果實(shí)采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)-圖文

２００９年７月農(nóng)機(jī)化研究第７期果實(shí)采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)金旭星（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系。江蘇無錫２１４１２１）摘要：果實(shí)采摘機(jī)械手是一種新型、實(shí)用的機(jī)械手，是一種為解決人們采摘高處果實(shí)難而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工具。為此，對(duì)果實(shí)采摘機(jī)械手進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該機(jī)械手結(jié)構(gòu)輕巧，操作靈便；采用齒形剪．定位精度高；能進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)采摘，避免了二次分揀；果實(shí)大小的界限、采摘高度范圍均可自行調(diào)節(jié)，多方得益，市場(chǎng)前景廣闊。關(guān)鍵詞：果實(shí)；采摘機(jī)械手；創(chuàng)新設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：ＴＰ２４１．３；ＴＨｌ２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１００３－１８８Ｘ（２００９）０７－０１３９—０３０引言我國(guó)是多類型水果生產(chǎn)大國(guó)，但浪費(fèi)嚴(yán)重，除貯點(diǎn)比較，如表１所示。表１功能原理及特點(diǎn)Ｔａｂ．１Ｆｕｎｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ藏、運(yùn)輸?shù)纫蛩赝?，缺乏有效的采摘器械而造成的采摘效率低下也是一個(gè)重要原因。目前，各國(guó)政府為增強(qiáng)地方經(jīng)濟(jì)，正相繼開發(fā)大量旅游投資項(xiàng)目，紛紛舉辦各種采摘節(jié)，如蘋果節(jié)、桃子節(jié)等，吸引了大量游客到果園采摘旅游，享受采摘的樂趣。如果能提供一種輕巧靈便的果實(shí)摘采器，不但會(huì)讓游客增添采摘樂趣，而且保障了游客的安全及保護(hù)了果農(nóng)的果樹不受損壞。另外，果農(nóng)可以少打矮壯素等農(nóng)藥，生產(chǎn)出更多的無公害果子，減少投入和綜合表１，選剪切式功能原理最為合適。１．２運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)要形成剪切運(yùn)動(dòng)，可以選擇兩種運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一是讓兩刀片相對(duì)滑動(dòng)而相切；二是讓兩刀片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而相切。由于動(dòng)力源離執(zhí)行機(jī)構(gòu)相距較遠(yuǎn)，且刀片的移污染，游客可以品嘗到更新鮮衛(wèi)生的水果。本文擬研究的果實(shí)采摘機(jī)械手是一種新型、實(shí)用的機(jī)械手，是解決人們采摘高處果實(shí)難的工具，其最終目標(biāo)是在確動(dòng)方向應(yīng)接近水平，而動(dòng)力輸人應(yīng)是豎直的，如圖１（ａ）所示。而對(duì)于實(shí)現(xiàn)兩刀片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)這一要求，無論動(dòng)力輸入是移動(dòng)還是轉(zhuǎn)動(dòng)，都可直接與執(zhí)行機(jī)構(gòu)靈活對(duì)接，不受運(yùn)動(dòng)方位限制。因此，選用兩刀片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為合適，如圖ｌ（ｂ）所示。１．３運(yùn)動(dòng)構(gòu)型設(shè)計(jì)保果實(shí)不受物理損傷的前提下，提高勞動(dòng)效率及消除高空作業(yè)的危險(xiǎn)性。據(jù)多方調(diào)研，市場(chǎng)上尚未開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，主要是大眾對(duì)這方面的需求重視程度不夠，本文的研究成果在第二屆江蘇省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽獲獎(jiǎng)，在整個(gè)調(diào)研、設(shè)計(jì)、制作過程中，課題組積極挖掘拓展了機(jī)械手的其余功能，并在不懈努力中取得了成功。１如前所述，可確定動(dòng)力由動(dòng)力源直接遠(yuǎn)距離輸送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使活動(dòng)刀片相對(duì)固定刀片轉(zhuǎn)動(dòng)。課題組成員敏銳地捕捉到普通自行車的剎車裝置，如圖２所剪切功能的實(shí)現(xiàn)示。以此構(gòu)型作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不但簡(jiǎn)便快捷、效率高，而且易于實(shí)現(xiàn)剪切。１．１功能原理分析要實(shí)現(xiàn)剪切果實(shí)的功能，可以有多種功能原理實(shí)現(xiàn)，如吸附式、抓拉式、剪切式等。各種功能原理的特２分級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)２．１功能原理分析收稿日期：２∞８一１０—１ｌ作者簡(jiǎn)介：金旭星（１９７１一），男，浙江金華人，講師，（Ｅ—ｍａｒｌ）ｊｉｎｘｕｘ－ｉｎｇ＠１６３．ｃｏｒｎｏ欲實(shí)現(xiàn)分級(jí)功能，功能原理比較多，不過單純從機(jī)械機(jī)構(gòu)上考慮，主要有兩種選擇：一是按照果實(shí)的質(zhì)量來確定；二是按照果實(shí)的最大直徑衡量。眾所周２００９年７月農(nóng)機(jī)化研究第７期知，人們買賣果實(shí)、評(píng)定價(jià)格均以后者為依據(jù)，前者則是果實(shí)篩選流水線上的首選，所以確定以后者為依據(jù)展開設(shè)計(jì)。于設(shè)計(jì)，如圖３所示。但因活動(dòng)分級(jí)板位置與活動(dòng)剪位置相距較遠(yuǎn)，需多路輸出，對(duì)后續(xù)尺度設(shè)計(jì)帶來許多困難，且該方案對(duì)果實(shí)的大小界限是唯一的，顯然不符合市場(chǎng)實(shí)際。口卜一ｊ?。√m竺竺蘭竺型日（ａ）輸入與輸出的方位關(guān)系鋸齒狀弧型一一大出圖３方豢１分級(jí)原理Ｕｇ．３１１Ｉｅｇｒａ＆ｍｉｏｎ—ｎｃｉｐｌｅ０ｆｐｌａｎＩ２）設(shè)想二：令按下剎車把（不放松），剪落果實(shí)后，若為小果實(shí)，則直接落向小出口；若為大果實(shí)，則桿＼＼＼．Ｆｉｇ．１（ｂ）轉(zhuǎn)動(dòng)剪鐾Ｄｅｓｉ?。埃妫恚铮觯灞{ｎｔｒｕｌｅ支捧桿可調(diào)環(huán)擱在小出口上，待放松剎車把后，打開大出口通道。因此，必須設(shè)置大小兩個(gè)果實(shí)出口，上為小出口，下為大出口。同時(shí)，設(shè)置一扇“門”式分級(jí)板與其配圓柱鈉對(duì)，令其在剪切時(shí)處于掩蓋大出口通道，放松剎車把時(shí)開啟大出口通道，形成“傻瓜”式分級(jí)。方案２結(jié)構(gòu)示意圖，如圖４所示。圖Ｉ運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)≮ｇｉ圖２驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)ｎｇ．２１１．ｅｆａｅｔｔｌａｔｉ∞ｍｎｌｃｔｕｒｅ２．２運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)顯然欲使果實(shí)被剪切后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)回料，必須設(shè)置兩個(gè)果實(shí)出口，以分別回落大、小果實(shí)。鑒于采摘效率量，設(shè)計(jì)要求只允許一個(gè)動(dòng)作，是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。以下是設(shè)計(jì)過程中的兩個(gè)主要方案。１）設(shè)想一：以活動(dòng)剪與固定剪相交前讓其自動(dòng)“感應(yīng)”果實(shí)大小，若為大果實(shí)，則大果實(shí)出口開啟，而關(guān)閉小果實(shí)出口；若為小果實(shí)，則開啟小果實(shí)出口，關(guān)閉大果實(shí)出口。驅(qū)動(dòng)原理，如圖２所示。若要完成上述運(yùn)動(dòng)規(guī)律，杠桿原理為首推方案。令活動(dòng)分級(jí)板與活動(dòng)剪聯(lián)動(dòng)，活動(dòng)分級(jí)板初始位置關(guān)閉小出口。并隨Ｆ；ｇ．４１．剎車把２．通道３．小出口４．分級(jí)板５．同定剪６．活動(dòng)剪７．復(fù)位彈簧８．大出口９．鋼絲繩圖４方案２結(jié)構(gòu)示意圍ＩＯ．支攆桿體Ｓｌｒｕｃ｜ｕ”小ｍａｔｉｃｄｒａｍｎ轤０ｆｐｌａｎ２一手握住支撐桿，直接定位果實(shí)位置，將果莖落人活動(dòng)剪與固定剪的空腔內(nèi)；另一手按下剎車把，此時(shí)活動(dòng)爪將繞底盤的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，直到使活動(dòng)剪與固定者活動(dòng)剪的移動(dòng)向大出口擺動(dòng)。該方案簡(jiǎn)單明了，易２００９年７月農(nóng)機(jī)化研究文關(guān)懷。第７期剪相切。與此同時(shí)，下分級(jí)板斜向下移動(dòng)至最底部，從而使下分級(jí)板不能相對(duì)上分級(jí)板轉(zhuǎn)動(dòng)，將大果實(shí)出口通道掩蓋，僅露出小果實(shí)出口。果實(shí)莖被剪切后，果實(shí)自然落入小果實(shí)出口，若為小果實(shí)，則將直接落人小果實(shí)接收網(wǎng)框；若為大果實(shí)，則將擱在小果實(shí)出口上，待操縱把松手后，在復(fù)位彈簧的牽引下，活動(dòng)爪將恢復(fù)原位。同時(shí)，上、下分級(jí)板也將提升，此時(shí)下分級(jí)板能夠相對(duì)上分級(jí)板轉(zhuǎn)動(dòng)，大果實(shí)將在重力分力的作用下推動(dòng)下分級(jí)板，向大果實(shí)出口自然滾動(dòng)，最終進(jìn)入大果實(shí)接收網(wǎng)框，從而完成了果實(shí)采摘分級(jí)的自動(dòng)作業(yè)過程。圖５即為該方案的實(shí)物照片。２）綠色環(huán)保：果樹及枝條不再因受人為載荷而頻繁損傷，環(huán)保意義深遠(yuǎn)。３）適用性廣：不但可適用蘋果、梨、桃子、柿子等多種果實(shí)的采摘，還可用于修剪果樹枝條。４）經(jīng)濟(jì)衛(wèi)生：果實(shí)不再與人手直接接觸，果農(nóng)可以少打矮壯素等農(nóng)藥，減少投入和污染，人們可以品嘗到更新鮮衛(wèi)生的水果?！蹋担┛刹烧礁咛幦耸植刹坏降母咂焚|(zhì)果實(shí)，減少浪費(fèi)。６）采用鋸齒剪，定位進(jìn)度高，不會(huì)對(duì)果實(shí)造成物理損傷。７）能夠進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)采摘，避免了二次分揀，既高效又衛(wèi)生?！福┕麑?shí)大小界限、采摘高度范圍均可調(diào)節(jié)，作業(yè)半徑大。９）結(jié)構(gòu)輕巧，操作靈便，采摘與分級(jí)一氣呵成。參考文獻(xiàn)：［１］申永勝．機(jī)械原理［Ｍ］。北京：清華大學(xué)出版社，２００４．［２］羅紹新．機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．２００３．［３］張春林．機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)［Ｍ】．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９９９．［４］王成燾．現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)一思想與方法［Ｍ】．上海：上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社．１９９９．圖５實(shí)物圖片Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｐｉｃｔｕｒｅｉｎ［５】趙衛(wèi)軍．機(jī)械原理［Ｍ］．西安：西安交通大學(xué)出版社，２００３．ｋｉｎｄ［６］龔振邦．機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：電子工業(yè)出版社，１９９５．３主要功能與特點(diǎn)１）保障人身安全：地面操縱，無需上樹，體現(xiàn)人［７］王三民．機(jī)械原理與設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２００４．ＴｈｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｆｏｒＰｉｃｋｉｎｇＦｒｕｉｔＪｉｎＸｕｘｉｎｇｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉｏｎｅ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ２１４１２１，Ｃｈｉｎａ）ｈｅｌｐｔｈｅｐｅｏｐｌｅｐｉｃｋｔｈｅｆｒｕｉｔＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｆｐｉｃｋｉｎｇｆｒｕｉｔｉｓｋｉｎｄｏｆｎ洲ａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｃａｎｔｏｉｎｈｉｇｈｐｌａｃｅ．Ｉｔ§ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｘｔｅｒｏｕｓ。ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓａｇｉｌｅ；Ｉｔｐｒｅｃｉｓｅｌｙｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｕｓｉｎｇｔｈｅｔｏｏｔｈｃｕｔ；ｃ鋤ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｄｉｖｉｄｅｔｈｅｆｒｕｉｔｒａｎｋａｖｏｉｄｉｎｇｔｈｅｍａｎｕａｌｓｏｒｔ；Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｆｒｕｉｔｓｉｚｅｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｔｈｅｐｉｃｋｉｎｇｓｃｏｐｅａｌｌｃａｎｂｅｗｉｌｌｆｕｌｌｙａｄｊｕｓｔｅｄ．ＩｔｈａｓＳＯｍｕｃｈｍａｒｋｅｔｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｍａｎｙｗａｙｓｃａｎｂｅｂｅｎｅｆｉｔｆｒｏｍｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｕｉｔ；ｐｉｃｋｉｎｇｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ?１４１?果實(shí)采摘機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù)：金旭星，JinXuxing無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院,機(jī)械系,江蘇,無錫,214121農(nóng)機(jī)化研究JOURNALOFAGRICULTURALMECHANIZATIONRESEARCH2009，31(71次參考文獻(xiàn)(7條1.羅紹新機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)20032.申永勝機(jī)械原理20043.王三民機(jī)械原理與設(shè)計(jì)20044.龔振邦機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)19955.趙衛(wèi)軍機(jī)械原理20036.王成燾現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)-思想與方法19997.張春林機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)1999相似文獻(xiàn)(10條1.學(xué)位論文邊源番茄采摘機(jī)械手的研究與設(shè)計(jì)2009農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種類型，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、微電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的集中體現(xiàn)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、智能化的重要標(biāo)志。

果實(shí)收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化，基于果實(shí)生物學(xué)特性與栽培方式的收獲機(jī)械人得到了發(fā)展。目前，日本、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家已研制了多種收獲機(jī)器人，主要用于收獲番茄、黃瓜、葡萄、西瓜、節(jié)果、柑橘等蔬菜和水果。

本文首先根據(jù)番茄生物學(xué)特性、栽培方式及番茄收獲機(jī)器人機(jī)構(gòu)型綜合原則，確定了番茄收獲機(jī)器人是7DOF自由度的番茄采摘機(jī)械手，并根據(jù)實(shí)際工作方式確定了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)械手臂、末端執(zhí)行器、手腕與基座的外形及尺寸。在選擇驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)對(duì)幾種驅(qū)動(dòng)方式做了詳細(xì)比較最終確定為電機(jī)驅(qū)動(dòng)；手臂部分采用內(nèi)骨架式設(shè)計(jì)，減輕了手臂重量；手腕部分設(shè)計(jì)了螺旋傳動(dòng)式平行央持器，并添加吸盤，使其具有良好的夾持性能。本課題理論研究與實(shí)際參數(shù)有機(jī)結(jié)合，研究結(jié)果亦可應(yīng)用于其它果實(shí)的采摘。2.期刊論文羅小勇.寧志超.LUOXiao-yong.NINGZhi-chao六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-信息技術(shù)2011(2主要介紹了基于AVR系列單片機(jī)-ATmega16的六自由度果實(shí)采摘機(jī)器手控制器以及機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方案,從而將功能分解,降低模塊之間的耦合性.硬件系統(tǒng)主要是由6路伺服電機(jī)、金屬支架組件以及控制器構(gòu)成;控制器分別從硬件和軟件兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手控制系統(tǒng)的可行性.3.期刊論文梁喜鳳.苗香雯.崔紹榮.王永維果實(shí)采摘機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作性能分析-農(nóng)機(jī)化研究2004(2采摘機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一種類型,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景.為此,從型綜合和尺寸綜合兩方面介紹了果實(shí)采摘機(jī)器人機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),并分析了機(jī)械手機(jī)構(gòu)的工作空間、可操作度、避障能力、冗余空間和姿態(tài)多樣性等工作性能指標(biāo)以及各指標(biāo)的計(jì)算方法,為果實(shí)采摘機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作性能評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù).4.學(xué)位論文寧志超基于ATmega16的六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)20105.學(xué)位論文張向珂采摘機(jī)械手障礙信息探測(cè)及避障技術(shù)研究2010隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力成本的迅速上升，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的匱乏將成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家共同面對(duì)的問題。目前機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用研究越來越成為熱門課題，與工業(yè)機(jī)器人特定的工作環(huán)境不同，農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要在自然場(chǎng)景下工作，要面對(duì)更為復(fù)雜多變的情況，有更多的問題需要解決。

本研究作為果實(shí)采摘機(jī)器人研究的一部分，研究自然場(chǎng)景下障礙物(樹枝的探測(cè)方法及避障技術(shù)，為未來開發(fā)收獲機(jī)器人采摘果實(shí)進(jìn)行前期的準(zhǔn)備工作，這部分相關(guān)的研究也是水果收獲機(jī)器人實(shí)用化的關(guān)鍵。

本研究的主要內(nèi)容和方法如下：

1、超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)

為解決傳感器信息不確定問題，自行研究設(shè)計(jì)了超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)。本文利用8位單片機(jī)STC12LE4052作為傳感器的控制、數(shù)據(jù)采集及處理單元，設(shè)計(jì)了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的硬件電路，編寫了測(cè)距系統(tǒng)的程序，并進(jìn)行了測(cè)距實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該超聲波傳感器測(cè)距系統(tǒng)具有體積小，集成度高，測(cè)量誤差小，精度高等優(yōu)點(diǎn)，適宜作為采摘機(jī)械手障礙距離的探測(cè)。

2、障礙物探測(cè)

為保持算法的可執(zhí)行性，障礙物檢測(cè)采用對(duì)圖像2R-G-B和2G-R-B色差分量值進(jìn)行迭代，并結(jié)合圖像灰度閾值法快速有效地分割出圖像樹枝區(qū)域，通過圖像二值化、形態(tài)學(xué)運(yùn)算、區(qū)域標(biāo)記、空洞填充提取出圖像樹枝區(qū)域；通過區(qū)域細(xì)線化提取樹枝骨架，并進(jìn)行骨架修剪、恢復(fù)遮擋骨架等處理；然后找出骨架中端點(diǎn)、分支點(diǎn)等特征點(diǎn)并記錄它們的連接關(guān)系；最后通過對(duì)視覺傳感器和超聲波測(cè)距傳感器信息的融合恢復(fù)障礙物的三維信息。試驗(yàn)表明障礙物的正確識(shí)別率為67.3％，當(dāng)障礙物實(shí)際距離大于1.5m時(shí)，識(shí)別誤差增大。

3、避障技術(shù)研究

在獲取障礙物三維信息的基礎(chǔ)上，重建虛擬采摘場(chǎng)景。在此基礎(chǔ)上采用SBL-PRM算法進(jìn)行了避障技術(shù)研究。分析了避障規(guī)劃的各參數(shù)對(duì)規(guī)劃成功率及規(guī)劃時(shí)間的影響。當(dāng)S=3000，ρ=0.6，ε=0.03，N=10時(shí)，規(guī)劃采摘無遮擋柑橘的時(shí)間低于1ms，規(guī)劃采摘被遮擋柑橘的時(shí)間約為60ms，結(jié)果表明，利用SBL-PRM算法可以滿足動(dòng)態(tài)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下避障路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)性和安全性要求，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

濟(jì)意義。6.期刊論文寧志超.崔天時(shí).李廣軍.NingZhichao.CuiTianshi.LiGuangjun六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-農(nóng)機(jī)化研究2010,32(9目前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平相對(duì)于歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家很低,因此加快我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程,是實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路.基于ATmega16的六自由度果實(shí)采摘機(jī)械手就是提高我國(guó)農(nóng)機(jī)化進(jìn)程一項(xiàng)有力措施.為此,主要介紹了基于AVR系列單片機(jī)-ATmega16L的控制器的設(shè)計(jì),以及機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的組成設(shè)計(jì).機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方案,即將功能分解,降低模塊之間的耦合性.硬件系統(tǒng)主要由6路伺服電機(jī)、金屬支架組件以及控制器構(gòu)成;控制器分別從硬件和軟件兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了六自由度采摘機(jī)械手的可行性.7.學(xué)位論文張江州荔枝采摘機(jī)械手機(jī)器視覺部分的關(guān)鍵技術(shù)研究2009在水果收獲時(shí)，采摘是最為繁瑣和勞動(dòng)量最大、耗時(shí)最長(zhǎng)的日常作業(yè)。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)外都是一項(xiàng)比較新穎又具有挑戰(zhàn)性的課題。目前國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本都是靠人工完成，但人工采摘方式的成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、易損傷果實(shí)表面等。研究開發(fā)具有識(shí)別能力、視覺功能的智能化水果收獲機(jī)器人，對(duì)于減少勞動(dòng)力的投入，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，保證水果質(zhì)量，促進(jìn)水果業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展有極大的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。隨著我國(guó)信息化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械也正在向智能化方向轉(zhuǎn)變，這給農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究提供了廣闊的空間。本文對(duì)荔枝收獲機(jī)械手視覺系統(tǒng)的目標(biāo)定位技術(shù)進(jìn)行了研究，并用CVI開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程。論文構(gòu)建了收獲機(jī)器人雙目視覺的硬件系統(tǒng)。首先，本文采用一種內(nèi)外參數(shù)分離的標(biāo)定方法。內(nèi)參數(shù)標(biāo)定采用張氏平面標(biāo)定法，在標(biāo)定進(jìn)程中，以標(biāo)定平面模板平移的方式，適當(dāng)提取標(biāo)定模板中的特征點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算獲得較精確的攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)模型；外參數(shù)標(biāo)定是合理選取參考坐標(biāo)系，通過實(shí)驗(yàn)分析求取兩攝像頭的外參數(shù)模型。其次，在對(duì)荔枝圖像進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用基于RGB顏色模型來實(shí)驗(yàn)彩色圖像的分割，對(duì)比各種組合算子的分割效果，提出以R—G算子分割荔枝原始圖像。在對(duì)荔枝目標(biāo)區(qū)域的分割后，進(jìn)行二值化及形狀學(xué)處理，提取目標(biāo)區(qū)域的面積及形狀特征，提出使用面積的平行最小外接矩形的中心點(diǎn)近似模擬荔枝目標(biāo)區(qū)域的形心點(diǎn)或重心點(diǎn)。在提取面積及形狀特征后，實(shí)現(xiàn)共軛圖像中目標(biāo)區(qū)域的匹配。接著，運(yùn)用三角測(cè)量原理對(duì)共軛圖像中的對(duì)應(yīng)的荔枝形心進(jìn)行三維坐標(biāo)計(jì)算，并將計(jì)算的三維坐標(biāo)和實(shí)際測(cè)量的三維坐標(biāo)相比較，在誤差分析的基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)模型和訓(xùn)練系統(tǒng)來修正誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)兩個(gè)攝像頭都可以拍攝到荔枝的相對(duì)完整的輪廓時(shí)，利用本研究提取的特征提取及共軛圖像的匹配方法，進(jìn)行雙目立體視覺定位，其誤差可以控制在10mm內(nèi)，能夠滿足機(jī)器人采摘果實(shí)所需的精度要求。8.期刊論文劉淑珍.張玉寶.LiuShuzhen.ZhangYubao楊梅采摘機(jī)械手研究展望-農(nóng)機(jī)化研究2009,31(12介紹了楊梅果實(shí)收獲存在掛果密集、分批采摘和成熟期短等特點(diǎn),以及人工采摘楊梅存在效率低和質(zhì)量下降等缺陷,分析了國(guó)內(nèi)外果蔬收獲機(jī)械研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)對(duì)于掛果密集與果面易損傷的楊梅缺乏研究.研究楊梅采摘機(jī)械手,對(duì)提高生產(chǎn)效率、提升楊梅品牌地位和在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力、增加我國(guó)外匯收入、提高果農(nóng)收入具有重大的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義.9.學(xué)位論文戈志勇番茄采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真與避障算法研究2007水果和蔬菜是人類生活中必不可少的食物，種植面積和產(chǎn)量逐年提高。研究開發(fā)適合目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的果蔬采摘機(jī)器人，不僅可以很大程度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。在國(guó)外，這項(xiàng)工作已經(jīng)進(jìn)行了很多年，并取得了一定的研究成果；而在國(guó)內(nèi)，這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究還相對(duì)滯后，離實(shí)際應(yīng)用還有很大距離。本文以番茄采摘機(jī)械手從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)番茄位置為考察對(duì)象，充分考慮采摘作業(yè)空間中障礙物的種類及屬性，結(jié)合MOTOMAN-SV3X采摘機(jī)器人機(jī)械手本體特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了番茄采摘機(jī)械手的基于局部采摘空間模型的避障路徑規(guī)劃。本文主要完成的工作：機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)是避障路徑規(guī)劃研究的基礎(chǔ)，本文首先建立了MOTOMAN-SV3X的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并在MATLAB/roboticstoolbox平臺(tái)下，對(duì)MOTOMAN-SV3X的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了仿真研究。針對(duì)工作空間中可能存在的障礙物及形狀進(jìn)行了分類及抽象，確定了關(guān)節(jié)空間(C-空間為規(guī)劃空間，并利用邊界特征對(duì)機(jī)械手各關(guān)節(jié)和連桿與工作空間(W-空間中的障礙物可能的碰撞方向和位置作了幾何分析。結(jié)合采摘機(jī)器人機(jī)械手本體特點(diǎn)和幾何分析的結(jié)果，提出了一種番茄生長(zhǎng)環(huán)境中的障