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1、学校代码: 学 号:110590805070014合昶卷FtHefei Un iversity毕业设计（论文）BACH ELOR DISSERTATI ON论文题目：番茄采摘机器人运动控制系统的设计与实现学位类别：工学学士年级专业（班级）：作者姓名：导师姓名：完成时间：番茄采摘机器人运动控制系统的设计与实现中文摘要本文从机器人机械结构入手，对番茄采摘机器入的运动控制系统进行了研究。首先， 参照国内外的采摘机器人的研究现状，分析了番茄采摘机器人机械结构并完成运动控制系 统的机械结构设计。其次，对运动控制系统进行了分析和设计。运动控制系统的分析与设计部分立足于采 摘机器人的工作环境，并结合采摘机器
2、人自身运动方面的需求和其它机械部分的需求来设 计。主要包括：电源模块、电机控制模块、电机驱动模块、显示模块等。第三，对采摘机器人的传感器部分进行了分析并对运动控制系统的避障部分进行了设 计。采摘机器人的传感器选择依据的是番茄采摘机器人的工作环境以及目前市场上所具有 的几种常见传感器的性能、价格和能完成的功能进行比较选择，最终设计出避障系统。最后，通过仿真验证了运动控制系统设计的准确性，实现了避障功能。关键词：机械结构；避障；传感器；运动控制#Tomato Harvesting Robot Motion Control System DesignAnd ImplementationABSTRAC
3、TThis paper starts from the mecha ni cal structure of robot to an alyse and desig n the moti on con trol system of Tomato Pick ing Robot .Firstly, with referenee to the new researchof the domestic and foreign picking robot, it an alyses the tomato pick ing robot mecha ni cal structure and desig n me
4、cha ni cal structure of the motio n con trol system .Secon dly, an alysis and desig ns the motio n con trol system. It is also based on the pick ing robot working environment, and combined the damand of picking robot self motion and the coord in ati on of other mecha ni cal to desig n. Mai nly it co
5、mprises a power supply module, motor con trol module and display module and so on.Thirdly, The sen sor of the pick ing robot is an alyzed and desig ning the obstacle avoida nee of the motio n con trol system , mai nly in clud ing: the selectio n of sen sor, obstacle avoida nee module, alarm module d
6、esig ning. Pick ing robot sen sor selecti on is based on the tomato pick ing robot worki ng en vir onment as well as the curre nt market, which has several com mon sen sor performa nee, price and can complete the fun cti on chose n for comparis on. At last, it desig ns the obstacle avoida nee system
7、.Fin ally, the accuracy of the motio n eon trol system in this desig n is verified correctly by simulatio n. The obstacle avoida nee fun cti on can realizi ng in the simulatio n .KEY WORD: mechanical structure; obstacle avoidance; sensors; motion controlii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）
8、，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
9、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：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、 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
10、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：年月日中文摘要IABSTRACT II第一章 前言11.1研究背景与意义11.2果实采摘机器人研究现状 11.2.1果实采摘机器人国内外发展现状 11.2.2果实采摘机器人关键技术及其发展现状 31.3研究内容与结果4第二章机械结构的分析与设计 52.1果实采摘机器人整体机械结构的分析 52.2运动控制系统机械结构的设计 62.2.1运动控制系统的机械结构分析 62.2.2运动控制系统机械结构的设计 62.3运动控制系统车体载荷分析与执行器的选
11、择 72.3.1执行器选择依据 72.3.2执行机构电机的介绍 10第三章运动控制系统硬件部分设计 123.1总体方案设计思路 123.1.1主控制器模块123.1.2电源模块123.1.3电机控制模块133.1.4电机驱动模块133.1.5显示模块143.1.6报警模块153.1.7传感器选择与避障系统设计153.2运动控制系统硬件设计 173.2.1主控器模块设计 173.2.2电机控制模块电路设计 183.2.3报警模块电路设计 203.2.4显示模块电路设计 203.2.5超声波模块电路设计 21第四章运动控制系统软件设计 234.1运动控制系统总程序流程图 234.2超声波测距模块
12、244.3避障模块254.4电机控制模块264.5显示模块27第五章 系统仿真27结束语30参考文献31致谢33附件34#第一章 前言11研究背景与意义随着电子技术和计算机技术的发展，智能机器人已在许多领域得到日益广泛 的应用。在农业生产中，由于作业对象的复杂、多样，以及当前我国正面临人口老 年化的趋势，使得新型农业机械一一农业机器人的开发具有巨大经济效益和广 阔的市场前景，符合社会发展的需求。番茄采摘机器人是基于人工采摘果实作业 中耗时、费力等因素而应运而生的智能农业装备。运动控制系统作为采摘机器人控制系统中不可或缺的部分为机器人实现连续、稳定的采摘工作提供了必要的保 证。国际上，日本、美国
13、等发达国家，已经从20世纪80年代开始研究采摘机器 人，并取得很多成果。从1983年的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发展已经经历了近 30年，但我国在该领域中的研究还处 于起步阶段，因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平， 使其为我国农业的生产和发展做出重大。1.2果实采摘机器人研究现状1.2.1果实采摘机器人国内外发展现状采摘机器人是针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成这些作物的采摘、转运、 打包等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统，是集机械、电子、 信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学0近30年来，采摘机
14、器人的发展可谓是日新月异，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。和国内相比国外一 直处于技术前沿。(1)经典的番茄采摘机器人是日本 Kondo N等人研制的番茄 采摘机器人。其结构由机械手臂、末端执行机构、运动行走机构、视觉识别装置、 控制模块、能源组块组成。图1.1、图1.2是其发明的7自由度采摘机器人的机 械结构和实物图。采用具有冗余度的7自由度机械手是为了能够灵活避开障碍物。此款机器人的采摘准确率为70%，速度为15s/个果实o (2)美国研究人员 在美国航空航天局资助下研制成番茄采摘机器人能在草和叶子之间确定西红柿 的位置，挑选出已成熟的西红柿并
15、进行采摘，其采摘准确度可达到85%95%5(3)日本一家机器人公司研制出草莓米摘机器人，如图1.1所示。其内置有能够感应色彩的摄像头，可以准确分辨出草莓和绿叶，利用事先设定的色彩值，再 配合独特的机械结构，它就可以判断出草莓的成熟度，并将符合要求的草莓采摘 下来，速度达到10s/个。(4)韩国的苹果收获机器人：韩国庆北大学的科研人 员研制出苹果果采摘机器人，它具有4个自由度，包括3个旋转关节和1个移动 关节。采用三指夹持器作为末端执行器， 其手心装有压力传感器，可以起到避免 苹果损伤的作用。它利用 CCD摄像机和光电传感器识别果实，从树冠外部识别 苹果的识别率达85%,速度达5 s/个。该机器人末端执行器下方安装有果实收集 袋，缩短了从采摘到放置的时问，提高了采摘速度 。我国机器人技术虽然起步较晚，但在改革开放的推动下发展迅速。尤其在不 少大专院校、研究所都在迸行采摘机器人和智能农业机械方面的研究，已有很多研究成果披露，比较有代表性的有：东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘 机器人；吉林工大学的周云山等人研究了蘑菇采摘机器人9;中国农业大学的 张铁中等人针对我国常见
