1、浙 江 科 技 学 院本 科 毕 业 设 计(2010 届)题 目 “快客” 摘果机器人采摘机构设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 车辆工程 浙江科技学院毕业设计（论文） 、学位论文版权使用授权书本人 毛永波 学号 106015063 声明所呈交的毕业设计（论文） 、学位论文 “快客” 摘果机器人采摘机构设计 ，是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本毕业设计（论文） 、学位论文作者愿意遵守浙江科技学院 关于保留、使用学位
2、论文的管理办法及规定，允许毕业设计（论文） 、学位论文被查阅。本人授权 浙江科技学院 可以将毕业设计（论文） 、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库在校园网内传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文） 、学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日浙江科技学院毕业设计（论文）i毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布
3、过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 浙江科技学院毕业设计（论文）ii学位论文原创性声明本人
4、郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校
5、规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日浙江科技学院毕业设计（论文）iii“快客” 摘果机器人采摘机构设计摘 要机器人是自动执行工作的机械装置。随着科技的进步，机器人这一新兴科技产物逐步进入大众的视野。从一开始的展示台上逐步地走进人类的日常生活中。代替者人们进行一些高危工作或者高难度的作业。国防，工业，农业中，机器人的应用越来越多，机器人技术也越来越成熟。本文是选取第六届浙江省大学生机械设计大赛的题目凌空采果。我国是农业大国，农业是我国的重要产业，因此提高农业作业的效率和安全性是非常有必要的。这是一个针对高空危险采摘提出的课题。文章主要介绍“快客”号机器人抓手的设
6、计，包括结构设计和尺寸设计。其中还有手臂部分的设计。然后 进行了一些 传动部分的设计，包括 传动比设计以及强度的校核。随后还对 整个机械手的控制电路进行设计。最后，我 们对“快客”号机器人的行进等其他机构进行了简单的介绍，方便大家更加透彻地了解机器人的整个运作过程。 关键词：机器人 农业机械 机械手浙江科技学院毕业设计（论文）ivThe Design of “Kuaike” Robots ManipulatorStudent: Mao Yongbo Advisor: Dr. Ruiming WuSchool of Mechanical and Automotive Engineering Zh
7、ejiang University of Science and TechnologyAbstract.Robots are mechanical devices work automatically. With the advancement of technology, robot technology products in this emerging field of vision gradually into the public. From the beginning of the display stand on the step by step into the daily l
8、ife of mankind. Instead of some high-risk people who work or difficult work. Defense, industry, agriculture, application of more and more robots, robot technology is more mature.This article is based on the sixth selection mechanical design competition of Zhejiang Province, the subject of university
9、 students - volley fruit picking. China is a big agricultural country. Agriculture is an important industry in China, thereby increasing the efficiency of agricultural operations and safety is necessary. It is a dangerous pick for the high-altitude issues raised. This article introduces the design o
10、f “Kuaike“ robots grasps device , including structural design and dimensions. It is part of the design of the arm. Then some part of the design of transmission, including transmission ratio design and strength check. Then also the whole manipulator control circuit design. Finally, the “Kuaike“ was m
11、oving robots and other agencies of the brief so as to facilitate a more thorough understanding of the entire operation of the robot.Keywords: Robot Agricultural machinery Manipulator浙江科技学院毕业设计（论文）v目 录第一章 绪论 .11.1 选题的背景与意义 .11.2 国内外农业机器人发展概况 .11.2.1 国内发展概况 .11.2.2 国外发展概况 .3第二章 设计思路 .42.1 设计题目 .42.2 设
12、计目标与要求 .42.3 设计方案 .5第三章 机械手设计 .63.1 抓手尺寸设计计算 .63.2 传动系的设计计算及校核 .63.2.1 传动系的设计计算 .63.2.1 传动系的强度校核 .83.3 电机选择与速度校核 .103.4 控制电路改进与调试 .10第四章 其他相关机构设计 .124.1 行进机构 .124.2 上升机构 .134.3 临时储果以及输果装置 .14第五章 设计创新及模型 .155.1 创新点 .155.1.1 外形上的创新 .155.1.2 摘取方式的创新 .155.1.3 输送果实的创新 .165.1.4 抓取机构在整个机器人中作用的创新 .165.2 展望
13、.17参考文献 .19浙江科技学院毕业设计（论文）vi致 谢 .20附录：实物图片 .21浙江科技学院毕业设计（论文）1第一章 绪论1.1 选题的背景与意义从机器人诞生到本世纪 80 年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了 90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速的发展。除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标
14、志。1.2 国内外农业机器人发展概况1.2.1 国内发展概况1、机器人的发展现状和趋势世界上第一台机器人诞生于美国，在 1954 年。虽然它是一台试验的样机，然而它体现了现代工业广泛应用的机器人的主要特征。机器人产品在 20 世纪 60 年代问世，最具代表性的有美国 Unimation 公司的 Unimate 机器人和美国 AMF 公司的 Versatran 机器人。从诞生以后，在相当长一段时间内，机器人主要停留在大学和研究所的实验室里。形成的生产能力和应用较少，难以得到充裕的资金用于研发。直到 20 世纪 70 年代，这种状况才得以改善。日本的机器人的历史不算长，一开始是引进美国的先进技术，
15、消化并实用化。1967年，日本东京机械贸易公司首次引进 Versatran 机器人；1968 年，川崎重工业公司引进Unimate 机器人，并增加了视觉功能，使之成为具有就智能的机器人。这一成就引起了高度重视。日本政府在政策上和经济加以扶植。因此日本的工业机器人得到飞速发展，得到大量生产和应用。经过 20 世纪 70 年代的飞速发展，日本很快超过美国成为当今世界第一的“机器人王国”。20 世纪 70 年代，进入机器人的实用化时代。80 年代进入普及时代。近几十年来，欧洲的德国，意大利，法国及英国机器人产业发展比较快。目前世界上的机器人无论从技术水平上，还是从已装备的数量上，优势都集中在以日美为
16、代表的少数几个发达的工业化国家。我国的机器人起步于 20 世纪 70 年代，经历 80 年代的开发期，90 年代进入实用化期。浙江科技学院毕业设计（论文）2我国从 1974 年开始研制工业机器人，数十家研究单位和院校分别开发了固定程序、组合式、液压伺服型通用机器人，并开始了结构学、计算机控制和应用技术的研究。80 年代的时候机器人技术得到政府的支持，步入了跨越式发展时期。1986 年，我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987 年，我国的“863”高技术计划将机器人的研究开发列入其中，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、几类工业机器人整机及应用工程的开发研究。为了跟踪国外高技术，在国家技术计
17、划中安排了智能机器人的开发研究，包括水下无缆机器人、高功能装配机器人和各类特种机器人，进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工智能、机器视觉、高性能传感器及新材料及新材料等的应用研究。由于市场竞争的加剧，都 20 世纪 90 年代，一些企业认识到机器人等自动化设备的重要性，推进了机器人走向产业化。各种机器人如喷涂机器人、搬运机器人、装配机器人、各种特种机器人从汽车行业逐渐渗透到其他制造业和非制造业领域。2、机器人在农业采摘上的应用1）西红柿采摘机器人西红柿每棵可长 46 个果实，而每个果实并不是同时成熟的。成熟的果实为红色，而不成熟的果实为绿色，因此通过彩色摄像机作为视觉传感器寻找和识别果实
18、，同时利用终端握持器中的吸引器，把果实吸住，再用机械手的腕关节把果实拧下。为了降低西红柿的收获成本，目前已研制了用于收获樱桃西红柿的机器人，它采用双目立体成像技术来确定果实的位置，成功率约为 70%。2）黄瓜采摘机器人利用 CCD 摄像机，根据黄瓜比其叶茎对红外光的反射率高的原理来识别黄瓜和叶茎。黄瓜和果梗的连接与番茄不同，采用拧摘方法较难，而是用剪断方法，先把黄瓜抓住，用接近觉传感器找出柄，然后剪断，采摘速度为 16 个s，由于黄瓜是长条形，受到叶茎的影响更大，所以采摘的成功率较低，大约在 60左右。同样，此机器人需要改进其机器手的结构、采摘工作方式和避障规划功能，以提高采摘成功率，提高采摘
19、速度。3）柑桔采摘机器人西班牙科技人员发明的这种机器人由一台装有计算机的拖拉机、一套光学视觉系统和一个机械手组成。能从果实的大小、形状和颜色判断是否成熟。它的工作效率很高。另外，该机器人通过装有视频器的机械手，能对采摘下来的果实按大小同时进行分类。5）结球菜收获机器人结球菜收获机器人主要是为选择、收获已成熟的菜球而研制的智能机器人。它收获部的机械手主要由;型下指、中指和上指，以及薄型切割刀等组成。V 型下指用来分离菜球与菜的外叶，当视觉部确定目标后，下指自动插到菜球与外叶之间，使菜球的根部完全暴露，再由切割刀切下菜球，菜球随下指上升到一定高度，由中指和上指把菜球从下指部取走，送到传送箱。该机器人大大节省了劳动力，减轻了劳动强度，提高了效率，当然它的不足之处是视觉系统的搜索时间较长，对菜球本身的紧度也有一定的要求，另
