【正文】 mand and reduce labor intensity and improve economic efficiency, but also can track new agricultural technologies of the world. It is important to promote Chinese agricultural scientific and technological progress, accelerate the agricultural modernization process.Fruit harvesting robot is an integrated system that has multiple functions such as environmental apperceive, dynamic decision making, planning conduct control and implem entation. It is a special kind of mobile robot system that the manipulator is fixed on the track type mobile platform. This paper is supported by the National “863” Project: “research on fruit harvesting robot’s key technologies”. A selfdesigned robot mechanical structure was uesd as the study , research and design was progressed for the fruit harvesting robot39。利用固高PANamp。在詳細論述關(guān)節(jié)式機器人避障方法的基礎(chǔ)上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C空間法實現(xiàn)采摘機器人實時避障。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎(chǔ)上，設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結(jié)構(gòu)設計機器人的控制系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術(shù)項目“果樹采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，以自行設計的機器人機械結(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、研究和設計，設計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術(shù)進行了探討。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日摘 要果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關(guān)注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。 保 密 □ ，在 年解密后適用本授權(quán)書。分類號 密級 公開 UDC 編號 102990607022碩 士 學 位 論 文 果樹采摘機器人控制與避障技術(shù)研究Research on Control and Obstacle Avoidance technologies of Fruit Harvesting Robot 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學可以將本學位論文的全部內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于 不保密 學位論文作者簽名： 指導教師簽名： 年 月 日 年 月 日獨創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 學位論文作者簽名： 日期： 年 月 日江 蘇 大 學 碩 士 學 位 論 文畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學校規(guī)定處理。果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構(gòu)成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。主要工作如下： 首先，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理論，根據(jù)自行設計的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、逆運動學方程。在開放式控制系統(tǒng)設計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設計。再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設計了PID控制器，應用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。最后，建立了傳感器實驗平臺，通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。TILT兩維數(shù)控轉(zhuǎn)臺和實地拍攝的蘋果圖像，對所提出的控制方法通過轉(zhuǎn)臺控制實驗進行了驗證。s control system. The visual servo controller was builded the same time the technology of harvesting robot’s obstacle avoidance was main works is as follows: Firstly, 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.Secondly, to improve the system’s work, the system was designed to be exoteric, advanced and the exoteric control system was designed, fruit harvesting robot’s hardware such as the industrial control puter, motion controller, data acquisition card was mainly designed for the selection. On the basis of analysis the fruit harvesting robot working environment and working characteristics, the external sensors for the fruit harvesting robot were designed.Thirdly, according to the fruit harvesting robot’s mechanical structure and the ponents of control system, The PID controller was builded up .It was used in fruit harvesting robot visual servo control to achieve the robot’s realtime control. The jointrobot obstacle avoidance methods were discussed in detail. Then a preliminary study was made for the fruit harvesting robot’s obstacle avoidance make use of the Cspace method to achieve the harvesting robot39。 TILT twodimensional numerical table and apple image which was shot in orchard were used to do the turntable control turntable control experiment results verifies the validity of the proposed robot’s control method. KEY WORDS: fruit harvesting robot, visual servo control, obstacle avoidance, sensor目 錄摘 要 IABSTRACT III第一章 緒論 1 農(nóng)業(yè)采摘機器人研究現(xiàn)狀及特點 1 農(nóng)業(yè)采摘機器人國內(nèi)外研究進展 1 農(nóng)業(yè)采摘機器人的特點 6 農(nóng)業(yè)采摘機器人研究存在的問題與解決方法 6 存在的技術(shù)難題 6 技術(shù)難題解決方法 7 本文主要研究內(nèi)容及研究意義 8 本文主要研究內(nèi)容： 8 本課題研究意義 9第二章 果樹采摘機器人建模與分析 10 果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu) 10 攝像機投影模型 11 履帶式移動平臺模型 13 果樹采摘機器人機械臂運動學分析 15 機械臂正運動學分析 15 機械臂逆運動學建立 17 本章小結(jié) 18第三章 果樹采摘機器人控制結(jié)構(gòu)設計 19 開放式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計 19 19 運動控制器 21 數(shù)據(jù)采集卡 22 機械臂伺服電動機 23 氣壓傳動裝置 23 外部傳感器設計 24 末端操作器傳感器布局 24 位置傳感器設計 25 壓力傳感器設計 28 視覺傳感器選型 29 碰撞傳感器設計 30 本章小結(jié) 31第四章 果樹采摘機器人控制方法研究 32 視覺伺服控制系統(tǒng)分析 32 采摘機器人控制策略 33 運動控制器設計 35 PID數(shù)字控制器設計原理 35 PID數(shù)字控制器程序設計 36 數(shù)字PID控制器參數(shù)整定法 37 控制系統(tǒng)軟件設計 38 本章小結(jié) 40第五章 果實采摘機器人避障方法探討 41 引言 41 C空間法 41 人工勢場法 43 果樹采摘機器人避障方法 44 采摘環(huán)境分析 45 C空間障礙邊界建模 46 采摘機器人小臂C空間障礙及計算 47 本章小結(jié) 50第六章 實驗及結(jié)論 51 傳感器實驗 51 51 52 運動控制實驗 53 運動控制方法驗證 54 給定輸入信號的控制過程 57 結(jié)論 60第七章 總結(jié)與展望 61 研究工作總結(jié) 61 工作展望 61參考文獻 62致 謝 66攻讀碩士學