串型番茄采摘机器人的研究与设计

发布时间：2020-04-12 08:35

【摘要】：番茄作为一种常见果蔬,在我国的种植面积较为广泛,番茄成熟时需要耗费大量的劳动力才能顺利完成采摘,但是目前采用较多的人工采摘的劳动模式已无法满足番茄的产业化发展需求。随着机器人技术在农业生产中的大力发展和应用,研究番茄采摘机械手在解放劳动力,降低劳动强度,提高番茄的收获效率等方面都有重要的意义。本文研究的番茄采摘机械手的适用对象是串型番茄,本课题具体的研究内容如下:首先,通过对串型番茄的生长特性、种植模式进行研究,可以使农机农艺更好的结合。然后根据串型番茄的生长特性选择出合适的采摘机械臂机构。最终研究确定了有五个自由度的机械手,一个可以上下移动的关节,其余四个为转动关节,这样即降低了机械手的控制难度,也节省了机械手的加工成本;其次,根据串型番茄的采摘作业要求设计了机械手的传动机构,匹配了相应的电机。本文对机械手的末端执行器进行了改进,在之前的剪切式末端执行器的刀刃上增加了豁口,该设计理论上可以缩短番茄杆茎的剪切时间。同时该设计还增加了专门的果实承载装置以减少番茄的掉落率。文中还对番茄机械臂进行了虚拟仿真分析,验证其运动平稳性;最后,本研究为了确保对串型番茄成熟度的准确识别,设计的串型番茄采摘机器人采用了运用广泛的双目识别系统,通过阈值的分割处理可较好的识别出整串的番茄。考虑到串型番茄采摘的位置在果梗,因此在果梗位置设定的辅助标记,可以帮助判断出果梗位置,确保设计的采摘机械手顺利完成串型番茄的采摘。
【图文】：

图 1-1 为日本 KNODO 等人研制的西红柿采摘机器人，它采用三菱 RH-6SH5520个自由度的工业机器人，四个自由度中三个旋转自由度，一个上下移动自由度。该机械在单个果实采摘机器人的基础上研制的。该机器人能够进行整串番茄的采摘，其最大的质量为 6kg。末端执行器位置采用光电传感器能够对番茄的果梗进行定位，然后单片机机械手的末端执行器动作，利用刀片切断定位的果梗，同时在剪切果梗位置下部末端执夹住果梗，易实现更好的夹住整串剪掉的番茄。该西红柿采摘机器人适合在高密度种植色温室大棚中使用，采摘单串西红柿需要 15s，而且成功率只有 50%，，采摘成功率较低[

图 1-1 为日本 KNODO 等人研制的西红柿采摘机器人，它采用三菱 RH-6SH5520个自由度的工业机器人，四个自由度中三个旋转自由度，一个上下移动自由度。该机械在单个果实采摘机器人的基础上研制的。该机器人能够进行整串番茄的采摘，其最大的质量为 6kg。末端执行器位置采用光电传感器能够对番茄的果梗进行定位，然后单片机机械手的末端执行器动作，利用刀片切断定位的果梗，同时在剪切果梗位置下部末端执夹住果梗，易实现更好的夹住整串剪掉的番茄。该西红柿采摘机器人适合在高密度种植色温室大棚中使用，采摘单串西红柿需要 15s，而且成功率只有 50%，采摘成功率较低[
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225.92

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本文编号：2624510