草莓自动采摘装置设计

摘要每到草莓生产季节，为了草莓的外貌质量和营养成分的保证，必需在收获此种现状，进行草莓自动采摘机构的研究已经成了发展趋势，这能够有效减轻本次设计主要分为三个方面进行设计，分别是自动行走机构、移动机构和采摘机构。其中行走机构采用履带传动结构，负责采摘装置的行走；移动机构采用三自由度工作台的设计形式，负责采摘机械臂的XYZ三轴方向的移动；通过验证，本次设计的草莓采摘各机构能够优秀的完成设计要求。行走机构和移动机构可以完成装置各位移要求；末端执行装置和定位系统能够完全实 1 2 4 4 5 5 5 6 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 草莓是多年生草本植物，是属于是蔷薇科的植物，有很好的食用价值，富草莓在成熟之后需要在短时间内完成采摘，所以种植草莓的果农每次在遇到草莓成熟期时候都要需要大量的人力物力投入到草莓的采摘之中。草莓采摘时大量的人力成本的投入也大大增加草莓的生产成本，所以如何将自动化引入随着人们对机器人智能本质认识的加深，智能机器人技术不断渗透到动力短缺现象日益显著。因此，农业生产机器人的研究近年来也成了火热的话（1）工作对象脆弱:草莓是一种较为软弱且易伤的一类水果，对于这样性（2）对操作要求简单:草莓自动采摘装置的使用者大多是农民，他们对电子和机械方面的专业知识知之甚少。因此，要求草莓自动采摘装置具有高可靠（3）工作动作复杂:草莓自动采摘装置通常是同时操作和移动的。在操作过程中，设备的行走路线受作物种植方式的影响，相对狭窄，受一定范围的限制。它通常需要走很长的距离，需要装置覆盖整个场地表面。因此，设计时应充分考虑在复杂条件下作业的完成情况。（4）价格要求低廉:草莓的种植以个体经营为主，如果自动采摘机器人的根据草莓的生产特点以及草莓生产的作业要求，对草莓自动采摘装置的研三自由度工作台的主要功能是将末端执行器送到草莓采摘位置，包括X，Y，Z方向的运动。三者均采用滚珠丝杠直线光轴导轨。工作台的方向和滚珠动到指定位置时，摄像机拍照并在图像处理后判断成熟草莓位置的三个坐标并总而言之，可行走草莓自动采集装置在近几年国内外已经有了一定的研究和发展。但是由于其工作动作复杂，工作环境多变，工作对象脆弱等原因，仍第2章草莓采摘机器行走机构设计大棚的生产方式占全部生产方式的一半以上。其中，我国南方大部分省份主要部分地区，高垄种植是主要的种植方式。在高垄种植中，行横截面为规则等腰草莓果实自然会挂在其两侧。草莓的果梗在成熟果实大小与垄断壁之间有常见水果自动采摘装置的行走机构主要有履带行走机构、车轮式及在小空间步行的优点是其他两种步行机构无技术上还不成熟，成本较高。因此，仿人步行行走。如新疆机械研究院研制的多功能果园作业机和中国农业大学研草莓自动采摘装置的位移行走由履带式行走机构完成，行走机构不仅带动铝合金板用于制作车身的翼板。采用直流减速电机作为车表2.1无人履带车性能指标fiff式中:大大小低高小小高高FFi式中:,即：草莓自动采摘装置要想正常行驶，需要其驱动力能够克服作用在装置上的所有阻力，即需要满足以下条件:iftkkd式中:将数据代入得:表2.3滚动阻力系数f和附着系数φ支撑面种类fφ铺石路面干燥土路柔软的岩质路面细砂地收割过草地开垦的田地冻结的道路式中:F机功率可由下式确定:fGv0v0000第3章草莓采摘机器移动机构设计采摘类似于地垄种植的狭小低矮空间的草莓，其采摘移动机构的设计应当满足在此环境下高效的完成采摘工作，因此需要先初步确定其构型。按照坐标这是一种在机械领域应用较为广泛的机器人，它具有工作空间大，动作灵活，可执行动作负责复杂。但是其机械结构复杂，操作空间困难，生产成本高度。球面坐标机器人最大的特点是结构机占用工作空间是指在机构在正常运行过程中，其腕关节能在空间中运动的最大自由度，由于机器人所选择的运动关节类型不同，工作空间的形状也不同。每个运动关节所形成的运动变化量，如直线运动距离和旋转角度，都会影响工作在本次设计中，工作空间是指草莓自动采摘装置的末端执行器能够达的空计的草莓自动采摘装置自由度，参照其工作空间确定，由于草莓的形状和尺寸方向的运动。三者均采用滚珠丝杠直线光轴导轨。工作台的方向和滚珠丝杠螺母机构。因为滚珠丝杠螺母机构摩擦阻力扭矩小，传动效率高（可丝杠转动并移动；丝杠转动、螺母移动；螺母转动、丝杠移动；丝杠固定、螺在本次设计中总共需要设计三副滚珠丝杠螺母副，考虑到XY两轴方向滑台需要一定的承载能力，故选用双直线滑台进行设计。本次设计小车尺寸为采用轴承进行两端固定，所以两轴承距离可定为250mm。故取丝杠的长度为π2EIcr(μl)24-9N25π2EI (μ -92crmcrm0p2Tc1电机的转矩经联轴器传导到丝杆上时的转矩可记为T(N.m)，其值可根据F则将具体数据代入转矩方程得实际转矩为：2m2π2Gd4那么可计算滚珠丝杠在极限情况下引起的导程误差是：（3.10）第4章末端采摘机构和定位算法设计作为草莓采摘机构的一部分，末端执行器安装在移动机构的前端，末端执行器是直接接触草莓的部件。它是草莓自动采摘装置的重要部分，对提高草莓生产的工作效率和草莓的市场价值具有重要作用。为了满足精确定位和草莓无目前草莓自动采摘的主要方法。故本次设计采用“双驱双夹”的结构实现对草莓成熟草莓的识别与定位是草莓采摘机器人的主要工作仼务和研究难点，定位误差和识别准确率直接关系到机器人的作业效率。草莓采摘环境属于非结构化环境，果实的生长受自然环境的影响较大，需要有有效、快速的图像采集传本次设计我们采用了草莓颜色识别和特征识别相结合的识别系统,通过双目视觉系统采集图像后分为两条路径同时进行处理，一是一个是将相码，进行开闭运算。最后，进行自适应阈值处理，找到轮廓和标记。二是通过摄像机标定摄像机标定通过提前训练好转换成hsv设定空间阈值，根据阈值构建掩膜滤波（开运算、闭运算）寻找轮廓并标记特征去寻找草莓确定成熟草莓质心坐标散点噪声去噪处理相比较图4.6特征结果识别结果图第5章总装与结论本次设计的草莓自动采摘装置主要由履带式底盘、三自由度移动机构、末通过将自动化机器引入农业生产从而代替或提高人工生产，已是解决农业果柄长戏，采用单目视觉三维重建难以准确识别定位采摘切割点的问题，本次设计研究了双目视觉三维重建方法和定位算法。以自然生长条件下的垄作栽培草莓为研究对象，针对其果实成熟后垂落在隆面两侧，果柄软长等生长特点和采摘后便于收集的作业要求，提出气缸提供动力，剪断果柄和夹持近果实段果参考文献[1]周航,杜志龙,武占元,宋程,郭楠,林亚玲.机器视觉技术在现代农业装备领域[2]付中军.果蔬采摘机器人视觉技术研究及系统构建[D].沈阳:沈阳工业大[4]侯贵洋,赵桂杰,王璐瑶.草莓采摘机器人图像识别系统研究[J].软[5]赵匀,武传宇,胡旭东.农业机器人的研究进展及存在的问题[J].农业工程学[8]刘凡,杨光友,杨康.农业采摘机器人柔性机械手研究[J].中国农机化学报,2019,40(0