摘 要

机器人技术不断在各个行业中出现，通过对机器人技术的应用，对工业产业，医疗保健，教育，国防，甚至是我们的日常生活都得到了极大的帮助和提升。

机器人技术在各个行业都有重要的体现。在工业上，自动化工业机器人优化了产业结构，减去了人力成本，极大的提升了生产效率；在国防上，新型军用机器人可以完成侦查，探险，救援等多种高难度任务；在医疗上，通过最新的程序控制医疗机器人完成精密的外科手术，增加救治成功率。机器人技术在各行各业的应用，与对各行业发展的促进作用显而易见。

本文运用所学知识，设计了一款火龙果采摘机器人，该采摘机器人通过履带底盘可自由行进并采用机械臂结构可有效采摘果树上的火龙果。火龙果采摘机器人可以从多角度，高效，准确地完成火龙果采摘，可以完全取代目前农业生产活动中的人力采摘，并在一定程度上对接下来的农业相关机器人的研究提供铺垫。

关键词：高效；机器人；农业；机械；火龙果采摘

Literature review on the overall design of pitaya picking robot

ABSTRACT

Robot technology as a new and high technology is subtly changing our society, Robot technology is also emerging in various industries. it has greatly helped and improved the industrial industry, medical care, education, national defense and even our daily life.

automatic industrial robot optimizes the industrial structure, reduces the labor cost and greatly improves the production efficiency. In national defense, the new military robots can complete a variety of difficult tasks such as reconnaissance, exploration and rescue. In medical treatment, through the latest procedures to control the medical robot to complete precision surgery, increase the success rate of treatment. the promotion of various industries is obvious.

This topic comes from the agriculture related robot -- dragon fruit picking robot. pick a variety of advantages success rate higher, the robot with technical progress and the development of relevant experience, it is going to liberate the workforce, improve work efficiency, etc have an unprecedented role.

Key words: robot; Agriculture; mechanical；Dragon fruit picking

目 录

1 绪论 4

1.1 课题研究目的和意义 4

1.2 国内外研究现状 4

1.2.1 国外研究进展 4

1.2.2 国内研究进展 7

2 特色热带水果采摘装置总体设计 9

2.1 采摘装置设计要求 9

2.2 采摘装置组成及功能介绍 9

2.3 机器人的工作原理及方案论证 10

2.3.1 方案选定 10

2.3.2 所选方案工作原理 11

2.4 本章小结 12

3 采摘装置设计与计算 12

3.1 电机选择 12

3.1.1 末端执行器及旋转法兰组件伺服电机选择 123

3.1.2 大臂和小臂伺服电机设计 13

3.1.3 驱动腰关节的电动机选择 14

3.2 主要零件的设计计算 16

3.2.1 RV减速器的选用 16

3.2.2 末端执行器齿轮选择 17

3.2.3 腰部齿轮选择 23

3.2.4 轴承选择 29

3.2.5 键的选择 31

3.3 本章小结 31

4 机器主要部件的设计与计算 32

4.1 末端执行器的三维设计 32

4.2 机械臂的三维设计 34

4.3 气缸的三维设计 35

4.4 履带底盘 35

4.5 转盘齿轮 35

5 总结与展望 36

6 结语 38

7 致谢 39

参考文献 40

绪论

1.1 课题研究目的和意义

火龙果为著名热带水果之一，是仙人掌科、量天尺属量天尺的栽培品种。7-12月开花结果。我国是多类型水果生产大国，火龙果就是我国水果家庭里的一个重要成员。目前火龙果的采摘均是人工完成，为了提高火龙果采收效率和减轻果农的采摘强度,在果实收获中，研究开发一种自动化的自走式火龙果采收机具有空前意义。自走式火龙果采收机不仅能够降低果农的劳动强度、提高采摘率、降低采摘成本、保证果实及时迅速的采收。为了提高火龙果采收效率和减轻果农的采摘强度,需要设计一种低矮树型的自走式火龙果采收机,开发自走式火龙果采收机是促进火龙果产业快速发展的重要举措。

1.1.1 国外研究进展

（1）比利时苹果采摘机器人

在2008年，比利时的Johan Baeten和Kevin Boedrij等研发了一种苹果采摘机器人，其结构如图1所示。

图1 苹果采摘机器人

该采摘机器人选用六自由度的工业机械臂作为采摘机械臂，为了扩大其工作范围，将其安装在能上下运动的平台上，该运动平台安装于拖拉机后端。系统的控制算法比较简单，基本能够达到实时性的要求。通过果园采摘实验测试表明，单个苹果采摘周期为到秒，采摘率是左右。由于采摘机器人占地面积较大，果园釆摘作业不是很灵活，而且拖拉机由人工驾驶，并未实现果实的完全智能化采摘作业。

（2）日本的相橘收获机器人

日本久保田公司研制了相橘收获机器人其结构如图2所示。该机器人的采摘机械臂有三个自由度，大臂和小臂等长，机械臂上的末端执行器作业时沿直线运动。据说采用这样的结构设计能够避免与背后的果实发生碰撞。整个采摘机械臂安装在带有吊臂的履带平台车上，通过移动吊臂前端的安装台，使机械臂到达作业位置，从而进行高处作业和大范围作业。

图2 相橘采摘机器人