楊梅采摘機器人輪式移動平臺設(shè)計【開題報告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　楊梅采摘機器人的移動平臺設(shè)計</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p><b>　　1、選題的背景</b></p><p>　　我國是一個農(nóng)

2、業(yè)大國，雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，可預(yù)計農(nóng)業(yè)勞動力將逐步向社會其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，實際上進(jìn)人21世紀(jì)后，我們將面臨著比世界任何國家都要嚴(yán)重的人口老化的問題，農(nóng)業(yè)勞動力不足的問題將逐步變?yōu)楝F(xiàn)實[1]。因此對于農(nóng)業(yè)機器人的研究就刻不容緩，目前國際上已研制開發(fā)了一系列的農(nóng)業(yè)機器人，如耕耘機器人，收割機器人，施肥機器人，除草機器人，嫁接機器人，噴霧機器人，果實分揀機器人，采摘機器人等[2]，其中較為典型的是番茄采摘機器人[3][4

3、]，黃瓜采摘機器人[5]，移栽機器人[6]，蘑菇采摘機器人[7]，蘋果采摘機器人[5]，西瓜收獲機器人[8]。許多國家根據(jù)自己的情況開發(fā)出了各具特色的農(nóng)業(yè)機器人，如澳大利亞的剪羊毛機器人，荷蘭開發(fā)的擠奶機器人，法國的耕地機器人，日本和韓國的插秧機器人等[6][9]-[11]。特別的，在水果，蔬菜等方面，這類農(nóng)作物的種植面積和產(chǎn)量逐年提高。據(jù)統(tǒng)計，2002年中國果品種植面積893萬h㎡，產(chǎn)量6225萬t，占世界果品產(chǎn)量的l3% 。蔬菜種植

4、面積1523萬h㎡，產(chǎn)量4．24億t，占世界蔬菜總產(chǎn)量的4O％。在果實類的水果和蔬菜生產(chǎn)中，需要人工不定時的</p><p><b>　　2、選題的意義</b></p><p>　　一個完整的移動采摘機器人是由許多子系統(tǒng)組成的，如圖1所示[2]。</p><p>　　圖1 移動采摘機器人的系統(tǒng)組成</p><p>　

5、　可以看出，移動機構(gòu)是采摘機器人運動的基礎(chǔ)。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)移動機器人大體分為兩類：一是在大面積農(nóng)田或山林的室外型，一類是在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類，絕大多數(shù)都需要移動作業(yè)。由于采摘對象的復(fù)雜性和環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化，移動機器人的平臺設(shè)計也呈現(xiàn)出多樣性。移動機器人按照行走機構(gòu)一般可分為車輪式、履帶式、輪--履帶式和步行結(jié)構(gòu)4種。然而上述各種移動平臺結(jié)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點，要根據(jù)采摘對象的特殊性來綜合設(shè)計一種最適合這個對象的移動平臺。針

6、對楊梅種植的環(huán)境及各方面因素，研制和開發(fā)一個簡單，緊湊，輕巧，靈活，承載能力好的移動平臺是非常必要的。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：</p><p>　　1.根據(jù)楊梅種植的環(huán)境，設(shè)計出能適應(yīng)此環(huán)境下的移動平臺的型式，移動平臺在移動過程中需具備一定的越障能力，防震能力。</p><p>　　2.根據(jù)楊梅樹的高度可知，其平臺需承載一定重量的

7、機械臂等設(shè)備，因此平臺需具有較好的承載能力。</p><p>　　3.在楊梅采摘過程中，平臺上的設(shè)備開始工作時，移動平臺需保持穩(wěn)定，不能晃動及側(cè)翻。</p><p>　　4.移動平臺整體結(jié)構(gòu)要盡量簡單，緊湊，移動速度需設(shè)計適當(dāng)，便于操作人員掌控，易于普及。</p><p>　　三、研究的方法與技術(shù)路線：</p><p>　　1、本課題研究的方

8、法：</p><p>　?。?）．查找并收集大量文獻(xiàn)資料，研究現(xiàn)階段國內(nèi)外已設(shè)計開發(fā)的移動平臺，分析每種移動平臺的優(yōu)缺點，取其優(yōu)點去其缺陷，并綜合考慮楊梅采摘環(huán)境，設(shè)計出適合楊梅采摘機器人的移動平臺。</p><p>　?。?）．制造樣機，多次試驗，對試驗結(jié)果比對、分析，進(jìn)一步改善方案。</p><p>　　2、本課題研究的技術(shù)路線：</p><

9、p>　　鑒于研究的基本內(nèi)容中所提出的移動平臺所需滿足的要求，給出以下針對性的技術(shù)路線：</p><p>　?。?）楊梅樹一般種植在山林中，山地高低不平，坎坷崎嶇。而且每棵楊梅樹的種植距離較遠(yuǎn)。因此適用于楊梅采摘機器人的移動平臺就應(yīng)滿足一定的越障能力，移動速度要較快，這樣才能為果農(nóng)節(jié)約時間。所以，綜合分析輪式移動平臺，履帶式移動平臺，步行式移動平臺可得，輪式移動平臺更能滿足這一要求，采用兩輪呈對稱布置的輪式結(jié)

10、構(gòu)。</p><p>　?。?）.由于楊梅樹高一般3米以上，楊梅采摘機器人的移動平臺上就需承載相當(dāng)重量的設(shè)備,包括機械伸縮臂，剪切手等。因此，移動平臺應(yīng)具備很好的承載能力，而輪式移動平臺恰好具備這一優(yōu)點，其承載能力遠(yuǎn)大于履帶式和步行式移動平臺。</p><p>　?。?）.當(dāng)移動平臺運動到合適位置時，其上的設(shè)備開始工作，機械臂伸長，這一動作可能使平臺發(fā)生晃動甚至側(cè)翻，嚴(yán)重影響采摘精度和效率

11、。因此在輪式移動平臺上裝上支撐桿，關(guān)于輪軸對稱分布，兩邊各兩根總共四根，垂直輪軸。在采摘機器人不工作時可以收起，以免占用空間。機器人的運動采用人機協(xié)作的方式，電機驅(qū)動兩輪，方向由果農(nóng)掌控，其中一側(cè)的支撐桿展開，果農(nóng)雙手握此支撐桿用來掌握方向。</p><p>　　（4）.為了防止輪式移動平臺在承載時車輪陷了泥中影響移動速度，應(yīng)適當(dāng)增加輪子寬度，一般為5-8mm。為了適應(yīng)山地的高低不平，車輪的直徑應(yīng)適當(dāng)選取，一般定

12、為400mm左右。</p><p>　　四、研究的總體安排與進(jìn)度：</p><p>　　階段一 2010.11.15--12.31：完成文獻(xiàn)綜述和文獻(xiàn)翻譯，撰寫開題報告，準(zhǔn)備開題答辯；</p><p>　　階段二 2011.01.01--01.16：結(jié)合開題答辯情況，修改并確定總體設(shè)計技術(shù)方案；</p><p>　　階段三 2011.02.2

13、8--03.20：畢業(yè)設(shè)計詳細(xì)方案設(shè)計、計算與分析，準(zhǔn)備中期檢查；</p><p>　　階段四 2011.03.21--04.17：數(shù)據(jù)計算，繪圖，撰寫設(shè)計說明書；</p><p>　　階段五 2011.04.18--04.30：修改設(shè)計說明書，定稿，答辯；</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)：</b></p><

14、p>　　[1] 張立彬，計時鳴，胥芳，等．農(nóng)業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)[J]．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，30(1)：36—37</p><p>　　[2] 閆樹兵，姬長英.農(nóng)業(yè)機器人移動平臺的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 拖拉機與農(nóng)用運輸車,2007,34(5):13-15</p><p>　　[3] Kondo N，Monta M． Basic study on chrysa

15、nthemum cutting sticking robot[A]． In Proceedings of the International Symposium on Agricultural Mechanization and Automation[C]，1997，1：93-98</p><p>　　[4] Kondo N， Monta M，Ogawa Y． Cutting providing system a

16、nd vision algorithm for robotic chrysanthemum cutting sticking system [A]．In Proceedings of the</p><p>　　International Workshop on Robotics and Automated Machinery for Bio-productions[C]，1997，7-12</p>

17、<p>　　[5] Kondo N， Ting K C． Robotics for bio—production systems [M]．ASAE Publisher，1998</p><p>　　[6] 李忠東．農(nóng)業(yè)機器人種種[J]．當(dāng)代高新技術(shù)，1995，5：13-15</p><p>　　[7] Reed J N，Miles S J，Butler J，et a1． Aut

18、omatic mushroom harvester development[J]．J Agric Engng Res，2001，78(1)：15-23</p><p>　　[8] Iida M，F(xiàn)urube K，Namikawa K，et a1．Development of watermelon harvesting gripper[J]．J Japan Soc Agric Mach，1996。58(3)：19-

19、26</p><p>　　[9] Sarig Y．Robotics of fruit harvesting：A state—of—the—art review[J]． Journal of Agricultural Engineering Resources，1993，54：265～ 280</p><p>　　[10] Gunther Weise，Yoshisada Nagasaka，K

20、an Taniwaki．An investigation of the turning behaviour of an autonomous rice transplanter[J]．J Agric Eng Res，2000，77(2)：233-237</p><p>　　[11] Ryu K H，Kim G，Han J S．Development of a robotic transplanter for be

21、dding plants[J]．J Agric Eng Res，2001，78(2)：141-146</p><p>　　[12] 徐麗明，張鐵中.果蔬果實收獲機器人的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題和對策[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2004,20(5):38-41</p><p>　　[13] 方建軍．移動式采摘機器人研究現(xiàn)狀與進(jìn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20(2)：273-274</p>

22、;<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　機電一體化</b></p><p>　　楊梅采摘機器人輪式移動平臺設(shè)計</p><p><b>　　1、研究背景及意義</b></p><p>　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但

23、隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，可預(yù)計農(nóng)業(yè)勞動力將逐步向社會其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，實際上進(jìn)人21世紀(jì)后，我們將面臨著比世界任何國家都要嚴(yán)重的人口老化的問題，農(nóng)業(yè)勞動力不足的問題將逐步變?yōu)楝F(xiàn)實[1]。因此對于農(nóng)業(yè)機器人的研究就刻不容緩，特別在水果，蔬菜等方面，這類農(nóng)作物的種植面積和產(chǎn)量逐年提高。據(jù)統(tǒng)計，2002年中國果品種植面積893萬h㎡，產(chǎn)量6225萬t，占世界果品產(chǎn)量的l3% 。蔬菜種植面積1523萬h㎡，產(chǎn)量4．24億t，占世界蔬菜總產(chǎn)量的4O

24、％。在果實類的水果和蔬菜生產(chǎn)中，需要人工不定時的對果實進(jìn)行成熟度判斷和收獲，并不時地移動梯子登高或彎腰。因此收獲作業(yè)是一項勞動強度大、消耗時間長、具有一定危險性的作業(yè)[2]。與此同時，采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞還直接影響到產(chǎn)品的后續(xù)加工和儲存。如何以低成本獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品是水果生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須重視和考慮的問題。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性。采摘自動化程度仍然很低。目前國內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是手工進(jìn)行，隨著人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相

25、應(yīng)提高，這樣會大大降低產(chǎn)品的市場競爭力[3]。所以研究開發(fā)適合目前生產(chǎn)實際的果蔬</p><p><b>　　2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　一個完整的移動采摘機器人是由許多子系統(tǒng)組成的，如圖1所示[4]。</p><p>　　圖1 移動采摘機器人的系統(tǒng)組成</p><p>　　可以看出，移動機構(gòu)是采

26、摘機器人運動的基礎(chǔ)。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)移動機器人大體分為兩類：一是在大面積農(nóng)田或山林的室外型，一類是在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類，絕大多數(shù)都需要移動作業(yè)。由于采摘對象的復(fù)雜性和環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化，移動機器人的平臺設(shè)計也呈現(xiàn)出多樣性。移動機器人按照行走機構(gòu)一般可分為車輪式、履帶式、輪--履帶式和步行結(jié)構(gòu)4種。</p><p><b>　　2.1輪式行走機構(gòu)</b></p>&l

27、t;p>　　車輪式行走機構(gòu)最簡單，應(yīng)用也最為廣泛。目前輪式移動機器人研究已取得的成果，按車輪數(shù)目對地面移動機器人進(jìn)行了歸類，單輪滾動機器人、兩輪移動機器人、三輪及四輪移動機器人[5]。在農(nóng)業(yè)中，常見的有四輪或三輪式機器人。國際上一些發(fā)達(dá)國家，從上世紀(jì)80年代起，紛紛重視農(nóng)業(yè)機器人的研究開發(fā)，特別是日本，由于其老齡化社會現(xiàn)實和農(nóng)業(yè)勞動力的不足，促使其開發(fā)出一系列的農(nóng)用機器人。這些機器人大都以移動車體作為行走平臺，并且以兩輪驅(qū)動最為常

28、見。如圖2所示為日本的N．Kondo等人研制的番茄收獲機器人[6][7]。</p><p>　　圖2 番茄收獲機器人</p><p>　　此行走機構(gòu)有4個車輪，能在田間自動行走，利用機器人上的光傳感器和設(shè)置在地頭土埂的反射板，可檢測是否到達(dá)土埂，到達(dá)后自動停止，轉(zhuǎn)動后再繼續(xù)前進(jìn)。</p><p>　　輪式移動機器人雖然具有運動穩(wěn)定性與路面的路況有很大關(guān)系、在復(fù)雜地形

29、如何實現(xiàn)精確的軌跡控制等問題，但輪式移動機構(gòu)仍具有明顯的優(yōu)勢，輪式移動機構(gòu)自重輕，承載能力大，移動速度快，能耗較小，并且由于輪式移動機構(gòu)控制簡單，運動較穩(wěn)定，能源利用率高，現(xiàn)今正向?qū)嵱没杆侔l(fā)展[4]。</p><p>　　2.2履帶式行走機構(gòu)</p><p>　　從20世紀(jì)80年代起，國外就對小型履帶式機器人展開了系統(tǒng)的研究，比較有影響的是美國的Packbot[8]機器人、URBOT、N

30、UGV和talon[9] 機器人。此外，英國研制的Supper Wheelbarrow排爆機器人、加拿大謝布魯克大學(xué)研制的AZIMUT機器人[10] 、日本的Helios VII機器人[11] 都屬于履帶式機器人。我國對履帶式機器人的研究也取得了一定的成果，如沈陽自動化研究所研制的CLIMBER機器人[12] 、北京理工大學(xué)研制的四履腿機器人[13] 、北京航空航天大學(xué)研制的可重構(gòu)履腿機器人等。</p><p>

31、　　履帶式移動機器人具有以下特點[14] ：(1)支撐面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地作業(yè)，下陷度小，滾動阻力小，越野機動性能好。(2)履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。(3)具有良好的自復(fù)位和越障能力，帶有履帶臂的機器人還可以像腿式機器人一樣實現(xiàn)行走。</p><p>　　同輪式移動機構(gòu)相比，履帶式行走機構(gòu)由于其接地面積大，附著能力強，可以減少對土壤的碾壓，對地面的適

32、應(yīng)性好，具有更好的通過性，配上各種農(nóng)具可在濕爛田進(jìn)行大部分農(nóng)田作業(yè)，但由于轉(zhuǎn)彎半徑大，因此轉(zhuǎn)向不靈活。在行走空間受到限制的場合，就不能選擇這種移動機構(gòu)。目前只有葡萄采摘機器人使用履帶式行走機構(gòu)。和輪式行走機構(gòu)一樣，履帶行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動較容易[4]。</p><p>　　2.3輪-履帶式行走機構(gòu)</p><p>　　鑒于輪式和履帶式移動機構(gòu)的優(yōu)缺點，機器人移動方式還有一種輪-履帶式行

33、走機構(gòu)，這種機構(gòu)在兼顧了前兩者的優(yōu)點的同時，還開發(fā)出了擺臂的新功能，已逐漸成為現(xiàn)代地面移動機器人的發(fā)展趨向。如圖3所示[15]為一種輪履復(fù)合式行走機構(gòu)農(nóng)業(yè)機器人平臺，其目的是保證農(nóng)業(yè)機器人在平坦路面快速行駛的同時，又能適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)田行走環(huán)境。</p><p>　　圖3 農(nóng)業(yè)機器人平臺</p><p>　　如圖3所示，農(nóng)業(yè)機器人平臺由擺臂履帶l、前行走輪2、行走履帶3、機體4、后行走輪5、擺

34、臂7等組成。6為加裝在機器人平臺上的不同作業(yè)機具。擺臂可以繞前輪軸心轉(zhuǎn)動，通過控制擺動關(guān)節(jié)角形成不同的運動姿態(tài)，以適應(yīng)不同的環(huán)境變化。</p><p>　　農(nóng)業(yè)機器人平臺在平坦的路面上行駛時，采用四輪著地運動模式。該模式具有普通輪式機器人的運動特性，可以前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎，并具有摩擦阻力小、能耗低、運動靈活平穩(wěn)、工作空間小等特點，能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機器人平臺在平坦路面上長距離運動要求，保證其快速、高效地進(jìn)入工作地點。農(nóng)業(yè)機

35、器人平臺另一種運動模式是四輪著地、履帶輔助行駛。此種模式主要用于農(nóng)業(yè)機器人平臺通過松軟或凹凸不平的地形，此時，行走履帶根據(jù)道路凹凸不平的實際情況，自動輔助行走輪驅(qū)動農(nóng)業(yè)機器人平臺前進(jìn)。農(nóng)業(yè)機器人平臺的第三種運動模式是攀爬臺階或通過溝壕時，兩個前臂下擺，擺臂履帶與障礙物表面接觸，與行走輪或行走履帶共同驅(qū)動農(nóng)業(yè)機器人平臺前進(jìn)。此種模式加大了農(nóng)業(yè)機器人平臺與地面的接觸跨距，增加了行走機構(gòu)與地面的接觸長度，增多了接觸點。但是類似這樣的復(fù)合式機器

36、人雖能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境或某些特殊環(huán)境，如管道，有的甚至還可以變形，但其結(jié)構(gòu)及控制都比較復(fù)雜[15]。</p><p><b>　　2.4步行機構(gòu)</b></p><p>　　機器人采用兩腿行走，一直是人類的夢想。兩腿行走，無論是對地面環(huán)境的適應(yīng)性還是躲避障礙物的能力，都是輪式、履帶或輪一履帶結(jié)構(gòu)所無法比擬的[3]。在國內(nèi)，對多足步行機器人的研究是在20世紀(jì)80年代末90年

37、代初起步的，近些年來，多足步行機器人技術(shù)也有了較大的發(fā)展。中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位和院校都先后開展了多足步行機器人技術(shù)的研究[16]。其中比較有代表性的有上海交通大學(xué)研制的小型六足仿生機器人[17]，中國科學(xué)院沈陽自動化所成功研制了水下全方位六足步行機器人LR一1。清華大學(xué)開發(fā)了“DTWM”——框架式雙三足步行機器人、五足爬桿機器人[18] 。上海交通大學(xué)祝捷等人研究的S

38、MA驅(qū)動的微型雙三足步行機器人[19]等等。但是這樣的移動機器人目前仍處于試驗研究階段，特別是開發(fā)適合復(fù)雜的農(nóng)田地面的步行機構(gòu)還存在很多的困難。同時類似與人腿的步行機構(gòu)也存在不足之處，步行機器人雖能夠滿足某些特殊的性能要求，能適應(yīng)復(fù)雜的地形，但多足步行機器人研究平臺的承載能力不強[20]，從而導(dǎo)致它們沒有能力承載各種必需的設(shè)備。并且，多足步行機器人雖有很好的</p><p><b>　　3、發(fā)展趨勢&l

39、t;/b></p><p>　　綜上所述，農(nóng)業(yè)機器人移動機構(gòu)直接決定機器人運動的靈活性和控制的復(fù)雜性，在滿足機器人性能的前提下，結(jié)構(gòu)要求盡可能簡單、緊湊和輕巧，能適應(yīng)相應(yīng)的農(nóng)業(yè)地形，并且還要盡可能保障機器人運動平穩(wěn)和靈活避障。在這點上輪式移動機器人具有優(yōu)勢，由于其具有自重輕、承載大、機構(gòu)簡單、驅(qū)動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率高等優(yōu)點，現(xiàn)今正向?qū)嵱没杆侔l(fā)展。履帶式移動機構(gòu)由于支承面積大，接

40、地比壓小，比輪式機構(gòu)更適合松軟或泥濘的農(nóng)田，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運動慣性大，減振性能差，零部件易損壞[21]，因此在水田地區(qū)可以考慮采用這種移動機構(gòu)作為開發(fā)農(nóng)業(yè)機器人的移動平臺。輪-履帶式行走機構(gòu)雖有其獨特的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，機械結(jié)構(gòu)較大，靈活性不夠。而對于步行機構(gòu)，雖然研究較多，但大多處于試驗階段，特別是對于步行機器人的動平衡問題和承載力的問題，目前正在發(fā)展和完善中，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面還存在較多的困難。</p>

41、<p><b>　　4、結(jié)束語</b></p><p>　　各類機器人的移動平臺都有各自得優(yōu)缺點，受到現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，以上缺點不可能馬上得以解決。因而這些移動平臺應(yīng)用到采摘機器人上必會影響采摘效率和采摘成功率。對此，可以采取人機協(xié)作的形式，在某些移動軌跡不需要很精確的地方而平臺承載的設(shè)備較重時（例如，在山林里采摘水果），可以采取輪式移動平臺，其移動軌跡由人操縱。如此人機協(xié)作，在

42、現(xiàn)有技術(shù)水平的前提下，合理定位采摘機器人的智能化程度，不僅提高了機器人的采摘效率和成功率，還能大幅度降低系統(tǒng)的成本，有利于盡早實現(xiàn)采摘機器人的產(chǎn)業(yè)化。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 張立彬，計時鳴，胥芳，等．農(nóng)業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)[J]．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，30(1)：36—37</p>

43、<p>　　[2] 徐麗明，張鐵中.果蔬果實收獲機器人的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題和對策[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2004,20(5):38-41</p><p>　　[3] 方建軍．移動式采摘機器人研究現(xiàn)狀與進(jìn)[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20(2)：273-274</p><p>　　[4] 閆樹兵，姬長英.農(nóng)業(yè)機器人移動平臺的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 拖拉機與農(nóng)用運輸車,200

44、7,34(5):13-15</p><p>　　[5] 朱磊磊，陳軍.輪式移動機器人研究綜述[J]. 機床與液壓,2009,37(8);242</p><p>　　[6] Kondo N，Monta M． Basic study on chrysanthemum cutting sticking robot[A]． In Proceedings of the International S

45、ymposium on Agricultural Mechanization and Automation[C]，1997，1：93-98</p><p>　　[7] Kondo N， Monta M，Ogawa Y． Cutting providing system and vision algorithm for robotic chrysanthemum cutting sticking system [A

46、]．In Proceedings of the</p><p>　　International Workshop on Robotics and Automated Machinery for Bio-productions[C]，1997，7-12</p><p>　　[8] YAMAUCHI B．Packbot：a wersatile platform for military rob

47、otics[C]／／Unmanned Ground Vehicle Technology VI．Proceedings of SPIE，2004(5422)：228—237</p><p>　　[9] PAUL J L，NICHOLAS F，TORRIE M R，et a1．Chaos an intelligent ultra—mobile SUGV： cambining the mobility of whee

48、l tracks，and legs[C]．Proceedings of SPIE，2005(5804)：427-438</p><p>　　[10] FRANCOIS M．DOMINIC E．Multi—modal locomotion robotic platform using leg—track·wheel articulations[J]．Autonomous Robots，2005(18)：1

49、37—156</p><p>　　[11] GRUARNIERI M，DEBENEST P，INOH T，et a1．Development of helios VII： an arm—equipped tracked vehicle foe search an search and rescure operations[C]．Proceedings of2004 IEEE／RSJ International C

50、onference on intelligent Robots and Systems，Sendai Japan，2004：39—45</p><p>　　[12] 王挺，王超越，趙憶文．多機構(gòu)復(fù)合智能移動機器人的研制[J]．機器人，2004，26(4)：289—294</p><p>　　[13] 段星光，黃強，李科杰．小型輪履腿復(fù)合式機器人設(shè)計及運動特性分析[J]．機械工程學(xué)報，200

51、5，41(8)：108—113</p><p>　　[14] 羅均，謝少榮，翟宇毅，等．特種機器人[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[15] 姬江濤, 王榮先，符麗君.輪履復(fù)合式農(nóng)業(yè)機器人平臺越障運動規(guī)劃[J]. 拖拉機與農(nóng)用運輸車,2008,35(4):83-84</p><p>　　[16] 陳學(xué)東．多足步行機器人運動規(guī)劃與控制[M]．

52、華中科技大學(xué)出版社，2006．2</p><p>　　[17] 孫磊．仿生機器蟹原理樣機的研究[D]．哈爾濱工程大學(xué)，2005．2</p><p>　　[18] 張秀麗，鄭浩俊，等．機器人仿生學(xué)研究綜述[J]．機器人，2002，24 (2)：188—192</p><p>　　[19]祝捷，曹志奎，等．S MA驅(qū)動的微型雙三足步行機器人作全方位運動的研究[J]．傳動

53、技術(shù)，2002(4)：11—15</p><p>　　[20] Kagamis Okada K，Kabasawa M．A vision—based legged robot as a research platform [C]．Proceedings of the 1998 IE EE／RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems．U

54、SA：IE EE，1998：235—240</p><p>　　[21] 方建軍，何廣平．智能機器人[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　楊梅采摘機器人輪式移動平臺設(shè)計<

55、/p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：水果采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)鏈中最為耗時、費力的一個環(huán)節(jié)。特別是楊梅這種表皮比較柔軟，易損傷、生長位置的隨機性、成熟期的不一致性、采摘的作業(yè)環(huán)境呈非結(jié)構(gòu)性、個體形狀的差異大的特點，更是會增加采摘作業(yè)的危險性以及采摘人員的勞動強度。因此研制和開發(fā)一個能有效完成任務(wù)，并且采摘效率高、性能好、簡單、易操作的楊梅采摘機

56、器人是非常有必要的。而楊梅采摘機器人的運動依賴于楊梅采摘機器人的移動平臺，楊梅采摘機器人移動平臺是楊梅采摘機器人整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，移動平臺的合理設(shè)計對楊梅采摘機器人能否成功地完成采摘任務(wù)起到至關(guān)重要的作用。本文描述了一種能降低采摘作業(yè)危險性及采摘人員勞動強度且能夠適應(yīng)崎嶇的水果樹生長地形的輪載式移動平臺，并對此輪載式移動平臺的特征及其附加設(shè)備進(jìn)行了描述，介紹了此輪載式移動平臺的實施方法。本文第二部分描述了整個輪載式移動平臺的結(jié)構(gòu)，主要包括

57、作業(yè)平臺、支撐裝置、行走裝置、機架、動力源及控制裝置等。在第三部分介紹了移動平臺的主要零部件和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的裝配方式。同時在第四部分對輪載式移動平臺的穩(wěn)定性，承載能力等重要性能作了分析計算。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：采摘機器人；輪載式移動平臺；移動平臺特征；楊梅采摘。</p><p>　　Abstract：Fruit picking is the most time-consuming,

58、 laborious link in fruit production chain operation. Especially the bayberry, its skin is so soft that become easy to damage. And the randomness of the location the bayberry, inconsistency of the maturity, non-structural

59、 of the picking operating environments, individual differences in the shape. These particular features increase the risk of picking operations and picking the labor intensity. Therefore, it’s necessary to develop a baybe

60、rry pickin</p><p>　　Key words：picking robot；wheeled mobile platform；platform feature；bayberry picking.</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要14</b></p>

61、<p><b>　　目　錄I17</b></p><p><b>　　1概述19</b></p><p>　　1.1 背景及意義19</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀20</p><p>　　1.1.2 輪式行走機構(gòu)20</p><p>　　1.

62、2.2 履帶式行走機構(gòu)21</p><p>　　1.2.3 輪-履帶式行走機構(gòu)22</p><p>　　1.2.4 腿式機構(gòu)23</p><p>　　1.3 發(fā)展趨勢24</p><p>　　1.4 畢業(yè)設(shè)計中所做的工作25</p><p>　　1.4.1 資料收集與整理25</p><

63、p>　　1.4.2 移動平臺方案的確定與結(jié)構(gòu)設(shè)計25</p><p>　　1.4.3 零部件的選擇與數(shù)據(jù)計算26</p><p>　　1.4.4 完善改進(jìn)與畢業(yè)論文的撰寫26</p><p>　　2方案的確定27</p><p>　　2.1移動平臺方案的擬定27</p><p>　　2.1.1移動平

64、臺的作業(yè)平臺27</p><p>　　2.1.2移動平臺機架的確定………….28</p><p>　　2.1.3 移動平臺支撐裝置的確定28</p><p>　　2.1.4 移動平臺行走裝置確定30</p><p>　　2.1.5 總體方案裝配圖31</p><p>　　3 移動平臺零部件的選擇及裝配32

65、</p><p>　　3.1 移動平臺作業(yè)平臺零部件32</p><p>　　3.2 移動平臺機架零部件34</p><p>　　3.3 移動平臺的支撐裝置零部件35</p><p>　　3.4 移動平臺行走裝置零部件38</p><p>　　4 移動平臺性能分析及參數(shù)計算40</p><

66、p>　　4.1 移動平臺整體質(zhì)量40</p><p>　　4.2伸縮式支撐裝置的伸縮范圍40</p><p>　　4.3 移動平臺穩(wěn)定性分析41</p><p>　　4.4 移動平臺輪轂電機的驅(qū)動力說明43</p><p>　　5結(jié)論及其展望44</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45&l

67、t;/b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1概述</b></p><p><b>　　背景及意義</b></p><p>　　我國是一個農(nóng)業(yè)大國，雖然農(nóng)業(yè)人口眾多，但隨著工業(yè)化進(jìn)程

68、的不斷加速，可預(yù)計農(nóng)業(yè)勞動力將逐步向社會其它產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，實際上進(jìn)人21世紀(jì)后，我們將面臨著比世界任何國家都要嚴(yán)重的人口老化的問題，農(nóng)業(yè)勞動力不足的問題將逐步變?yōu)楝F(xiàn)實[1]。因此對于農(nóng)業(yè)機器人的研究就刻不容緩，目前國際上已研制開發(fā)了一系列的農(nóng)業(yè)機器人，如耕耘機器人，收割機器人，施肥機器人，除草機器人，嫁接機器人，噴霧機器人，果實分揀機器人，采摘機器人等[2]，其中較為典型的是番茄采摘機器人[3][4]，黃瓜采摘機器人[5]，移栽機器人[6]

69、，蘑菇采摘機器人[7]，蘋果采摘機器人[5]，西瓜收獲機器人[8]。許多國家根據(jù)自己的情況開發(fā)出了各具特色的農(nóng)業(yè)機器人，如澳大利亞的剪羊毛機器人，荷蘭開發(fā)的擠奶機器人，法國的耕地機器人，日本和韓國的插秧機器人等[6][9]-[11]。特別的，在水果，蔬菜等方面，這類農(nóng)作物的種植面積和產(chǎn)量逐年提高。據(jù)統(tǒng)計，2002年中國果品種植面積893萬hm²，產(chǎn)量6225萬t，占世界果品產(chǎn)量的13% 。蔬菜種植面積1523萬hm²

70、，產(chǎn)量4.24億t，占世界蔬菜總產(chǎn)量的40%。在果實類的水果和蔬菜生產(chǎn)中，需要人工不定</p><p>　　一個完整的移動采摘機器人是由許多子系統(tǒng)組成的，如圖1-1所示[2]。</p><p>　　圖1-1 移動采摘機器人的系統(tǒng)組成</p><p>　　可以看出，移動機構(gòu)是采摘機器人運動的基礎(chǔ)。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)移動機器人大體分為兩類：一是在大面積農(nóng)田或山林的室外型，一類是

71、在大棚溫室或設(shè)施內(nèi)作業(yè)的室內(nèi)型。不論哪一類，絕大多數(shù)都需要移動作業(yè)。由于采摘對象的復(fù)雜性和環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化，移動機器人的平臺設(shè)計也呈現(xiàn)出多樣性。移動機器人按照行走機構(gòu)一般可分為車輪式、履帶式、輪--履帶式和腿式結(jié)構(gòu)4種。然而上述各種移動平臺結(jié)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點，要根據(jù)采摘對象的特殊性來綜合設(shè)計一種最適合這個對象的移動平臺。針對楊梅種植的環(huán)境及各方面因素，研制和開發(fā)一個簡單，緊湊，輕巧，靈活，承載能力好的移動平臺是非常必要的。</p&

72、gt;<p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　移動機器人按照行走機構(gòu)一般可分為車輪式、履帶式、輪--履帶式和腿式4種。</p><p>　　1.1.2 輪式行走機構(gòu)</p><p>　　車輪式行走機構(gòu)最簡單，應(yīng)用也最為廣泛。目前輪式移動機器人研究已取得的成果，按車輪數(shù)目對地面移動機器人進(jìn)行了歸類，單輪滾動機器人、兩輪移動機器人、三輪及四

73、輪移動機器人[5]。在農(nóng)業(yè)中，常見的有四輪或三輪式機器人。國際上一些發(fā)達(dá)國家，從上世紀(jì)80年代起，紛紛重視農(nóng)業(yè)機器人的研究開發(fā)，特別是日本，由于其老齡化社會現(xiàn)實和農(nóng)業(yè)勞動力的不足，促使其開發(fā)出一系列的農(nóng)用機器人。這些機器人大都以移動車體作為行走平臺，并且以兩輪驅(qū)動最為常見。如圖1-2所示日本的N．Kondo等人研制的番茄收獲機器人[6][7]。</p><p>　　圖1-2 番茄收獲機器人</p>

74、<p>　　此行走機構(gòu)有4個車輪，能在田間自動行走，利用機器人上的光傳感器和設(shè)置在地頭土埂的反射板，可檢測是否到達(dá)土埂，到達(dá)后自動停止，轉(zhuǎn)動后再繼續(xù)前進(jìn)。</p><p>　　輪式移動機器人[22]~[28]雖然具有運動穩(wěn)定性[29]與路面的路況有很大關(guān)系、在復(fù)雜地形如何實現(xiàn)精確的軌跡控制等問題，但輪式移動機構(gòu)仍具有明顯的優(yōu)勢，輪式移動機構(gòu)自重輕，承載能力大，移動速度快，能耗較小，并且由于輪式移動機構(gòu)控

75、制簡單，運動較穩(wěn)定，能源利用率高，現(xiàn)今正向?qū)嵱没杆侔l(fā)展[4]。</p><p>　　1.2.2 履帶式行走機構(gòu)</p><p>　　從20世紀(jì)80年代起，國外就對小型履帶式機器人[30]~[32]展開了系統(tǒng)的研究，比較有影響的是美國的Packbot[8]機器人、URBOT、NUGV和talon[9] 機器人。此外，英國研制的Supper Wheelbarrow排爆機器人、加拿大謝布魯克大

76、學(xué)研制的AZIMUT機器人[10] 、日本的Helios VII機器人[11] 都屬于履帶式機器人。我國對履帶式機器人的研究也取得了一定的成果，如沈陽自動化研究所研制的CLIMBER機器人[12] 、北京理工大學(xué)研制的四履腿機器人[13] 、北京航空航天大學(xué)研制的可重構(gòu)履腿機器人等。</p><p>　　履帶式移動機構(gòu)如圖1-3所示具有以下特點[14] ：(1)支撐面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地作業(yè)，下

77、陷度小，滾動阻力小，越野機動性能好。(2)履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。(3)具有良好的自復(fù)位和越障能力，帶有履帶臂的機器人還可以像腿式機器人一樣實現(xiàn)行走。</p><p>　　圖1-3 履帶式移動機構(gòu)</p><p>　　同輪式移動機構(gòu)相比，履帶式行走機構(gòu)由于其接地面積大，附著能力強，可以減少對土壤的碾壓，對地面的適應(yīng)性好，具有更好的通過性，配上各

78、種農(nóng)具可在濕爛田進(jìn)行大部分農(nóng)田作業(yè)，但由于轉(zhuǎn)彎半徑大，因此轉(zhuǎn)向不靈活。在行走空間受到限制的場合，就不能選擇這種移動機構(gòu)。目前只有葡萄采摘機器人使用履帶式行走機構(gòu)。和輪式行走機構(gòu)一樣，履帶行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動較容易[4]。</p><p>　　1.2.3 輪-履帶式行走機構(gòu)</p><p>　　鑒于輪式和履帶式移動機構(gòu)的優(yōu)缺點，機器人移動方式還有一種輪-履帶式行走機構(gòu)，這種機構(gòu)在兼顧了前

79、兩者的優(yōu)點的同時，還開發(fā)出了擺臂的新功能，已逐漸成為現(xiàn)代地面移動機器人的發(fā)展趨向。如圖1-4所示[15]為一種輪履復(fù)合式行走機構(gòu)農(nóng)業(yè)機器人平臺，其目的是保證農(nóng)業(yè)機器人在平坦路面快速行駛的同時，又能適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)田行走環(huán)境。</p><p>　　圖1-4 輪履復(fù)合式機器人平臺</p><p>　　如圖1-4所示，農(nóng)業(yè)機器人平臺由擺臂履帶l、前行走輪2、行走履帶3、機體4、后行走輪5、擺臂7等組

80、成。6為加裝在機器人平臺上的不同作業(yè)機具。擺臂可以繞前輪軸心轉(zhuǎn)動，通過控制擺動關(guān)節(jié)角形成不同的運動姿態(tài)，以適應(yīng)不同的環(huán)境變化。</p><p>　　農(nóng)業(yè)機器人平臺在平坦的路面上行駛時，采用四輪著地運動模式。該模式具有普通輪式機器人的運動特性，可以前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎，并具有摩擦阻力小、能耗低、運動靈活平穩(wěn)、工作空間小等特點，能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機器人平臺在平坦路面上長距離運動要求，保證其快速、高效地進(jìn)入工作地點。農(nóng)業(yè)機器人平臺

81、另一種運動模式是四輪著地、履帶輔助行駛。此種模式主要用于農(nóng)業(yè)機器人平臺通過松軟或凹凸不平的地形，此時，行走履帶根據(jù)道路凹凸不平的實際情況，自動輔助行走輪驅(qū)動農(nóng)業(yè)機器人平臺前進(jìn)。農(nóng)業(yè)機器人平臺的第三種運動模式是攀爬臺階或通過溝壕時，兩個前臂下擺，擺臂履帶與障礙物表面接觸，與行走輪或行走履帶共同驅(qū)動農(nóng)業(yè)機器人平臺前進(jìn)。此種模式加大了農(nóng)業(yè)機器人平臺與地面的接觸跨距，增加了行走機構(gòu)與地面的接觸長度，增多了接觸點。但是類似這樣的復(fù)合式機器人雖能適

82、應(yīng)復(fù)雜環(huán)境或某些特殊環(huán)境，如管道，有的甚至還可以變形，但其結(jié)構(gòu)及控制都比較復(fù)雜[15]。</p><p>　　1.2.4 腿式機構(gòu)</p><p>　　機器人采用兩腿或多腿行走，一直是人類的夢想。用腿式機構(gòu)如圖1-5所示作為機器人的行走機構(gòu)無論是對地面環(huán)境的適應(yīng)性還是躲避障礙物的能力，都是輪式、履帶或輪一履帶結(jié)構(gòu)所無法比擬的[3]。</p><p>　　圖1-5 腿

83、式機構(gòu)機器人</p><p>　　在國內(nèi)，對多足步行機器人[33][34]的研究是在20世紀(jì)80年代末90年代初起步的，近些年來，多足步行機器人技術(shù)也有了較大的發(fā)展。中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位和院校都先后開展了多足步行機器人技術(shù)的研究[16]。其中比較有代表性的有上海交通大學(xué)研制的小型六足仿生機器人[17]，中國科學(xué)院沈陽自動化所成功研制了水下全方位

84、六足步行機器人LR一1。清華大學(xué)開發(fā)了“DTWM”——框架式雙三足步行機器人、五足爬桿機器人[18] 。上海交通大學(xué)祝捷等人研究的SMA驅(qū)動的微型雙三足步行機器人[19]等等。但是這樣的移動機器人目前仍處于試驗研究階段，特別是開發(fā)適合復(fù)雜的農(nóng)田地面的步行機構(gòu)還存在很多的困難。同時類似與人腿的步行機構(gòu)也存在不足之處，步行機器人雖能夠滿足某些特殊的性能要求，能適應(yīng)復(fù)雜的地形，但多足步行機器人研究平臺的承載能力不強[20]，從而導(dǎo)致它們沒有能

85、力承載各種必需的設(shè)備。并且，多足步行機器人雖有很好的地面適應(yīng)能力，但在某些地貌，其行走效率很低，而且在機器人動步態(tài)步行方面的研究比較缺乏。再者，其結(jié)構(gòu)自由度太多、機構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致難</p><p><b>　　1.3 發(fā)展趨勢</b></p><p>　　綜上所述，農(nóng)業(yè)機器人移動機構(gòu)直接決定機器人運動的靈活性和控制的復(fù)雜性，在滿足機器人性能的前提下，結(jié)構(gòu)要求盡可能簡單、

86、緊湊和輕巧，能適應(yīng)相應(yīng)的農(nóng)業(yè)地形，并且還要盡可能保障機器人運動平穩(wěn)和靈活避障。在這點上輪式移動機器人具有優(yōu)勢，由于其具有自重輕、承載大、機構(gòu)簡單、驅(qū)動和控制相對方便、行走速度快、機動靈活、工作效率高等優(yōu)點，現(xiàn)今正向?qū)嵱没杆侔l(fā)展。履帶式移動機構(gòu)由于支承面積大，接地比壓小，比輪式機構(gòu)更適合松軟或泥濘的農(nóng)田，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運動慣性大，減振性能差，零部件易損壞[21]，因此在水田地區(qū)可以考慮采用這種移動機構(gòu)作為開發(fā)農(nóng)業(yè)機器人的移動平臺

87、。輪-履帶式行走機構(gòu)雖有其獨特的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，機械結(jié)構(gòu)較大，靈活性不夠。而對于步行機構(gòu)，雖然研究較多，但大多處于試驗階段，特別是對于步行機器人的動平衡問題和承載力的問題，目前正在發(fā)展和完善中，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面還存在較多的困難。</p><p>　　各類機器人的移動平臺都有各自得優(yōu)缺點，受到現(xiàn)有技術(shù)水平的限制，以上缺點不可能馬上得以解決。因而這些移動平臺應(yīng)用到采摘機器人上必會影響采摘效率和采摘成功率。對

88、此，可以采取人機協(xié)作的形式，在某些移動軌跡不需要很精確的地方而平臺承載的設(shè)備較重時（例如，在山林里采摘水果），可以采取輪式移動平臺，其移動軌跡由人操縱。如此人機協(xié)作，在現(xiàn)有技術(shù)水平的前提下，合理定位采摘機器人的智能化程度，不僅提高了機器人的采摘效率和成功率，還能大幅度降低系統(tǒng)的成本，有利于盡早實現(xiàn)采摘機器人的產(chǎn)業(yè)化。</p><p>　　1.4 畢業(yè)設(shè)計中所做的工作</p><p>　　在

89、本設(shè)計中主要的工作是完成移動平臺的總體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整體方案合理性分析，零部件的選擇和零部件圖紙的繪制，移動平臺的性能參數(shù)的計算分析。所作具體工作內(nèi)容如下：</p><p>　　1.4.1 資料收集與整理</p><p>　　收集國內(nèi)外已開發(fā)出的移動平臺的資料，分析與總結(jié)已有移動平臺類型的優(yōu)缺點，借鑒其設(shè)計思路和設(shè)計優(yōu)點。根據(jù)楊梅采摘的特點，包括地形的復(fù)雜性，楊梅樹的高度等，結(jié)合自己的想

90、法設(shè)計出能有效降低采摘作業(yè)危險性及采摘人員勞動強度的移動平臺。</p><p>　　1.4.2 移動平臺方案的確定與結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　綜合分析楊梅采摘作業(yè)的環(huán)境，楊梅樹生長地區(qū)的地形崎嶇不平，楊梅樹的高度高達(dá)3-5米，移動平臺是楊梅采摘機器人的基礎(chǔ)，需承載一定重量的機械設(shè)備，因此確定使用穩(wěn)定性好，承載能力強的輪式結(jié)構(gòu)的移動平臺。整個移動平臺包括作業(yè)平臺，支撐裝置，行走裝置，機架

91、，分別對每個部分作合理設(shè)計并計算分析這些設(shè)計對整個移動平臺的穩(wěn)定性，承載性的影響。</p><p>　　1.4.3 零部件的選擇與數(shù)據(jù)計算</p><p>　　根據(jù)楊梅采摘機器人對其移動平臺的要求，包括平穩(wěn)性，承載能力，移動效率，結(jié)構(gòu)緊湊簡單。移動平臺的零部件選擇應(yīng)當(dāng)選擇合適，牢靠的材料，確定合適的尺寸。對支撐裝置的活動范圍，車輪的承載能力，電機的動力等進(jìn)行計算確定。</p>

92、<p>　　1.4.4完善改進(jìn)與畢業(yè)論文的撰寫</p><p>　　對整個移動平臺的設(shè)計方案作進(jìn)一步完善，確保每個部分都滿足楊梅采摘作業(yè)的要求。改善結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足之處，使其符合加工工藝合理性。對畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行客觀的總結(jié)，把理論與設(shè)計系統(tǒng)化，加以鞏固。</p><p><b>　　方案的確定</b></p><p><b>　

93、　移動平臺方案的擬定</b></p><p>　　楊梅采摘機器人輪式移動平臺的整體結(jié)構(gòu)主要包括作業(yè)平臺，支撐裝置，行走裝置，機架等部分。作業(yè)平臺上可安裝用于楊梅采摘的機械臂，剪切手等設(shè)備。同時如果情況需要采摘工作人員也可登上作業(yè)平臺進(jìn)行人工采摘操作。支撐裝置是用于在崎嶇不平的山路等不規(guī)則地形上保持整個移動平臺及其上設(shè)備的穩(wěn)定，使楊梅采摘作業(yè)能順利進(jìn)行。行走裝置是楊梅采摘機器人的基礎(chǔ)部分，移動平臺自帶蓄

94、電池，由輪轂電機驅(qū)動使楊梅采摘機器人能高效地在山路或其他地方移動。機架作為連接作業(yè)平臺，支撐裝置，行走裝置的骨架，由鋼材焊接而成，穩(wěn)定牢靠。</p><p><b>　　移動平臺的作業(yè)平臺</b></p><p>　　移動平臺的作業(yè)平臺為如圖2-1所示的一般的承重平臺。用于承載楊梅采摘機器人上的相關(guān)設(shè)備包括伸縮機械臂，剪切機械手等。特殊情況下，采摘人員也可登上作業(yè)平臺

95、進(jìn)行人工采摘操作。此作業(yè)平臺上設(shè)有扶手架，采摘人員可握住此扶手架推動移動平臺移動。扶手架也起到保護作業(yè)平臺上的設(shè)備的作用，防止設(shè)備從作業(yè)平臺上滑落對采摘操作人員造成危害。此外，在作業(yè)平臺的四個邊角處設(shè)有鉸鏈座，用于連接活動式伸縮支撐桿。</p><p>　　圖2-1 作業(yè)平臺示意圖</p><p><b>　　移動平臺機架的確定</b></p><

96、p>　　移動平臺的機架作為連接作業(yè)平臺，支撐裝置，行走裝置的骨架，應(yīng)該簡單、可靠、穩(wěn)定。主要由兩根立柱和一根橫梁構(gòu)成如圖2-2所示，兩根立柱和橫梁的材料都為45號鋼，焊接而成。兩根立柱對稱的焊接在作業(yè)平臺的下方，橫梁焊接在兩根立柱的底端。橫梁的兩側(cè)安裝有車輪。</p><p>　　圖2-2 移動平臺機架示意圖</p><p>　　2.1.3 移動平臺支撐裝置的確定</p>

97、;<p>　　楊梅采摘機器人的工作效率的高低與其工作時的穩(wěn)定性是息息相關(guān)的。移動平臺的支撐裝置就是支撐整個采摘機器人，維持采摘機器人的穩(wěn)定性，確保采摘機器人工作效率的必不可少的裝置。設(shè)計楊梅采摘機器人移動平臺的支撐裝置需綜合考慮楊梅樹的特點和其生長環(huán)境。一方面，楊梅樹屬常綠喬木或灌木，樹高3到5米不等，為了能摘取到楊梅果實就要求楊梅采摘機器人的伸縮機械臂的長度較長，而且在采摘過程中機械臂的活動范圍大，這就造成了楊梅采摘機器

98、人的重心變化頻繁而且幅度較大；另一方面，楊梅樹的生長地形不規(guī)則，一般生長在山區(qū)叢林中，地面崎嶇不平。綜合以上分析，一般的固定式支撐裝置就不適用于這種場合，如圖2-3所示的活動式的支撐裝置能在此種非結(jié)構(gòu)環(huán)境中，根據(jù)需要調(diào)整支撐角度保持移動平臺工作時的穩(wěn)定，同時根據(jù)地形的不規(guī)則程度，調(diào)整支撐桿的長短有效地與地面</p><p>　　接觸，起到支撐作用。</p><p>　　圖2-3 活動式支撐

99、裝置示意圖</p><p>　　此活動式支撐裝置通過鉸鏈連接在作業(yè)平臺上，支撐裝置主要由四根支撐桿組成，關(guān)于橫梁對稱布置，每一邊兩根，在移動平臺到達(dá)指定工作位置時，支撐桿的下端均以作業(yè)平臺為中心向外傾斜，四根伸縮式支撐桿的上端所圍成的面積小于四根伸縮式支撐桿的下端所圍成的面積，這樣非常利于整個移動平臺的穩(wěn)定性。此支撐裝置還具有階梯的功能，在橫梁同側(cè)的兩根支撐桿之間設(shè)有臺階，特殊情況下，采摘操作人員可借助此階梯登上

100、作業(yè)平臺進(jìn)行人工操作。</p><p>　　2.1.4 移動平臺行走裝置確定</p><p>　　行走裝置決定了移動平臺的移動方式，是移動平臺的核心裝置。行走裝置直接影響移動平臺的整體性能和移動平臺的適用領(lǐng)域。目前國內(nèi)外對水果采摘機器人移動平臺行走裝置的研究有很多，針對不同的水果及水果樹的生長地形有不同型式的移動平臺。其中最具代表性的有車輪式，履帶式，輪-履復(fù)合式，腿式4種樣式的移動平臺行

101、走裝置。</p><p>　　車輪式行走機構(gòu)為上述4種行走機構(gòu)中最為簡單，易實施的行走裝置。一般按輪子的個數(shù)可分為單輪滾動，兩輪，三輪，四輪，多輪滾動行走裝置，最常見的是兩輪驅(qū)動式（如圖1-2所示）。輪式行走機構(gòu)自重輕，承載能力大，移動速度快，能耗較小，并且由于輪式移動機構(gòu)控制簡單，運動較穩(wěn)定，能源利用率高，在農(nóng)業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。履帶式行走機構(gòu)如圖1-3所示的基本機構(gòu)組成有四個履帶輪（其中兩個為驅(qū)動輪），兩

102、條履帶及車架。履帶支撐面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力，同輪式行走機構(gòu)相比，履帶式行走機構(gòu)由于其接地面積大，附著能力強，可以減少對土壤的碾壓，配上各種農(nóng)具可在濕爛田進(jìn)行大部分農(nóng)田作業(yè)，但由于轉(zhuǎn)彎半徑大，轉(zhuǎn)向不靈活，承載能力受到限制，能耗較大。如圖1-4所示輪-履復(fù)合式行走裝置結(jié)合了輪式行走裝置和履帶式行走裝置的一些優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)及控制都比較復(fù)雜，作為農(nóng)業(yè)水果采摘機器人的行走裝置不易普及。腿式行走機構(gòu)是模擬人走

103、路時的腿的移動而設(shè)計的一種行走機構(gòu)，機器人的每條腿交替行進(jìn)。腿式行走機構(gòu)與地面的接觸面積小，腿關(guān)節(jié)的自由度大，因此如圖1-5所示的腿式行走機構(gòu)無論是對地面環(huán)境的適應(yīng)性還是躲避</p><p>　　綜合分析以上4種行走裝置的特點及適用場合，考慮楊梅采摘機器人的特殊工作環(huán)境，根據(jù)楊梅樹的崎嶇不平的山地生長地形及樹高，要求楊梅采摘機器人的移動平臺的行走裝置需要有足夠的越障能力，承載能力，機動能力。本設(shè)計結(jié)合上述行走裝置

104、的優(yōu)點，摒棄其設(shè)計缺陷，采用輪式行走機構(gòu)作為楊梅采摘機器人移動平臺的行走裝置。如圖2-4所示的輪式行走裝置采用兩輪呈對稱布置的方式，兩輪都是驅(qū)動輪，結(jié)構(gòu)簡單，堅固牢靠，穩(wěn)定性好，機動靈活，移動效率高，在山地間活動更展現(xiàn)其優(yōu)越性。采用帶有輪轂電機的車輪，很好地避免安裝固定驅(qū)動電機的麻煩，減輕行走裝置自身重量，增加其承載能力。此行走裝置的控制方式簡單，易掌握，只需控制輪轂電機與蓄電池之間線路的通斷即可使行走裝置啟動或停止。</p>

105、;<p>　　圖2-4 輪式行走裝置</p><p>　　2.1.5 總體方案裝配圖</p><p>　　楊梅采摘機器人輪式移動平臺的總設(shè)計方案視圖如圖2-5所示 </p><p>　　圖2-5 總體方案示意圖</p><p>　　3 移動平臺零部件的選擇及裝配</p><p>　　3.1 移動平臺作業(yè)平

106、臺零部件</p><p>　　楊梅采摘機器人移動平臺的作業(yè)平臺如圖3-1所示是用于承載楊梅采摘設(shè)備包括伸縮機械臂，剪切機械手的承重平臺。在特殊情況下，可作采摘人員攀登進(jìn)行人工采摘的站立平臺。</p><p>　　圖3-1 作業(yè)平臺示意圖</p><p>　　作業(yè)平臺的四個邊角處設(shè)有安裝鉸鏈座的螺紋孔，鉸鏈座（如圖3-2所示）用于連接移動平臺支撐裝置的伸縮式支撐一。&