采摘机器人欠驱动末端抓手设计与分析

摘要：农业是国家经济的基础，其中，果蔬产业占据着农业的重要地位。我

国是果蔬的产出大国，果蔬需求量增加使得果蔬产业对劳动力的需求也增加。在

果蔬的生产过程中，最重要的是采摘步骤。然而，传统的人工采摘模式已经远远

不能满足，加上农村劳动力的流失，果蔬业面临着十分严峻的难题。因此，发展

果蔬采摘机器人是十分必要的，不仅能够代替人力劳动，减少用工成本，还能提

高采摘效率，对于果蔬产业的发展具有重要意义。

关键词：果蔬采摘；末端抓手；绳传动；欠驱动

1.总体方案确定

1.1明确抓取目标

果蔬的种类繁多，形状大小各不相同，需要所设计的采摘机器人末端抓手具

备较佳的适应性。本课题以苹果和黄瓜这两个最常见的水果和蔬菜为采摘机器人

欠驱动末端抓手的夹取目标，通过对它们的几何特性和形状进行分析来得到机器

人末端抓手的夹取条件、基本参数、驱动方式和结构形式。

虽然不同品种的西红柿和黄瓜的形状大小和质量不同，但总体来说，苹果类

似于球体，黄瓜类似于长圆柱体，其截面都类似圆形。由表可知，苹果的平均直

径为100mm，平均质量为180g；黄瓜的平均直径为45mm，平均质量为145g。本

课题所设计的采摘机器人末端抓手将以苹果和黄瓜直径与质量的平均值为参考。

1.2各类采摘机器人末端执行器比较

1.2.1吸入式末端执行器

吸入式末端执行器是通过吸盘、吸筒等，采用负压的原理来抓取果实，对果

实表皮的损伤较小，响应比较快。但是，抓持力有限，仅适用于球状的单颗果蔬，如苹果、番茄、草莓等。

1.2.2两指夹持式末端执行器

两指夹持式末端执行器通常是采用两片夹板组成夹持机构，对果实进行两个在同一直线、相反方向的夹持力的夹取，稳定夹取后，用切刀将果杆剪切以得到果实。这种类型的采摘机器人末端执行器可以夹取的果实体积范围较大，但是容易出现夹持力不在质心上，夹持不稳定的情况。

1.2.3指节式仿人手末端执行器

指节式仿人手末端执行器是模仿人手的结构，多根手指，多个指节，采用连杆传动或腱绳传动，可以实现欠驱动方式，提高灵活性和简便性，可以对不同形态的物体进行捏取、包络抓取等不同的动作，通用性更强。因此，本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手选用指节式仿人手末端执行器类型。

2.欠驱动末端抓手设计要求

（1）实用性。能够实现抓取不同种类、不同形状、不同体积的果蔬；

（2）可靠性。有效稳定地抓取，不损坏果蔬表皮；

（3）质量轻。采用简单的结构和较少的电机，减轻整体质量；

（4）操作性。易于操作和维护；

3.传动方式的选择

通过调查分析了解到，目前应用于机器人末端抓手中传递运动和动力的方式有齿轮传动、绳传动、连杆传动等。其中齿轮传动的准确性高、输出力大，传动效率和可靠性都比较高，但是体积和质量较大，增加了电机的负载，结构复杂，制造成本高，不适用于果蔬采摘机器人末端抓手。连杆传动没有滞后性，输出力较大，但是传动距离较短，抓取不稳定，也不适合。而绳传动方式，虽然只能承受单向拉力，但是可以配合关节回弹元件使用，可以实现模拟人手和对物体的包络型，能够满足设计要求。因此，本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手选用绳传动的方式，不仅可以减轻整体的质量，还能保持良好的欠驱动适应性，结构简化，成本降低。

4.结构设计

4.1结构设计初始构想

为了扩大采摘机器人欠驱动末端抓手的应用范围，使其不仅能抓取不同形态

的果蔬，还能进行精细和复杂的操作任务，具有对作业环境和抓取对象的高度适

应性。本设计将参考人手的工作原理，模仿人手的抓取功能和多关节多自由度形

式的结构。

人类的手在经过大自然优胜劣汰的进化后，已然是最为灵巧的，具有极高的

适应性和功能性，是目前许多机械手结构设计和功能设计的重要参照物。人手的

五个手指一共有14个关节，27块骨骼，20个自由度。其中，拇指的两块骨骼构

成两个关节，不仅可以作屈伸、收展的运动，还可以旋转，使其对准中指或靠在

食指旁边。而食指、中指、无名指和小指具有三个骨骼，三各关节，也可以进行

屈伸和收展运动。所以人手能够对不同形状和尺寸的物体进行圆柱包络抓取、捏取、提取、球形包络抓取，侧向夹取等复杂操作。而人手的结构决定了其功能的

实现。人手由骨骼、血管、神经、皮肤、肌腱和韧带组成，其中，骨骼类似于机

械手的机械结构，起到支撑和执行的作用；神经类似于传感器和控制系统，有着

感知、反馈和控制的作用；而肌腱和韧带就是传动系统，负责传递动力。本课题

将参考人手的结构来构思采摘机器人末端抓手，机械结构的指节部分类似人手的

骨骼，肌腱和韧带的作用将有绳子来代替。

4.2总体结构设计

目前，仿人手的机械手主要有以DLR（Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt）手为代表的手掌式机械多指手和以JPL（Jet Propulsion Laboratory）手为代表的不具备手掌式多指手。没有手掌的机械手抓取目标的体

积范围比较大，能够抓取尺寸较小的物体，灵巧度较高。而具有手掌式的机械手

虽然对抓取目标物体的体积有限制，但是，它能够实现圆柱包络抓取和球体包络

抓取，满足采摘机器人欠驱动末端抓手抓取苹果和黄瓜的要求，并且，其还能提

供足够的摩擦力，大大提高了抓取作业时的稳定性。在采摘机器人的结构设计中，

最重要的前提就是采摘时的稳定性。所以，本课题所设计的采摘机器人欠驱动末

端抓手将采用具有手掌式的机械多指手结构。

5.指节结构设计

前文中提到抓取目标为苹果和黄瓜，其中。苹果的平均截面直径为100mm，

黄瓜的平均截面直径为40mm。为了让采摘机器人欠驱动末端抓手的手指在进行球

状物体包络抓取时能够满足苹果的尺寸要求，在进行圆柱物体包络抓取时能够满

足黄瓜的尺寸要求，要设计手指两个指节的尺寸范围。机械抓手在抓取黄瓜时，

由于是进行圆柱物体包络抓取，根据人手抓取圆柱物体时的手指形态，指节之间

的角度较小，手指弯曲程度较大。因此，在设计机械抓手指节尺寸时，假设两指

节弯曲到互相垂直，可以发现，两个指节的长度都要至少大于40mm。而当机械抓

手在抓取苹果时，所进行的动作为球状物体包络抓取，并且苹果的尺寸较大，所以，抓取时手指弯曲程度较小，指节之间的角度较大。

6.欠驱动方式的实现

本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手一共具有8个自由度，其中，拇

指具有2个自由度，食指和中指各具有3个自由度。为了节约能量、降低造价、

减轻机械抓手的重量、增强抓手的灵活性，在本设计中，每根手指地下各有一个

直流电机控制手指的屈伸，在食指与中指中间，放置一个伺服电机控制两根手指

的侧摆运动。在这种情况下，系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数，实

现欠驱动方式。

本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手所选用的传动方式为绳驱动，因此，为了使电机工作时输出力能够通过绳子传递到手指上，实现手指的屈伸运动，需要在直流电机的输出轴装一个绞盘，绳子缠绕在绞盘上，在顺着近指节上的两

个滑轮装置缠绕到远指节处，由此来实现电机输出力的传递。

参考文献：

[1]陈光明,孔浩然,章永年,李佩娟.苹果机器人采摘存在的关键问题及对策[J].江苏农业学报,2022,38(06):1709-1714.

[2]陈硕千,马蓉.一种基于竞赛的采摘机器人设计[J].信息技术与信息化,2022(12):195-198.

[3]李芳,李霞.基于嵌入式技术的智能采摘机器人设计[J].价值工程,2022,41(35):65-67.

水果采摘机器人的设计与研究

水果采摘机器人的设计与研究近年来，随着人们生活水平的提高和对健康饮食的关注度越来越高，水果市场需求呈现不断扩大的趋势，而水果采摘工作一直是农业生产中最为繁重而费时的一项工作。而恰恰在这个时候，水果采摘机器人应运而生，成为解决水果采摘难题的重要手段。水果采摘机器人的设计研究主要目的就在于实现水果采摘的自动化，降低人力成本，增加生产效率，并提高采摘品质。通常，水果采摘过程需要寻找果实、摘取、确认和归置等重要环节。这正是水果采摘机器人设计需要关注的几个关键问题。首先，对于果实的收集和寻找，机器人必须具备良好的检测机能，能够准确地识别果实的位置和成熟度，并相应地进行采摘工作。常见的技术手段包括视觉检测、机器视觉、激光雷达、超声波、红外线等多种传感器技术，在水果采摘机器人的设计过程中可以依据实际需要进行合理组合。其次，在进行果实采摘的过程中，自动化机器人必须能够准确地控制机械臂、夹持器件，完成传统采摘工人的操作。针对不同类型的水果，需要通过合理的控制系统设计来确保夹持器的适配性，避免因机器误差导致成果量降低、损坏等风险，并保证采摘品质的稳定。除此之外，水果采摘机器人在工作中还需要完成果实的分类、检查和归置等环节。因此，与机械臂配合运作可以通过设计附加功能，实现这些可能变化的操作过程。一个优秀的水果采摘机器人，必须具备稳定的识别能力，高效的采摘能力，以及符合人体工程学要求的机械结构、坚固的电机驱动等一系列必要的先进设计特色。传统水果采摘方式通常需要耗费大量人力物力，机器人成为农业生产自动化发展的必然结果，其存在，将大大提高水果采摘的效率，降低农业生产管理成本，而且也极大的缓解了劳动力短缺的现状，真正做到了科技与农业的有机结合。

】欠驱动苹果采摘末端执行器设计

摘要本文设计了一种苹果采摘机器人的末端执行器。该执行器的夹持机构为一个三欠驱动仿生机械手。使用钢丝作为传动腱可以将驱动部分和执行部分分离，将驱动部分置于远端，减轻了机械臂末端的重量，同时增加了驱动电机选择的灵活性。首先，对机械手的运动学进行了分析。其次，对机械手抓取稳定性的基本理论问题进行了分析和讨论，建立了抓取模型，为设计机械手的稳定抓取提供了理论依据。最后，对机械手的机械部分和控制部分进行了设计。该末端执行器采摘方案合理有效、总体性能可满足机器人采摘苹果的要求。关键词：苹果采摘机器人；末端执行器；机械设计

ABSTRACT This article is designed to end an apple picking robot. The actuator clamping mechanism is a three-under-drive bionic robot. As the use of steel tendons can drive the drive part and the operative part of the separation, the driving portion is placed in the distal end of the arm to reduce the weight, while increasing the flexibility of selection of the drive motor. First, the robot kinematics is analyzed. Secondly, the stability of the robot to crawl the basic theory problems are analyzed and discussed the establishment of a crawl model, designed to stabilize the crawling robot provides a theoretical basis. Finally, the part and the control part of the mechanical robot was designed. The program end picker reasonably effective to meet the overall performance requirements of apple picking robot. 关键词：Apple picking robot; end effector; mechanical design

草莓采摘机械手的设计与实现-毕业论文

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印--- 摘要在繁杂的农业生产劳动中，果蔬采摘是最重要的工序之一，本课题旨在研究草莓采摘机器人的机械手设计，实现草莓采摘、收集一体化。在保护草莓不受损伤的前提下，提高抓取效率和采摘精度。本课题基于草莓的生长分析（种植模式与农艺）设计了一种带收集装置的包裹式草莓采摘机械手。（1）根据草莓的表皮脆弱及草莓果梗细长脆弱的特点设计了包裹式机械手，包裹式机械手与草莓的接触部分用塑料材料防止草莓表皮的损坏，以确保在采摘时不伤及草莓表皮；（2）根据草莓个小、簇拥生长的特点和国内草莓种植多采用架式立体栽培的现状，确定了采摘、收集一体化的设计方案；（3）采用单片机控制舵机的运动，完成抓取果盆、放下果盆、草莓包络、切割、放置等一系列动作；（4）制造加工成零部件并组装，进行实物实验，证实方案的可行性，并根据草莓的具体种植情况和客户的要求做进一步改进。关键词：机械手；种植模式；草莓采摘；切割方案；单片机控制

Abstract In the complex agricultural production, fruit and vegetable picking is one of the most important processes. This subject is designed to study the manipulator design of the strawberry picking robot, and to realize the integration of strawberry picking and collecting. Under the premise of protecting strawberry from damage, improve the picking efficiency and picking accuracy. Based on the Strawberry Growth Analysis (planting mode and Agronomy), a strawberry picking manipulator with a collection device was designed. (1) The wrapping manipulator is designed according to the fragility of strawberry and the fragility of strawberry stem. The contact part of the wrapped mechanical hand and strawberry prevents the damage of the strawberry epidermis by the plastic material, so as to ensure that the strawberry skin is not injured when the strawberry is picked. (2) According to the characteristics of small and cluster growth of strawberry and the current situation of strawberry planting in China, the integrated design scheme of picking and collecting is determined. (3) A single chip microcomputer is used to control the movement of the steering gear, and a series of actions such as catching fruit basin, dropping fruit basin, strawberry envelope, cutting and placing are completed. (4) Manufacture and manufacture parts and assembly, carry out physical experiments, verify the feasibility of the scheme, and make further improvements based on the specific planting situation of strawberry and the requirements of the customers. Key words: manipulator; planting mode; strawberry picking; cutting scheme; single chip microcomputer control

一种水果采摘机器人末端执行器

一种水果采摘机器人末端执行器一种水果采摘机器人的末端执行器随着科技的不断进步，机器人技术正在越来越广泛地应用于各种领域。其中，水果采摘领域也不例外。水果采摘机器人的末端执行器是实现采摘水果的关键部分，它能够通过精确的操作，快速、高效地完成水果采摘任务。一、末端执行器的设计水果采摘机器人的末端执行器一般采用机械手或机器人手臂的设计。它通常由多个关节组成，具有高度的灵活性和操作性。末端执行器可以通过感应器来感知水果的位置和形状，并通过复杂的算法来确定最佳的采摘路径。二、末端执行器的操作流程 1、感应水果：末端执行器使用感应器来探测水果的位置和形状。这些感应器可以是光学相机、红外相机或深度相机等。通过对采集到的图像进行处理和分析，可以确定水果的精确位置和大小。 2、路径规划：一旦确定了水果的位置，末端执行器将通过复杂的算

法计算出最佳的采摘路径。这些算法通常考虑多种因素，如机械手的灵活性、水果的位置和形状等。 3、采摘水果：在规划好路径后，末端执行器将开始执行采摘操作。它可以使用夹持器或剪刀等工具来抓住或切断水果的茎干。在采摘过程中，末端执行器需要保证水果不受损伤，同时也要保证机械手的操作安全。 4、放置水果：一旦采摘完成，末端执行器将把水果放置到指定的位置。这个位置可以是篮子、箱子或其他容器。放置过程中，末端执行器需要保证水果的稳定性和整齐性，以便后续的处理和运输。三、末端执行器的优势 1、高效性：末端执行器可以快速、准确地完成采摘任务，大大提高了采摘效率。 2、准确性：通过感应器和算法的配合，末端执行器可以精确地定位水果的位置和形状，从而保证采摘的准确性。水果采摘机器人末端执行器的研究进展随着现代农业技术的不断发展，自动化和机器人技术在农业生产中的应用越来越广泛。其中，水果采摘机器人在提高生产效率、降低劳动

草莓采摘机器人机械结构设计

草莓采摘机器人机械结构设计摘要随着草莓种植的推广。国内草莓种植面积迅猛增加，收获劳动力不足。严重制约草莓种植的发展，因此有必要进行智能草莓采摘机器人研究，来替代人来完成该项费时、费力的采摘工作。草莓采摘机器人要求能自动检测成熟草莓的位置信息，然后根据这些信息控制机器人的执行机构动作，实现草莓采摘的自动化。本文首先综合叙述了草莓生产现状以及草莓采摘机器人国内外研究状况，再根据国内北方地垄式草莓种植的情况，设计出草莓采摘机器人机械本体，提出一种五自由度关节型草莓采摘机械手臂，五个自由度分别为：腰转、肩转、肘转、腕转和腕摆，并开发了一种末端执行器的结构形式，该末端执行器主要由伺服电机、曲柄滑块机构、动夹、镍铬电热丝组成，不以草莓果实作为抓取目标，而是夹切草莓果柄，不伤害果实，同时采用镍铬电热丝切割果柄可以防止切口感染细菌而腐烂，影响果实品质。与此同时，还在solidworks 中构建了草莓采摘机器人、末端执行器的三维模型，还生成了相关重要部件的工程图，便于后期的使用。关键字：草莓采摘机器人，机械本体，五自由度草莓采摘机械手臂，末端执行器

Strawberry picking robot mechanical structure design Abstract： With the popularization of the strawberry. The strawberry planting area increased rapidly, the harvest labor shortage. Development is restricted by the strawberry, it is necessary to carry out intelligent strawberry harvesting robot, instead of people to complete the time-consuming, laborious harvesting. Strawberry picking robot position information requirements can automatically detect ripe strawberry, then according to these information to control the robot actuator, realize the automation of picking strawberry. This paper describes comprehensively the research status at home and abroad as well as the robot strawberry production status of strawberry picking, then according to the North ridge type strawberry planting conditions, calculate and design the appropriate size of the strawberry picking vehicle body, put forward a kind of five degrees of freedom articulated strawberry picking manipulator, and the development of the structure of an end effector. At the same time, the author constructs a 3D model, strawberry picking robot end effector in SolidWorks, also generated the end effector and the mechanical arm of the engineering drawing, convenient for later viewing and processing. Key words: Strawberry picking robots; Mechanical body;Five degree of freedom manipulator; The end effector

采摘机器人欠驱动末端抓手设计与分析

采摘机器人欠驱动末端抓手设计与分析摘要：农业是国家经济的基础，其中，果蔬产业占据着农业的重要地位。我国是果蔬的产出大国，果蔬需求量增加使得果蔬产业对劳动力的需求也增加。在果蔬的生产过程中，最重要的是采摘步骤。然而，传统的人工采摘模式已经远远不能满足，加上农村劳动力的流失，果蔬业面临着十分严峻的难题。因此，发展果蔬采摘机器人是十分必要的，不仅能够代替人力劳动，减少用工成本，还能提高采摘效率，对于果蔬产业的发展具有重要意义。关键词：果蔬采摘；末端抓手；绳传动；欠驱动 1.总体方案确定 1.1明确抓取目标果蔬的种类繁多，形状大小各不相同，需要所设计的采摘机器人末端抓手具备较佳的适应性。本课题以苹果和黄瓜这两个最常见的水果和蔬菜为采摘机器人欠驱动末端抓手的夹取目标，通过对它们的几何特性和形状进行分析来得到机器人末端抓手的夹取条件、基本参数、驱动方式和结构形式。虽然不同品种的西红柿和黄瓜的形状大小和质量不同，但总体来说，苹果类似于球体，黄瓜类似于长圆柱体，其截面都类似圆形。由表可知，苹果的平均直径为100mm，平均质量为180g；黄瓜的平均直径为45mm，平均质量为145g。本课题所设计的采摘机器人末端抓手将以苹果和黄瓜直径与质量的平均值为参考。 1.2各类采摘机器人末端执行器比较 1.2.1吸入式末端执行器吸入式末端执行器是通过吸盘、吸筒等，采用负压的原理来抓取果实，对果实表皮的损伤较小，响应比较快。但是，抓持力有限，仅适用于球状的单颗果蔬，如苹果、番茄、草莓等。

1.2.2两指夹持式末端执行器两指夹持式末端执行器通常是采用两片夹板组成夹持机构，对果实进行两个在同一直线、相反方向的夹持力的夹取，稳定夹取后，用切刀将果杆剪切以得到果实。这种类型的采摘机器人末端执行器可以夹取的果实体积范围较大，但是容易出现夹持力不在质心上，夹持不稳定的情况。 1.2.3指节式仿人手末端执行器指节式仿人手末端执行器是模仿人手的结构，多根手指，多个指节，采用连杆传动或腱绳传动，可以实现欠驱动方式，提高灵活性和简便性，可以对不同形态的物体进行捏取、包络抓取等不同的动作，通用性更强。因此，本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手选用指节式仿人手末端执行器类型。 2.欠驱动末端抓手设计要求（1）实用性。能够实现抓取不同种类、不同形状、不同体积的果蔬；（2）可靠性。有效稳定地抓取，不损坏果蔬表皮；（3）质量轻。采用简单的结构和较少的电机，减轻整体质量；（4）操作性。易于操作和维护； 3.传动方式的选择通过调查分析了解到，目前应用于机器人末端抓手中传递运动和动力的方式有齿轮传动、绳传动、连杆传动等。其中齿轮传动的准确性高、输出力大，传动效率和可靠性都比较高，但是体积和质量较大，增加了电机的负载，结构复杂，制造成本高，不适用于果蔬采摘机器人末端抓手。连杆传动没有滞后性，输出力较大，但是传动距离较短，抓取不稳定，也不适合。而绳传动方式，虽然只能承受单向拉力，但是可以配合关节回弹元件使用，可以实现模拟人手和对物体的包络型，能够满足设计要求。因此，本课题所设计的采摘机器人欠驱动末端抓手选用绳传动的方式，不仅可以减轻整体的质量，还能保持良好的欠驱动适应性，结构简化，成本降低。

水果采摘机械手装置设计与仿真

水果采摘机械手装置设计与仿真摘要近年来，随着全国经济的持续发展，人们对果蔬的需求越来越大。在我国的果蔬生产中，柑橘生产所的占比重日益增大。而在整个柑橘生产活动中，柑橘的采摘所占的工作量十分巨大。除此之外，水果采摘质量的好坏还将直接影响到水果的保鲜储藏，运输配送等后续工作，并最终将严重影响到经济效益。如果继续延续原始的手工采摘，不仅工作环境十分的艰苦，效率低下，而且水果采摘质量也得不到保障，更甚至时有采摘工作者在采摘过程中因为环境的复杂不小心从树上摔下而受伤的事故发生。为了适应当代果蔬经济的发展，设计一种多自由度，满足工作空间的小型柑橘采摘机械手对实现农业自动化和提高经济效益具有重要意义。根据柑橘生产活动中完成果实采摘整个过程的的具体条件，首先运用所学知识进行机构尺寸的设计；然后创新设计内嵌式关节采摘机械手所有零部件的具体合理尺寸；再按照设计的零件图通过Pro/E三维造型出机械手的所有零部件；接着根据机械手的工作方式选择合理的连接方式并通过创建合理约束完成机械手的装配；最后通过选用Pro/E 中的机构模式，经过旋转轴的自定义，伺服电机的添加，定义初始条件等完成机械手的运动仿真。关键词：柑橘采摘机械手，内嵌式关节，Pro/E三维造型，运动仿真

Abstract In recent years, with the continuous development of economy, the proportion of citrus production in fruit and vegetable production is growing in our country. In the entire citrus production activities, the workload of citrus picking is very big. What’s more, the quality of fruit picking will directly affect the fruit storage, transportation and other follow-up work ,which eventually has serious influence on the economic benefit. If we continue to use the original manual picking, not only working environment is very difficult, working inefficient, but also the quality of fruit picking is not guaranteed .what’s worse, the fruit picking workers maybe fell from the trees and injured accidentally because the environment is very complex in the process of picking . In order to adapt to the development of contemporary economic fruit and vegetable, it is of great significance to agricultural automation realized and improving the economic benefit that designing a kind of small citrus picking manipulator with the features of multi-degree of freedom and satisfied the working space. According to the specific conditions of the whole process of fruit picking in citrus production activities, at first ,using the acquired knowledge to creatively design all parts of embedded citrus picking manipulator joints with reasonable size. Then according to the design of the part drawing shapes all parts of the manipulator through the Pro/E 3d modeling software. Next choosing the reasonable connection according to the workings of a manipulator and creating a reasonable constraint to complete the assembly of the manipulator. Finally ,through choosing mechanism model in Pro/E, after the axis of rotation of the custom, the adding of the servo motor and defined the initial conditions to complete the motion simulation of the manipulator. Keywords: citrus picking manipulator, embedded joints, Pro/E 3d modeling , motion simulation

果蔬采摘欠驱动灵巧机械手的设计

果蔬采摘欠驱动灵巧机械手的设计杨婕;赵晓栋;宋申祥;张兆德【摘要】Underactuated mechanism is a system whose number of control inputs is smaller than the number of degree of freedom. In order to realize non-destructive picking of fruits and vegetables ,a flexible and underactuated robotic hand with simple structure was designed through theoretical analysis,design of finger tip,transmission and drive mechanism,and modeling and simulation. It has shape-adaptability while grasping objects ,which can be completely surrounded to realize non-destructive picking. With small size and low cost ,it is adaptable to application in automatic picking in agriculture field.%欠驱动机构是指驱动器数目少于机构本身自由度数目的机构. 为了实现果蔬的无损采摘,通过理论分析、指端结构设计、传动机构设计和驱动机构设计与建模仿真,设计出一种灵活性高、结构简单的果蔬采摘欠驱动灵巧机械手.该机械手抓取物体时具有形状自适应能力,可完全包络物体实现无损采摘,且体积小、成本低,能够适应农业采摘自动化技术的推广. 【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】3页(P93-95) 【关键词】果蔬采摘;无损采摘;欠驱动;机械手;仿真【作者】杨婕;赵晓栋;宋申祥;张兆德

开题报告-水果采摘机器人的设计

填写要求一、开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后4周内完成，经指导教师签署意见及教研室主任审核同意后生效。二、开题报告必须按学校统一设计的文档标准格式用计算机打印或用黑墨水笔工整书写，禁止打印在其他纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。意见栏除手写签名处须亲笔签名之外，其他都可以电子档的形式填写并提交至毕业设计（论文）管理系统备案。三、学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，经管文类不少于12篇（不包括辞典、手册）。

毕业设计（论文）开题报告一、本课题的目的及意义二、国内外研究现状分析采摘作业的自动化和机器人研究始于20世纪60年代的美国，从20世纪80年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表，荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等发达国家，在采摘机器人的研究上作了很多尝试，各种果树采摘机器人陆续被开发出来，如番茄采摘机器人⑶、苹果采摘机器人⑶、黄瓜收获机器人⑷、西瓜收获机器人⑸、和蘑菇采摘机器人⑹等。

93.3%1 响I"］。综上所述，国内外对果蔬采摘机器人的研究仍然处于探索阶段，离大面积推广实用还有很大距离，而且被开发出的果蔬采摘机器人的作业对象比较单一，装置的通用性较差。三、本课题研究的主要内容本研究是一款水果采摘机器人的结构设计。完全态的该机器人将由操作者遥控操作，带有自恃能源，拥有自动行走能力。操作者通过机载摄像头，操控机器人完成行走和采摘作业；采摘作业由机械臂末端的两只机械手协作完成，一只机械手实现对果枝的把持操作，另一只机械末端装有机械剪，完成对果实的采摘。本机器人的设计尤为重视采摘作业的通用性，通过对不同种类植株的具体采摘工艺详细调查分析，制定该机器人具体采摘工艺，伸缩机械臂的设计能依据植株的差异调节可采摘高度，设有果枝把持机械手实现对果枝的稳定把持，通用机械剪能对多种类果实的进行采摘，如苹果、荔枝、车厘子等。本研究中的采摘机器人的结构设计主要有以下几方面内容构成： 1.在细分多种果实具体采摘工艺的基础上设计机器人的采摘工艺，完成机器人的总体设计。 2.机器人行走机构的设计。根据本机器人的使用环境需用适当的行走机构方案，并针对本机器人的使用要求完成设计修改。 3,伸缩机械臂的设计。机械臂在一定尺寸范围内能自由伸缩，以实现对差异植株果木高度的最大限度覆盖。 4.把持机械手的设计。该机械手安装于机械臂的末端，能精细动作，以实现对果枝的把持动作。 5.采摘机械手的设计。安装于机械臂的末端的该机械手带有机械剪，能精细动作, 以实现对果实的采摘动作。四、拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）

果树采摘机器人控制系统研究与设计的开题报告

果树采摘机器人控制系统研究与设计的开题报告 1. 研究背景与意义随着农业机械化的不断推进和人工成本的不断增加，农业领域逐渐出现了各种智能化农机。果树采摘机器人就是其中之一，它可以代替农民手动采摘果实，提高采摘效率和品质，减轻人工劳动强度。但是，果树采摘机器人需要通过控制系统来实现自主导航、果实识别与选择、机械臂控制等功能。因此，研究果树采摘机器人的控制系统，对于提高机器人的自主性、稳定性和可靠性具有重要的意义。 2. 研究内容与目标本研究的主要内容是基于ROS（机器人操作系统）平台，研究果树采摘机器人的控制系统，具体包括：（1）机器人底盘的运动控制系统设计（2）果实的识别与选择算法设计（3）机械臂控制系统设计（4）机器人自主导航系统设计研究目标是设计一个能够实现果树采摘功能的机器人控制系统，使机器人能够在果园内自主地行走，识别果实并选择采摘方式，完成果实采摘的工作。 3. 研究方法本研究采用以下研究方法：（1）文献调研：了解国内外果树采摘机器人的研究现状及控制系统设计方法。（2）系统架构设计：设计果树采摘机器人控制系统的硬件和软件架构。（3）运动控制系统设计：设计机器人底盘的运动控制系统，包括位置和速度控制等功能。（4）识别与选择算法设计：设计果实的识别与选择算法，包括计算机视觉和深度学习等技术。（5）机械臂控制系统设计：设计机械臂控制系统，使机械臂能够自主选择采摘方式。

（6）导航系统设计：设计机器人的导航系统，包括SLAM（同时定位与地图构建）等技术。 4. 预期成果与意义本研究的主要预期成果是一套完整的果树采摘机器人控制系统，包括运动控制系统、识别与选择算法、机械臂控制系统和导航系统。该系统能够实现果实的自主识别、选择和采摘，提高果园的采摘效率和品质，减轻劳动强度，降低劳动成本。本研究的意义在于推进智能农业的发展，提高果树采摘机器人的自主性、稳定性和可靠性，促进我国农业机械化水平的不断提高。

水果采摘机械臂设计

水果采摘机械臂设计引言水果采摘是一项繁琐且费时的工作。传统的人工采摘方式不仅劳动强度大，而且效率低下。为了解决这个问题，设计和开发一台水果采摘机械臂成为了一种可行的选择。本文将介绍水果采摘机械臂的设计原理、结构和工作过程。设计原理水果采摘机械臂的设计基于计算机视觉和机器人学的原理。首先，利用计算机视觉技术，对水果进行识别和定位。然后，机械臂根据识别结果进行路径规划，以最短路径的方式前往目标水果的位置。最后，机械臂通过夹爪或其他采摘工具进行采摘。结构设计机械结构水果采摘机械臂主要由基座、臂体、关节、末端执行器等组成。基座用于提供机械臂的稳定支撑，臂体由多段连接的杆件构成，关节用于连接相邻的臂体段，以实现机械臂的灵活运

动。末端执行器即水果采摘工具，它可以是夹爪、吸盘等，用于固定和采摘水果。传感器在水果采摘机械臂中，传感器起着至关重要的作用。通过安装距离传感器，可以实现对机械臂末端执行器与水果之间的距离测量和控制；通过安装力传感器，可以实现机械臂与水果的接触力检测，避免对水果造成损害；通过安装图像传感器，可以实现对水果的识别和定位。工作流程 1.图像采集：机械臂通过安装图像传感器来采集水果图像。 2.图像处理：利用计算机视觉技术对采集到的图像进行处理，实现对水果的识别和定位。 3.路径规划：根据水果的位置信息，机械臂进行路径规划，找到最短路径到达目标水果。 4.运动控制：根据路径规划结果，控制机械臂的关节运动，使机械臂到达目标水果的位置。

5.采摘水果：到达目标水果位置后，机械臂通过末端执行器进行水果的采摘。 6.返回初始位置：采摘完成后，机械臂返回初始位置，准备进行下一次采摘。总结水果采摘机械臂的设计考虑了计算机视觉和机器人学的原理，通过识别和定位水果，实现了自动采摘的过程。机械臂的结构和传感器的应用使其能够在复杂的环境下准确、高效地完成水果采摘任务。随着技术的进步，水果采摘机械臂将逐渐替代传统的人工采摘方式，提高采摘效率，降低劳动强度。以上就是水果采摘机械臂的设计文档，介绍了其原理、结构和工作流程。水果采摘机械臂的应用有着广阔的发展前景，将为农业生产提供更高效、可持续的解决方案。

采摘机器人设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告

通过上文不难看出，国内外专家在果蔬采摘机器人这一领域都有不同程度的研究。 2.课题总体方案设计一.苹果采摘机基本组成控控制机构动力系统苹果采摘机 / 升降机构「夹持机构末端执行器＜ I联接装置〔切割机构二.苹果采摘机的关键技术问题 1.要具备可靠性好、精度高的视觉系统，以便于能够准确地识别和定位成熟的果实，并引导末端执行器灵活准确地接近目标。 2.要具备柔性和灵巧性都比较好的机械手及末端执行器，能够在作业过程中躲避障碍物，这就要求机械手具有一定的冗余度。 3.研究采摘机器人的主要目的之一是代替人工作业，提高采摘效率。同时，还要注意保证采摘的成功率，尽量避免采摘到不成熟的果实。 4.由于采摘机器人的操作者是农民，操作过程必须简单.而且要尽可能地降低成本，以确保更好地推广。三.苹果采摘机升降机构设计方案

苹果采摘机的升降机构可以完成自动升降的动作，这使采摘机对不同高度苹果的采摘有着很好的效果，对苹果采摘效率的提高有着很大的帮助。以下为设计升降机构的两种方案: 方案一: 方案一说明：上图为苹果采摘机升降机构的设计方案一，重要组成部分在图中已有明确表示，主要包括底座，升降台一，升降台二，杆，杆二，伸缩支撑器等。其中升降台一可绕底座转动，增大采摘面积。伸缩支撑器可上下伸缩，由此调整采摘杆相对于地面的角度，这样一来更加增大了苹果采摘的范围。升降台和伸缩支撑器

的动力部分均是由液压完成，液压系统的主要设备安装在底座部分，其他的辅助设备安装在适当部位。方案二: 方案二说明: 上图为苹果采摘机升降机构的设计方案二，重要组成部分在图中已有明确表示，主要包括凸轮机构，箱体一和二，支架，支架板，球铰链等。箱体一中安装电动机，使得凸轮一转动，实现升降效果。支架固定于箱体一和支架板之间，起到稳定支架板的作用。箱体二的作用主要为安装杆件的驱动机构和控制机构，要是有更多的人为参与的话，箱体二的作用有所减弱。球铰链的作用主要为让杆件获得更多的自由度，以实现增大采摘范围的目的。

采摘机器人机械手结构设计与分析

采摘机器人机械手结构设计与分析一、本文概述随着农业技术的不断发展，采摘机器人作为一种新型的智能农业装备，正逐渐在农业生产中发挥重要作用。作为采摘机器人的核心部件之一，机械手的结构设计直接影响到采摘效率、果实质量和机器人的整体性能。因此，对采摘机器人机械手的结构设计进行深入的分析和研究具有重要意义。本文旨在探讨采摘机器人机械手的结构设计与分析。将介绍采摘机器人的发展背景和应用现状，阐述机械手在采摘过程中的关键作用。接着，将详细分析采摘机器人机械手的设计要求，包括结构合理性、运动灵活性、抓取稳定性等方面。在此基础上，将探讨采摘机器人机械手的常见结构形式，如夹持式、吸附式、剪切式等，并对比分析它们的优缺点。本文还将重点研究采摘机器人机械手的创新设计。通过引入新材料、新工艺和智能控制技术等手段，提高机械手的性能和可靠性，实现更高效、更精准的采摘作业。将探讨机械手结构的优化设计方法，包括有限元分析、优化设计算法等，以提高机械手的强度和刚度，减少应

力集中和变形等问题。本文将总结采摘机器人机械手结构设计与分析的主要成果，展望未来的发展趋势和应用前景。通过不断优化和创新设计，采摘机器人将在农业生产中发挥更大的作用，提高果实的采摘效率和质量，推动农业现代化的进程。二、采摘机器人机械手结构设计采摘机器人机械手的结构设计是整个采摘机器人的核心部分，其设计的合理性和性能优劣直接影响到机器人的采摘效率和采摘质量。在设计过程中，我们需要考虑到机械手的灵活性、准确性、耐用性以及适应性等因素。我们选择了适合采摘作业的机械手构型。一般来说，采摘机器人的机械手可以分为多关节型和并联型两种。根据我们的应用场景和目标作物，我们选择了多关节型机械手，其结构灵活，能够适应不同形状和大小的果实。我们进行了机械手的运动学分析。通过对各关节的转动角度、速度和加速度进行计算，我们得出了机械手的运动轨迹和速度曲线，从而保证了机械手的采摘精度和效率。

苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真

苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真近年来，农业机器人的发展迅猛，为农业生产带来了许多便利。其中，苹果采摘机器人在果园管理中发挥着重要的作用。本文将探讨苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真。一、机构设计苹果采摘机器人的机构设计需要充分考虑机器人在果园中应对多变环境的能力和采摘苹果的效率。机构设计应具备以下几个方面的功能： 1. 机器人的底盘结构：底盘结构应具备良好的机动性和稳定性，以适应果园地形的不规则性。采用全地形底盘或者装备可调节高度的轮子，可以让机器人在果园中灵活行走。 2. 机械臂的设计：苹果采摘机器人的机械臂需要具备足够的力量和灵活性，以保证苹果能够准确、迅速地被采摘下来。机械臂的设计可以参考人手的运动方式，同时结合工程学原理和材料力学的知识，确定机械臂的长度和关节的自由度。 3. 采摘装置的设计：苹果采摘机器人的采摘装置需要具备适应果实不同大小和形状的能力。可以通过视觉传感器和机器学习算法，实时获取苹果的信息，根据苹果的位置和形态动态调整采摘装置的形状和力度。二、运动仿真运动仿真是设计苹果采摘机器人的重要环节，通过仿真可以评估和优化机器人的运动性能和操作效率。以下是运动仿真的几个关键点： 1. 运动轨迹规划：通过运动轨迹规划，确定机器人在果园中的行进路线和采摘路径。车辆动力学和动力学模型可以与

果树的空间模型相结合，实现机器人在三维空间中的仿真。 2. 运动学分析：苹果采摘机器人的运动学分析可以确定各关节的位置、速度和加速度等运动参数。通过运动学仿真，可以模拟机械臂的动作，验证机械臂在采摘过程中的稳定性和准确度。 3. 碰撞检测和安全评估：在仿真中进行碰撞检测和安全评估，可以避免机器人在运行过程中发生碰撞和意外情况。通过虚拟环境的搭建和模拟苹果采摘的场景，可以检测机器人在采摘过程中可能产生的冲突和风险。三、结语苹果采摘机器人的机构设计及运动仿真是实现机器人自动采摘苹果的重要步骤。通过良好的机构设计，可以使机器人具备适应果园环境和高效采摘的能力。运动仿真可以帮助我们评估机器人的运动性能和操作效率，优化机器人的设计和控制策略。相信未来，苹果采摘机器人的研究将进一步提高农业生产效率，推动农业智能化发展通过机构设计和运动仿真，苹果采摘机器人在果园中的运动性能和操作效率得到了优化和提高。运动轨迹规划确保了机器人在果园中的行进路线和采摘路径的准确性。运动学分析验证了机械臂在采摘过程中的稳定性和准确度。碰撞检测和安全评估避免了机器人发生碰撞和意外情况。苹果采摘机器人的研究将进一步提高农业生产效率，推动农业智能化发展

苹果采摘机器人设计与研究

苹果采摘机器人设计与研究苹果采摘机器人设计与研究概述：水果采摘一直是农业中较为繁琐且费时费力的任务之一，尤其是针对树果类水果，如苹果。为了解决这一问题，科学家们设计了一种苹果采摘机器人，能够在无人作业的情况下完成苹果的采摘工作。本文将介绍苹果采摘机器人的设计和研究进展，并讨论其在未来农业中的应用前景。设计与结构：苹果采摘机器人基于机器视觉、机械臂技术和智能控制等技术原理。其结构主要由机器臂、图像传感器、处理单元和执行器等组成。机械臂是该机器人的核心部件，通过多关节的连接，模仿人类的手臂运动。这使得机械臂能够在树冠内进行精确定位和抓取动作。机械臂的设计要求同时具备轻巧和稳定的特点，以便在树冠内灵活操作。图像传感器采用先进的机器视觉技术，能够感知和识别苹果的大小、颜色和成熟度等信息。通过图像传感器，机器人能够准确定位并识别相应位置的苹果，从而进行采摘动作。处理单元是机器人的大脑，具备强大的算法处理能力。它能够接收和处理图像传感器采集的数据，并根据预设的算法和规则执行相应的动作。处理单元的设计包含机器学习和深度学习等人工智能技术，能够根据不同的环境和条件进行自适应的判断和控制。执行器是机械臂动作的驱动部件，它根据处理单元的指令实现机械臂的运动。执行器通常通过电机和传动装置实现，可

以提供精确的力和位置控制，以便在高度复杂的树冠环境下安全采摘苹果。研究进展：苹果采摘机器人的研究已经取得了一些进展，但仍面临一些挑战。一方面，机器视觉技术的发展，使得机器人更加准确地感知和识别苹果。另一方面，机器学习和深度学习等人工智能技术的应用，使得机器人能够学习和不断改进其采摘能力。然而，苹果采摘机器人面临的挑战也不少。首先，复杂的果树环境对机器人的结构设计和运动控制提出了更高的要求。机械臂需要足够轻巧和柔性，以适应不同形态的苹果树。其次，苹果的外观和位置可能受到树叶、树枝和其他苹果的遮挡，在视觉感知和定位中存在困难。此外，苹果的大小和成熟度不同，需要机器人具备辨识和采摘不同苹果的能力。应用前景：苹果采摘机器人的应用前景广阔。首先，在农业领域，苹果采摘机器人能够提高采摘效率和减轻农民的工作负担。其次，机器人能够在危险或恶劣环境中代替人工采摘，提高工作安全性。此外，苹果采摘机器人的技术原理和结构设计可以应用于其他类似的水果采摘，如橙子、梨等。因此，该技术有望在未来农业中得到广泛应用。总结：苹果采摘机器人的设计和研究对于解决苹果采摘这一农业难题具有重要意义。随着机器视觉、机械臂和智能控制等技术的不断进步，苹果采摘机器人有望实现更高效、准确和智能的采摘过程。尽管面临一些挑战，但该技术的应用前景仍然广阔，将为农业生产带来巨大的改变