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1、分类号 TP242.6 密级 公开 UDC 621.3 编号 102990607022硕 士 学 位 论 文果树采摘机器人控制与避障技术研究果树采摘机器人控制与避障技术研究Research on Control and Obstacle Avoidance technologies of Fruit Harvesting Robot 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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容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
2、制手段保存和汇编本学位论文。保 密 ，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密 学位论文作者签名： 指导教师签名：年 月 日 年 月 日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文I毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明原创
3、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
4、；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： 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文II江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文III学位论文原创性声明本人郑重声明：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、
5、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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文IV摘摘 要要果园收获作业机械化、自动化是广大果农们关注的热点问题，开展果树采摘机器人研究，不仅对于适应市场需求、降低劳动强度、提高经济效率有着一定的现实意义，而且对于跟踪世界农业新技术、促进我国农业科技进步，加速农业现代化进程有着重大的历史意义。果树
6、采摘机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，它是由机械手固定在履带式移动平台上构成的一类特殊的移动机器人系统。本文在国家“863”高技术项目“果树采摘机器人关键技术研究”支持下，以自行设计的机器人机械结构为研究对象，对果树采摘机器人的控制系统进行了分析、研究和设计，设计了视觉伺服控制器，并对采摘机器人避障技术进行了探讨。主要工作如下： 首先，分析了果树采摘机器人机械结构，介绍了机器人运动学理论，根据自行设计的 自由度机械臂机械特性，采用几何结构算法，建立了果树采摘机器人机械臂的5正、逆运动学方程。其次，基于开放、先进和可靠的考虑，采用开放式结构设计机器
7、人的控制系统。在开放式控制系统设计中，主要对果树采摘机器人硬件组成部分主控计算机、运动控制器、数据采集卡等进行了选型设计。在分析果树采摘机器人工作环境和工作特性的基础上，设计了果树采摘机器人的外围传感器。再次，根据果树采摘机器人机械结构和控制系统结构组成，设计了 PID 控制器，应用于机器人视觉伺服控制，实现果树采摘机器人的实时控制。在详细论述关节式机器人避障方法的基础上，对果树采摘机器人避障方法进行了初步的探讨，提出了采用C-空间法实现采摘机器人实时避障。最后，建立了传感器实验平台，通过实验验证了所设计传感器的正确性。利用固高 PAN&TILT 两维数控转台和实地拍摄的苹果图像，对所提出的控
8、制方法通过转台控制实验进行了验证。 关键词：关键词：果树采摘机器人，视觉伺服控制，避障，传感器江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文IIIABSTRACTABSTRACTOrchard mechanized and automation harvesting operation have become the hot issue of majority fruit growers concerned.Develop the fruit harvesting robot research not only has a certain degree of practical significanc
9、e to meet market demand and reduce labor intensity and improve economic efficiency, but also can track new agricultural technologies of the world. It is important to promote Chinese agricultural scientific and technological progress, accelerate the agricultural modernization process.Fruit harvesting
10、 robot is an integrated system that has multiple functions such as environmental apperceive, dynamic decision making, planning conduct control and implem- entation. It is a special kind of mobile robot system that the manipulator is fixed on the track type mobile platform. This paper is supported by
11、 the National “863” Project: “research on fruit harvesting robots key technologies”. A self-designed robot mechanical structure was uesd as the study object.Analysis, research and design was progressed for the fruit harvesting robots control system. The visual servo controller was builded up.At the
12、same time the technology of harvesting robots obstacle avoidance was analysed.The main works is as follows: Firstly, the mechanical structure of the fruit harvesting robot was analysed and the theory of robot kinematics was introduced. Based on the self-design 5 degrees of freedom robot manipulators
13、 mechanical properties, the fruit harvesting robots positive and inverse kinematics equations were found using the geometric structure of the algorithm.Secondly, to improve the systems work, the system was designed to be exoteric, advanced and reliable.When the exoteric control system was designed,
14、fruit harvesting robots hardware such as the industrial control computer, motion controller, data acquisition card was mainly designed for the selection. On the basis of analysis the fruit harvesting robot working environment and working characteristics, the external sensors for the fruit harvesting
15、 robot were designed.Thirdly, according to the fruit harvesting robots mechanical structure and the components of control system, The PID controller was builded up .It was used in fruit 江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文IVharvesting robot visual servo control to achieve the robots real-time control. The joint-robot obstacle avoidance methods were discussed in detail. Then a preliminary study was made for the fruit harvesting robots obstacle avoidance method.And make use of the C-space method to achieve the harvesting
