农林-fafu果宝特工队智能果实采摘运输车

参赛队员：王帅、吴爽、李鸿、魏祖华、方飞扬队伍名称：FAFU果宝特工队基于STM32的智能果实采摘运输车的设计与实现指导老师：董楸煌、曹亚磊目录CONTENTS作品设计的产生1作品简述及创新点2作品设计方案3总结展望4作品设计的产生果实采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节，其成本高，需要大量的劳动力高强度的工作，但是由于工业生产化的迅速发展分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因，使得能够从事农业生产的劳动力越来越少了，单靠人工劳动已经不能满足现状的需要。01PARTONE作品设计的产生01我国是世界上最大的果实产出国，种植面积与果实产量一直稳居世界第一。同时，果品的质量与产业化水平也有了很大提高，目前，果实产业已经成为了继粮食、蔬菜之后的第三大农业种植产业，是国内外市场前景广阔且具有较强国际竞争力的优势农业产业，也是许多地方经济发展的亮点和农民致富的支柱产业之一。图一：中国果园面积（百万公顷）图二：中国水果消费情况（亿吨）FAFU果宝特工队果实采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节，其成本高，需要大量的劳动力高强度的工作。果实采摘依靠人工在采摘过程中需要大量的劳动力，随着我国老龄化程度的不断加深，农村劳动力不断减少，生产成本不断提高，限制了整个果实产业的发展。劳动力短缺从国内外果实采摘机器人的研究现状来看，目前果实采摘机器人的研究正处于一种由试验阶段向实用推广阶段的过度时期，我国在这方面的研究更只是处于起步阶段。智能化水平低22%90%作品设计的产生01FAFU果宝特工队65%技术基础团队成员拥有丰富的设计经验，多次参加各种国家级、省级竞赛，参与各种横向课题，熟练掌握STM32控制、机械结构设计等。专业指导研究方向和领域：机器人动力学分析与控制，机械系统动力学分析，多体系统动力学，参与多项国家级、省级自然基金，发表发表论文24篇，其中Sci收录1篇、Ei收录10篇，获授权专利4项。市场调研为解决农业采摘中的实际问题，果实采摘机器人的研究与应用已成为一种迫切需要。作品设计的产生01FAFU果宝特工队作品简述及创新点随着计算机技术的不断进步以及自动控制系统的发展，为解决目前果实采摘过程中果农高劳动强度、高生产成本的困境，设计并制作了一款智能果实采摘运输车。02PARTTWO作品功能简述02本作品由果实采摘和果实转运两台机器人协同完成，果实采摘机器人主要包括底盘结构、视觉识别模块、采摘模块、临时存储模块，通过毛刷环升降采摘成熟果实，采用阶梯型底板，将果实放置于临时存储区。果实采摘完成后，依靠重力将果实转移至转运机器人。转运机器人携带仓储盒移动至仓储区，通过丝杆转动将仓储盒脱离，并返回出发区。作品功能实现概念图FAFU果宝特工队基于STM32控制器对各模块协同控制作品工作原理02作品工作原理通过opemmv对成熟果实进行自主识别丝杆电机带动升降环进行果实采摘两台机器人蓝牙通讯进行果实转移FAFU果宝特工队采用菱形布置全向轮，利于机器人原地旋转，合理使用传感器检测装置精确定位、采摘果实。创新点作品创新点04将控制系统、采摘结构以及转运装置一体化的设计方案节约了工作空间，提升了水果采摘的集成度。将采用可脱离仓储盒智能转运机器人，完成果实转运及仓储。FAFU果宝特工队作品设计方案本作品由果实采摘和果实转运两台小车协同作业，完成果实采摘运输仓储的整个过程，其中果实采摘小车主要包括底盘结构、采摘结构、视觉识别模块、果实临时存储结构、控制模块。果实转运小车主要包括底盘结构、控制模块以及丝杆电机连接的果实仓储盒。03PARTTHREE本小车底盘设计采用菱形布局全向轮，菱形布局结构在实际机器人移动中，有行走平稳、转向灵活、控制简便等优点。同时整体结构设计应满足小车作业所需的强度和硬度要求，转运果实时达到使果实不掉落的要求。底盘结构设计图一

全向轮三维图底盘结构设计03图二

小车底盘三维图FAFU果宝特工队0350%90%70%利用电压泵喷射水柱实现采摘控制毛刷环自上而下采摘果实利用舵机驱动机械结构采摘果实FAFU果宝特工队果实采摘结构设计在果实转运小车上安装丝杆电机并连接一个储物盒，在到达转运地点后，控制丝杆电机将储物盒下放，待果实采摘小车将果实转运至储物盒后，果实转运小车拖着储物盒到达储存区，然后继续控制丝杆电机至储物盒与转运小车完全脱离。03FAFU果宝特工队转运运输结构设计01020304小车循迹行走精准定位果树果实转运运输存储识别成熟果实并采摘软件整体设计03FAFU果宝特工队本项目调用OpenMV视觉识别的设计过程是：设定识别颜色为橘黄色，利用摄像头采集图像，识别果实中心所在位置的相对坐标值，将该坐标信息通过串口通信直接传递给STM32单片机，单片机控制末端执行器到达指定的位置。图像识别智能识别控制03OpenMV是一个功能强大且开源的机器视觉模块，视觉识别系统主要由3部分组成：图像采集、图像处理和分析、图像信息的传递，它以STM32F4单片机为核心，集成了摄像头芯片，分辨率高达30万像素，利用C语言编程实现高效算法。FAFU果宝特工队总结展望智能化果实采摘机将控制系统与机械系统的有效结合实现了采摘果实的智能化作业，可以满足工作过程中对果实的识别、采摘、转运、仓储等一系列过程，并结合采摘结构的可更换性来实现对多种果实进行采摘。04PARTFOUR智能化果实采摘机将控制系统与机械系统的有效结合实现了采摘果实的智能化作业，可以满足工作过程中对果实的识别、采摘、转运、仓储等一系列过程，并结合采摘结构的可更换性来实现对多种果实进行采摘。基于此作品，目前已申请国家实用型专利两项