問題還需要進一步研究。移動載體為履帶式底盤，加裝了工控機、電源箱、采摘輔助裝置、多種傳感器；五自由度機械手為自行設(shè)計，由相應(yīng)關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置進行驅(qū)動。圖32采摘機器人結(jié)構(gòu)框圖 同其他結(jié)構(gòu)形式相比，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)對于確定三維空間中的任意位置和姿態(tài)是最有效的。 機械手的升降由氣泵驅(qū)動升降臺完成，能應(yīng)對采摘過程中遇到較高果樹作物的特殊情況；機械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、棱柱關(guān)節(jié)采用伺服電機驅(qū)動。末端操作器必須根據(jù)對象的物理屬性來設(shè)計，包括形狀、尺寸動力學(xué)特性；同時水果的化學(xué)和生物特性也必須考慮。圖3
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