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苹果采摘简易机械手
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你可能喜欢本类论文推荐美国成功研发苹果采摘机器人 可节省数十亿美元人工成本
11:55:47&&来源：每日科技网&&编辑：
& & & & 【每日科技网】&
　　由于劳动力短缺，美国华盛顿每年有120亿苹果等待采摘。华盛顿州立大学的研究员开发制造了一个苹果采摘机器人原型，希望能在今年秋天进行测试。如果成功的话，预计会为华盛顿的苹果种植者节省数十亿劳动力成本。如果这个机器人真如研究着预计的那样能很快商业化，对于中国的苹果种植业而言也是一个巨大的利好消息。
　　能做这项工作的机器人在哪里?
　　下次你到本地的超市去买水果，尤其是各种整齐排列在一起等你购买的各种品种的苹果的时候，你可能无法相信，但事实上，每个苹果都是由人手工采摘的，通常是站在梯子上，把苹果摘下来后装上袋子，再扔进麻袋里。这就是工作。
　　根据农业部门的统计，华盛顿州每年出产全美约68%的苹果，这就意味着超市里的苹果，有将近十分之七来自华盛顿。
　　美国苹果总产量达2.63亿个42磅重的箱子，仅占全球总产量的6%。相比之下，2014年中国苹果产量占世界总产量的54%。
　　华盛顿苹果年产量大约为100-120亿，所有都是手工采摘，并且采摘时间只有不足4个月(从8月中旬到11月中旬)。
　　再次，几乎全世界的苹果都是靠手工采摘，并且采摘时间具有季节性。
　　快和轻柔是关键
　　今年秋天进行测试的苹果采摘机器人是有华盛顿州立大学(WSU)的工程师和科学家研发的，它有助于解决劳动力短缺，并帮助种植者节省大量劳动力成本。
　　机器人原型设计、制造和测试由华盛顿州立大学的精细及自动化农业系统中心完成的。
　　华盛顿州立大学新闻报导，&工程师和科学家们希望在今年秋天测试这个苹果采摘机器人，希望它能快速而轻柔地采摘苹果，并且经济上可行。&
　　华盛顿州立大学在2013年获得了美国国家机器人计划(美国农业部)的54.8万美元拨款，现在，该项目已经制造了一个苹果采摘机器人原型，将在即将到来的秋天进行测试。
　　&跟工厂和其他工业应用不一样，苹果采摘机器人需要能精巧采摘，不会造成苹果自身的伤害，同时还要避开围绕在苹果周围的树枝、树叶及其他障碍物。&华盛顿州立大学生物系统工程副教授、项目首席研究员Manoj
Karkee如是说。
　　他表示，&这就是为什么跟工业应用的机器人相比，它更具有挑战性和难度。这并不意味着我们不能从工业环境中看到或知道的内容进行学习，但它需要更多创造性地解决方案，因为它是用在果园里的。&
　　Karkee正与CPAAS主任Qin Zhang以及华盛顿州立大学区域果树专家Karen
Lewis合作研究，看机器人如何移动和操作更有效，且对水果和果树造成的损失最小。
　　苹果采摘机器人的一部分是由3D打印机制造的。
　　与华盛顿州立大学三城校区的机械工程副教授Changki Mo一起，该团队重点关注机器人和人类的互补性，以完成该苹果采摘系统。
　　Karkee说，&我们试图用一定程度的人力与机器人进行合作。机器人会完成其中95%-98%的工作，剩下的2%则有协助的人来完成。这使得它，至少在我看来，可以达到我们所需要的精度和生产率。&
　　这个机器人配置了一条手臂和一只&手&，其中有8个马达一致动作，再配合视觉系统，让它可以直接抓住苹果，并把它从树上摘下来，就像人做的那样。
　　机器人的视觉系统包括摄像机和传感器，可以捕捉树的图像。使用算法以识别颜色、形状和纹理，将果实跟树的其他部分区分开来，以确定苹果的位置，以便机械手能直接进行采摘。
　　对未来的希望
　　&这是科学家和农业工程师目前正在解决的最具挑战性的问题之一，&他说，&据我们所知，它真的有前途，我们真的认为，我们的东西是有用的。&
　　他说，如果他们能成功创造一个苹果采摘机器人，它有可能为华盛顿苹果产业的种植者节省数十亿美元。
　　&(苹果采摘)是劳动密集型、高成本、高风险产业，没有足够的劳动力来做这项工作，因为它有季节性，&他说，&所有这些因素都在促使我们开发一个苹果采摘机器人。这些是公认的问题，农民、地方政府和联邦政府试图解决它。我们希望这是解决那个问题的解决方案。&
　　Karkee说，他对已经完成机器人原型制造的进度很满意，并乐观地认为，该原型能在不久的将来实现商业化。
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　　机器人是什么
　　机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
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采摘机械臂系统设计总结报告
《机电系统设计》总结报告
采摘机械臂系统设计
专业年级：机电2014级学生姓名：& &***、***、***、***指导教师：史颖刚、苏宝峰、牛子杰、刘利完成日期：& &&&2017年6月22日
采摘机械臂系统设计
为了提高采摘机械臂的****，************。（根据自己的设计内容，自己提炼摘要内容）
关键词：果蔬采摘；机械臂；关节；底座；谐波减速器（根据内容，提炼关键词）
Design of pickingmanipulator system
Inorder to improve the ************************************.
Keywords：*** ;&&**** ;&&***; *******
目录 第一章 绪论... - 1 - 1.1 选题目的和意义... - 1 - 1.2国内外研究现状... - 1 - 1.3 研究内容及技术路线... - 1 - 第二章 整体方案设计... - 2 - 2.1 ****方案选择... - 2 - 2.2 *******方案设计... - 2 - 2.3********. - 2 - 2.4**************. - 2 - 2.5*************. - 2 - 2.X 小结... - 2 - 第三章 机械系统设计... - 3 - 3.1 采摘机械臂机械结构设计... - 3 - 3.2 零件强度校核... - 3 - 3.3采摘机械臂运动学分析... - 4 - 3.3.1建立机械臂D-H坐标系... - 4 - 3.3.2采摘机械臂正运动学分析... - 4 - 3.3.3采摘机械臂逆运动学分析... - 4 - 3.4采摘机械臂轨迹规划及电机校核... - 4 - 3.4.1采摘机械臂轨迹规划... - 4 - 3.4.2电机校核... - 4 - 3.5采摘机械臂工作空间分析... - 4 - 3.6小结... - 4 - 第四章 采摘机械臂控制系统设计... - 5 - 4.1系统总体设计... - 5 - 4.2电机驱动电路设计... - 5 - 4.3 驱动程序设计... - 5 - 4.4速度规划算法设计... - 5 - 4.5小结... - 6 - 第五章 上位机软件设计... - 7 - 5.1开发环境搭建... - 7 - 5.1.1硬件介绍... - 7 - 5.1.2 软件介绍... - 7 - 5.1.3 开发环境搭建... - 7 - 5.2上位机软件开发... - 7 - 5.2.1 方案设计... - 7 - 5.2.2通信协议开发... - 7 - 5.2.3软件需求分析及软件设计... - 7 - 5.3小结... - 7 - 第六章 总结与展望... - 8 - 6.1 设计总结... - 8 - 6.2展望... - 8 - 6.3 个人总结... - 8 -参考文献... - 9 - 附录一 机械设计图纸... - 10 - 附录二 控制电路设计图... - 11 - 附录三 控制程序清单... - 12 -
第一章 绪论1.1选题目的和意义果蔬采摘机器人在农业自动化技术中占有重要地位，**************。（一开始就要提出自己要设计什么机电系统，该机电系统在实际应用中有何重要性。）1.2国内外研究现状目前，国内外许多专家学者，都对*****进行了研究。王晓楠[1]等人，针对温室番茄设计了番茄采摘机器人，并进行了实验，利用摄像头对果实进行识别定位获取果实的坐标，****************** （参考一些专业文献，描述一下你要研究的内容，以前都有哪些人在研究，已经做到啥程度了，引用的文献，要标注，上一段，用红色字体标志出来的就是引用标注格式，然后把引用的文献，放到总结最后的“参考文献”中去。在这一段里边还可以体现一下，你的研究思路和别人的不同，还是验证某些已有的结论，稍微提一下。）1.3研究内容及技术路线（1）研究内容根据拟采摘果实的尺寸，确定采摘机械臂******，设计*****。****************************（告诉别人，为了在实际工作环境中提高效率、解决**问题，降低劳动强度，我计划研究、设计的某一个机电系统，大概包括哪些方面的内容，由于个人精力、能力、以及时间关系，小组同学只解决那一个或那几个问题，）（2）技术路线本文将从*****，机械结构的设计，机械手的运动分析，机械手控制器的设计，上位机软件设计等方面对采摘机械臂进行研究，其技术路线如图1-1所示。
图1-1 技术路线图***************。（简单解释一下该技术路线图）
第二章 整体方案设计2.1****方案选择目前，采摘机械臂设计中，常用的***********。（你设计的机电系统由好几部分组成，这里分开小节，一个一个的阐述某一部分的设计方案选择）
解释过程中要附带图形（工作原理示意图，不是最后设计的图纸），来阐述设计思路。
图2-1 ****原理2.2*******方案设计要求基本同上小节，一个机电系统，一般有机械系统、电气系统，程序控制部分，大家分开一一阐述，同时要讲清楚，你们具体设计那些内容，那些部分不展开设计，计划选用，比如减速器、控制器、驱动等，自己根据自己的情况选择说明2.3********2.4**************2.5*************
2.X小结通过分析，确定了采摘机械臂******。（最后总结一下这章的内容）
第三章 机械系统设计机械臂在采摘过程中，****************。（分析具体应用要求，确定机械设计的对象，最后具有的功能，设计应该完成的工作）3.1采摘机械臂机械结构设计在采摘作业中，番茄采摘和苹果采摘机械化需求较为迫切，番茄直径在50mm-70mm[14]，苹果直径在80mm-100mm[15]。********************。根据实际环境，获取设计参数，进行具体设计
1.***电机 2.****电机 3.**** 4.**** 5.*** 6.****图3-1 ******三维图
在电机输出轴端通过齿轮传动将电机与电位器相连，所用减速电机型号为***，其参数如表3-1所示。表3-1 电机参数额定电压*V&&空载转速&&&&*r/min&&&&负载转速&&&&*r/min&&&&额定力矩&&&&*kg▪cm&&&&额定电流&&&&*mA&&&&堵转力矩&&&&*kg▪cm&&&&堵转电流&&&&*mA&&&&减速比&&&&*&&（表格格式如上，三线表格）。
图3-3 ****整体三维图3.2零件强度校核设计过程要有《理论力学》和《材料力学》的力学分析，也要有零件校核，就是《机械原理》课程内容决定工作空间，工作范围，《机械设计》课程内容决定具体设计的参数，可以采用SolidWorks等软件，进行三维分析，力学校核，也可以采用MATLAB软件进行详细的静力学分析、动力学分析、作业空间分析。
3.3采摘机械臂运动学分析*************3.3.1建立机械臂D-H坐标系********************************3.3.2采摘机械臂正运动学分析详细的正运动学分析过程3.3.3采摘机械臂逆运动学分析详细的逆运动学分析过程3.4采摘机械臂轨迹规划及电机校核********************3.4.1采摘机械臂轨迹规划*************3.4.2电机校核详细的校核过程*******3.5采摘机械臂工作空间分析******************3.6小结*****************。
第四章 采摘机械臂控制系统设计采摘机械臂各关节采用电机独立驱动，一共*个自由度，以****芯片作为电机驱动芯片，以******作为下位机主控芯片，进行机械臂控制系统设计。4.1系统总体设计采摘机械臂一共*个自由度，采用了*个电机，其中，直流伺服*个，步进伺服*个，舵机*个，为实现采摘机械臂的控制，设计控制系统总体架构如图4-1所示，采用****发生***信号，输入电机驱动板，控制电机运行，其最小系统如图4-2所示。
图4-1 系统总体架构
图4-2 STM32最小系统阐述最小系统电路原理******。4.2电机驱动电路设计**********
图4-4 电机驱动电路4.3驱动程序设计电机运动控制的驱动程序设计
图4-6 程序流程图4.4速度规划算法设计
图4-9 机械臂关节电机速度规划算法流程前边设计的速度控制算法，如何体现机械臂运动控制系统系统中，逐步阐述其原理4.5小结*******************。
第五章 上位机软件设计为了使采摘机械臂控制简单方便，设计了基于*****的上位机软件，采用*******的架构完成软件的设计和部署。5.1开发环境搭建5.1.1硬件介绍***********5.1.2 软件介绍5.1.3 开发环境搭建***********5.2上位机软件开发5.2.1 方案设计*************************5.2.2通信协议开发*********5.2.3软件需求分析及软件设计**************************5.3小结************************************
第六章 总结与展望6.1设计总结本文设计了一种*自由度采摘机械臂，利用solidworks软件，对其进行了静力学分析，******。在*******运动规律下，结合电机参数，设定机械臂运动参数，对电机性能进行了校核，仿真表明，************。采用D-H方法，建立了采摘机械臂坐标系和整手坐标系，结合采摘机械臂机械结构，计算得到坐标系参数，并对采摘机械臂运动学求解，求解结果表明，**************。结合*****方法，对采摘机械臂工作空间进行求解，结果表明************。设计了采摘机械臂控制器，利用*******规划算法，对采摘机械臂的关节运动曲线进行了设计，从而******。为实现采摘机械臂的智能化，设计了采摘机械臂上位机软件来实现采摘机械臂的可视化调试。通过以上的研究，*************。6.2展望对设计内容的前景展望，哪些地方设计的好，那些不好，还可以改进，对该机电系统应用的具体展望，技术发展的预测等。6.3个人总结每位同学，简单介绍一下自己的姓名、学号，班级，联系方式（方便后续修改），****，学号2014012***，机电14*班，手机：********，QQ：*********然后开始总结，在课程设计环节，参与设计了****机电系统，自己在这个过程中，具体设计了****。在该机电系统的设计过程中，对设计内容的理解，对机电系统的理解，对专业知识的理解，对专业知识体系的理解，对专业发展前景的理解，希望个人将来工作中应用专业知识，开展那些工作，等等。个人总结每人最少一页！！！互相抄袭，双方全为0分！！！
参考文献[1] 王晓楠,伍萍辉,冯青春,王国华.番茄采摘机器人系统设计与试验[J].农机化研究.-8.[2]&&FotiosDimeas,Dhionis V.Sako. Design and fuzzy control of arobotic gripper for efficient strawberry harvesting[J].Robotica.-9.[3] 姜丽萍.番茄力学特性及其在采摘机器人执行器设计中的应用[D].江苏大学。-75.[4] 杨文亮.苹果采摘机器人机械手结构设计与分析[D].江苏大学.-82.[5] 广州友善之臂科技有限公司.Tiny-Schmetic.pdf[Z].广州友善之臂科技有限公司..
附录一 机械设计图纸
附录二 控制电路设计图
附录三 控制程序清单
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