一种采摘式机器人的结构设计开题报告

1. 研究目的与意义

（一）研究的背景：

2021年12月27日，农业农村部印发《“十四五”全国农业机械化发展规划》，明确到2025年，全国农机总动力稳定在11亿kw左右，农作物耕种收综合机械化率达到75%，粮棉油糖主产县（市、区）基本实现农业机械化，丘陵山区县（市、区）农作物耕种收综合机械化率达到55%，设施农业、畜牧养殖、水产养殖和农产品初加工机械化率总体达到50%以上。我国传统水果采摘方式主要采用人力进行采摘，采摘过程中由于水果的分布结构存在不规律性，需要消耗大量人力物力，使工作人员劳动强度大的同时，其采摘效率也较为低下。近年来，随着我国科技的不断发展，自动化采摘已成为农业生产领域的发展趋势之一，通过自动化采摘，可将识别、采摘功能一体化发展，有利于降低人力成本，提高工作效率[1]。

（二）研究的目的：

2. 研究内容和预期目标

（一）主要研究内容：

调研采摘式机械手系统基本结构，了解典型采摘式机器人应用要求和机械结构原理，完成相关机械系统方案设计；开展系统结构设计建立，完成二维三维模型，绘制零件图图纸；对部分关键器件选型，并进行校核计算和分析优化；优化采摘式机器人控制流程，完善自动化系统设计。

（二）预期目标：

3. 研究的方法与步骤

（一）研究方法：

目标识别:数字图像处理技术、基于机器学习的图像分割与分类器和基于深度学习的算法。

三维定位:基于立体视觉匹配、基于激光测距仪的三维定位。

4. 参考文献

[1] 孙永芳.基于STM32的水果采摘机器人控制系统设计与实现[J].农业工程,2022,12(2)：43-47.
[2] 冯娟,刘刚,司永胜,等.苹果采摘机器人激光视觉系统的构建.农业工程学报,2013,29(25):32-37.
[3] 李会宾,史云.果园采摘机器人研究综述[J].中国农业信息,2019,31(6):1-9.
[4] 李秦川,胡挺,武传宇.果蔬采摘机器人末端执行器研究综述[J].农业机械学报,2008(3):175-180．
[5] Tang Y, Chen M, Wang C, et al. Recognition and localization methods for vision-based fruit picking robots: A review[J]. Frontiers in Plant Science, 2020, 11: 510.
[6] Li Z, Yuan X, Wang C. A review on structural development and recognition–localization methods for end-effector of fruit–vegetable picking robots [J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2022, 19(3): 17298806221104906.
[7] Ni X, Wang X, Wang S, et al. Structure design and image recognition research of a picking device on the apple picking robot[J]. IFAC-PapersOnLine, 2018, 51(17): 489-494.
[8] 刘继展,李萍萍,李智国.番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计[J].农业机械学报,2008(03):109-112.
[9] 陈昕,华超,朱银龙,刘英.水果采摘机器人末端执行器的研究进展[J].林业机械与木工设备,2020,48(09):4-10.
[10] 李源,乔龙图.采摘机器人机械手臂机电一体化设计[J].装备制造技术,2021(09):50-52.
[11] 葛君山.基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计[J].农机化研究,2016,38(12):237-241.

5. 计划与进度安排

（1）2024-1-15～2024-3-05 调研文献资料，进行文献综述，撰写开题报告，翻译英文文献；

（2）2024-3-06～2024-3-31 查阅相关资料，深入了解采摘式机器人系统组成，开展系统初步的机械结构设计、控制方案研究；

（3）2024-4-01～2024-4-30 优化采摘式机器人机械设计方案，开展关键部件参数选型计算和自动控制系统设计工作，完善相关辅助系统的设计；