【正文】 從國內(nèi)外果實采摘機器人的研究現(xiàn)狀來看，目前果實采摘機器人的研究正處于由試驗階段向?qū)嵱猛茝V階段的過渡時期，我國在這方面的研究只處于起步階段。尤其在不少大專院校、研究所都在迸行采摘機器人和智能農(nóng)業(yè)機械方面的研究，已有很多研究成果披露，比較有代表性的有：東北林業(yè)大學的陸懷民研制了林木球果采摘機器人[8]；吉林工大學的周云山等人研究了蘑菇采摘機器人[9]；中國農(nóng)業(yè)大學的張鐵中等人針對我國常見的溫室罩壟作栽培的草莓設(shè)計了3種采摘機器人[10]；南京農(nóng)業(yè)大學的張瑞合、姬長英等人研制了番茄采摘機器人[11]。采用三指夾持器作為末端執(zhí)行器，其手心裝有壓力傳感器，可以起到避免蘋果損傷的作用。（2）美國研究人員在美國航空航天局資助下研制成番茄采摘機器人能在草和葉子之間確定西紅柿的位置，挑選出已成熟的西紅柿并進行采摘，其采摘準確度可達到85%～95%[5]。其結(jié)構(gòu)由機械手臂、末端執(zhí)行機構(gòu)、運動行走機構(gòu)、視覺識別裝置、控制模塊、能源組塊組成。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、農(nóng)業(yè)和生物等學科于一體的交叉邊緣性科學[3]。番茄采摘機器人是基于人工采摘果實作業(yè)中耗時、費力等因素而應(yīng)運而生的智能農(nóng)業(yè)裝備。 obstacle avoidance。Harvesting Robot第三，對采摘機器人的傳感器部分進行了分析并對運動控制系統(tǒng)的避障部分進行了設(shè)計。首先，參照國內(nèi)外的采摘機器人的研究現(xiàn)狀，分析了番茄采摘機器人機械結(jié)構(gòu)并完成運動控制系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。其次，對運動控制系統(tǒng)進行了分析和設(shè)計。采摘機器人的傳感器選擇依據(jù)的是番茄采摘機器人的工作環(huán)境以及目前市場上所具有的幾種常見傳感器的性能、價格和能完成的功能進行比較選擇，最終設(shè)計出避障系統(tǒng)。Motion Control System sensors。運動控制系統(tǒng)作為采摘機器人控制系統(tǒng)中不可或缺的部分為機器人實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的采摘工作提供了必要的保證。近30年來，采摘機器人的發(fā)展可謂是日新月異，日本和歐美等國家相繼立項研究采摘蘋果、柑桔、西紅柿、西瓜和葡萄等智能機器人。、。（3）日本一家機器人公司研制出草莓采摘機器人。它利用CCD攝像機和光電傳感器識別果實，從樹冠外部識別蘋果的識別率達85％，速度達5 s/個。近期中國農(nóng)業(yè)大學發(fā)明的黃瓜采摘機器人,。要想讓采摘機器人真正造福于人，必須進行更深入廣泛的研究，改進目前采摘機器人存在的問題與不足，完善采摘機器人的新功能、新特點，確保機器人運行穩(wěn)定、可靠。果實采摘機器人的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該包括以下幾個方面：（1）要具有精確度高的視覺識別系統(tǒng)，能夠區(qū)分出果實和植物的枝蔓，準確識別出成熟果實和非成熟果實，提高準確率和成功率。（4）考慮到使用機器人采摘的果實的初衷是用機械代替人工從而提高工作效率。視覺識別方面，得益于數(shù)學模型及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，果實采摘機器人已經(jīng)能夠完成果實識別、果實成熟度識別以及精確快速處理等功能[15]。機械臂機、械末端方面，由于自由度選擇和傳感器技術(shù)的進步、以及機械結(jié)構(gòu)的不斷改進。 第二章 機械結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計根據(jù)番茄采摘機器人的運動控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計出番茄采摘機器人運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并完成了車體載荷的估算和執(zhí)行機構(gòu)的選擇。以日本Kondo N等人研制的番茄采摘機器人為例，、。采用5個電機控制，使機器人能夠多自由度工作。為此本設(shè)計的番茄采摘機器人采用的是四輪式底盤結(jié)構(gòu)。 車體布局示意圖 從車體后方角度觀察 執(zhí)行器選擇依據(jù)作為番茄采摘機器人中承擔機器人的移動任務(wù)，車體載荷決定驅(qū)動電機的選擇。減速比即為減速箱的齒輪比，通過查找減速箱datasheet查找一般的減速比和減速效率。且進入符合條件。一般取。通過查找電機的參數(shù)指標，可以選擇FAULHBER 3863型號，當工作電壓為24V時，其輸出功率為130W。 執(zhí)行機構(gòu)電機的介紹（1）FAULHBER3863型號電機有如下特點：1 轉(zhuǎn)動慣量小、啟動電壓低、空載電流?。? 最高轉(zhuǎn)速達20200rpm，適當提高電壓可獲更高的速度并對電機壽命無影響；3 ~48VDC，功率最大226W，直徑范圍6~38mm，長度12~63mm；4 最大輸出扭矩1290ｍNｍ，配減速箱后，最大輸出扭矩高達20Nm；。有以下的設(shè)計思路。電源模塊對于番茄采摘機器人的底盤控制系統(tǒng)來說極其重要，關(guān)系到整個底盤系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時應(yīng)該選好合適的電源。目前，提供穩(wěn)壓直流電壓的方法主要有兩種：集成線性穩(wěn)壓電路，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路。優(yōu)勢：開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低，其平均工作效率可達70％～90%。其方法是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機速度。設(shè)脈沖寬度為t，脈沖周期為T，電機的平均轉(zhuǎn)速為；式中, 稱為占空比，占空比越大，轉(zhuǎn)速越高，反之就越低。設(shè)計中所控制的步進電機是四相單極式35BY48HJ120減速步進電機。單個達林頓對的集電極電流500mA。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注：—）。要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。128X64LCD是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。采用單片機產(chǎn)生不同的信號來控制閃光LED燈和蜂鳴器完成聲光報警提示， 其主要應(yīng)用于番茄采摘機器人在遇到障礙物時的自動警報功能。若有則執(zhí)行避障任務(wù)，即急停、報警提示。 點缺測量范圍小，對空氣溫度變化敏感。其利用紅外原理制成的，這也就決定其在對物體探測過程中對溫度依賴過大，對溫度相同的物體不能做出準確的判斷。方案三：探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標發(fā)射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定距離的。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法TOF（time of flight）。8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。CC2電容值取530pF，電容的大小可以起頻率微調(diào)作用，外部時鐘電路的XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器，一般頻率低于12MHz的方波信號。 最小系統(tǒng)電路原理圖 本設(shè)計中電機的控制方式是PWM波控制方式。LED燈與電阻組成光報警；蜂鳴器與驅(qū)動電路組成的聲報警。 LED燈光報警 聲報警，是將番茄采摘機器人的運動狀態(tài)用直觀的方法顯示出來。為此設(shè)計中采用了 CD4069 六非門反相器來增強超聲波的發(fā)射功率，由于非門實質(zhì)上是放大倍數(shù)很大的反相放大器，如果給非門加上合適的負反饋電阻，就能夠使它從飽和區(qū)進入線性放大區(qū)。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)用以提高驅(qū)動能力?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz與本設(shè)計中超聲波頻率 40KHz較為接近，所以利用它來制作超聲波檢測接收電路。其總放大增益80db。但C1 的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，典型參數(shù)R1= ，C1=1μF。6腳：該腳與地之間接一個積分電容，標準值為 330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。首先小車進行上電初始化程序，屏幕顯示小車初始狀態(tài)，后小車開始前進，前進過程中單片機通過超聲波模塊不斷檢測距前方障礙物。由于系統(tǒng)采用的是 12M 晶振，計數(shù)器每計一個數(shù)就是一微秒，當主程序檢測到接收成功標志位后，將計數(shù)器 T0 中的數(shù)按公式d=(c*t)/2=172*T0/10000計算。避障系統(tǒng)的程序思路是：發(fā)現(xiàn)障礙物后，番茄采摘機器人停止動作，等待排除障礙再運動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。下面為八拍模式下以單片機的P0口的低四位為控制端口的正序和反序的控制碼。編寫程序時只要按照時序嚴格編寫就可以實現(xiàn)車體運動狀態(tài)的顯示功能。仿真采用按鍵代替番茄采摘機器人采摘結(jié)構(gòu)提供的信號，用于控制后輪電機的轉(zhuǎn)動，并將電機的狀態(tài)信息顯示出去。顯示的是后輪電機處在正轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在顯示屏中顯示為“前進”。一番風雨路三千，通過近一個學期的努力，終于在曲折中的完成了番茄采摘運動控制設(shè)計與實現(xiàn)這一畢業(yè)設(shè)計。好在得到了王老師的耐心解惑，給我的畢業(yè)設(shè)計指明了方向。在畢業(yè)論文階段完成的過程中，導(dǎo)師傾注了大量的心血，在學習和生活上都給了我諄諄教誨和無微不至的關(guān)懷，令我終生難忘。define LCDLINE 0x40 //設(shè)置列指令。 sbit L=P3^1。 sbit Busy=P2^7。 uc scan_key3,scan_key4。 ui count1,count2。*/static speed。uc code FEI[]={//。uc YUAN[]={//。uc DONG[]={//。uc code M[]={//名0x00,0x40,0x20,0x10,0x08,0x27,0x44,0x84,0x44,0x24,0x14,0x0C,0x04,0x00,0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x02,0x7E,0x23,0x23,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0x7E,0x00,0x00,0x00,}。uc code ZHUANG[ ]={//狀0x08,0x30,0x00,0xFF,0x20,0x20,0x20,0x20,0xFF,0x20,0xE1,0x26,0x2C,0x20,0x20,0x00,0x04,0x02,0x01,0xFF,0x40,0x20,0x18,0x07,0x00,0x00,0x03,0x0C,0x30,0x60,0x20,0x00,}。*/uc code YUN[]= //運 {0x40,0x41,0xCE,0x04,0x00,0x20,0x22,0xA2,0x62,0x22,0xA2,0x22,0x22,0x22,0x20,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x28,0x4C,0x4A,0x49,0x48,0x4C,0x44,0x45,0x5E,0x4C,0x40,0x00,}。uc code HOU[] = {//后 0x00,0x00,0x00,0xFE,0x12,0x12,0x12,0x12,0x12,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x00,0x00,0x40,0x30,0x0E,0x01,0x00,0x7F,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x11,0x7F,0x00,0x00,0x00,}。uc code ZZ[]={//左0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0xA0,0x60,0x1F,0x10,0x90,0x90,0x90,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x10,0x08,0x24,0x22,0x21,0x21,0x21,0x1F,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x00,0x00,}。uc code MAOHAO[]={//冒號0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,}。uc code WU[]={0x80,0x40,0x70,0x40,0xFF,0x20,0x40,0x20,0xF8,0x26,0xE0,0x20,0x20,0xE0,0x00,0x00,0x04,0x04,0x04,0x02,0x3F,0x01,0x12,0x09,0x04,0x02,0x11,0x10,0x0E,0x01,0x00,0x00,}。void wdata(uc dat)。 //轉(zhuǎn)步 void run1()。//************************************//**************LCD初始化 *************** //*********************************void iniLCD(void) //初始化 { L=1。 //開顯示 設(shè)置 wcode(0xc0)。}//******************LCD判斷忙的子程序**********//**********************************************8 void chkbusy(void) // 測LCD忙狀態(tài) { E=1。 //讀操作前先進行一次空讀操作 ，接下來才能讀到數(shù)據(jù) while(!Busy)。