摘要
本文设计了一种苹果采摘机器人的末端执行器。该执行器的夹持机构为一个三欠驱动仿生机械手。使用钢丝作为传动腱可以将驱动部分和执行部分分离，将驱动部分置于远端，减轻了机械臂末端的重量，同时增加了驱动电机选择的灵活性。
首先，对机械手的运动学进行了分析。其次，对机械手抓取稳定性的基本理论问题进行了分析和讨论，建立了抓取模型，为设计机械手的稳定抓取提供了理论依据。最后，对机械手的机械部分和控制部分进行了设计。
该末端执行器采摘方案合理有效、总体性能可满足机器人采摘苹果的要求。
关键词：苹果采摘机器人；末端执行器；机械设计
ABSTRACT
This article is designed to end an apple picking robot. The actuator clamping mechanism is a three-under-drive bionic robot. As the use of steel tendons can drive the drive part and the operative part of the separation, the driving portion is placed in the distal end of the arm to reduce the weight, while increasing the flexibility of selection of the drive motor.
First, the robot kinematics is analyzed. Secondly, the stability of the robot to crawl the basic theory problems are analyzed and discussed the establishment of a crawl model, designed to stabilize the crawling robot provides a theoretical basis. Finally, the part and the control part of the mechanical robot was designed.
The program end picker reasonably effective to meet the overall performance requirements of apple picking robot.
关键词：Apple picking robot; end effector; mechanical design
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 课题研究意义 1
1.2 农业采摘机器人发展概况 1
1.2.1农业采摘机器人的特点 1
1.2.2国内外采摘机器人研究进展 2
1.3 采摘机器末端执行器研究现状 3
1.3.1获取方式 3
1.3.2分离方式 6
1.4 欠驱动技术研究发展 7
1.5 主要内容和研究方法 9
1.5.1 主要研究内容 9
1.5.2 技术路线 9
第二章 欠驱动采摘末端执行器的设计 11
2.1 欠驱动采摘末端执行器的总体结构设计 11
2.1.1手指结构设计 12
2.1.2机架的设计 14
2.1.3驱动方案的选择 14
2.2手腕关节的设计 15
2.3本章小结 17
第三章 末端执行器静力学分析 19
3.1 欠驱动手指的工作原理 19
3.2 包络抓取时的静态力学模型 19
3.3 运动学分析 22
3.4手部的夹持误差计算 23
3.5本章小结 25
第四章 末端执行器虚拟设计与仿真研究 27
4.1 软件概述 27
4.2机械手的虚拟设计与装配 27
4.2.1模型的建立 27
4.2.2虚拟装配 29
4.3 模块化设计 29
4.3.1模块化设计概念 29
4.3.2手指的模块化设计 30
4.4本章小结 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题研究意义
随着计算机技术和自动控制技术，农业高新技术的应用和推广的发展，农业机器人已逐渐进入农业生产领域，并促进现代农业装备走向机械化，生产智能化方向发展的。水果采摘是季节性的农业生产，劳动强度大，要求的工作是利用人工采摘不仅效率低下的一个重要方面，劳动密集，水果和蔬菜也造成了一定的伤害。智能机器人的水果和蔬菜的采摘劳动的解放研究和开发，提高生产效率，降低生产成本，保证了新鲜水果和蔬菜的品质，以及满足作物生长等方面的实时性要求有一个非常重要的意义。并且，随着下降，增加水果和蔬菜的采摘机器人的农业从业人员，开发和利用的老龄化趋势，具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。
苹果是我国生产的主要果品之一，2010年苹果产量占果品总产量的32.73%，居三大果品(苹果、柑橘、梨) 之首。同时我国苹果种植面积2848万亩，产量2600万吨，分别占世界苹果面积、产量的35%上，规模居世界第一。机器人采摘在苹果采摘过程中的大量应用能够极大地提高采摘效率、节约成本，不过，虽然水果采摘过程中容易出现机械损伤，机械损伤也是门入侵的病原微生物，是烂水果的主要原因。由于受负载瘀伤的操作方面，打破，从而导致变质腐烂的水果多达30%～40%，每年的损失高达数百亿人民币。机械手是与果实直接接触的部分，因此设计一种轻巧易用且对果实损伤小的机械手显得尤为重要。
1.2 农业采摘机器人发展概况
1.2.1农业采摘机器人的特点
工业领域是机器人技术的传统应用领域，工业机器人处于可控制的人工环境内，并以均匀材质、确定的尺寸和形状的物体为操作对象，目前已经得到了相当成熟的应用，而采摘机器人工作在高度非结构化的复杂环境下，作业对象是有生命力的新鲜水果或蔬菜。同工业机器人相比，果蔬采摘机器人具有以下特点：
1、非结构性的操作环境。由于作物随时间和空间变化，工作环境在变，未知的，是开放性。除了受地形条件的限制，而且还直接受季节，气候等自然条件的作物生长环境。这不仅需要采摘机器人具有灵活性，以适应处理的生物学功能，并能够适应不断变化的自然环境，具有相当高的智慧在视觉，触觉，多传感器融合和知识推理和判断等方面。
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