全日制普通本科生毕业设计山茶采摘平台设计研究DESIGN AND RESEARCH OF THE CAMELLIA PICKING PLATFORM由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名： 学 号：年级专业及班级： 2008级机械设计制造及其自动指导老师及职称： 学 部： 理工学部 提交日期：2012年 5月全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议除文中已经注明引用的内容外，本论文不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在文中均作了明确的说明并表示了谢意同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 作者签名： 年 月 日目 录摘 要 1关键词 11 前言 11.1 研究意义与目的 2 1.2 国内外研究现状 22 山茶采摘平台创意设计与方案 62.1 机器人一般组成 62.2 山茶采摘平台设计方案 62.3 研制概要 73 采摘平台机械设计 73.1 底盘的设计 73.1.1 基于45°全向轮的分析 73.1.2 一种山地行走系统用全向履带 103.2 升降机构的设计 114 采摘平台电路硬件电路设计 134.1 系统原理框图 134.2 采摘主控制板结构及说明 134.2.1最小系统 144.2.2 主控制板实物图 144.3 电源模块 154.4 伺服电机驱动电路 164.5 按键电路 205 主控制板程序设计 215.1 系统主程序流程图 215.2 PWM的产生 215.2.1 软件生成PWM 215.2.2 硬件生成PWM 236 系统的调试 257 总 结 25参考文献 25致 谢 26附录 27山茶采摘平台设计研究摘 要：随着国内外采摘机器人的兴起，21世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期，机械作业已逐步进入农业生产领域。
本文研究设计了能减轻人工劳动强度和提高工作效率的山茶采摘平台，平台由主控模块、行走模块（全向履带）和升降模块组成系统以STM32为核心控制器，通过对伺服电机的控制可实现采摘平台的行走控制和升降控制本文结合由铝型材制作的采摘平台的实物模型对系统的设计进行了分析和总结关键词：机器人；农业机械化；采摘平台；全向履带Design and research of the camellia picking platformAbstract: With the rise of the picking robot at home and abroad, the 21st century is an important historical period of the mechanization of agriculture to the intelligent direction, the robot has gradually entered the field of agricultural production. This study design can reduce labor intensity and improve the efficiency of the camellia picking platform, This picking platform by walking module(Omni-track), lifting module and main control module. The system use the STM32 as the core controller. The control of servomotor can be achieved walking and lifting of the picking platform. The design of the physical model produced by the aluminum picking platform system was analyzed and summarized in this paper.Key words: Robot; mechanization of agriculture; picking platform; Omni-track1 前言机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。
机器人涉及多学科交叉综合；人工智能、机器人技术、通信技术、传感器技术、仿生学、机构学、信息及编程技术、计算机学、材料学、电子技术、传动技术、接口技术、电机拖动学、精密机械技术、自动控制理论、伺服传动技术等诸多领域的技术集成，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向21世纪是农业机械化向智能化方向发展的重要历史时期我国是一个农业大国，要实现农业现代化，农业装备的机械化、智能化是发展的必然趋势随着计算机和自动控制技术的迅速发展，机器人已逐步进入农业生产领域采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，使其具有很大的发展潜力[1]1.1 研究意义与目的农业是国民经济的基础, 这是不以人们意志为转移的客观经济规律农业生产力发展的水平和农业劳动生产率的高低, 决定了农业为其他部门提供剩余产品和劳动力的数量, 进而制约着这些部门的发展规模和速度近年来，采摘作业的效率提高问题已成为农业经济发展需突破的瓶颈问题之一，目前在国内，果实采摘的成本普遍比较高，效率也低，人工采摘成为制约各地生产效率提高的一个瓶颈在各地的采摘作业基本上还是手工完成,随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。
因此推广发展机械化收获采摘技术和研究具有重要的意义 现今国内外有某些公司已经解决了机器采茶的问题，但是由于该机器结构复杂，核心机构和工作部件需要进口，价格昂贵而且该机的易损部件也是核心零部件还不能国产化，导致使用成本大大提高，所以国内的机械化采茶的效率还很低，中小型茶农也很难购买该类机器，即使有能力购买采摘机，高昂的使用维护成本会使茶农的种植收益大打折扣针对这种状况，本文主要以山茶采摘平台作为研究对象，目标是提高采摘工作效率，降低茶农成本，提高利润[2]山茶采摘平台行走控制系统设计的目的是用先进的机械化来替代繁重且低效益的农业生产方式，使农民采摘作业的更高效、更科学化、更省力利用山茶采摘平台行走控制系统实现对果实成熟时采摘的机械化，智能化极大地提高了采摘的工作效率，降低了人工作业的工作强度1.2 国内外研究现状 收获作业的自动化和机器人的研究始于20世纪60年代的美国(1968年)，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获从20世纪80年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表的西方发达国家，包括荷兰、美国、法国、英国、以色列、西班牙等国家，在收获采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、葡萄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人、甘蓝采摘机器人和蘑菇采摘机器人等。
(1) 机器人可能成为美国农场的重要组成部分 由于美国政府采取了更加严格的边境管理政策，一些依靠外来移民劳动力的农场主正将他们的视野转向一种正在发展中的新一代摘果机器人此类机器人可以从事从采集酿酒用的葡萄直至清洗和摘取莴苣心的工作 目前这类机器人正处于全面发展时期，将成为收获精致水果和蔬菜的基本工具，目前这些工作仍由手工完成圣地亚哥视觉机器人技术发明者德里克莫里卡瓦认为：新采摘机器人要依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力现代成像技术同样也使机器能够识别和挑选各种品质的水果和蔬菜方法就是将一台机械化扫描机器送入果园装备有数字成像技术设备的机器人能够生成一张三维地图，显示位置、成熟度和水果质量一台采摘机器人按照这些画面，使用他们的长机械臂仔细地采集成熟了的水果加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作开发一种水果采摘机器人上个月研究人员对原型机进行了检测，但是距离真正的广泛商业应用还有很长的路要走另外，加州州立大学弗雷斯诺分校一个葡萄酒专家小组正在研制一种自动采摘机器人，目的是使葡萄酒业实现更多的机械化该新技术包括一种称之为近红外线分光计的装置，它可以在采摘之前检测葡萄样品中的糖含量和化学成分。
然后利用这些数据绘制一幅全球定位系统地图，收割机器人可以使用这些地图进行导航，在葡萄园中采摘特定的理想成熟葡萄串位于萨利纳斯山谷的拉姆齐黑蓝德公司销售能够部分自动使用带状锯或水刀的机器人,机器人从地面收割莴苣，并将莴苣进行装箱，以便清洗和加工该公司首席执行官弗兰克梅肯纳奇称，拉姆齐黑蓝德公司开发的一种新机器模型已接近完工，这种新机器人可以采摘、清洗、取心和对莴苣和其他绿色蔬菜进行打包 (2) 日本的果蔬采摘机器人 自1983年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经20多年，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人目前，日本在水果采摘机器人领域中研究颇丰，其研究出的采摘机器人主要有以下几类 西红柿采摘机器人 日本Kondo—N等人研制的西红柿收获机器人，由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构等组成西红柿一簇可长4-6个果实，各个果实不一定是同时成熟，并且果实有时被叶茎挡住，收获时要求机械手活动范围大，能避开障碍物，所以机器人的采摘机械手设计成具有7自由度，能够形成指定的采摘姿态进行采摘末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成；视觉传感器主要由彩色摄 像机来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位；移动机构采用4轮结构，能在垄间自动行走。
采摘时，移动机构行走一定的距离后，就进行图像采集，利用视觉系统检测出果实相对机械手坐标系的位置信息，判断西红柿是否在收获的范围之内，若可以收获，则控制机械手靠近并摘取果实，吸盘把果实吸住后，机械手指抓住果实，然后通过机械手的腕关节拧下果实 草莓采摘机器人 Kondo-N等人还针对草莓的不同栽培模式(高架栽培模式和传统模式)研制出了相应的采摘机器人高架栽培模式由于适合机器人作业被越来越多地采用该机器人采用5自由度采摘机械手，视觉系统与西红柿采摘机器人类似，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动直到把草莓吸入；由3对光电开关检测草莓的位置，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘 黄瓜采摘机器人 黄瓜采摘机器人，采用6自由度的机械手，能在倾斜。