采摘机械手结构设计分析

常新

摘 要：采摘机械人在农业应用中属于具有自动化的技术，要想掌控该农业技术的发展动态，就要根据其在农业中应用与实践，结合采摘机械人的作业特点以及相关设计，文章分析了其结构的组成以及在设计上所应用的组成，有利于在该基础上分析农业技术中存在的诸多问题，进而提出了对关键技术的研究与应用，稳定其农业技术在该领域中的自身地位。

关键词：采摘；机械手；结构设计；分析

0 引言

伴随机器人的设计技术在科技领域中发展，将其应用在农业产品的采摘工艺上，取替了人工重复式的劳作。其采摘设备作为新型装置，尽管没有人工采摘方式灵活，但却减少了其重复工作的频率，以便顺应较差的农业环境，提升其自动化采摘的效率。因此，对其承重、定位有精准性以及稳定性操作的要求，加之人工采摘成本的增加以及劳作量，推进了该采摘技术在农业生产中的应用与普及。

1 采摘机器人特点

机器人工业技术在趋于成熟化发展之下较传统，但其采摘技术适应了复杂的采摘作业环境，其作业对象也逐渐向水果、蔬菜方向发展。其具有的采摘特点包含：稚嫩、复杂形状的农作物对象，要求机器人必须协调与控制自身结构和传感器以及控制系统，但由于采摘对象的分布具有随机性，相应增加了在定位中的难度，不利于提升采摘速度、成功概率。加之较高的智能化成本，增加了在农业中应用的难度系数，但却具有可靠的采摘特点。

2 采摘机器人结构组成与设计

2.1 移动机构

由于农作物在空间上生长具有较强随机性，因此要求采摘机器人具有较高的定位精度。该定位目标的实现要依靠移动机构实现，该机构分为车轮式和履带式以及人形等结构。其中车轮具有广泛的农业应用性，但很难适应松软地质，间接影响了机械手在运动中的精度。通常采摘番茄时会选用轮式、行走的机构，然而履带式机构对地面具有较好的适应性。针对移动机构在设计方面，定要确保其运动的平稳性以及灵活性。

2.2 机械手

机械手能够令作业对象在空间上产生移动，进而完成农业工作的任务。它主要工作的任务是要将采摘对象送至指定位置。该机械手在结构类型上由直角坐标和球坐标以及多关节等，其中多关节的机械手类型具有较强的灵活性、方便性。由于其工作的自由度权衡了自身性能的关键指标，间接决定了控制系统的复杂性设计。因此，机械手在工作中应该有相对合理的参数设置，若要实现复杂的控制，就要消耗更多的采摘时间。

2.3 识别和定位系统

该系统是整个设计的要点及关键点，其工作方式是要先获取数字化采摘对象的图像，而后对其处理与识别，以此明确其采摘对象的精准位置。受复杂环境的影响，要求应用更多的传感器参与控制系统、定位系统的设计，有利于在该基础上增强识别与定位采摘对象的敏感度。当前需要设计出快速、有效的计算方法，将采摘对象的位置准确识别出来。

3 采摘机械手结构设计的关键技术

3.1 智能化采摘对象识别和定位技术

运用智能化的算法处理采摘图像，在消除干扰同时也提升了分辨率。有利于精准提取出图像的信息；采用多维视觉网络系统，降低了来自自然环境因素的干扰，可根据采集到的图像落实激光扫描。由于光线具有自行发射特征，最大化完善采摘图像的质量，足以体现出系统内定位、识别技术的优越性以及传感器响应特性。

3.2 机械本体优化设计技术

优化机械本体能够提升机械部分运动的整体灵活性，此设计更方便后期的维护，由于工业机械手的整合也增加了体积与成本。根据采摘对象的特点，利于提升机械手的工作效率。例如：运用三维、实体、造型的技术以及优化理论，令机械结构得到了基础性优化，解决了多种采摘问题。

3.3 开放式控制系统体系结构设计

该控制体系与结构设计主要通过两种方式实现，主要是工业的机器人、独立且专用的机电系统。由于它们具有封闭式设计结构，令采摘式机器人需具备特定功能，因此能适应相对特定作业的农业环境。其开放式的结构采摘农业对象具有较好通用性以及拓展性，机械部分在自由度上的差异性能够适应多种农作物的采摘。因此，设计与构建该设计系统，有利于为农业种植户提供标准化控制的平台，提升系统应用率以及降低成本。

4 结束语

通过分析采摘及其人的特点，切实了解了其在结构上的组成以及设计，主要是有移动机构、机械手、识别以及定位系统。在结构设计中使用的关键技术，分别是对采摘对象进行智能化的识别、定位技术，对机械本体进行优化设计的技术，以及控制系统体系、结构进行开放式的设计技术等。由于农业正向工业化的方向发展，逐渐推广了机器人采摘的经营模式，降低了农业运用人工采摘的成本，推动了农业现代化的发展，同时也趋于智能化以及自动化的技术实现成熟化的技术发展。

参考文献

[1]陈磊，陈帝伊，马孝义.果蔬采摘机器人的研究[J].农机化研究，2011，1（1）：225-231.

[2]赵东辉，张慧.基于自动控制技术的多手臂水果采摘装置的设计[J].农机化 研究，2015，9（19）：135-138.

（作者单位：哈尔滨工程大学）