草莓采摘机械手的设计与实现-毕业论文

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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

第一章绪论

1.1 研究目的与意义

我国是农业大国，农业关乎到我国经济发展的根本，随着城市化的进展和科技的不断发展，农业迎来了新的挑战。首先，劳动力不断减少，随着城市化的进展，越来越多年轻人选择进入城市而不愿意将枯燥且乏味的传统农业工作作为自己的择业方向；其次，随着人民生活水平的提高，人们要求获得更高质量的果蔬，并且食品安全问题也越发得到社会的重视；再者，资源分配不平衡现象和环境恶化也是巨大的问题，城市化进展的同时伴随着农业用地的不断减少，工业化的迅猛发展同时带来了环境的恶化。

为了解决这些问题，现代农业逐渐引进了机器人技术，农业机器人的广泛应用也将是现代农业发展的必然趋势。

农业机器人的广泛应用可以给农业带来巨大的利益：

（1）大幅度降低用人成本，解放和发展劳动力，以机器人代替人工作业，以往需要数百人劳作的整条生产线只需少数几个人管理；

（2）采用具有高精度、高可靠性、有效控制的农业机器人可以提高种植、采摘精度，在规范化、工业模式的种植模式下，生产出来的果蔬质量更高；

（3）农业机器人能做到移栽、除虫、采摘、收集等功能一体化，一机多用，大幅度提高了工作效率。

简而言之，现代农业机器人与传统农业相比，具有高精度、高柔性、高效率和低劳动强度的特点。

但是同时，农业机器人也仍然面临许多问题：

（1）农业机器人尚处于起步阶段，技术未成熟，与传统工业机器人所面对的作业对象如钣金、圆钢相比，农业机器人的作业对象是果蔬，但是果蔬质嫩易损，且由于环境不同和遗传基因的差异，种类之间、个体之间往往形状大小颜色质感各异，需要农业机器人具体对象具体分析；