番茄采摘機器人機械臂與末端執(zhí)行器的設計.pdf

1、我國于20世紀50年代以后開始大面積種植番茄，目前種植面積正呈上升趨勢。隨著計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)和機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，研究開發(fā)番茄采摘機器人，將農(nóng)民從繁重的作業(yè)環(huán)境下解放出來，對于提高經(jīng)濟效益、降低勞動強度和提高番茄的集約化生產(chǎn)水平，具有重要的意義。
　　 本文研究番茄采摘機器人的機械臂和末端執(zhí)行器，自主設計機械臂和末端執(zhí)行器的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，主要工作內(nèi)容如下:
　　 首先根據(jù)番茄采摘作業(yè)的特點和要求，設計機械臂

2、和末端執(zhí)行器機械結(jié)構(gòu)。機械臂選擇多關(guān)節(jié)型五自由度結(jié)構(gòu)，其中一個移動關(guān)節(jié)、四個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。末端執(zhí)行器包括夾持機構(gòu)和果梗剪斷機構(gòu)，文中分別做了介紹。在確定機械臂的結(jié)構(gòu)后，進行了運動學建模，為系統(tǒng)的控制奠定基礎。
　　 其次，本文從整體上設計出機械臂和末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)的控制方案，選擇主從控制模式，上下位機通過RS232通信，上位PC機進行視覺算法處理和給出關(guān)節(jié)運動值，微處理器一方面接收上位機發(fā)出的給定值，一方面接收各傳感器反饋位置，比

3、較后經(jīng)過算法處理輸出控制信號實現(xiàn)閉環(huán)控制。關(guān)節(jié)控制位置環(huán)采用模糊PID控制技術(shù)，通過MATLAB仿真驗證，該算法能夠使控制系統(tǒng)動態(tài)性能得到明顯優(yōu)化。
　　 再次，論文概述了番茄采摘機器人控制系統(tǒng)的硬件組成，對構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要模塊進行了選型，對以PC機和微處理器ARM為核心的控制模塊、由L298驅(qū)動芯片和直流減速電機組成的驅(qū)動模塊以及傳感反饋模塊進行了探討。軟件方面，介紹了控制系統(tǒng)軟件的總體架構(gòu)，分別對系統(tǒng)初始化、電機轉(zhuǎn)向控制、