采摘機械手結構設計分析

常新

摘 要：采摘機械人在農(nóng)業(yè)應用中屬于具有自動化的技術，要想掌控該農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展動態(tài)，就要根據(jù)其在農(nóng)業(yè)中應用與實踐，結合采摘機械人的作業(yè)特點以及相關設計，文章分析了其結構的組成以及在設計上所應用的組成，有利于在該基礎上分析農(nóng)業(yè)技術中存在的諸多問題，進而提出了對關鍵技術的研究與應用，穩(wěn)定其農(nóng)業(yè)技術在該領域中的自身地位。

關鍵詞：采摘；機械手；結構設計；分析

0 引言

伴隨機器人的設計技術在科技領域中發(fā)展，將其應用在農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的采摘工藝上，取替了人工重復式的勞作。其采摘設備作為新型裝置，盡管沒有人工采摘方式靈活，但卻減少了其重復工作的頻率，以便順應較差的農(nóng)業(yè)環(huán)境，提升其自動化采摘的效率。因此，對其承重、定位有精準性以及穩(wěn)定性操作的要求，加之人工采摘成本的增加以及勞作量，推進了該采摘技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用與普及。

1 采摘機器人特點

機器人工業(yè)技術在趨于成熟化發(fā)展之下較傳統(tǒng)，但其采摘技術適應了復雜的采摘作業(yè)環(huán)境，其作業(yè)對象也逐漸向水果、蔬菜方向發(fā)展。其具有的采摘特點包含：稚嫩、復雜形狀的農(nóng)作物對象，要求機器人必須協(xié)調(diào)與控制自身結構和傳感器以及控制系統(tǒng)，但由于采摘對象的分布具有隨機性，相應增加了在定位中的難度，不利于提升采摘速度、成功概率。加之較高的智能化成本，增加了在農(nóng)業(yè)中應用的難度系數(shù)，但卻具有可靠的采摘特點。

2 采摘機器人結構組成與設計

2.1 移動機構

由于農(nóng)作物在空間上生長具有較強隨機性，因此要求采摘機器人具有較高的定位精度。該定位目標的實現(xiàn)要依靠移動機構實現(xiàn)，該機構分為車輪式和履帶式以及人形等結構。其中車輪具有廣泛的農(nóng)業(yè)應用性，但很難適應松軟地質(zhì)，間接影響了機械手在運動中的精度。通常采摘番茄時會選用輪式、行走的機構，然而履帶式機構對地面具有較好的適應性。針對移動機構在設計方面，定要確保其運動的平穩(wěn)性以及靈活性。

2.2 機械手

機械手能夠令作業(yè)對象在空間上產(chǎn)生移動，進而完成農(nóng)業(yè)工作的任務。它主要工作的任務是要將采摘對象送至指定位置。該機械手在結構類型上由直角坐標和球坐標以及多關節(jié)等，其中多關節(jié)的機械手類型具有較強的靈活性、方便性。由于其工作的自由度權衡了自身性能的關鍵指標，間接決定了控制系統(tǒng)的復雜性設計。因此，機械手在工作中應該有相對合理的參數(shù)設置，若要實現(xiàn)復雜的控制，就要消耗更多的采摘時間。

2.3 識別和定位系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個設計的要點及關鍵點，其工作方式是要先獲取數(shù)字化采摘對象的圖像，而后對其處理與識別，以此明確其采摘對象的精準位置。受復雜環(huán)境的影響，要求應用更多的傳感器參與控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)的設計，有利于在該基礎上增強識別與定位采摘對象的敏感度。當前需要設計出快速、有效的計算方法，將采摘對象的位置準確識別出來。

3 采摘機械手結構設計的關鍵技術

3.1 智能化采摘對象識別和定位技術

運用智能化的算法處理采摘圖像，在消除干擾同時也提升了分辨率。有利于精準提取出圖像的信息；采用多維視覺網(wǎng)絡系統(tǒng)，降低了來自自然環(huán)境因素的干擾，可根據(jù)采集到的圖像落實激光掃描。由于光線具有自行發(fā)射特征，最大化完善采摘圖像的質(zhì)量，足以體現(xiàn)出系統(tǒng)內(nèi)定位、識別技術的優(yōu)越性以及傳感器響應特性。

3.2 機械本體優(yōu)化設計技術

優(yōu)化機械本體能夠提升機械部分運動的整體靈活性，此設計更方便后期的維護，由于工業(yè)機械手的整合也增加了體積與成本。根據(jù)采摘對象的特點，利于提升機械手的工作效率。例如：運用三維、實體、造型的技術以及優(yōu)化理論，令機械結構得到了基礎性優(yōu)化，解決了多種采摘問題。

3.3 開放式控制系統(tǒng)體系結構設計

該控制體系與結構設計主要通過兩種方式實現(xiàn)，主要是工業(yè)的機器人、獨立且專用的機電系統(tǒng)。由于它們具有封閉式設計結構，令采摘式機器人需具備特定功能，因此能適應相對特定作業(yè)的農(nóng)業(yè)環(huán)境。其開放式的結構采摘農(nóng)業(yè)對象具有較好通用性以及拓展性，機械部分在自由度上的差異性能夠適應多種農(nóng)作物的采摘。因此，設計與構建該設計系統(tǒng)，有利于為農(nóng)業(yè)種植戶提供標準化控制的平臺，提升系統(tǒng)應用率以及降低成本。

4 結束語

通過分析采摘及其人的特點，切實了解了其在結構上的組成以及設計，主要是有移動機構、機械手、識別以及定位系統(tǒng)。在結構設計中使用的關鍵技術，分別是對采摘對象進行智能化的識別、定位技術，對機械本體進行優(yōu)化設計的技術，以及控制系統(tǒng)體系、結構進行開放式的設計技術等。由于農(nóng)業(yè)正向工業(yè)化的方向發(fā)展，逐漸推廣了機器人采摘的經(jīng)營模式，降低了農(nóng)業(yè)運用人工采摘的成本，推動了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，同時也趨于智能化以及自動化的技術實現(xiàn)成熟化的技術發(fā)展。

參考文獻

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（作者單位：哈爾濱工程大學）