一、 立题依据
1、研究目的及意义
设施农业已成为农业增效和农民增收最直接、最有效的途径之一，但温室内工作环境恶劣，急需开发相关的机械化作业装备。温室内的茄果类和瓜果类的年栽培期可长达9个月以上，采摘劳动强度大，非常有必要开发该类果蔬的采摘机器人，特别是其利用率远远高于大田或果园的果蔬自动化采摘装备，经济效益显着，更有可能率先得到应用。使用农业机器人可以提高劳动生产率，解决劳动力的不足，可以改善农业生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害，同时提高作业质量。机器人应用于农业生产中，特别是设施农业生产过程，是农业生产向自动化和智能化发展的标志。 2、 葡萄采摘机国内外发展现状
最早的机械采摘方法是采用机械振摇式和气动振摇式，但果实容易损坏，效率不高，而且容易摘到不成熟的果实。随着科学技术的发展，农业机器人在同外迅速发展起来。自从20等离子切割>年龄识别世纪吊耳
60年代(1968年)美国人Schertz和Brown提出用机器人采摘果实之后，对采摘机器人的研究受到广泛重视。1983年第一台采摘机器人在美国诞生，在以后20多年的时问里，日本及欧美等国家相继研究了采摘苹果、柑橘、番茄、葡萄和西瓜等的智能机器人。我国采摘机器人的研究起步虽然比较晚，但目前也逐步发展起来 如中国农业大学的张铁中等人对草莓收获机器人进行了试验性的研究，东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，上海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究等。目前，比较典型的有番茄采摘机器人、草莓采摘机器人、葡萄采摘机器人及林木球果采摘机器人等。 采摘机器人作为农业机器人的一种类型，目前在日本、美国、荷兰等国家已有研制和初步使用，主要用于采摘番茄、黄瓜、草莓、葡萄、西瓜、甜瓜、苹果、柑桔、甘蓝等蔬菜和水果，具有很大的发展潜力。
日本冈山大学研制出了一种用于果园棚架栽培模式的葡萄采摘机器人，如图5所示。葡萄采摘机器人的机械部分是一只具有5个自由度的极坐标机械手，末端的臂可以在葡萄架下水平匀速运动，能够有效地工作。视觉传感器一般采用彩摄像机，若采用PSDj维视觉传感器效果会更佳，可以检测成熟果实及其距离信息的三维信息。由于葡萄采摘季节很短，单一 的采摘功能会使机器人的使用效率降低，为提高其使用率，可更换不同的末端执行器，以完成葡萄枝修剪、套袋和药物喷洒等作业。
二、研究方案
采摘机器人形式多样，但主要由机械手、末端执行器、视觉系统、控制系统与行走系统等
部分组成。本文对采摘机械手机构设计与工作性能进行了分析。
1、视觉传感器
视觉是人类最重要的感觉之一，人们从外界环境获取的信息中，百分之七十以上是由视觉完成的，因此视觉信息处理是当前信息研究的核心任务之一，机器人视觉就是给机器人装上视觉传感器，模拟人的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，对客观世界进行形态识别，使机器人完成许多艰巨的任务。视觉传感器主要由彩摄像机来寻和识别成熟的葡萄，利用双目视觉方法对目标进行定位。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，进行采摘。
2、采摘机械手机构设计
（智慧农业控制系统1）机械臂基本结构
根据项目方案书，采摘作业对象为温室栽培，果实高度基本分布在离地高度 200．1400mm的位置。机械臂安装在移动小车上，在小车上的安装位置离地高400mm 左右。
综合考虑了机械臂的操作空间、冗余空间、姿态灵活性等因素，决定采用5 旋转自由度及一移动自由度的方案，为便于研究和表述，现对机械臂各部分结构名蕲蛇酶注射液 晶闸管调压器称作统一规范，依据人手臂分别命名为腿部，躯干，大臂，小臂，关节部分根据关 节轴线方向相应命名为移动，腰扭，肩转，肘转，腕转和腕扭，如图所示。
（2）、运动控制系统
目前主流的采用PC作为主控器的运动控制方式有以下两种：1．采用插在PC上运动控制卡对电机进行控制。2．采用CAN总线的方式来对节点上的电机进行控制。前者成本高，控制精度高，实时性能好，多用于高精密的数控加工系统，但是可扩展性差，一般购买的运动控制卡都有控制轴数的限制，如果控制轴数的增加会导致成且成本低，在控制精度、实时性、同步性上也都能够达到要求。因此采用方案2对电机进行控制。其硬件组成包括通用PC机或工控机，基于PCI总线的高性能的ZLG-PCI5 110 Aceelnet Micro Micro Module CAN卡、Copley Panel和Copley StepNet伺服驱动器，直流有刷电机安装了HEDL 5540型500线光电编码器、步进电机则直接用脉冲数来控制位置，机械臂的整体控制系统结构图如图所示。
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