杨梅采摘机器人轮式移动平台设计【文献综述】

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1、毕业论文文献综述机电一体化杨梅采摘机器人轮式移动平台设计1、研究背景及意义我国是一个农业大国，虽然农业人口众多，但随着工业化进程的不断加速，可预计农业劳动力将逐步向社会其它产业转移，实际上进人21世纪后，我们将面临着比世界任何国家都要严重的人口老化的问题，农业劳动力不足的问题将逐步变为现实[1]。因此对于农业机器人的研究就刻不容缓，特别在水果，蔬菜等方面，这类农作物的种植面积和产量逐年提高。据统计，2002年中国果品种植面积893万h㎡，产量6225万t，占世界果品产量的l3%。蔬菜种植面积1523万h㎡，产量4．24亿t，占世界蔬菜总产量的4O％。在果实类的水果和蔬菜生产中，需要

2、人工不定时的对果实进行成熟度判断和收获，并不时地移动梯子登高或弯腰。因此收获作业是一项劳动强度大、消耗时间长、具有一定危险性的作业[2]。与此同时，采摘作业质量的好坏还直接影响到产品的后续加工和储存。如何以低成本获得高品质的产品是水果生产环节中必须重视和考虑的问题。由于采摘作业的复杂性。采摘自动化程度仍然很低。目前国内水果采摘作业基本上都是手工进行，随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高，这样会大大降低产品的市场竞争力[3]。所以研究开发适合目前生产实际的果蔬果实收获机器人不仅可以在很大程度上减轻劳动强度、提高生产效率，而且具有广阔的市场应用前景。特别的，针对采

3、摘机器人，其具有的一般特点有：1)作业对象的娇嫩性和复杂性；：生物具有软弱易伤的特性，必须细心轻柔地对待和处理。且其形状复杂，生长发育程度不一，相互差异很大；2)作业环境的非结构性；：由于农作物随着时间和空间而变化，工作环境是变化的、未知的，是开放性的。作物生长环境除受地形条件的约束外，还直接受季节、天气等自然条件的影响。这就要求生物农业机器人不仅要具有与生物体柔性相对应的处理功能，而且还要能够顺应变化无常的自然环境，在视觉、知识推理和判断等方面具有相当的智能；3)作业动作的复杂性；：农业机器人一般是作业、移动同时进行，农业领域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范

4、围，较长的距离及遍及整个田间表面等特点4)操作对象和价格的特殊性：农业机器人操作者是农民，不是具有机械电子知识的工程师，因此要求农业机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点；另外，农业机器人以个体经营为主，如果不是低价格，就很难普及[3]。因此针对采摘机器人的以上特点，研制和开发一个简单，紧凑，轻巧，灵活，承载能力好的移动平台是非常必要的。2、国内外研究现状一个完整的移动采摘机器人是由许多子系统组成的，如图1所示[4]。图1移动采摘机器人的系统组成可以看出，移动机构是采摘机器人运动的基础。当前，农业移动机器人大体分为两类：一是在大面积农田或山林的室外型，一类是在大棚温室或设施内作业的

5、室内型。不论哪一类，绝大多数都需要移动作业。由于采摘对象的复杂性和环境的非结构化，移动机器人的平台设计也呈现出多样性。移动机器人按照行走机构一般可分为车轮式、履带式、轮--履带式和步行结构4种。2.1轮式行走机构车轮式行走机构最简单，应用也最为广泛。目前轮式移动机器人研究已取得的成果，按车轮数目对地面移动机器人进行了归类，单轮滚动机器人、两轮移动机器人、三轮及四轮移动机器人[5]。在农业中，常见的有四轮或三轮式机器人。国际上一些发达国家，从上世纪80年代起，纷纷重视农业机器人的研究开发，特别是日本，由于其老龄化社会现实和农业劳动力的不足，促使其开发出一系列的农用机器人。这些机器人大

6、都以移动车体作为行走平台，并且以两轮驱动最为常见。如图2所示为日本的N．Kondo等人研制的番茄收获机器人[6][7]。图2番茄收获机器人此行走机构有4个车轮，能在田间自动行走，利用机器人上的光传感器和设置在地头土埂的反射板，可检测是否到达土埂，到达后自动停止，转动后再继续前进。轮式移动机器人虽然具有运动稳定性与路面的路况有很大关系、在复杂地形如何实现精确的轨迹控制等问题，但轮式移动机构仍具有明显的优势，轮式移动机构自重轻，承载能力大，移动速度快，能耗较小，并且由于轮式移动机构控制简单，运动较稳定，能源利用率高，现今正向实用化迅速发展[4]。2.2履带式行走机构从20世纪80年代起

7、，国外就对小型履带式机器人展开了系统的研究，比较有影响的是美国的Packbot[8]机器人、URBOT、NUGV和talon[9]机器人。此外，英国研制的SupperWheelbarrow排爆机器人、加拿大谢布鲁克大学研制的AZIMUT机器人[10]、日本的HeliosVII机器人[11]都属于履带式机器人。我国对履带式机器人的研究也取得了一定的成果，如沈阳自动化研究所研制的CLIMBER机器人[12]、北京理工大学研制的四履腿机器人[13]、北京航空航天大学研制的可