【某苹果采摘机器人总体方案设计案例分析1900字】

某苹果采摘机器人总体方案设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u20717某苹果采摘机器人总体方案设计案例分析 1167861.1苹果采摘机器人行走机构设计 1288481.1.1机器人行走机构要求分析 1155211.1.2常见的两种行走机构特点分析 2306221.1.3行走机构选择 2107921.2采摘机械臂结构方案设计 2266761.2.1常见的机械臂运动形式 2277811.2.2采摘机械臂构型选择 397001.3末端采摘机构形式方案设计 3250261.1.1各类型末端采摘机构特点分析 413861.1.2末端采摘机构选择 4100111.4苹果收集装置方案设计 594011.5苹果采摘机器人工作流程 51.1苹果采摘机器人行走机构设计1.1.1机器人行走机构要求分析中国大部分果园都存在种植面积小，果树密度，行距不规范，路面高低不统一等问题。因此，苹果采摘机器人的行走机构应该能够达到以下要求：（1）对采摘环境适应性较强。能在苹果种植地区环境移动，能够在斜坡地面运行采摘活动。（2）车身的构造分布合理。果园的空间有限，车体存在多种部件，因此，其结构应紧凑协调合理。（3）承载能力强。车体应能承受起机械臂、捡拾装置、内部部件和采摘后苹果的重量，机器应具有良好的动力配置和承载能力。（4）操作方便，易于维护。长时间的在野外工作必然会出现一些大大小小的故障，而使用者大多是农民，不具备相关维修能力，因此，产品应易于操作和维护清洁。1.1.2常见的两种行走机构特点分析目前常见的机器人行走机构主要为履带式和轮式，下面将对他们的特点进行分析。1.1.2.1履带式行走机构特点（1）履带结构适用于在路面不均匀的区域。（2）轨道的结构能够加大与地面的接触面积，通行能力好。（3）可以在较窄的空间内实现原位转向，比车轮机构更灵活。（4）造型复杂，重量大，灵活性能差。（5）结构较为复杂，成本较高。1.1.2.1轮式行走机构特点（1）地形平坦的地方动作敏捷。（2）重量较轻，稳定性能好，负载重。（3）系统成熟，操作简易，构造简单。（4）维护方便，价格便宜。1.1.3行走机构选择在对轮式以及履带式行走机构对比分析后得出，轮式的多个方面比履带式更适合苹果种植的采摘工作。因此，选择轮式行走机构作为采摘机器人的行走系统。1.2采摘机械臂结构方案设计1.2.1常见的机械臂运动形式目前主要有四种常用的机械臂：（1）直角坐标型机械臂，它高精度、大结构尺寸、结构简单、工作空间大、制造成本低，如图3-1所示。但其缺点是灵敏度低，工作面积小，只适合摘果树较矮的水果，不适合摘离地面较高的苹果。（2）圆柱坐标型机械臂，具有Z轴旋转、水平运动的关节，如图3-2所示。虽然它的工作范围较大，构造紧凑，但惯性力大，稳定性能差，柔度差，垂直运动范围越小。（3）球坐标型机械臂，如图3-3所示。工作空间是一个球体，不仅可以上下运动，还可以抓取地上的物品，但其工作灵活性差，刚度小，避障困难，控制复杂，自由度低。（4）多关节型机械臂，如图3-4所示。它的自由度高、灵活性能好、占地面积小、相对于其他三种机械臂工作空间大，可以在多自由度的情况下运行各种轨迹，但其刚度和精度相对较差。1.2.2采摘机械臂构型选择苹果采摘工作要求：（1）要有充足的工作空间；（2）要有良好的避障能力和较强的灵活性；（3）机械臂自身所占空间要尽可能的小；（4）考虑到应用于农业中，由于负载较小，且需要操作简单，所以要求使用较少的关节运动。所以机械臂的选择关节型机械臂最为合适，包括腰部，上臂和前臂，这些决定了执行器的终端位置。这种机械臂的优点是工作空间大，运动灵活，占地面积小，适合于农用苹果采摘。1.3末端采摘机构形式方案设计目前已有的采摘抓手样式主要有三爪式、吸取式以及柔性抓手式等。1.1.1各类型末端采摘机构特点分析（1）抓手式采摘手，如图3-5所示。它的特点是结构简单灵巧、易于操控。但缺点是机械爪对果实脆性表皮损伤大，对果实采摘的效率不高，需要人力夹持。（2）吸附式采摘手，如图3-6所示。它经常用来摘取造型圆润、果实较为坚硬的水果，如橘子等，其优点是采摘效率较高，应用范围广。它广泛应用于工业机器人中，用于移动大、轻、光滑的物体。其缺点是灵活度较低，体积较大。（3）柔性手式采摘手，如图3-7所示。柔性抓手是通过利用空气动力操纵手指产生形变，从而去抓取水果。主要用于抓取重量轻、体积小、表面易破损、形状不规则的物品，农业自动化主要用于草莓等软性水果的采摘。1.1.2末端采摘机构选择通过对比分析，柔性手式的末端执行器其仿生、高灵活度以及较高的采摘质量能够避免对苹果表皮的损坏，适合作为机器人采摘手部位的结构。并且抓手上方配有双目摄像头，能够进行深度与运动感知追踪，从而更好的去定位、抓取成熟苹果。1.4苹果收集装置方案设计对于苹果收集装置部分采用连杆结构装置，如图3-8所示。连杆装置受舵机操控，通过销轴铰接实现连杆