【正文】 (減速比*減速箱效率) ＝靜態(tài)摩擦系數(shù)小車質(zhì)量*g*輪半徑/(減速比*減速箱效率)2 計算電機轉(zhuǎn)速n ｎ=(線速度*60*減速比)/(2*pi*軸半徑) （2）3 計算功率P0 （3）4 根據(jù)最選擇功率合適的電機，要求電機的輸出功率滿足Pmax≥P0,一般選擇2 P0≥Pmax≥ P05 進一步驗證電機選擇是否合適，驗證方法： （4）從力矩的角度來為機器人選擇驅(qū)動電機：M＝15**(14*80)= n=(2*60*14)/(2*pi*)=3600rpmP0=*3600*2pi/60=73W因此，~146Ｗ之間。（1）后輪的電機選擇我們先假設車體重量是10千克，可以采摘的果實最大總重量是5千克。前后輪各用一個電機進行控制，前輪用步進電機控制方向；后輪采用的是直流電機控制車體的前進后退暫停。事實證明，一般的智能番茄生產(chǎn)大棚都是一個場地規(guī)劃相對整齊干凈的環(huán)境。 Kondo N等研制的番茄采摘機器人 番茄采摘機器人機械結(jié)構示意圖圖 是番茄采摘機器人的整體結(jié)構示意圖。（2）要具備柔性和靈活性都比較好的機械手及末端執(zhí)行器，即機械手具有一定的冗余度。研究內(nèi)容：結(jié)合實際的果實采摘工作，研究番茄采摘機器人整體的機械結(jié)構；研究傳感器應用及避障系統(tǒng)的功能要求；研究運動控制系統(tǒng)的功能需求和電機控制策略。對目標進行標定后，用面積匹配實現(xiàn)共軛圖像中目標的配準。果實采摘機器人在技術層面的發(fā)展，就視覺識別系統(tǒng)、機械臂、機械末端、運動控制系統(tǒng)方面都有了豐碩的成果。即自由度個數(shù)適中，同時能夠保證采摘的效率。隨著研究中遇到的問題和難題一一解決和攻破，果實采摘機器人將不斷完善。其利用機器人的多傳感器融合功能，對采摘對象進行信息獲取、成熟度判別，并確定采摘對象的空間位置，實現(xiàn)機器人末端執(zhí)行器的控制與操作的智能化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在非結(jié)構環(huán)境下的自主導航運動、區(qū)域視野快速搜索、局部視野內(nèi)果實成熟度特征識別及果實空間定位、末端執(zhí)行器控制與操作，最終實現(xiàn)黃瓜果實的采摘收獲[12]。我國機器人技術雖然起步較晚，但在改革開放的推動下發(fā)展迅速。（4）韓國的蘋果收獲機器人：韓國慶北大學的科研人員研制出蘋果果采摘機器人，它具有4個自由度，包括3個旋轉(zhuǎn)關節(jié)和1個移動關節(jié)。此款機器人的采摘準確率為70%，速度為15s/個果實[4]。（1）經(jīng)典的番茄采摘機器人是日本Kondo N等人研制的番茄采摘機器人。從1983年的第一臺西紅柿采摘機器人在美國誕生以來，采摘機器人的研究和發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了近30年[2]，但我國在該領域中的研究還處于起步階段，因此我們必須加快對采摘機器人的研究腳步以早日趕超國際水平，使其為我國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展做出重大。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,由于作業(yè)對象的復雜、多樣,以及當前我國正面臨人口老年化的趨勢[1]，使得新型農(nóng)業(yè)機械——農(nóng)業(yè)機器人的開發(fā)具有巨大經(jīng)濟效益和廣闊的市場前景,符合社會發(fā)展的需求。ImplementationABSTRACTThis paper starts from the mechanical structure of robot to analyse and design the motion control system of Tomato Picking Robot .Firstly, with reference to the new research of the domestic and foreign picking robot, it analyses the tomato picking robot mechanical structure and design mechanical structure of the motion control system . Secondly, analysis and designs the motion control system. It is also based on the picking robot working environment, and bined the damand of picking robot self motion and the coordination of other mechanical to design. Mainly it prises a power supply module, motor control module and display module and so on.Thirdly, The sensor of the picking robot is analyzed and designing the obstacle avoidance of the motion control system , mainly including: the selection of sensor, obstacle avoidance module, alarm module designing. Picking robot sensor selection is based on the tomato picking robot working environment as well as the current market, which has several mon sensor performance, price and can plete the function chosen for parison. At last, it designs the obstacle avoidance system.Finally, the accuracy of the motion control system in this design is verified correctly by simulation. The obstacle avoidance function can realizing in the simulation .KEY WORD: mechanical structure。關鍵詞：機械結(jié)構；避障；傳感器；運動控制Tomato主要包括：電源模塊、電機控制模塊、電機驅(qū)動模塊、顯示模塊等。 學校代碼： 11059 學 號：0805070014Hefei University 畢業(yè)設計（論文）BACHELOR DISSERTATION論文題目： 番茄采摘機器人運動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 學位類別： 工 學 學 士年級專業(yè)（班級）：08級 自動化 （1）班作者姓名： 導師姓名： 完成時間： 2012年 5 月 15 日49番茄采摘機器人運動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中文摘要本文從機器人機械結(jié)構入手，對番茄采摘機器入的運動控制系統(tǒng)進行了研究。運動控制系統(tǒng)的分析與設計部分立足于采摘機器人的工作環(huán)境，并結(jié)合采摘機器人自身運動方面的需求和其它機械部分的需求來設計。最后，通過仿真驗證了運動控制系統(tǒng)設計的準確性，實現(xiàn)了避障功能。Design And motion control目 錄中文摘要 IABSTRACT II第一章 前言 1 1 1 1 3 4第二章 機械結(jié)構的分析與設計 5 5 6 6 6 7 執(zhí)行器選擇依據(jù) 7 執(zhí)行機構電機的介紹 10第三章 運動控制系統(tǒng)硬件部分設計 12 12 12 12 13 13 14 15 15 17 17 18 報警模塊電路設計 20 21 21第四章 運動控制系統(tǒng)軟件設計 24 24 25 25 26 27第五章 系統(tǒng)仿真 28結(jié)束語 30參考文獻 31致謝 33附件 34第一章 前言隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展,智能機器人已在許多領域得到日益廣泛的應用。國際上，日本、美國等發(fā)達國家，已經(jīng)從20世紀80年代開始研究采摘機器人，并取得很多成果。和國內(nèi)相比國外一直處于技術前沿。采用具有冗余度的7自由度機械手是為了能夠靈活避開障礙物。其內(nèi)置有能夠感應色彩的攝像頭，可以準確分辨出草莓和綠葉，利用事先設定的色彩值，再配合獨特的機械結(jié)構，它就可以判斷出草莓的成熟度，并將符合要求的草莓采摘下來，速度達到10s/個[6]。該機器人末端執(zhí)行器下方安裝有果實收集袋，縮短了從采摘到放置的時問，提高了采摘速度[7]。經(jīng)教育部認定，是國內(nèi)第一臺黃瓜采摘機器人，獲得多項國家專利。未來的采摘機器人將真正做到一機多用，不僅可以采摘多種果實還可以實現(xiàn)多種用途[13]。（2）具有靈活的機械臂和較為輕便柔軟的機械末端，且能夠在工作時避開枝蔓的阻撓。所以要求系統(tǒng)的實時性要好。比如，最初的日本研制的番茄采摘機器人采用傳統(tǒng)視覺處理技術由彩色攝像頭和圖像處理卡組成的視覺系統(tǒng)來尋找和識別成熟果實[16]，而現(xiàn)在番茄采摘機器人，南京農(nóng)業(yè)大學的張瑞合、姬長英等人在番茄采摘中運用雙目立體視覺技術對紅色番茄進行定位，將圖像進行灰度變換，而后對圖像的二維直方圖進行腐蝕、膨脹以去除小團塊，提取背景區(qū)邊緣，然后用擬合曲線實現(xiàn)彩色圖像的分割，將番茄從背景中分離出來[17]。機器人已由一開始的無法準確判斷和避開枝蔓[18]，發(fā)展到快速而準確的避開枝蔓采摘果實。機器人整體的機械結(jié)構應具備以下能力：（1）要具備可靠性，穩(wěn)定性，結(jié)構緊湊并且要有適當?shù)墓ぷ鞣秶Ｆ渥杂啥葹?，由下到上，第一個自由度為水平移動，第二個自由度是升降自由度，第三個為旋轉(zhuǎn)自由度，后面三個為機械臂的軌跡規(guī)劃自由度，最后一個是機械末端的自動調(diào)整自由度。 四輪式果實采摘機器人整體結(jié)構示意圖我們首先假想，番茄采摘機器人的環(huán)境是地面整體平坦，具有摩擦系數(shù)適中，地面結(jié)實。前輪是控制車體轉(zhuǎn)向，后輪是控制車體前后運動。在運動控制系統(tǒng)設計中必須考慮車體載荷。我們選用14:1，其減速效率一般為80%。根據(jù)輸出功率方面進行選擇 （5）式中，——工作機阻力，N。 其中=——主動輪與場地之間的摩擦在機器人行走時，主動輪是采用橡膠材料，與地面的靜摩擦系數(shù)約為,在計算中選擇02；——作用在主動輪上的支持力 （6），則工作機的最大線速度取為由以上推斷，可以得 （7）式中，為電動機到主動輪的傳動總效率而 （8）滾動軸承效率:輪箱效率:齒輪效率則?？偨Y(jié)：由上述兩種方法進行選擇，可以看出FAULHABER公司生產(chǎn)的直流電機FAULHBER3863型號符合條件。 FAULHBER3863型號電機性能參數(shù)正常電壓24V極限電阻 Ω最大輸出功率220W效率85%空載轉(zhuǎn)速6700rpm空載電流靜止轉(zhuǎn)矩1250mNm摩擦轉(zhuǎn)矩速度常數(shù)287rpm反電動勢常數(shù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)電流常數(shù)nM曲線斜率轉(zhuǎn)子電感130μH機械時間常數(shù)6ms轉(zhuǎn)子慣量110gcm最大轉(zhuǎn)速8000rpm最大轉(zhuǎn)矩110mNm（2）35BY48HJ120減速步進電動機特點， 35BY48HJ120減速步進電動機特點型號相數(shù)步距角扭矩Nm電壓V電流A電阻Ω轉(zhuǎn)速rpm驅(qū)動方式35BY48HJ1202/41245642第三章 運動控制系統(tǒng)硬件部分設計本章講述了番茄采摘機器人運動控制系統(tǒng)的硬件設計。根據(jù)設計要求，控制器主要用于各種信號的處理、控制算法實現(xiàn)、底盤電動機的控制和聲光報警等，控制器選擇ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機作為系統(tǒng)控制器。機器人系統(tǒng)電機執(zhí)行機構需要使用24V電壓供電，單片機系統(tǒng)、超聲波傳感器避障系統(tǒng)等必須在5V電壓下才能夠正常工作。比較而言，開關型直流穩(wěn)壓電路更能降低電源轉(zhuǎn)換芯片的功耗，提高電源的利用效率。在相同電壓降的條件下，開關電源調(diào)節(jié)器件與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的“熱損失”。這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制，簡稱PWM。對于特定的電機，其最大是確定的，因此控制平均轉(zhuǎn)速就要控制占空比。由于機步進電動機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電動機驅(qū)動器。達林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。如所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動，電流將從右至左流過電機?？梢燥@示84行1616點陣的漢字. 。