苹果采摘机器人末端执行器的设计与研究

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我国是苹果种植大国,产量及规模位居世界首位。在实际生产劳动过程中,果品采摘是生产链中最耗时、最费力的一个环节;采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高。由于采摘作业的复杂性,采摘自动化程度仍然很低。目前,国内苹果采摘作业基本上都是人工进行,其费用约占成本的30%-50%,并且时间较为集中。智能化果实采摘是当今世界发展的趋势,它能够极大的提高生产效率,推动我国苹果产业更好更快的发展。末端执行器是与果实直接接触的部分,它的好坏直接影响了果实采摘的效率。国内对于苹果采摘末端执行器的研究才刚刚起步,成果较少。针对以上问题本课题研制了一种新型的末端执行器并进行了研究,主要工作如下:1.在了解苹果的生长特性和人工采摘方式后,对末端执行器进行了总体方案设计。在设计过程中引入了创新设计方法TRIZ理论进行实践指导。2.使用机械制图软件UG,设计并建立了末端执行器的三维模型。然后使用UG/Motion模块对已有模型进行了仿真分析。确定最终设计方案并制造样机。3.设计了末端执行器的硬件与软件系统。硬件系统包括:末端执行器、步进电机、电机驱动器、单片机、力传感器。软件系统主要使用VC++中的MFC框架设计了上位机控制界面,使用C语言编写了下位机执行程序,达到了智能化控制的目的。通过上位机与下位机的连接,使整个系统成为了一个整体。4.建立整个系统并搭建实验平台,对末端执行器抓取果实进行了实验研究。实验包括采摘成功率,采摘效率及采摘后是否对果实产生了损伤。实验结果表明,末端执行器在符合采摘要求的同时,对果实没有产生损伤,值得推广使用。5.介绍了移动苹果采摘机器人整体的情况,进行了实验室内苹果模拟采摘实验。
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