苹果采摘机器人关键技术研究

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作者：

马强

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摘要：

目前,我国苹果种植面积大,产量高,其种植面积和年总产量两项指标均已达到世界首位.然而,目前我国水果采摘基本上都是手工进行的,对劳动力的工作强度和人数要求较高.随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,采摘成本也相应提高,大大降低了产品的市场竞争力.所以,加快研发果树采摘机器人的步伐是解决该问题的有效措施,对我国农业综合水平的提高具有重要的意义. 本文以我院研制的GY-1型苹果采摘机器人为研究对象,重点研究了机器人全液压行走部分和伺服电机型采摘部分的结构设计与系统控制等关键技术,对改进的液压臂做了ADAMS运动学和动力学仿真;开发了一套集全液压行走和全液压采摘功能于一体的苹果采摘机器人控制方案;结果通过多次采摘性能试验,统计得出平均收获速度为19.6s,采摘成功率为86.57%.通过对液压臂的三位实体仿真模拟真实的运动状态,得出了液压臂的关键的实验数据信息,为今后继续研究液压臂的采摘功能做了准备工作. 本文关于苹果采摘机器人关键技术的主要研究内容如下: 1.机器人本体结构设计 介绍了苹果采摘机器人本体的结构组成,包括底盘部分,动力部分,平台部分和操纵控制部分.结合机器人的设计要求,通过计算机器人的总阻力,总牵引力和附着力,来确定驱动马达和油泵的选型,判断机器人在草地上是否打滑,通过对平均接地比压的计算,来判断此机器人是否满足相关要求. 2.集行走和采摘功能于一体的全液压控制方案设计 分别阐述了行走采摘控制系统的硬件设计和软件设计.硬件设计主要包括三个方面:主控系统即对移动车辆控制器的应用,辅助控制系统和通讯系统.其中辅控系统包括发动机仪表,操作手柄,开关面板,供电系统和可选功能;通讯系统为CAN总线通讯.软件设计,通过对控制系统软件程序开发平台PROSYD1131的介绍,利用结构化文本和功能块编程语言对控制系统程序进行编写,其中重点介绍了初始化模块,整车判断模块,传感器检测模块和PWM控制模块的设计原理. 3.伺服电机型采摘部分的设计试验和液压臂的仿真 介绍了机械臂的结构组成,机械臂的视觉系统,阐述了机械臂控制系统的硬件结构和软件设计流程,并对采摘性能进行了相关试验.利用Inventor和ADAMS软件对液压臂进行三维建模和仿真.

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关键词：

采摘机器人 电控系统 采摘臂 仿真

学位级别：

硕士

学位年度：

2012

被引量：

12