草莓采摘機械手結構設計與運動控制研究.pdf

1、隨著草莓產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，收獲作業(yè)的機械化、自動化成為廣大種植戶普遍關心的問題。由于采摘作業(yè)具有很強地域性、季節(jié)性和周期性，因此采摘作業(yè)是草莓生產(chǎn)中最耗時、最費力的一個環(huán)節(jié)。目前主要依靠人工采摘，采摘自動化程度仍然很低。研究開發(fā)草莓采摘自動化機械，不僅能夠降低勞動強度且對提高經(jīng)濟效益有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于促進我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的社會意義。
　　與國外相比，目前我國的農(nóng)業(yè)采摘機器人非常少。但隨著經(jīng)濟的

2、發(fā)展，我國對農(nóng)業(yè)機器人及其理論的研究開始受到重視。我國草莓采摘自動化研究主要是針對高架式草莓自動化采收機器人，不適合我國大面積溫室內(nèi)地壟式栽培的草莓收獲。本文基于目前草莓采摘機械手研究成果中存在的不足，進行草莓采摘機械手的結構設計與分析。分析與實驗結果表明，采摘機械手有良好的采摘性能。本文具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，分析國內(nèi)外現(xiàn)狀，在河北保定滿城縣草莓種植基地調(diào)研了草莓的壟作種植模式的特點，研究了草莓的物理特性，分析了目前草莓采

3、摘機器人末端執(zhí)行器存在的弊端，以及剛性欠驅(qū)動結構帶來的機構復雜，控制復雜等問題，尤其針對地壟式草莓采摘中存在的技術難題，提出地壟式栽培模式下草莓采摘的解決方案。在分析草莓基礎物理特性的基礎上，本文提出了一種剛?cè)峄炻?lián)草莓采摘機械手，確定了采摘機械手的尺寸參數(shù)，結構形式，裝配方式以及裝配尺寸。通過Creo2.0軟件對草莓采摘機械手進行三維建模。
　　其次，對草莓采摘機械手柔性構件進行數(shù)學描述，建立柔性構件曲線數(shù)學表達式;基于偽剛體模型

4、法對草莓采摘機械手柔性構件進行偽剛體分段;通過利用Adams軟件進行整機仿真，證明利用彈性關節(jié)的動力耦合驅(qū)動是可行的。
　　再次，設計基于STM32控制核心，以步進電機為驅(qū)動源，以薄膜壓力傳感器作為加持力反饋系統(tǒng)的草莓采摘機械手的控制系統(tǒng);
　　最后，通過3D打印等手段進行草莓采摘機械手樣機關鍵部件的制造。采用光敏樹脂制造剛性構件，采用PLA塑膠制造柔性構件;進行草莓采摘機械手的草莓夾持實驗，通過實驗證明草莓采摘機械手及驅(qū)動