【正文】 從國內(nèi)外果實(shí)采摘機(jī)器人的研究現(xiàn)狀來看，目前果實(shí)采摘機(jī)器人的研究正處于由試驗(yàn)階段向?qū)嵱猛茝V階段的過渡時(shí)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(jī)器人和智能農(nóng)業(yè)機(jī)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(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘機(jī)器人[8]；吉林工大學(xué)的周云山等人研究了蘑菇采摘機(jī)器人[9]；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的張鐵中等人針對(duì)我國常見的溫室罩壟作栽培的草莓設(shè)計(jì)了3種采摘機(jī)器人[10]；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的張瑞合、姬長英等人研制了番茄采摘機(jī)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(jī)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(jìn)行采摘，其采摘準(zhǔn)確度可達(dá)到85%～95%[5]。其結(jié)構(gòu)由機(jī)械手臂、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別裝置、控制模塊、能源組塊組成。采摘機(jī)器人是針對(duì)水果和蔬菜，可以通過編程來完成這些作物的采摘、轉(zhuǎn)運(yùn)、打包等相關(guān)作業(yè)任務(wù)的具有感知能力的自動(dòng)化機(jī)械收獲系統(tǒng)，是集機(jī)械、電子、信息、智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)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)[3]。番茄采摘機(jī)器人是基于人工采摘果實(shí)作業(yè)中耗時(shí)、費(fèi)力等因素而應(yīng)運(yùn)而生的智能農(nóng)業(yè)裝備。 obstacle avoidance。Harvesting Robot第三，對(duì)采摘機(jī)器人的傳感器部分進(jìn)行了分析并對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的避障部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。首先，參照國內(nèi)外的采摘機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，分析了番茄采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)并完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其次，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。采摘機(jī)器人的傳感器選擇依據(jù)的是番茄采摘機(jī)器人的工作環(huán)境以及目前市場(chǎng)上所具有的幾種常見傳感器的性能、價(jià)格和能完成的功能進(jìn)行比較選擇，最終設(shè)計(jì)出避障系統(tǒng)。Motion Control System sensors。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)中不可或缺的部分為機(jī)器人實(shí)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(jī)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(xiàng)研究采摘蘋果、柑桔、西紅柿、西瓜和葡萄等智能機(jī)器人。、。（3）日本一家機(jī)器人公司研制出草莓采摘機(jī)器人。它利用CCD攝像機(jī)和光電傳感器識(shí)別果實(shí)，從樹冠外部識(shí)別蘋果的識(shí)別率達(dá)85％，速度達(dá)5 s/個(gè)。近期中國農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明的黃瓜采摘機(jī)器人,。要想讓采摘機(jī)器人真正造福于人，必須進(jìn)行更深入廣泛的研究，改進(jìn)目前采摘機(jī)器人存在的問題與不足，完善采摘機(jī)器人的新功能、新特點(diǎn)，確保機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。果實(shí)采摘機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：（1）要具有精確度高的視覺識(shí)別系統(tǒng)，能夠區(qū)分出果實(shí)和植物的枝蔓，準(zhǔn)確識(shí)別出成熟果實(shí)和非成熟果實(shí)，提高準(zhǔn)確率和成功率。（4）考慮到使用機(jī)器人采摘的果實(shí)的初衷是用機(jī)械代替人工從而提高工作效率。視覺識(shí)別方面，得益于數(shù)學(xué)模型及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，果實(shí)采摘機(jī)器人已經(jīng)能夠完成果實(shí)識(shí)別、果實(shí)成熟度識(shí)別以及精確快速處理等功能[15]。機(jī)械臂機(jī)、械末端方面，由于自由度選擇和傳感器技術(shù)的進(jìn)步、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)。 第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)根據(jù)番茄采摘機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)出番茄采摘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)的選擇。以日本Kondo N等人研制的番茄采摘機(jī)器人為例，、。采用5個(gè)電機(jī)控制，使機(jī)器人能夠多自由度工作。為此本設(shè)計(jì)的番茄采摘機(jī)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(jī)器人中承擔(dān)機(jī)器人的移動(dòng)任務(wù)，車體載荷決定驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jìn)入符合條件。一般取。通過查找電機(jī)的參數(shù)指標(biāo)，可以選擇FAULHBER 3863型號(hào)，當(dāng)工作電壓為24V時(shí)，其輸出功率為130W。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的介紹（1）FAULHBER3863型號(hào)電機(jī)有如下特點(diǎn)：1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)電壓低、空載電流??；2 最高轉(zhuǎn)速達(dá)20200rpm，適當(dāng)提高電壓可獲更高的速度并對(duì)電機(jī)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(dá)20Nm；。有以下的設(shè)計(jì)思路。電源模塊對(duì)于番茄采摘機(jī)器人的底盤控制系統(tǒng)來說極其重要，關(guān)系到整個(gè)底盤系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)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(shì)：開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低，其平均工作效率可達(dá)70％～90%。其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機(jī)速度。設(shè)脈沖寬度為t，脈沖周期為T，電機(jī)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(jì)中所控制的步進(jìn)電機(jī)是四相單極式35BY48HJ120減速步進(jìn)電機(jī)。單個(gè)達(dá)林頓對(duì)的集電極電流500mA。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（注：—）。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)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(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。采用單片機(jī)產(chǎn)生不同的信號(hào)來控制閃光LED燈和蜂鳴器完成聲光報(bào)警提示， 其主要應(yīng)用于番茄采摘機(jī)器人在遇到障礙物時(shí)的自動(dòng)警報(bào)功能。若有則執(zhí)行避障任務(wù)，即急停、報(bào)警提示。 點(diǎn)缺測(cè)量范圍小，對(duì)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(duì)物體探測(cè)過程中對(duì)溫度依賴過大，對(duì)溫度相同的物體不能做出準(zhǔn)確的判斷。方案三：探測(cè)障礙的最簡(jiǎn)單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計(jì)算其往返時(shí)間來判定距離的。超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF（time of flight）。8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)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(huì)聚調(diào)整時(shí)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(shí)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(hào)。 最小系統(tǒng)電路原理圖 本設(shè)計(jì)中電機(jī)的控制方式是PWM波控制方式。LED燈與電阻組成光報(bào)警；蜂鳴器與驅(qū)動(dòng)電路組成的聲報(bào)警。 LED燈光報(bào)警 聲報(bào)警，是將番茄采摘機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用直觀的方法顯示出來。為此設(shè)計(jì)中采用了 CD4069 六非門反相器來增強(qiáng)超聲波的發(fā)射功率，由于非門實(shí)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(fù)反饋電阻，就能夠使它從飽和區(qū)進(jìn)入線性放大區(qū)。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)用以提高驅(qū)動(dòng)能力?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率 38KHz與本設(shè)計(jì)中超聲波頻率 40KHz較為接近，所以利用它來制作超聲波檢測(cè)接收電路。其總放大增益80db。但C1 的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，典型參數(shù)R1= ，C1=1μF。6腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。首先小車進(jìn)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(jìn)，前進(jìn)過程中單片機(jī)通過超聲波模塊不斷檢測(cè)距前方障礙物。由于系統(tǒng)采用的是 12M 晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是一微秒，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器 T0 中的數(shù)按公式d=(c*t)/2=172*T0/10000計(jì)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(jī)器人停止動(dòng)作，等待排除障礙再運(yùn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(shí)只要按照時(shí)序嚴(yán)格編寫就可以實(shí)現(xiàn)車體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的顯示功能。仿真采用按鍵代替番茄采摘機(jī)器人采摘結(jié)構(gòu)提供的信號(hào)，用于控制后輪電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并將電機(jī)的狀態(tài)信息顯示出去。顯示的是后輪電機(jī)處在正轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在顯示屏中顯示為“前進(jìn)”。一番風(fēng)雨路三千，通過近一個(gè)學(xué)期的努力，終于在曲折中的完成了番茄采摘運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)這一畢業(yè)設(shè)計(jì)。好在得到了王老師的耐心解惑，給我的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)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(yùn) {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(hào)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(cè)LCD忙狀態(tài) { E=1。 //讀操作前先進(jìn)行一次空讀操作 ，接下來才能讀到數(shù)據(jù) while(!Busy)。