摘 要

采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够有效降低人工劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时快速采收，因而具有很大发展潜力。同时在农业领域, 相对其他作业而言, 果实收获作业比较容易实现自动化和智能化,另外黄瓜是一种广泛种植的高产蔬菜，且其果实颜色和植株茎叶相近，相对于其他果实，其采摘信息获取难度更大，因此研究黄瓜采摘机器人在农业采摘机器人中更具有代表性。在国内,这个领域的应用研究还相对滞后,离实际应用还有很大距离。本文以黄瓜采摘机械手从初始位置移动到目标黄瓜位置为考察对象,充分考虑采摘作业空间中障碍物的种类及属性，仿人体手臂机械手灵活性强，结构紧凑，工作范围大而占用空间小。同时采摘机械手还有几个难题：1.采摘环境的非结构化,要求采摘机器人具有相当高的智能水平、柔性和灵巧性；2.采摘机器人的目标探测和定位，主要是农业果实大都被周围的茎叶等遮挡，难以准确定位。因此研究黄瓜采摘机械手有着非常重要的意义及应用前景。

关键字：机械手；黄瓜；采摘；人工智能化

ABSTRACT

Abstract：Picking robot as an agricultural robot important type, its role is can effectively reduce the labor intensity and production cost, improve labor productivity and product quality, ensure the fruit due to fast recovery, and thus has a great potential for development. Also in the field of agriculture, relative to other jobs, fruit harvesting operation is relatively easy to implement automation and robotization in Cucumber (Cucumis sativus L.) is a widely cultivated for its high yield vegetable and the fruit color and plant stems and leaves was similar, compared to other fruits, the picking information gets more difficult. Therefore, the study of cucumber harvesting robot in agricultural picking robot more representative, at home, in the field of applied research still lags behind relatively. There is a great distance away from the actual application. This paper with cucumber picking manipulator from the initial position to move to the cucumber target position as the object of study, give full consideration to the picking of obstacles in the work space types and properties, the imitation of human arm manipulator flexibility is strong, compact structure, the scope of work big and small occupied space. Also picking manipulator and several problems: 1. Picking environment of unstructured, picking robot has a very high level of intelligence, flexibility and dexterity of; 2. Picking robot target detection and localization, mainly agricultural fruit is mostly around the stems and leaves of occlusion, difficult to accurate positioning. Therefore, it is very important for the research of cucumber picking robot and its application prospect.

Keywords: Robot hand; cucumber; picking; artificial intelligence

目 录

1绪论 1

1.1前言 1

1.2研究的目的及意义 1

1.3国内外同类研究概况 2

1.4发展方向及前景 5

1.5本设计主要研究的内容 6

2机械手的整体设计分析 7

2.1机械手的组成 7

2.2机械结构设计 7

2.2.1设计要求 7

2.2.2底座设计 7

2.2.3腰关节设计 8

2.2.4臂部设计 8

2.2.5腕部设计 8

2.2.6手爪设计 8

2.2.7剪切机构设计 9

3.机械手设计说明书 10

3.1电机的选择 10

3.1.1腰关节电机 10

3.1.2手臂关节电机 12

3.1.3手爪部电机选用 14

3.2腰关节结构 14

3.3臂关节结构 15

3.3.1大臂结构 15

3.3.2小臂的结构 16

3.4腕关节结构 16

3.4.1腕关节俯仰机构 16

3.4.2腕关节旋转机构 17

3.5手爪机构设计 18

3.6剪刀机构的设计 18

3.7可编程序控制器的使用步骤 19

总结 21

致谢 22

参考文献 23

第一章 绪论

1.1前言

在传统农业农业系统中, 作物收获往往是一项耗时长、强度大、要求高的劳动密集型作业。但现如今随着我国科技水平的不断提高，和农业现代化进程的持续推进, 以及农业人口向城市人口的不断转移, 造成了农业系统在作物收获季节无人可用、有人请不起的尴尬局面。所以现代农业在单调、繁重、危险的果实收获作业方面急需高效率、通用化、低成本、易操控的收获机器人技术。尤其是近几十年来，人类在计算机技术方面的突飞猛进，和集成电路板的技术的持续革新都大大促进了智能机器的高速发展。同时随着现代人们生活水平的不断提高，大家对食品健康安全问题也是日益重视，加之现在国内人工成本的不断提高，在一些工作环境差、工作量繁多沉重的工种越来越需要自动化作业的智能机器，加之农业中采摘黄瓜的作业是一项劳动强度大、消耗时间长的工种。研究开发适合当前农业需求实际的黄瓜采摘收获机器人不仅可以在很大程度上减轻广大农业工作者的劳动强度、大大提升农业作业的生产效率, 同时也可以大幅度的降低黄瓜的生产成本，而且具有广阔的市场应用前景^[1]。

1.2研究的目的及意义