1、本科毕业论文（20届）杨梅采摘机器人轮式移动平台设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要水果采摘作业是水果生产链中最为耗时、费力的一个环节。特别是杨梅这种表皮比较柔软，易损伤、生长位置的随机性、成熟期的不一致性、采摘的作业环境呈非结构性、个体形状的差异大的特点，更是会增加采摘作业的危险性以及采摘人员的劳动强度。因此研制和开发一个能有效完成任务，并且采摘效率高、性能好、简单、易操作的杨梅采摘机器人是非常有必要的。而杨梅采摘机器人的运动依赖于杨梅采摘机器人的移动平台，杨梅采摘机器人移动平台是杨梅采摘机器人整个系统的基础，移动平台的合理设计对杨梅采摘机
2、器人能否成功地完成采摘任务起到至关重要的作用。本文描述了一种能降低采摘作业危险性及采摘人员劳动强度且能够适应崎岖的水果树生长地形的轮载式移动平台，并对此轮载式移动平台的特征及其附加设备进行了描述，介绍了此轮载式移动平台的实施方法。本文第二部分描述了整个轮载式移动平台的结构，主要包括作业平台、支撑装置、行走装置、机架、动力源及控制装置等。在第三部分介绍了移动平台的主要零部件和关键结构的装配方式。同时在第四部分对轮载式移动平台的稳定性，承载能力等重要性能作了分析计算。关键词采摘机器人；轮载式移动平台；移动平台特征；杨梅采摘。IIABSTRACTFRUITPICKINGISTHEMOSTTIMECO
3、NSUMING,LABORIOUSLINKINFRUITPRODUCTIONCHAINOPERATIONESPECIALLYTHEBAYBERRY,ITSSKINISSOSOFTTHATBECOMEEASYTODAMAGEANDTHERANDOMNESSOFTHELOCATIONTHEBAYBERRY,INCONSISTENCYOFTHEMATURITY,NONSTRUCTURALOFTHEPICKINGOPERATINGENVIRONMENTS,INDIVIDUALDIFFERENCESINTHESHAPETHESEPARTICULARFEATURESINCREASETHERISKOFPIC
4、KINGOPERATIONSANDPICKINGTHELABORINTENSITYTHEREFORE,ITSNECESSARYTODEVELOPABAYBERRYPICKINGROBOTWHICHCANFINISHTHETASKSPERFECTLYANDHASHIGHPICKINGEFFICIENCY,WHATSMORE,ITMUSTBESIMPLEANDEASYTOOPERATEWHILE,MOBILEPLATFORMFORBAYBERRYPICKINGROBOTISTHEBASISFORTHEWHOLESYSTEMOFPICKINGROBOTTHERATIONALDESIGNOFMOBIL
5、EPLATFORMSFORBAYBERRYPICKINGROBOTPLAYSACRUCIALROLEINPICKINGTASKSTHISPAPERDESCRIBESAWHEELLOADMOBILEPLATFORMWHICHCANREDUCETHERISKOFPICKINGANDPICKINGTHELABORINTENSITYANDCANADAPTTOTHERUGGEDTERRAINTHATTHEBAYBERRYTREESGROWONANDTHECHARACTERISTICSOFTHEWHEELEDMOBILEPLATFORMASWELLASTHEADDITIONALEQUIPMENTAREDE
6、SCRIBEDANDSHOWTHECONCRETEIMPLEMENTATIONMETHODOFTHEWHEELEDMOBILEPLATFORMINTHISPAPERTHISPAPERISDIVIDEDINTOTHREEMAINTOPICSFIRST,INSECTION2,WEINTRODUCETHEWHEELEDMOBILEPLATFORM,INCLUDINGPLATFORMS,SUPPORTEQUIPMENT,WALKINGEQUIPMENT,RACK,POWERSOURCEANDCONTROLDEVICESSECOND,INSECTION3,WEDESCRIBETHEMAINCOMPONE
7、NTSOFTHEMOBILEPLATFORMANDASSEMBLYMETHODTHIRD,INSECTION4,THESTABILITY,LOADCAPACITYANDOTHERIMPORTANTPERFORMANCEOFTHEWHEELEDMOBILEPLATFORMHASMADETHEANALYSISCOMPUTATIONINTHISSECTIONKEYWORDSPICKINGROBOT；WHEELEDMOBILEPLATFORM；PLATFORMFEATURE；BAYBERRYPICKING目录摘要IIII目录III1概述111背景及意义112国内外发展现状2112轮式行走机构2122履
8、带式行走机构3123轮履带式行走机构4124腿式机构513发展趋势614毕业设计中所做的工作7141资料收集与整理7142移动平台方案的确定与结构设计7143零部件的选择与数据计算8144完善改进与毕业论文的撰写82方案的确定921移动平台方案的拟定9211移动平台的作业平台9212移动平台机架的确定10213移动平台支撑装置的确定10214移动平台行走装置确定11215总体方案装配图133移动平台零部件的选择及装配1431移动平台作业平台零部件1432移动平台机架零部件1533移动平台的支撑装置零部件1634移动平台行走装置零部件194移动平台性能分析及参数计算2141移动平台整体质量214
9、2伸缩式支撑装置的伸缩范围2143移动平台稳定性分析2244移动平台轮毂电机的驱动力说明245结论及其展望25IV参考文献26致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。1概述11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，目前国际上已研制开发了一系列的农业机器人，如耕耘机器人，收割机器人，施肥机器人，除草机器人，嫁接机器人，喷雾机器人，果实分拣机器人，采摘机器人等2，其中较为典
10、型的是番茄采摘机器人34，黄瓜采摘机器人5，移栽机器人6，蘑菇采摘机器人7，苹果采摘机器人5，西瓜收获机器人8。许多国家根据自己的情况开发出了各具特色的农业机器人，如澳大利亚的剪羊毛机器人，荷兰开发的挤奶机器人，法国的耕地机器人，日本和韩国的插秧机器人等6911。特别的，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HM，产量6225万T，占世界果品产量的13。蔬菜种植面积1523万HM，产量424亿T，占世界蔬菜总产量的40。在果实类的水果和蔬菜生产中，需要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
11、项劳动强度大、消耗时间长、具有一定危险性的作业12。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13。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。一个完整的移动采摘机器人是由许多子系统组成的，如图11所示2。2图11移动采摘机器人的系统组成可以看出，移动机构是采摘
12、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、轮履带式和腿式结构4种。然而上述各种移动平台结构都有各自的优缺点，要根据采摘对象的特殊性来综合设计一种最适合这个对象的移动平台。针对杨梅种植的环境及各方面因素，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。12国内外发展现状移动机器人按照行走机构一般可分为车轮式、履带式、轮履带式和腿式4种。11
13、2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12所示日本的NKONDO等人研制的番茄收获机器人67。3图12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
14、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2228虽然具有运动稳定性29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。122履带式行走机构从20世纪80年代起，国外就对小型履带式机器人3032展开了系统的研究，比较有影响的是美国的PACKBOT8机器人、URBOT、NUGV和TALON9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
15、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重构履腿机器人等。履带式移动机构如图13所示具有以下特点141支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，越野机动性能好。42履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。3具有良好的自复位和越障能力，带有履带臂的机器人还可以像腿式机器人一样实现行走。图13履带式移动机构同轮式移动机构相比，履带式行走机构由于其接地
16、面积大，附着能力强，可以减少对土壤的碾压，对地面的适应性好，具有更好的通过性，配上各种农具可在湿烂田进行大部分农田作业，但由于转弯半径大，因此转向不灵活。在行走空间受到限制的场合，就不能选择这种移动机构。目前只有葡萄采摘机器人使用履带式行走机构。和轮式行走机构一样，履带行走机构的结构简单、驱动较容易4。123轮履带式行走机构鉴于轮式和履带式移动机构的优缺点，机器人移动方式还有一种轮履带式行走机构，这种机构在兼顾了前两者的优点的同时，还开发出了摆臂的新功能，已逐渐成为现代地面移动机器人的发展趋向。如图14所示15为一种轮履复合式行走机构农业机器人平台，其目的是保证农业机器人在平坦路面快速行驶的同
17、时，又能适应复杂的农田行走环境。5图14轮履复合式机器人平台如图14所示，农业机器人平台由摆臂履带L、前行走轮2、行走履带3、机体4、后行走轮5、摆臂7等组成。6为加装在机器人平台上的不同作业机具。摆臂可以绕前轮轴心转动，通过控制摆动关节角形成不同的运动姿态，以适应不同的环境变化。农业机器人平台在平坦的路面上行驶时，采用四轮着地运动模式。该模式具有普通轮式机器人的运动特性，可以前进、倒退、转弯，并具有摩擦阻力小、能耗低、运动灵活平稳、工作空间小等特点，能实现农业机器人平台在平坦路面上长距离运动要求，保证其快速、高效地进入工作地点。农业机器人平台另一种运动模式是四轮着地、履带辅助行驶。此种模式主
18、要用于农业机器人平台通过松软或凹凸不平的地形，此时，行走履带根据道路凹凸不平的实际情况，自动辅助行走轮驱动农业机器人平台前进。农业机器人平台的第三种运动模式是攀爬台阶或通过沟壕时，两个前臂下摆，摆臂履带与障碍物表面接触，与行走轮或行走履带共同驱动农业机器人平台前进。此种模式加大了农业机器人平台与地面的接触跨距，增加了行走机构与地面的接触长度，增多了接触点。但是类似这样的复合式机器人虽能适应复杂环境或某些特殊环境，如管道，有的甚至还可以变形，但其结构及控制都比较复杂15。124腿式机构6机器人采用两腿或多腿行走，一直是人类的梦想。用腿式机构如图15所示作为机器人的行走机构无论是对地面环境的适应性
19、还是躲避障碍物的能力，都是轮式、履带或轮一履带结构所无法比拟的3。图15腿式机构机器人在国内，对多足步行机器人3334的研究是在20世纪80年代末90年代初起步的，近些年来，多足步行机器人技术也有了较大的发展。中国科学院长春光学精密机械研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、上海交通大学等单位和院校都先后开展了多足步行机器人技术的研究16。其中比较有代表性的有上海交通大学研制的小型六足仿生机器人17，中国科学院沈阳自动化所成功研制了水下全方位六足步行机器人LR一1。清华大学开发了“DTWM”框架式双三足步行机器人、五足爬杆机器人18。上海交通大学祝捷等人研究的SMA驱动的微型双三足步行机
20、器人19等等。但是这样的移动机器人目前仍处于试验研究阶段，特别是开发适合复杂的农田地面的步行机构还存在很多的困难。同时类似与人腿的步行机构也存在不足之处，步行机器人虽能够满足某些特殊的性能要求，能适应复杂的地形，但多足步行机器人研究平台的承载能力不强20，从而导致它们没有能力承载各种必需的设备。并且，多足步行机器人虽有很好的地面适应能力，但在某些地貌，其行走效率很低，而且在机器人动步态步行方面的研究比较缺乏。再者，其结构自由度太多、机构复杂，导致难于控制、移动速度慢、功耗大5。因此，这些不足之处将使其应用于农业领域带来的很多困难。13发展趋势7综上所述，农业机器人移动机构直接决定机器人运动的灵
21、活性和控制的复杂性，在满足机器人性能的前提下，结构要求尽可能简单、紧凑和轻巧，能适应相应的农业地形，并且还要尽可能保障机器人运动平稳和灵活避障。在这点上轮式移动机器人具有优势，由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点，现今正向实用化迅速发展。履带式移动机构由于支承面积大，接地比压小，比轮式机构更适合松软或泥泞的农田，但其结构复杂，重量大，运动惯性大，减振性能差，零部件易损坏21，因此在水田地区可以考虑采用这种移动机构作为开发农业机器人的移动平台。轮履带式行走机构虽有其独特的优点，但其结构相对复杂，机械结构较大，灵活性不够。而对于步行机构，虽
22、然研究较多，但大多处于试验阶段，特别是对于步行机器人的动平衡问题和承载力的问题，目前正在发展和完善中，将其应用于农业方面还存在较多的困难。各类机器人的移动平台都有各自得优缺点，受到现有技术水平的限制，以上缺点不可能马上得以解决。因而这些移动平台应用到采摘机器人上必会影响采摘效率和采摘成功率。对此，可以采取人机协作的形式，在某些移动轨迹不需要很精确的地方而平台承载的设备较重时（例如，在山林里采摘水果），可以采取轮式移动平台，其移动轨迹由人操纵。如此人机协作，在现有技术水平的前提下，合理定位采摘机器人的智能化程度，不仅提高了机器人的采摘效率和成功率，还能大幅度降低系统的成本，有利于尽早实现采摘机器
23、人的产业化。14毕业设计中所做的工作在本设计中主要的工作是完成移动平台的总体机械结构设计以及整体方案合理性分析，零部件的选择和零部件图纸的绘制，移动平台的性能参数的计算分析。所作具体工作内容如下141资料收集与整理收集国内外已开发出的移动平台的资料，分析与总结已有移动平台类型的优缺点，借鉴其设计思路和设计优点。根据杨梅采摘的特点，包括地形的复杂性，杨梅树的高度等，结合自己的想法设计出能有效降低采摘作业危险性及采摘人员劳动强度的移动平台。142移动平台方案的确定与结构设计8综合分析杨梅采摘作业的环境，杨梅树生长地区的地形崎岖不平，杨梅树的高度高达35米，移动平台是杨梅采摘机器人的基础，需承载一定
24、重量的机械设备，因此确定使用稳定性好，承载能力强的轮式结构的移动平台。整个移动平台包括作业平台，支撑装置，行走装置，机架，分别对每个部分作合理设计并计算分析这些设计对整个移动平台的稳定性，承载性的影响。143零部件的选择与数据计算根据杨梅采摘机器人对其移动平台的要求，包括平稳性，承载能力，移动效率，结构紧凑简单。移动平台的零部件选择应当选择合适，牢靠的材料，确定合适的尺寸。对支撑装置的活动范围，车轮的承载能力，电机的动力等进行计算确定。144完善改进与毕业论文的撰写对整个移动平台的设计方案作进一步完善，确保每个部分都满足杨梅采摘作业的要求。改善结构设计的不足之处，使其符合加工工艺合理性。对毕业
25、设计进行客观的总结，把理论与设计系统化，加以巩固。92方案的确定21移动平台方案的拟定杨梅采摘机器人轮式移动平台的整体结构主要包括作业平台，支撑装置，行走装置，机架等部分。作业平台上可安装用于杨梅采摘的机械臂，剪切手等设备。同时如果情况需要采摘工作人员也可登上作业平台进行人工采摘操作。支撑装置是用于在崎岖不平的山路等不规则地形上保持整个移动平台及其上设备的稳定，使杨梅采摘作业能顺利进行。行走装置是杨梅采摘机器人的基础部分，移动平台自带蓄电池，由轮毂电机驱动使杨梅采摘机器人能高效地在山路或其他地方移动。机架作为连接作业平台，支撑装置，行走装置的骨架，由钢材焊接而成，稳定牢靠。211移动平台的作业
26、平台移动平台的作业平台为如图21所示的一般的承重平台。用于承载杨梅采摘机器人上的相关设备包括伸缩机械臂，剪切机械手等。特殊情况下，采摘人员也可登上作业平台进行人工采摘操作。此作业平台上设有扶手架，采摘人员可握住此扶手架推动移动平台移动。扶手架也起到保护作业平台上的设备的作用，防止设备从作业平台上滑落对采摘操作人员造成危害。此外，在作业平台的四个边角处设有铰链座，用于连接活动式伸缩支撑杆。图21作业平台示意图10212移动平台机架的确定移动平台的机架作为连接作业平台，支撑装置，行走装置的骨架，应该简单、可靠、稳定。主要由两根立柱和一根横梁构成如图22所示，两根立柱和横梁的材料都为45号钢，焊接而
27、成。两根立柱对称的焊接在作业平台的下方，横梁焊接在两根立柱的底端。横梁的两侧安装有车轮。图22移动平台机架示意图213移动平台支撑装置的确定杨梅采摘机器人的工作效率的高低与其工作时的稳定性是息息相关的。移动平台的支撑装置就是支撑整个采摘机器人，维持采摘机器人的稳定性，确保采摘机器人工作效率的必不可少的装置。设计杨梅采摘机器人移动平台的支撑装置需综合考虑杨梅树的特点和其生长环境。一方面，杨梅树属常绿乔木或灌木，树高3到5米不等，为了能摘取到杨梅果实就要求杨梅采摘机器人的伸缩机械臂的长度较长，而且在采摘过程中机械臂的活动范围大，这就造成了杨梅采摘机器人的重心变化频繁而且幅度较大；另一方面，杨梅树的
28、生长地形不规则，一般生长在山区丛林中，地面崎岖不平。综合以上分析，一般的固定式支撑装置就不适用于这种场合，如图23所示的活动式的支撑装置能在此种非结构环境中，根据需要调整支撑角度保持移动平台工作11时的稳定，同时根据地形的不规则程度，调整支撑杆的长短有效地与地面接触，起到支撑作用。图23活动式支撑装置示意图此活动式支撑装置通过铰链连接在作业平台上，支撑装置主要由四根支撑杆组成，关于横梁对称布置，每一边两根，在移动平台到达指定工作位置时，支撑杆的下端均以作业平台为中心向外倾斜，四根伸缩式支撑杆的上端所围成的面积小于四根伸缩式支撑杆的下端所围成的面积，这样非常利于整个移动平台的稳定性。此支撑装置还
29、具有阶梯的功能，在横梁同侧的两根支撑杆之间设有台阶，特殊情况下，采摘操作人员可借助此阶梯登上作业平台进行人工操作。214移动平台行走装置确定12行走装置决定了移动平台的移动方式，是移动平台的核心装置。行走装置直接影响移动平台的整体性能和移动平台的适用领域。目前国内外对水果采摘机器人移动平台行走装置的研究有很多，针对不同的水果及水果树的生长地形有不同型式的移动平台。其中最具代表性的有车轮式，履带式，轮履复合式，腿式4种样式的移动平台行走装置。车轮式行走机构为上述4种行走机构中最为简单，易实施的行走装置。一般按轮子的个数可分为单轮滚动，两轮，三轮，四轮，多轮滚动行走装置，最常见的是两轮驱动式（如图
30、12所示）。轮式行走机构自重轻，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，在农业机器人中得到广泛应用。履带式行走机构如图13所示的基本机构组成有四个履带轮（其中两个为驱动轮），两条履带及车架。履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力，同轮式行走机构相比，履带式行走机构由于其接地面积大，附着能力强，可以减少对土壤的碾压，配上各种农具可在湿烂田进行大部分农田作业，但由于转弯半径大，转向不灵活，承载能力受到限制，能耗较大。如图14所示轮履复合式行走装置结合了轮式行走装置和履带式行走装置的一些优点，但其结构及控制都比较复杂，作
31、为农业水果采摘机器人的行走装置不易普及。腿式行走机构是模拟人走路时的腿的移动而设计的一种行走机构，机器人的每条腿交替行进。腿式行走机构与地面的接触面积小，腿关节的自由度大，因此如图15所示的腿式行走机构无论是对地面环境的适应性还是躲避障碍物的能力都远胜于前三种行走机构，但是其承重能力不足，结构自由度太多、机构复杂，导致难于控制、移动速度慢、功耗大。综合分析以上4种行走装置的特点及适用场合，考虑杨梅采摘机器人的特殊工作环境，根据杨梅树的崎岖不平的山地生长地形及树高，要求杨梅采摘机器人的移动平台的行走装置需要有足够的越障能力，承载能力，机动能力。本设计结合上述行走装置的优点，摒弃其设计缺陷，采用轮
32、式行走机构作为杨梅采摘机器人移动平台的行走装置。如图24所示的轮式行走装置采用两轮呈对称布置的方式，两轮都是驱动轮，结构简单，坚固牢靠，稳定性好，机动灵活，移动效率高，在山地间活动更展现其优越性。采用带有轮毂电机的车轮，很好地避免安装固定驱动电机的麻烦，减轻行走装置自身重量，增加其承载能力。此行走装置的控制方式简单，易掌握，只需控制轮毂电机与蓄电池之间线路的13通断即可使行走装置启动或停止。图24轮式行走装置215总体方案装配图杨梅采摘机器人轮式移动平台的总设计方案视图如图25所示图25总体方案示意图143移动平台零部件的选择及装配31移动平台作业平台零部件杨梅采摘机器人移动平台的作业平台如图
33、31所示是用于承载杨梅采摘设备包括伸缩机械臂，剪切机械手的承重平台。在特殊情况下，可作采摘人员攀登进行人工采摘的站立平台。图31作业平台示意图作业平台的四个边角处设有安装铰链座的螺纹孔，铰链座（如图32所示）用于连接移动平台支撑装置的伸缩式支撑一。15图32铰链座示意图32移动平台机架零部件杨梅采摘机器人移动平台的骨架主要有两根立柱（如图33所示）和一根横梁（如图34）所示构成，两根立柱与横梁连接方式为焊接。图33立柱示意图16图34横梁示意图33移动平台的支撑装置零部件杨梅采摘机器人移动平台的支撑装置主要组成部分有支撑杆一（如图35所示），支撑杆二（如图36所示）。图35支撑杆一示意图17图
34、36支撑杆二示意图支撑杆一以铰链的方式连接在作业平台上，支撑杆二的最低端有尖角，可在工作时插入地面，不会与地面相对滑动影响杨梅采摘机器人的采摘工作。两杆之间通过压紧装置（如图37所示）连接。图37两支撑杆连接方式示意图18压紧装置包括压块如图38所示和压柄如图39所示两部分，压柄销接安装在支撑杆二上。图38压块示意图图39压柄示意图当杨梅采摘机器人到达工作位置时，为了维持整个机器人进行采摘工作时的稳定性，需要合理调节支撑杆，使其与不规则地形有效稳定的接触。调节伸缩式支撑杆时，扳起压柄，两杆之间松开便可相互滑动。调节好适宜的长度时，扳下压柄，两杆被紧紧压在一起，通过巨大的摩擦力使两杆相互固定。安
35、装成型后，伸缩式支撑杆如图310所示19图310伸缩式支撑杆34移动平台行走装置零部件杨梅采摘机器人的行走装置采用轮式结构，两驱动轮呈对称式布置，两个驱动轮是带有轮毂电机的电动车后轮如图311所示。图311轮毂电机电动车轮毂电机主要参数规格16寸额定电压48V额定功率05KW效率8320上述轮毂电机的电机轴的截面为矩形，因此移动平台轮子与横梁的装配用双头螺柱连接固定，装配方式如图312所示图312移动平台车轮安装方式车轮胎尺寸16250即车轮直径40CM车胎宽度625CM行走装置由电瓶车用蓄电池供能，蓄电池固定安放在横梁和立柱组成的机架上。蓄电池基本参数类型动力型蓄电池，电池盖和排气拴结构阀控
36、式密闭蓄电池，化学类型铅酸蓄电池，荷电状态免维护蓄电池，电压48（V），型号6DZM20，额定容量20AH，外型尺寸181X77X180X180（MM）214移动平台性能分析及参数计算41移动平台整体质量作业平台的质量采用铝板制造。体积V60050015MM45106MM4510CM铝的密度27103质量V4510271031215立柱的质量采用钢棒体积V4202020168105168钢的密度78103质量V1687810313横梁的质量钢制体积V400303036105MM360质量V7810336028支撑杆一的质量钢制体积V500206565104MM65质量V781036505支撑杆
37、二的质量钢制体积V4003030218105MM180质量V7810318014车轮质量5蓄电池质量10整个移动平台基本上包括一个作业平台，两根立柱，一根横梁，两个车轮，四根支撑杆一和支撑杆二，蓄电池。所以整个移动平台的总质量12151322805414452104542伸缩式支撑装置的伸缩范围杨梅树的生长地域为山地丛林，地形崎岖不平，杨梅采摘机器人移动平台的支撑装置需根据地形的不平整程度加以调整。因此调整的范围应适当，保证杨梅采摘机器人能在凹凸或低洼的地方进行采摘工作。下面分析伸缩式支撑装置的调整范围伸缩式支撑杆一铰接在作业平台上，支撑杆一上焊有圆钢棒作为阶梯。如图41所示,在伸缩杆一距顶端
38、122MM处焊有作为阶梯的圆钢棒。当移动平台未工作时把支撑装置缩到最短以节省空间，缩短时，支撑杆一和支撑杆二重叠的部分增多，最短极限位置如图中上部分所示，此时支撑装置总长度为550MM。当移动平台到达工作位置时，把支撑装置调节到合适的长度，支撑杆伸长到最长的极限位置如图中下部分所示，此时支撑杆一和支撑杆二重叠的部分为压块所在的位置，伸长到最长时总长度为895MM。因此伸缩式支撑装置的伸缩范围为895550345MM22图41伸缩式支撑杆的两个极限位置示意图图42展示了杨梅采摘机器人工作时支撑装置能够起支撑作用的支撑范围，图中虚线表示伸缩式支撑杆能起支撑作用的极限位置，即伸缩式支撑杆伸长到最长时
39、的支撑情况，此时杆与地面相抵，所成的角度约为45。因此，在左右两边虚线之间的范围内，支撑装置都能有效地起到支撑作用，维持杨梅采摘机器人轮式移动平台的稳定。图42伸缩式支撑杆支撑范围示意图43移动平台稳定性分析杨梅采摘机器人移动平台是杨梅采摘机器人整个系统的基础，移动平台的23稳定性对杨梅采摘机器人能否成功地完成采摘任务起到至关重要的作用。综合分析杨梅采摘机器人的结构，得出在其进行采摘工作时即机械臂完全伸展开时，机械臂的重心外移形成倾覆力矩，可能会使移动平台失稳引起侧翻。下面在机械臂全部展开的极限位置对移动平台的稳定性进行分析。杨梅采摘机器人移动平台上所承载的设备估计有30，伸缩机械臂（以总长为
40、3M为例）完全展开时如图43所示，机械臂与水平位置的作业平台的角度为53（由机械臂设计的活动范围半锥角为37的圆锥区域），机械臂全长未画出，只标出其重心位置，其重心位置在距其底端1200MM处。移动平台自身重45KG，由图43可知以伸缩式支撑杆与地面相抵处为支点，由机械臂及剪切手引起的力矩309812COS532123NM由移动平台自重引起的力矩459808773867NM2123NM因此杨梅采摘机器人在工作时，合理调整伸缩式支撑杆的支撑位置，机械臂在设定好的范围内自由活动时，杨梅采摘机器人可稳定的工作，不会侧翻。图43机械臂完全展开时极限位置示意图2444移动平台轮毂电机的驱动力说明移动平台
41、行走装置所使用的轮毂电机为一般普通电动自行车所用轮毂电机（配有配套的蓄电池），而电动自行车负荷能力为100KG左右，而整个杨梅采摘机器人的总质量为70KG左右。所以，移动平台的动力完全足够。255结论及其展望本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年所学知识进行整合，完成一个特定功能、满足特殊要求的杨梅采摘机器人移动平台的设计，较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平、实践专业能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，实现了理论和实践的有机结合。杨梅采摘机器人移动平台的设计采用轮式行走装置，两轮呈对称布置，配有活动式伸缩支撑装置。整个移动平台结构紧凑、稳
42、定性好、工作可靠，设计周期短且造价较低。杨梅采摘机器人移动平台的作业环境为地形崎岖不平的山林地带，采用电动自行车用带有轮毂电机的车轮，动力强劲，控制方便，能很好的在不规则地面上完成杨梅采摘任务。杨梅采摘机器人移动平台的设计为杨梅采摘机器人提供了稳定，可靠的运载平台，是杨梅采摘机器人必不可少的基础。杨梅采摘机器人可以切实地降低杨梅采摘作业的危险性及采摘人员劳动强度，具有实质性意义。综上，经过资料的收集、方案的选择比较和论证，到分析计算，再到工程图纸的绘制以及毕业设计论文的撰写等各个环节，我对大学四本科阶段的知识有了一个整体的深层次的理解，同时对工程的理解更加深刻和准确。因此，通过毕业设计实现了预
43、期目标。26参考文献1张立彬，计时鸣，胥芳，等农业机器人的主要应用领域和关键技术J浙江工业大学学报，2002，30136372徐丽明，张铁中果蔬果实收获机器人的研究现状及关键问题和对策J农业工程学报,2004，20538413方建军移动式采摘机器人研究现状与进J农业工程学报，2004，2022732744闫树兵，姬长英农业机器人移动平台的研究现状与发展趋势J拖拉机与农用运输车,2007,34513155朱磊磊，陈军轮式移动机器人研究综述J机床与液压,2009,3782426KONDON，MONTAMBASICSTUDYONCHRYSANTHEMUMCUTTINGSTICKINGROBOTAIN
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