【毕业设计】plc 水果采摘机械臂 -----【论文+二维图+三维图】

效率太.低，8.0年.代后.才开.始研.究和.制造.切割.型采摘.器。果.园.采.摘.野葱，人.工使.用剪.刀采.摘，发展.到使.用.机.械装.置采.摘，例.如一.种人.工财.政才.知采.摘器.，夹口.上方.有切.刀，下方.有夹.钳，可以.将.国屏.先前.住.后.剪.断。电机.式采.摘器，利.用果.柄引.导突.片，将果.柄引.向.切刀，在.用微型.电机.带动.的切.刀作.往复.运动，把.国柄.切断.，还.有一.种振.摇式.采摘.器用拨.叉深.入果枝.用电.机摆.动拨.叉儿，振.落果实.。此后.有了.更多的.辅助.工具，如.液压.剪枝.升降.平台.，用来.提高.工作.位置。利.于采.摘作.业。我.国还.曾经.研制.出吹.气式.采摘.机，由.于其.风机功.率要.求大.，气.流易.损伤.果枝.果实，.虽然.分选.效果较.好，但.采摘.效果.不佳，很.快就.被市.场淘.汰。.90.年代.开始，市.场因.素带.动了.果树种.植的.热潮，众.多中.小种.植户.的需.求带.动了.简易.采摘.器的.市场.。其.后，气动.剪枝.机、.辅助升.降平.台等.机具.相继.进.入了.市场。.19.92.年浙.江金.华农.机研.究所.研究.了有.拖拉.机操.作的.用于.采摘水.果的.升降.机，上升.高度.可达.7m.。2.007年.新疆.机械研.究所.研制了我.国第.一台.多功.能果.园作业.机，.即L.G-.1型.多功能果园.作业.机。.这是.一种.及采.摘、修.剪、喷药.、运输.、动.力发.电等.功能的.自走.式作.业机.，其.工作原.理是.汽油发.动机将.一部分动.力分.配到.主机的.变速.箱，由.变速.箱驱.动两.条橡.胶履.带行.走，.另一.部分.动力带.动双.杠风.冷式.空压.机，为.气动.剪枝机.和升.降机.提供动.力。.采用橡.胶履.带行.走部.件.是针.对果.园土.壤松.软和.比较潮.湿的.环境.。空.压机.连接到.升降.平台.提升高度1…5.m。.该作.业机.的研制.成功.标志.着我.国果.园单.一的采.摘机.械进.入到.了多.功能作.业机.械时.代。
我.国南.方果.园大.部分.处于.丘陵.地带.，受.限于.地形.，.合适的.采.摘机.械很.少，.机械.化作.业基.本上.处于空.白，.而且存.在费.工以.及作.业危.险性.方面的.问题。我.国台.湾省.为了.在坡.地果.园上.实施机.械化.省工.经营.，改.良了.适合.坡地.作业.特性.的农.机具.，研.制成.功了v一.种自.走式.牵引振.动采.果机.。该机.以坡.地搬.运车.为主.体，.在振动.机的.下方装.一个.可做.360°.旋转的旋.转盘.，采.果时.转动圆.盘，使.牵引.推杆.对准.采收树.枝，.牵引.推杆上.装有自.动调.整.推杆角.度四.连杆.，可.以使.推杆.处在最.有效.的作.业角.度，当.拉紧套住.树干.与推.杆头.间的.绳索.时，果.实受.拉力.即可.掉落。.
我.国自.行研.制了.脐橙采.摘机.器人.，该.机器.人主要.由两.部分.组.成：.两自.由.度.的移.动载.体和.五自.由度.的机.械手.。移.动载体.为履.带式平.台，.加装.了主.控PC.机、.电源.箱、采.摘辅.助装.置、多.种传.感器；.五自.由度.机械手.由各.自.的关节驱动装.置.进行.驱动。此开链连.杆式关.节型.机器人，机.械手固.定在履.带式行.走机.构上，.采摘.机器.人机.械臂.为P.RR.RP结.构，.作业.时直.接与.果实.相接触.的末端.操作器固.定于.机械.臂上.。机.械臂.第一个.自由度为.升降自.由度.，中.间三.个自.由度.为旋.转自.由度.，第.五个.自由度为.棱柱关.节。.
由.于苹.果采.摘机.器人.工作于.非结.构性.、未.知和.不确定的.环境中.，其作.业对.象也.是随.机分.布的.，所.以加.装了.不同种.类的.传感.器以.适应.复杂的.环境.。采.用的.传感.器分.为视觉.传感.器、.位置传感器和.避障.传感.器三.类。.其中.视觉传感.器采.用Eye—in—hand安装方式，.完成.机器.人或.末端操.作器.与作.业对.象之.间相.对距离.，工作.对象.的品.质、.形状及.尺寸.等任.务。.位置.传感器包.括安.装在.腰部、.大臂.、小.臂旋.转关.节处.和直.动关节.首尾.两端.的8个.霍尔.传感器.，以.用来控制.旋转关节的旋.转角.度和直.动关.节的.直行.进程.，另.外还.包括.末端执.行器.上的.2个.切刀.限位开关和.用于提.供所.采摘苹.果相.对于.末.端夹持.机构.位置.信息的.两组.红外光.电对.管。避.障传感.器包.括安.装在.小臂.上、.左、右.三个.方向.上的.五组.微动.开关.和末.端执.行器.前端.的力.敏电.阻，以求采.摘机.器人.在工.作过.程中.能够.有效躲.避障.碍物.。
1.3.3果.园采.摘机.械的.发展.趋势.
提.高资.源利用.率和农.业生.产率.、降低.劳动强度，.提高经济.效益是.现代.农业的.趋势。.由于技.术和.成本的原.因,在.今后较.长时.间内.机器人采.摘无.法投.入实.际应.用, .在这.种情.况下.,机.械式.采摘将.占据主.流, .其发.展具.有以.下几.个特.点。
1…多.功能.化
即该.机械.不仅具.有采.摘果.实的.功能还.淋具其.他作业.能,如中.耕、施.肌、剪枝植保等,多.功能.作业机.械.能实.现一.机多.用减.少贴.机投.人同.时又.方便.使用.
2. .采摘.与山.地果.园运.输结.合起.来。
南方. .丘陵山.地果.园坡陡.,上.山的.肥料、.农药.和下.山的果.品等.全靠人.力运.输,劳.动强度.大, .效率.低, .成本.高。.有些山.地虽.能开.辟机.动车.道, .成本.高, .浪费.士地.并易.造成.水土.流…失。.因此.研究.省.力、低.成本.的山.地运.输机.械成.为当.做。
. . 3. .操.作简.便、.可靠性高
机器.的操.作者.是农.民, .并不.具备.系统.的机.电外.认这.吸块.设计合.理可.带, .使用.
法.简单, .维修维.护方.便
4. 通用.性好
在各.种不同的条件下，.如不.同地形.、不.同的.作业地.表、不.同的作.业对.象、不.同的水.果品种.等情形.下，要使.该机.械适.用于.大部分.甚至绝.大部分情.形。
5. 自动. .化和.智能化
随.着现.代科.学技.术的.进步.和广.泛应.用，新.技术必.将进.入到.农业.机械领.域；机.械化.、自.动化、智.能化.水平将.进一步提.高。.如日.本研.制的.自走.式采.摘车.，在.20°以.上的陡.坡地.使用电.视摄.像机和.无线.电遥控.组合控制方.式，.实现无.人驾.驶操.作。在机器.人采摘.研究.方面.，未来.的采.摘机.器人.将朝.着以.下几.个方.向发.展：.
6. 高.精度.的视觉.系统和.图像处理技.术
如使.用视.觉传.感器配合测距仪来精确定位，使用模.糊神.经网.络对.图像进行.智能化.处理。
7. 研发.有多.指及冗.余自.由度的.机械手.爪
多.指及.冗余自.由度.的机.械手.爪，.有柔.性和灵.巧性.的特点.。机.械手爪.要针.对作.业目标.的物.理、生.物特.性设计.，保证.采摘时.的生.产质量.。采.用合.适的.轨迹.规划.，使.得行走.和采摘.时能.够绕.过障.碍物.而不.发生碰.撞。.使用神.经网.络系.统，.机器人就.能通.过前.次轨.迹而.自我.学习，.下次.自动采.用最.近似.的轨.迹运.动。.
8… 利.用率高
可以根.据采摘.不同对.象来更.换末.端执.行器.进行采.摘作业.，这样.大大提高.机器人的利.用率.。
9. 低成本.的机器.人
便于推.广普.及，果农买.得起.，也用.得起。

1.4 本文.研究的目.标、研.究内.容和研.究方.法
1.4.1研究.目.标
像采.摘机械.这. .样的机…械手.的基.本要. .求是快…速、.准.确.地拾取. .和放… …置.物.体.，并. …携.带. .它. .们. .。这.就… .需要…高.精. . . .度、.快速. . . .响应、…一.定的…承载…能.力、足…够…的. .工作空间、.灵. …活.的自.由. .度以.及在…任.何.位.置. .的自.动定…位。.设. .计和启.动.机.械手.的原…则.是充.分. .分. .析工. .作对.象和.环.境.，确…定.工. .作的.结构.形…状和.材. .料特…性.、定. .位精…度.要.求.、抓.取和.搬运过. .程中.的.应.力.特. .性、.尺. .寸和.质. .量参…数，以…进.一步. .确. .定所…需.的条…件.。为机. .械手的.结构. .和操.作控…制.，尽.可.能.选择定…型.机. .的标.准. .部件，.简化…设计.和. .制. .造过…程，.并兼…顾.通. .用性.和质…量.。专…用.性. .强，.可. .实. .现灵…活.的运.动和.伸缩.。
1.4.2研.究内容.和研究方法
所. .述的.脐橙.采摘手.臂包. .括伸.缩杆.件，.角度调.整把手.，剪切.动力.机构电机.以及剪断.机构.剪刀。.脐橙采.摘手.臂通.过大.臂内管.与大.臂外.管的.伸缩.配合.，实.现了.可调.节功能，.既能.采摘高.处的.脐橙.也能.采摘相.对较.矮地.方的.脐橙臂.。在.调整大.臂杆.件长.短的.同时调整.小臂的.尺寸.，以.确保四.杆机.构正.常运.动。.在进.行采.摘作.业时，.需要.人工对.准苹.果，将.剪刀.调整到苹.果上.方，.然后通.过观.察苹.果果.柄的.位置，.随时调.整把.手的.角度，以.确保.不伤.果，.而且剪.断果柄.。角.度调.整完.毕之.后随.后按.动电.机开.关，.电机转.动后.，通.过行.星齿.轮减.速器.将速度.降至.整个切.断并.回到原.位的.时间.为0…5秒钟，.电机.触电开.关每.启动.一次.，剪刀.完成.一次.剪切.运动。.脐橙采.摘机.械手.臂结…构.简. .单，.成. .本低，效. .率高.，安.全.可靠.。
相.对于机.械化程.度较高.的采摘.机械来讲.，不.伤果，运.动灵活.，安全.可靠，实.用方.便。对.于解.决现.在阶段.的采摘.问题有.较大帮.助。
根据.已. .有的.一些设…计.方案，.进.行.了优…化设计.。通. .过受. .力分.析，.设. .计了.脐橙采摘.机械手臂.。首.先，.对连.杆机…构、电机.减.速器.的选. .型计.算.、部.分.重要部. .件的.验.算、动力.剪切系.统的…设.计进.行了…总.体. .方. .案. .设.计。

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