摘要近几年来,草莓作为主要的经济作物,在国内外栽培普遍,特别是中国现已成为最大的草莓产量与出口大国,名列全球第一。草莓所含有的各种维他命,营养素都及其丰富,因此通常被人誉为"果蔬女王",并受到广泛消费者群体的深切喜爱。除新鲜食用之外,还能够冷冻制造成草莓酱,以及草莓果汁等各类草莓副产品,因此受到了许多消费者的喜爱。目前，草莓的普遍使用使得草莓的种植面积迅速增长，但在收割劳动力方面却面临着严重的不足。这是影响我国草莓种植质量的一个主要原因。所以要开展一项智能采收机器人，取代人工去做这项耗时耗力的工作。智能采摘机器人需要对成熟度高的草莓进行自动定位，并利用该位置信息对其进行操作，从而达到自动操作的目的。在过去的三年中,全世界有关草莓采摘机器手的发明专利数量最多,草莓采摘机器手发明专利量的上升体现了人类对在农产品中利用机械双手的兴趣越来越强烈,农产品智能化程度最高,智能化发展趋势越来越持久。首先，对国内外草莓的生产和智能采摘机械手的研究现状进行了综述，并结合国内的草莓栽培实践，提出了一种智能化的草莓采摘机械手。介绍了一种五个自由度的智能采摘机器人，该机器人具有五个自由度：腰部、肘部、肩部、腕部、和腕摆，并研制出了末端执行机构，该机构由曲柄滑块机构、伺服电机、动夹和镍铬电加热线构成，通过夹持草莓的果柄，既不会对草莓的果实造成损伤，还可以通过镍铬电加热线切断果柄，避免伤口被细菌污染，还能提升果实品质。关键字：草莓采集机械手,机器本体,五自由度草莓采集机器手臂,末端执行器AbstractInrecentyears,strawberrieshavebecomeanimportantcashcropandarewidelygrownaroundtheworld,especiallyChinahasbecomethelargeststrawberryproducerandexporter,rankingfirstintheworld.Strawberriesarerichinavarietyofvitamins,nutrientsandrich,oftenknownasthe"queenoffruit",deeplylovedbythemajorityofconsumers.Atpresent,thewidespreaduseofstrawberrieshasledtoarapidincreaseintheareaundercultivationofstrawberries,butitfacesaseriousshortageinharvestinglabor.Thisisoneofthemainreasonsaffectingthequalityofstrawberrycultivationinourcountry.Therefore,itisnecessarytocarryoutanintelligentharvestingrobottoreplacethemanualtodothistime-consumingandlabor-intensivework.Intelligentpickingrobotsneedtoautomaticallylocatestrawberrieswithhighripenessandusethispositioninformationtooperatethem,soastoachievethepurposeofautomaticoperation.Inthepastthreeyears,Chinahasthelargestnumberofpatentsonstrawberrypickingmanipulators,andtheincreaseinthenumberofpatentsforstrawberrypickingmanipulatorsreflectsthegrowinginterestintheuseofmanipulatorsinagriculture,thehighdegreeofagriculturalautomation,andthetrendofautomationismoredurable.Firstofall,theresearchstatusofstrawberryproductionandintelligentpickingmanipulatorathomeandabroadisreviewed,andcombinedwiththedomesticstrawberrycultivationpractice,anintelligentstrawberrypickingmanipulatorisproposed.Introducedafivedegreesoffreedomofintelligentpickingrobot,therobothasfivedegreesoffreedom:waist,elbow,shoulder,wrist,andwristswing,anddevelopedtheendactuator,themechanismbythecrankslidermechanism,servomotor,dynamicclipandnickel-chromiumelectricheatinglinecomposition,byclampingthestrawberrystalk,neitherwillcausedamagetothefruitofthestrawberry,butalsothroughthenickel-chromeelectricheatinglinetocutoffthefruithandle,toavoidwoundcontaminationbybacteria,butalsotoimprovethequalityofthefruit.Keywords:Strawberrypickingrobots;Mechanicalbody;Fivedegreeoffreedommanipulator;Theendeffector目录TOC\o"1-3"\h\u1前言 第1章前言草莓广泛生长于世界各地，其味道甘美，营养丰富，受到广大人民的深切喜爱。在我国，草莓的种植面积达到了100,000公顷。但要确保草莓的外观质量和营养价值，就必须在采收时，每日早晚都要进行采摘。它的工作强度和昂贵的费用是草莓种植成本的1/4。所以，在草莓采摘过程中，最重要的就是减少劳动强度和降低成本。日本已开发出了一种基于高架式的智能草莓采摘机器人，2010年由Kondo等开发的一台单周操作，耗时11.5秒，采收成功率达到41.3%。徐丽明和张铁中在国内从事机械化采收技术的研究。但以上的自动采收装置，在机械臂的定位精度、采收效率、果实的无损采集等方面，都与现实中的要求相差甚远。本文主要研究了智能草莓采收机器人的机械本体、机械臂和机械末端执行器。并对其进行了设计建模，以保证在一定的距离内不会有任何伤害。1.1研究背景及意义草莓已经在全球普遍栽培,并且栽种面积正在逐步增加中,据联合国国际粮农组织的统计,如图1-1所显示,世界草莓的总栽培面积已经从二零一四年31.7万公顷增加到了二零二二年的41.23万公顷,年产量已经超过了982.83万吨,位居世界浆果系列首位。31.7633.8334.5136.9637.393940.0939.5941.23051015202530354045201420152016201720182019202020212022全球草莓种植面积：万公顷图1-12014~2022年全球草莓种植面积随着现代农业的蓬勃发展,实现草莓的自动采摘已经成为了一个必然趋势,所以使用草莓采集机械人手实现采集是有效释放农村剩余劳动力的关键,而采摘机械手在缓解农村劳动力的不足、提升农业收获效益等方面都具有着非凡的发展潜力。实现草莓的自动采收,通常包括以下三个步骤:识别、定位、收获。识别与定位动作的快慢度和准确性决定了草莓收获的快慢度与品质,但如果识别位置时间过长,将会大大降低草莓采集机械手的效率并且增加机器损坏率,影响果农的经营收入。草莓鉴定的方式,一般是利用对图片中目标草莓的色彩特性和形状特点加以分析鉴定,其鉴别准确性也会受图片分割技术、目标图片清晰度等多种因素的直接影响,而对草莓的定位技术方式一般有单目定位技术、双眼定向和多目定位技术等(王斌,2016)。理论而言,尽管角度越多定位效率越好,但是也对视觉位置匹配分析算法提出了高度的技术要求,大大提高了研发复杂度与成本消耗,所以不要再盲目追求大角度定向。通过研究表明,中国当前对于成熟草莓的标识、定位、采集等方面研究还不多,在目标草莓的标识和定位准确性等方面也亟待进一步提高。本文将根据草莓的生物、形态学等特征,研究出一个适用于草莓的智能采摘机械手。在目前的农业生产技术条件下，需要设计合理的车身模型，并设计出具有一定垄距的机械臂，并能有效地减少对水果的伤害。221（a）3354(b）(a)草莓田实景(b)地垄截面1垄沟2地垄3果柄4草莓果实5垄侧面图1-2垄作栽培模式下的草莓田间环境1.2国内外草莓采摘机器人的研究进展摘取机器人技术的发达程度也从一侧反映了当时某个发达国家的农业的发展水平,由Schertz和Brown等人于一九八三年研发出了第一个番茄摘取机器人技术,标志着中国农业自动化机器人采集技术研发的新起步(李强,2017)。而从一九八三年距今,已经经历了四十年的发展,摘取机器人技术的品种也已相当丰富了。在农业自动化机器人的技术研究上,在国外进展迅速,包括果实收获自动化机器人技术等方面一直居于全球领先地位(陈威,2017)。虽然相对于国外来说我国在发展采摘农业机器人技术起步还比较晚,但经过国内外技术人员的共同努力,国内农耕自动化机器人的技术水平已经开始逐步追赶发达国家的技术水平。1.2.1国外研究现状国外最先进的采摘设备也进展得很快,采摘过程机械化水平也最高,在植物采摘领域也具有宝贵的研发经验。美国首个番茄收割机器人于1983年问世，至今已有四十余年的发展与研究。日本、欧美等国家先后开发出柑桔、西红柿、苹果、西瓜、葡萄等机械臂。对于草莓采摘机械手的研究，目前处于初级阶段。1）日本Kondo等人研制出适于多种草莓的栽培方法（高架和传统）的采收机器人。高架栽培技术也因适合于机器人的作业环境而越来越得到广泛应用,这种装置使用了五个自由度的智能采收机器人,其视觉模式和番茄采摘机器人很类似。在采集过程中,首先利用可视化的技术对采集区域确定其方位,然后将采集机器人移至预定的地点,机器人将采集环境中的草莓吸入;利用光电开关对草莓进行定向,当草莓达到合适的高度后,将手腕旋转,使果实达到所设定的高度,然后用切割机将果实切碎，从而完成采摘。2）日本宫崎大学开发和开发了4个自由度的高空隙种植草莓的机械手。利用两台CCD摄像机采集草莓的影像，并利用激光感应器测量草莓与草莓的距离，并利用两根笔直的手指抓住草莓的果柄，从而防止了草莓的损伤。用切割器对果实进行切割。3)由美国科学家Tanigaki等人,根据刚采收结果的体型较小的、较难进行定位与识别的草莓结果而制定的,由三维视觉传感器所构成的机器人自动定位控制系统(Tanigaki,2013)。该自动定位管理系统在工作流程中,主要面对悬挂架种植的草莓,在成熟草莓的位置采集流程中,手眼摄像头立体视觉控制系统可以进行双面拍摄图片而比较全方位,如果同时发射二束激光扫描水果以及周围环境,可以更好的掌握其位置信号,从而比较清晰的辨认水果和障碍物,也可以在收获水果的同时躲避障碍物。4)基于夜间采收作业不便的问题与任务成果共享的发展理念,如Hayashi等人(HayashiSetal.,2010)开发出的一种草莓采收机器人,如图一负三所显示。在其实践中,该机器人的机器视觉控制系统的定位精度比其之前产品得到了很大的提高,将成功摘取每一颗草莓目标水果的时间减少到了十一点五秒钟,且解决了以往采摘机器人效率低下、夜间工作不稳、摘取效率差的实际问题。图1-3夜间采摘机器人《NIKKEIASIANREVIEW》于二零一五年披露,松下研发了一种新型的番茄采摘机器人。该智能机器人通过专业配备了高达70000像素具备图像识别功用的摄像头,来搜索番茄果实并确定其成熟度能否达到成功采集条件,同时该机器人系统还能够实现在轨迹上的随意移动,当经过辨别并确定操作路径后,其能够迅速抵达操作点控制末端执行装置,从而实现了对番茄的成功采集。并经过试验证实:该智能机器人采集一枚番茄所需要的时间为六秒钟,而手工采集一枚番茄所需要的时间为二负三秒钟,而此机器人能够持续工作10小时以上，并能根据所采集的果实的成熟程度进行调整，从而达到不同的采收需求。由于人工智能技术的应用，西红柿果实的茎、叶和其它物体的遮盖问题也得到了有效的解决。美国马萨诸塞州的RootAI企业研发了一种人工智能机器人Virgo1,它能够即时检测水果的成熟度,柔和的手触摸能够减少采摘的损失,而智能导航也能够更高效的避免障碍。该人工智能机器人还允许在待水果满足其成熟度条件后,立刻自行进行对水果的鉴定、摘取。其识别、采集效果已大大超过了目前的人工效率水平。在收集流程中,该智能化机器人上安装的光电传感器和摄像头能够发挥"双眼"的功能,有效地避开车辆做实现手动行驶,其尾部运行设备中的抓取器采用的是食品安全等级的材料,可大幅减少果蔬的采摘破损率并能够避免果蔬抓取器对目标果蔬造成"危害"。1.3.2国内研究现状和外国国家一样,中国采摘农业机器人的研发也起步相对较晚,不过由于近年来我国政府在农业领域投资了巨大财力物力,因此进展速度也较快,目前许多高等院校和科研机构都在开展农用机器人及其智能农机等方面的研发工作,并获得了较多研究成果。为了进一步提高草莓的收获质量,中国农业大学王粮局的有关专家提供了一个由下到上采摘草莓的方法,并通过改变末端的操作机构,实现了一次多个草莓的采收。如图一负四所示。该末端执行装置主要运用于在对垄作种植的草莓水果的采集,有效克服了果实相互遮挡和重叠的问题,单一个动作能够完成采摘几个相重叠在一起的水果,成活率就超过了百分之97.7%。不过,由于草莓在收获后很容易掉落,因此必须对其进行改进。图1-4大容差采摘末端执行器1)草莓采摘器。栃木县的农场已经研制出一台很有实际意义的草莓采摘器。这种装置是将新选的草莓放入一个塑料袋内,并根据草莓的糖分浓度和水果重量,全自动化操作,每小时可以从草莓中分离出5300多公斤。南京农业大学运用了双眼立体视觉技术,对图形进行了二维腐蚀、膨胀和小团块消除,并运用双曲线拟合法完成了彩色图像的切割。然后再进行水果的分离,把2D图象恢复为3D坐标,从而实现了水果的定位。2）浙江大学梁喜凤等人对智能收获机械臂进行了一些研究，并给出了相应的性能指标。以评价其运行表现；工作空间、工作范围、障碍规避、冗余空间及姿势。3）中国农业大学利用彩色图像的特殊信道信息，实现了草莓的识别，并初步构建了一台桥架直角坐标机器人，并在此基础上，给出了一种利用果皮色彩空间参考表进行果实目标识别的新算法。国内第一款由江苏博田集团设计制造的果蔬采集机器人,该机器人通过深度学习的视觉计算,整合了多种传感器与人工智能技术,实现对果蔬的识别、切割和回收。经过试验后证实:该采摘机器人的最高续航时间超过了六h以上,从而保证机器人可以长期进行采集任务,同时做到对一个或一串番茄的辨认、判别、采集所需要的时间都减少在了十s之内;对采摘水果的鉴定成活率和采集成活率都达到了百分之九十以上,且破损量减少到了百分之五。目前，无论是国内外，草莓采集机器人的智能化程度都比较低，距离商业化、实用尚有一定距离。差别是这样的：1）由于没有设计出适当的末端执行器，草莓果实在采摘过程中容易受到损伤；2）没有设计出一个完美的机械臂，使得采集距离难以实现；3）采摘效率不高，误差大。1.3研究的目标和内容1.3.1研究目标当前在我国大棚草莓收割中开发草莓采摘机器人，使其有实用价值，应从三个方面着手：研制出具有良好结构、高柔性、不损伤果皮的末端执行机构；对结构简单、覆盖面大的机械手进行研究；3）建立有效的采收计划，以提高采收的效果。根据上述三个方面，选择了在北方种植规模大、产量高的大棚内种植的草莓作为试验对象，进行了草莓采收机械手的设计与试验。1.3.2研究内容本论文所做的主要工作是：1）草莓采摘机械手的静力分析；2）五自由度机械手臂设计；3）末端执行器设计。

2草莓采摘机械手结构及静力解析2.1引言草莓摘取机器手,是一款全新的温室式自动摘草莓机械人,其目的是为了释放农村劳动力,从而降低了人工劳力费用,同时提高了果农的营业总收入,使得研究工作具有了较大的进展空间。不过,草莓摘取机器手的研发也同样面临着突出的技术问题,并抑制着草莓收集智能化的发展。其原因主要体现为以下多个方面:一方面,由于草莓摘取机器手的总体产品设计不恰当,造成在摘取时动作用力过重,很容易使草莓的表面容易被损坏;另外,由于尽量地提草莓的采集效果,但由于对成熟草莓的辨识和定位还不够精确,经常摘到不成熟的草莓,带来了一定的质量损失,这也对采摘机器手的产品设计和识别定位提出了更高的技术要求。为此,本研究人员针对草莓采集的全过程,专门设计了一种新型的草莓采集机手。本文重点对高架型草莓采集机手的基本构造进行了设计与选择材料,并开展了ANSYS静力学分析,以证实了材料选用的可能性。2.2草莓采摘机械手的整体结构设计根据以上工作条件和操作需要，草莓温室温度高，垄沟窄，表面不平，垄面低洼、垄沟较窄、垄沟低洼的特征。根据以上特性，草莓采收机器人需要完成下列工作：1)在温室里,由于农户所在的道路路面较狭窄,所以如果采用气、水等动作的动力源,则气泵或油缸容积较大，则不宜移动；由于气压、液压等因素的影响，与国内的实际情况不符。所以，采用电力设备是最好的选择。2)在大棚内栽培草莓，如垄面宽、垄沟宽、沟深不采用标准规格，而且有可能小于标准规格，而且沟面也不平坦。所以，在不平坦沟槽的大棚中，可以选用横垄或悬挂式的移动式机械，而对于比较规范的大棚，则可以使用四轮驱动的行走机构。该方案使用了四轮交叉式的行走机构，其实际情况见图2-1。以步进电机为动力源，通过控制系统输出的脉冲信号驱动机器人沿着沟垄行进。在机体的上部，具有五个自由度的机器人，其动力源为伺服马达，并利用其输出的脉冲信号，将机械手推至预定的位置。同时，将草莓果子放在机器人手臂下面的小框架中，当小框装满后，工作人员就会把它换掉。整体传动装置是装在小车上的，它能在一定的范围内进行运动。图2-1草莓采摘机器人三维模型根据仿生学原理，确定草莓采摘机械手的总体设计方案如下：1.草莓采摘时机械手的大臂、小臂长短之比1:1(人类胳膊大臂、小臂长度比值),区别是1000mm;２．末端执行器长度600mm；３．剪切刀具伸出行程200mm。图2-2为草莓采摘机械手总体设计方案图，本文设计的草莓采摘机械手包括以下几个部分：1.机架组成部分,即大臂与小臂组成部分:起对机械臂的支承功能;2.采摘部分即为末端完成器:机械手的核心组成部分,高效地修剪果梗;3.变速部分,即小臂轮箱、大臂齿轮箱:减小发动机速度,增大扭力;4.动力组成部分:小臂电动机、大臂电动机:供给动能,并精确限制机械臂动态;5.底座部分:升降和翻转,扩大了末端执行器的釆摘范围。图2-2草莓采摘机械手总体设计方案图图2-3为草莓采摘机械手采摘果实流程机械手各部分同时动作末端执行器抵达确定草莓的空间位置草莓探测机械手各部分同时动作末端执行器抵达确定草莓的空间位置草莓探测下剪切板电缸推动下剪切板动作，果梗进入下剪切板电缸推动下剪切板动作，果梗进入“X”型槽上剪切板电缸推动上剪切板动作，将果梗切断图2-3草莓采摘机械手采摘果实流程设定为机械手小臂的摇摆速度为18°/s,人的摇摆速度为10°/s,提升机构转速四十mm/s,分度盘转速为10°/s。2.2.1机械臂设计因为在摘取草莓时,末梢执行器修剪机构在水平部位的角度太大很容易剪不到果梗,故要保证末梢执行器修剪机构一直保持在水准部位才能良好的对果梗进行修剪,因此必须设定出一个机构不会因为机械手位姿的变化,而改变末梢执行器修剪机构和果梗之间的水准部位,如图2-4所示。图2-4末端执行器与果梗位置关系示意图本文中设想出了一个并联平行的四边形组织,很好地解决了末端执行器和果梗之间相应高度恒定不变化的特点,图中2-5为并联平行四边形组织。该组织的二个平行四边形能够在很大范围内调整末端执行机的上下左右移动并一直让末端执行机保持水平位移,因而避免了以往的剪切式末端执行器因为机械臂扭转而造成的末端执行器因为修剪机构与水平倾角差太大而修剪不到果梗的提问。机械手臂主要由大臂和小臂所构成,大臂的下一侧与大臂齿轮盒上方连接,而大臂上相对的一侧则与小臂齿轮盒下一侧相连,以保证与小臂齿轮盒一致在任何时候都保持在水平状态。小臂齿轮盒的右边连在小臂的左边,但由于小臂齿轮盒的右边是垂直于地板的,所以小臂右边和地板保持在直角位置。因为尾部运行机垂直于小臂位置设计,故末端执行器亦平行于地板。机器臂使用了Q二百七十五型作为承载结构,由二个联结板和三个中间连接块所组成,使用中间连接块时能够降低机器臂的载荷。机械臂的造型近似于矩形,其体积尺寸为1000*160*40(长*宽*高,单位:mm),结构如图2-5所显示的。图二负六即为机械臂结构放大图2-5机械臂图2-6机械臂结构放大2.2.2机械手动力部分结构设计机械手的发电机,因为必须正确控制电机臂的摆动,所以要采用直流伺服电机。直流伺服电机有构造简便、反应快捷、调速范围广、起动扭矩大、控制准确、高速度、低噪音、使用寿命长等优点。所以,近年来它在工业和农业等场合中的使用也逐渐普遍开来了。如图2-7所显示。图2-7直流伺服电机上剪切板电缸的选择：按照机手的使用条件,上剪切板电缸带动上剪切板对果柄进行切割,输出速率不低于四十mm/s。而根据图中2-1,2-2,有关果柄的形状参数和动力学性能以及在切割果梗时的理论研究结果,得出上剪切板电缸推力上应该不低于二十一N,再加之上剪切板和K焊接件重力以及摩擦三N,再加上剪切果梗吋草莓树枝叶的阻挡力(取最高估算值10N),从而确定上剪切板电缸推力理论上应该不低于三十四N。根据非结构空间上的不确定参数、冗余容量等原因综合考虑后,将其推力范围扩大至一点五倍以上,为五十一N,而根据目前市场上的直流发电机产品,最后确定的电缸名称为LUILEC,型号为XTL100,图2-1为可选电缸型式。表2-1所选电缸型号电缸的型号输出功率（ｋＷ）输出速度（ｍｍ／ｓ）推力（Ｎ）质量（ｋＧ）XTL100．0.02601000.9下剪切板电缸的选择：根据机械手的操作条件,下剪切板电缸带动下剪切板和上剪切板之间的焊接件的旋转使花果梗可以顺利地进入下剪切板上"X"的凹槽,输出速率也不低于五十mm/s。上剪切板及其连接件的自重以及摩擦力为三十八N,再加上剪切果梗对草莓枝花的遮挡力(取最大估值10N),由此确定上剪切板电缸推力理论上应不等于四十八N。并结合非结构空间中的不确定因子、冗余量等因素考虑,最后将电动机推力放大至一点五倍,为七十二N,而根据目前市场上的直流发电机型号,最后确定的电缸品牌为LUILEC,型号为XTL200,表2－２为所选电缸型号。表2－２所选电缸型号电缸的型号输出功率（kw）输出速度（mm/s）推力（Ｎ）质量（kg）XTL200．0.03601001.1小臂齿轮箱的设计：因机器手小臂的最大摆动速率为18°/s,合3r/miN,所以末端运行器和机械手小臂的总品质均为十九点五kg,中心位距齿轮传动速度零点七五m,重心出线转速为零点二四m/s,因此小臂在水平位移时传动齿轮感觉到的力矩最大,所受重量为一百九十一点一N,而因为与电动机连接的另外有行星轮减速器,所以设计上此轮盒的传动比为十个。P式中：PW-FW-VW-ηW因为本齿轮箱上的传动齿轮仅受到轴向载荷而受力不大,故采用了深沟球轴承,检查表的ηη=P由于i=i1齿×i2齿,按展开式布置取i1各轴转速：n1=30各轴功率：P1=0.P2=P1P3=P2各轴转矩：由轴T1=17.5N∙m=17500N∙mm,ZE=188.9，取K=1.1，∅d1≥取d1=齿数取Z1=20个，则Z2=20×模数m=d1z1=1.75mm,则d2=齿宽b=∅dd1=28mm,取b1=35mm，经验算轮齿弯曲强度，安全。d3≥32K取d3=5齿数取Z3=20个，则Z4=20×2.77=56个，取Z4模数m=d3z3=2.75mm,则d4=齿宽b=∅dd3=44mm,取b3=50mm，经验算轮齿弯曲强度，安全。小臂电机选择：按照机器人使用条件,机械手小臂的最大活动范围约为机械手小臂与水平面的角度范围约为-60≤85年,机械手小臂的最终速度范围约为12.5r/min,按照操作要求选取相对应的小臂齿轮减速器之间的传动系统比约为九点二四,并通过二次传动系统,使用标准的直齿轮机构进行驱动。同时利用三维软件系统,设置好机器人小臂和末端执行机,并设定好零部件材质的属性,零部件品质可以通过软件系统测算出,末尾运行器和机械手小臂的总体品质约为十九点五kg,并根据相应机械理论知识得出,当小臂与水平面的角度为零时,小臂电动机所要求的转矩范围为最大。当已知了末端执行器和机械手小臂的总体质量之后,用K面来计算所需的小臂系统尺寸,于是由公式表示:T=F×R式中：T——扭矩，单位，N.m;F——末端执行器和机械手小臂的总重量，单位，N;R——重心半径，单位，m。得到负载扭矩为：T=19.5×9.8×0.75=146N.m设直齿轮减速器的最大传递质量为零点七,则该减速机对输入轴的最大转矩能力为:T2=T0.7另外,若与电机并联的一行星轮减速机器,减速机比选用为60:1,效率约η取零点八,则电机对输入轴的转矩大小约为:T3=T260×根据上述的公式,根据目前电动机型式、电能损失、效率等,最后确认的电动机类型为直流伺服电机,品牌为时代超群,型号为57B3C1430-SC0，表2-3为所选电缸型号。表2-3所选减速电机型号伺服发电机型号功率（kw）输出转速（r/min）输出扭矩（N.m）质量（ｋＧ）57B3C1430-SC00.1430000.421.9大臂齿轮箱的设计：参照齿轮箱(上)的设计方法经计算,齿轮箱(下)的所有传动齿轮数依次是Ｚ＝18个，Ｚ２＝65个，m＝2.5ｍｍ，Z３＝19个，Ｚ４＝54个，m＝3.5ｍｍ。大臂电机的选择：按照机械臂使用条件和相应的速度计算,机器手大臂的最大活动区域是大臂与水平面之间的角度约在３５≤ø≤110，因此机器手大臂的最大输出速度最快约为8r/min，而按照实际作业条件选用相对应的,大臂齿轮减速器的传动系统比约为九点二四,使用了两级传动系统,使用国际标准的宵齿轮机构完成传动系统。利用三维软件设置好机械臂,并设定好零部件材质的属性,而零部件品质也可以通过软件算出来,从而获得了整个机械手臂的整体质量约为三十四点五kg,而因为平行四边形构造的影响,人手臂为水平而小火州为35°。,而当大臂与水平面之间角度约为35°,当小臂与水平面平行时电机的负载力矩也较大。当知道了机械手臂的全部质量之后,在下面计算大臂电机所要求的电机尺寸,此时重心零点五径就是1.13m(Solidworkssimulation自动算出),因此由以下公式:T=F×R得到负载扭矩为：T=34.5×9.8×1.13=338.1N.m设直齿轮减速器的最大传动效率为零点七,则此减速机对输入轴的最大转矩大小为:T2=T0.7×另外,若与电动机之间并联一行星轮减速器,减速比选用为60:1,效率η取零点八,则电动机对输入轴的转矩大小约为:T3=T260根据上述的公式,根据目前电动机型式、电能损失、效率等,最后确认的电动机为直流伺服电机,品牌为时代超群,型号为57B3C1430-SC0,表二负四为其选电缸型式。表2-4所选减速电机型号伺服发电机型号功率（ｋＷ）输出转速（r/min）输出扭矩（N.m）质量（kg）57B3C1430-SC00.330001.22.8提升电缸的选择：根据机械手的操作条件,由推动电缸带动提升电缸以上的所有零件提高或降低,并增加末端致动装置的采摘频率,输出速率不得低于八十mm/s。通过软件自动测算质量后,在电缸上的总质量为三十九kg,合推力为三百八十二N,由于摩擦、电源量等因素影响,使发动机的推动力增大了一点一倍,为四百二十N,根据目前国际交易市场上的直流伺服电缸型号,最后确定的电缸牌子为安达,型号为Ys-2,图2-5为选用的电缸型号。表2-5所选电缸型号电缸的型号输出功率（ｋＷ）输出速度（ｍｍ／ｓ）推力（Ｎ）质量（ｋＧ）Ｙs－２0.41004304.2电动分度盘的选择：按照机器手的使用条件,分度盘供给机器手臂整体旋转的动能,输出转速不低于10°/s。经软件自动统计质量,在分度盘之上的总质量约为四十七点三kg,根据目前市面上的电子分度盘机型,最后确定的电子分度盘名牌为Thinksan,机型为RT200,下表二负六为电子分度盘机型。表2-6所选电动分度盘型号电动分度盘规格电压（Ｖ）输出转速（°／ｓ）负载（ｋＧ）质量（ｋＧ）RT2002490°/s658.92.3草莓相关物理参数提取在草莓收集流程中,由于草莓受到压力的高低方向都影响到摘取工作的圆满完成,所以需要通过设计合适的草莓摘取末梢机构对草莓实现无损摘取,所以对高架草莓的摘取力量学参数经过了一系列的测试并计算数据分析,从而有利于草莓摘取末梢机构设定的实现,避免了草莓摘取错误。比如,由于碰触到其他草莓导致机器手的修剪力减小,到了不能圆满完成剪断果梗工作的严重程度;对草莓采用的机械抓住力和夹持式力度很大,超过了草莓表皮承受程度,从而破坏了结果;摘取流程中的机器手抓住力不平衡导致了草莓结果掉落等问题,均与这些参数相关。为此,必须应对高架草莓开展实验和检测分析,以获取相应的力学参数,才能为草莓后期执行部门的产品设计,提出相应的理论依据。也为此,我们必须分别检测所采集的草莓生长特征参数,草莓形状尺寸、摘取草莓时夹紧的力度大小,以及草莓梗力学参数等。而相关试验、检测则在山东泰安市岱岳区草莓观赏大棚开展,实验中所采用的品种为"森茂"草莓。2.3.1草莓生长状态草莓的生长状况是指草莓在成长后自然垂落于栽培沟二侧,为了减少对草莓水果之间的危害,对水果之间的分布距离作出了必要测定,并由此来判断机械爪的张开角度。对草莓随机抽样后,使用米尺等检测工具,以记录与相邻的成熟草莓距离。图二负八中显示了高架草莓的随机分布状况,而分析数据则表明果实在成熟状况下的相邻间距基本在15mm~55mm左右。图2-8草莓生长状态图2.3.2草莓形态参数测量草莓大小规格技术参数,一般是指草莓的规格大小和草莓果梗等工艺技术基本参数。一般是和机械爪的夹持技术参数和剪切果梗力等工艺技术基本参数有关。用游标卡尺测量了三十个草莓果实的尺寸,并记下。为给抓住水果或切割果梗时留出充分的作业空间和防止采摘工作中损坏草莓,还必须测量距草莓果萼上部约20mm~50mm的果柄直径,以保证机械手的正确位置。任意对三十个已熟透的草莓进行各物理参数的测定后,本试验利用游标卡尺这一精确的检测装置进行测定,在保持草莓果实尚未采摘的状况下对其果梗孔径、横向孔径和纵向孔径进行测定,然后分别以不同的三个方向对一个目标进行多次测定,最后计算得出数据的平均值,并对所得的结果数值进行了解析,以图中二负九显示为草莓测定过程。图2-9草莓试验物理参量将实验结果加以列表分析后,上表2-7中为高架草莓的有关物理参数可知,实验材料中"森茂"草莓品种果实丰满,形状较均匀,且果梗粗大。表2-7果实形状参数参数莓梗直径/mm横向直径/mm纵向直径/mm最大值2.2945.4157.26最小值1.6534.2043.13平均值2.2039.2149.922.3.3果梗力学参量试验果梗力参量测试,一般是对机器人在切割草莓果梗时要求剪切力的程度,目的是为切割机构,直流电机的选型等提供参考数据。草莓果梗剪切力试验一般是针对果实上部约二十mm处果梗。以三十个新采的果柄长不小于二十mm的草莓作为实验品,设定平均实验速率为五十mm/s,并采用最大量程为0~100N装载灵敏压力感应器的微控万能电子实验机进行测量,结果如图二负十所显示。微电脑电子万能测试仪（b）游标卡尺2-10切割力学特性试验仪器在开展修剪试验之前测定了各种高架草莓样本的果梗处详细数,记录后开展果梗修剪试验,如图2-11所述,试验结果也如表二负八所述。图2-11草莓果梗剪切力试验参数最大值最小值平均值果梗直径2.29mm1.65mm2.20mm剪切力10.21N8.21N9.62N比值4.464.884.35表2-8草莓果梗剪切实验数据试验结果由上表所显示,对草莓果梗一般要求十N以下的修剪力。所以选用直流电机的尺寸很重要。因此,采用直流电动机的最大标定电流为十二V,最大空载RPM为一百零七rpM,电源的最大转矩为一点六N/M,并装有长七点六厘米的切臂,切割臂上装有标准X-acto刀片,当刀刃进入切臂后使用枪机的保护即可,最大切削力约为稍超过十的N。2.3.4草莓抗挤压压力测试试验分析当机械手在抓取草莓的过程中,机械手末端执行机构也必须提供相应的夹持能力。如果供给的夹持式力过小,会造成草莓的表面脱落。而如果供给的夹持式力过大,会机械性的损伤草莓,所以对于防止出现上述的情形,该研究人员采用了MTS微控电子万能试验机对草莓表面进行了挤压实验,并设定能使草莓机械破坏的最小压强,而草莓表面破损压力测定试验则如图2-12所给出。图2-12抗挤压测定试验现场图在实验的操作过程中,首先把草莓放在装夹上并安装在实验机上,然后实验机将探针以四mm/min的速率上下运动,当探针表层和草莓表皮触及时,通过STC-100力学感应器能够测量到实时的挤压数值。随着探针不断运动,草莓表层感觉到的压值慢慢上升,当草莓表层发生破损时,如图二负十三所显示,随即终止了探针的运动过程,而此时对草莓表层感觉到的挤压会迅速减少。当探头回复至原位时,测试完毕,并保存压力数据。对三十组草莓进行加压实验,将统计结果记下数值,如图二负十四中显示的折线图即可得到,能使草莓表层结构发生破坏的最小挤压强为一点六一N。图2-12草莓挤压试验图图2-13草莓破损压力测定折线图通过测量所得到的草莓最小的破损重量,驱动机械爪所使用的交流马达为D-980TW,最大载荷为零点零七八公斤,体积大小为4.5公分×2.3公分×4公分。伺服电机的电流范围从三点五V至八点四V,最大转矩范围为四点四N/M,其转矩范围等于经过试验测量后得到的所需要转矩范围,同时从发电机将转矩传导给驱动齿轮,由传动齿轮再将转矩传导到电机爪,从而实现采摘。2.4草莓采摘机械手的静力学分析2.4.1ANSYSWorkbench有限元分析有限元分析系统(FiniteElementAnalysis,FEA)是一个计算机分析系统,有限元的研究的主要特点是:(1)在设计时通过数据来描述各类元素的特点和建模方式;(2)在需要频繁调整或解决新问题领域,或分析要求的研发过程和应用环境中;该计算机系统能够在UNIX/Linux/Mac或Windows环境中使用,其中包含了一个集成的模块,并能够进行:输入描述有限元模型的数据；用于固体，结构和热分析的元素库；建立解决方案算法,以解决更广泛的应用问题以及解决方案结果的图形和数值输出。本应用可以在Windows10操作系统的移动工作站上实现有限元分析。如图2-14所示,是ANSYSWorkbench有限元分析的示意图,首先我们将已建立的三维模拟图输入ANSYSWorkbench,然后从ANSYSWorkbench的材料库中确定材料的参数;然后再按照实验条件确定与模型的实际接触时间;然后对自动网格分割的模型设置偏误进行网格分割;接着权衡模型施加相应的固定条件、载荷条件及约束条件;最后模型设置偏误进行有限元计算,获取应变、受力等参数,满足条件时完成计算。图2-14ANSYS有限元分析过程图2.4.2末端执行器静力学分析草莓的摘取流程末端执行器机械爪在摘取流程中会受草莓的作用力,影响机器爪子的硬度和刚度也将间接影响草莓的采集成活率。据此,本研究人员在ANSYSWorkbench的软件平台下,对草莓采摘末端机械手展开静力学分析,以期校核机爪的坚硬与刚性,其大致过程包括:(1)生成三维空间模式图,使用SolidWorks三维管理软件对机械爪构件进行三维空间构建,随后注入ANSYSWorkbench中,改善后的构建如表2-15表示。(2)分析类型选项,从ANSYSWorkbench选项最左边菜单栏中的"StaticStructure"进入静力学分析的模型,如图2-16所显示。图2-15机械爪三维模块示意图2-16静力分析模块图示(3)属性材质的界定,末端机械爪一般由机械臂和橡胶面二部门所构成,并且机架的选择材质为六十五Mn弹簧钢,橡皮材质则为自然橡皮。经过查阅资料可以得知,65Mn弹簧钢与天然橡胶的有关材料参数如表二负九所示,然后再把技术参数录入到ANSYSWorkbench软件中,设定材质属性。表2-9属性材料相关参数表项目机械爪橡胶面材料65Mn弹簧钢天然橡胶密度（kg/𝑚3）7925910弹性模量（Gpa）1978.6泊松比0.40.61网格划分在分析网格问题时,对模型网格越细越多,对算法的需求也就越高。而且对电脑的性能要求也就越来越高,因此论文中使用在移动工作站上实现的网格分割,特性优异,可以完全避免在分析时时间过慢、卡顿等问题的产生,具体网格分割处理后的机械爪模型如图二负十七所给出。图2-17机械爪网格划分示意图2-18机械爪的约束示意图施加载荷和约束为模拟机械爪在采集草莓流程中的真实情况,在模拟机械爪与草莓表层相接触处施以负荷,并在机架的弹性钢板上与表层相接触处施以稳定束缚,各束缚技术参数如表2-10给出,图二负十八中表示了所实施负荷以及束缚结果。表2-10相关约束参数参数类型约束类型固定约束载荷分布形式面分布载荷大小1.62N载荷数2个静力学结果与分析末端机械爪的主要变形、位置和应力在示意图中如2-19、图2-20和图2-21中给出。机器爪的主要变形产生于爪尖,其形变量仅为零点零四mm,而且形态变化量极小,对机爪手采摘的运动干扰也很小;主要的应力强度约为0.00012mm/mm,对草莓采集工艺的危害相对较小。而机械爪的最大应力则发生于橡胶和钢架之间的焊接缝中(MAX),尺寸约为二十五MPa,远远低于材料的屈服强度(784MPa),符合采集条件。图2-19机械爪变形图图2-20机械爪应力图图2-21机械爪应变图2.5本章小结本文中首次针对采摘机械手作业环境和果实在果树上的形态分布规律,给出了摘取机械手的总体构造设计方案;并根据草莓的物理特点,对摘取机械手末端机构做出了具体的结构设计;设想一个新型采摘机械手的末端执行装置,首先使用SolidWorks画出三维的虚拟样机。接着,在大棚内和实验室里开展对草莓物理参数的测试,并通过检测数据分析确定末端执行装置的材质和驱动方式;最后,再使用ANSYSWorkbench有限元分析元件,以证明末梢执行机构设计的合理性,为后期仿真草莓收获流程打下了基础。

3草莓采摘机器人五自由度机械臂设计智能采摘机器人必须严格按照传统工业机器人的机械手设计,并按照采集范围的不同,做出适当的选择。因此，本文将机械手分成两大类，分别进行了臂部和腕部的选取和设计。胳膊也是支承终端执行器的主要构件,它能在一定的距离上运动，并且可以将采摘的草莓放进一个小框中。手腕的作用是按照机器人的运动，进一步调整关节的空间定向，从而提高机械手的灵活性和灵活性。3.1采摘机器人机构选型原则由于草莓生产环境复杂、不确定、无规律等特点，选择合适的智能采摘机器人必须符合工业机械手的基本原理，同时还要兼顾其自身的特点。因此，选择的原则是：1）根据工业机械手的基本选择原理，主要有以下四种类型（见图3-1）：（1）直角坐标式：其外形形状类似于数控镗铣床，3个铰链均为可动的铰链，且铰链轴线彼此垂直。这种结构刚性好，精确度高，但占用的空间很大，工作空间也很小。圆柱坐标式：选择的机器人手臂的头三个关节是两个活动的和一个旋转的。该机器人结构简单，占地面积小。极坐标式：它包括两个可旋转的铰链和一个可运动的铰链。改进后的机械臂具有灵活、占用空间少、刚度差、精度差等优点。关节坐标式：三个关节均为旋转关节，具有动作灵活、操作空间大、占用空间少等优点，但刚性精度较低。图3-1工业机械臂形式基于具体的采摘要求，机械手要具有较好的采摘能力。包括：最佳作业区。工作空间愈大，采收面积愈大，用途愈广泛。具备良好的避障性能。在采收期间，机器人可以躲避障碍。机械臂的结构合理。机械结构设计不当，会造成机械动作干扰，传动机构不能移动等问题。为了达到这个目的，应尽可能地使用专用的机械臂，使两个运动副的轴线彼此平行或垂直。农业机器人要求简便的操控和低成本,所以尽可能地使用冗余和机械结构。3.2机械臂的设计3.2.1设计要求作为空气采集机器人中的一种重要行动部件,其主要功能为支持末端执行机和腕部,并同时改变末端执行机在空气中的定位,在采收时,腕部、脚爪和草莓承受静止(动力)负载,从而导致了电位的精确。机械手的运动形态、抓取草莓的轻重程度、自由度、运动精度等因素,对机器手部的构造形态有着很重要的影响。所以,在设计机械手臂的时候,一定要考虑以下几点:1)上肢的构造、大小应符合收割时的工作空间。工作空间的宽度,和手臂长短、关节转角长短都有重要关联;2)针对手臂所受的负荷及结构特性，选用合适的材料；3)机械臂应具有较高的速度和较少的惯性。在草莓采摘机械手的设计中，既要考虑到其自身的价值，又要兼顾用户的经验、受教育程度，又要兼顾其自身的生长特点。3.2.2机械手臂的选择采摘机器人是用来识别机器人的末端执行器和对物体的位置产生某种影响的。针对草莓的生物学特征、种植方法、机械手的机械选型原理以及作业特性,人们采用了多关节机械手。当利用机械手采集草莓时,其外形大体是圆柱形或球形,四自由度的机械人就可以进行采集作业。本文中根据草莓采收机器人的工作特点,设计了五个自由度、三只手臂关节的机器人。三个自由度的机器手臂,都设计的十分的小巧,也更加的灵巧,在实际工作环境中,对手臂的活动影响较小,也有助于拓展机器人的工作空间。但是，该机器人在进行控制时存在着计算量大、定位精度不高、定位不方便等缺陷。并且，本发明的机械手由多个执行器组成，并且重量很大。所以，在进行机器人作业时，应充分考虑工作对象的特性和工作目标，确保机器人在工作中的合理运行。图3-2示出了该机器人手臂的铰链结构。图3-2三自由关节型机械手手臂3.3机械手手腕的设计机械手腕部是将机械臂与末端操纵杆相结合的一种设备，其功能是以机械臂的移动为基础，进一步调整操纵杆的空间方向，增加操作者的操作范围，提高操纵者的灵活性和适应性。通过机械界面，将终端操纵杆与支架相连。3.3.1手腕设计的基本要求手腕位置在机械臂的末端，结构紧凑，重量轻，腕部的设计将直接影响到机械臂的运动和运行。为了减少手臂的负担，需要一个结构紧凑，体积小的手腕。旋转灵活、合理选择手腕的自由较大，末端执行机构的运动灵活性较高，且整体上具有较好的采收能力。然而，随着自由度的增大，腕部的结构变得更加复杂，从而使其控制变得更加困难。所以，在设计手腕的时候，一定要满足工作需要，不需要太大的灵活性。合理的布置，腕部是将手臂与末端执行器相连的机构，同时也能支持二者。因此在设计腕部的时候，除了要确保力量与动作的需要之外，还要兼顾到整体的布局。3.3.2智能草莓采摘机械手手腕的结构式设计自动化机器人的机械手臂由末端操纵杆与手臂连接,并用作支承,以便使控制杆在空间中的所有地方均可以自由移动,因此理论上,机械手臂能够在空间的三维坐标轴X,Y,Z上自由转动,也即沿着XY平面转动,在YZ平面上转动。换言之,手腕是可以自由活动的。在实际使用中,针对草莓的生理特点,在用机械手采摘草莓后,末端的致动器会先旋转至合适的高度,然后再向前握住果实的把手,并用镍铬电加热线切断果实的茎部。这种运动需要两种不同的运动方式,一种是腕部绕着i和j轴转动。也就是说,腕部有两个自由度:手腕转动和手腕摆动。3.4机械手的结构型式根据机械臂与腕部的类型描述，选择3个自由度机器人的手臂与2个自由度的手腕，得出了该机器人的机械结构。该类型的机器人在避障、工作空间、工作效率等方面均优于其他类型的机器人。选择5个自由度的机器人，可以让机器人的运动变得更加灵活，可以绕过障碍进行采摘。具体的构造形式如图3-3所示.图3-3草莓采摘机械手结构型式图3-4机械手三维机构模型图3-5机械臂展开摘草莓时的位置图3-6机械手将草莓放进框内的位置

4草莓采摘机械手末端执行器设计4.1末端执行器介绍为提高操作手的收获率,必须设计出合理的机械臂,以保证操作人员的操作效率。所以,将机器人的最前端以及与采集物体直接相连的部位,称之为终端机构。尾部执行机构在机器人的尾部,其作用与人类的手相似,与对象直接接触。但是,终端执行机构的结构却不同于一般人类,它的基础结构依赖于其工作对象的特征和工作模式。在采摘草莓时，由于各品种的个体差异较大，所以，在最终执行机构的设计中，有很多因素需要被考虑。终端执行程式取决于工作物件的性质及工作流的基本架构。由于终端执行机构的工作需要，其结构和大小都是按照其工作任务的需要来设计的，因此它的结构也是多种多样的。直到现在，终端执行器是专门的。在设计终端执行机构时，必须考虑手指数目、手指关节数目、手指关节数目、采摘水果的方式。由于终端执行机构是与果实直接接触的一个关键环节，因此，在采集过程中，为了防止损伤果实，大多数的采摘机器人都是用尼龙或者橡皮做手指内部和水果的触点。4.2末端执行器的分类在智能草莓采收机器人中，有多种不同的终端执行器，根据其用途和构造，可以分为机械型和吸收型；按其运动方式，可分为两类：一类是平移类，二类是回转类。回装手爪可以分为一根支点和二根支点两种。按夹持方式可分为内外夹持；根据传动形式，主要有三种：电动的，液压的，气动的；按爪的数目，分为两指与多指。4.2.1两个手爪的末端执行器起初，用来摘草莓的机械臂末端有两个平行的手指，当草莓成簇生长时，末端的操纵杆很容易损坏邻近的水果和茎部，因此，可以用爪子抓住草莓的果柄来解决上述问题。双爪末端的执行器可以增加采收的成功率，但如果果实后面有果实，那么末端执行器就无法进行有效的规避。4.2.2两个以上手爪的末端执行器与双爪的末端执行器相比，多爪的末端执行器在采摘草莓时更具稳定性。例如，固定式草莓采收机器人，其末端有四根并排弯曲的手指，它能采集不同形状、不同尺寸的草莓，还能采集其它果实。虽然爪子的数量越多，抓取的效果就会越好，但是对爪子的操控就会变得更加的复杂。末端操纵杆有三根爪子，每根指头上都有一根线与指间的钢索相连，指尖形成一个圆圈，三根手指内侧有橡皮。摘果子时，把铁丝绷紧，三根手指向中间弯曲，然后用剪子把果实剪断；当钢索被释放时，三根手指由于弹簧的作用而打开，因此当末端执行器不工作时，它是打开的。4.3手柄末端执行机构的选择抓握末端执行器又叫抓握手，是用来直接接触草莓的零件，起到人的作用。该手爪由手指、传动机构和传动机构构成，能抓住不同形状、不同尺寸的水果。通常，这样的手指都是两根手指。主要的传动系统是由液压、气动、电动等多种驱动方式组成。通过滑槽、斜楔、齿条和连接装置，驱动和释放齿轮。爪子一般为一种机械设备，包括转动副和移动副，能够简单地完成手爪的旋转和平移。所以，抓握式的手有两种形式：平移和回转式。4.3.1夹持终端执行选项的基本需求1）必须具备合适的夹持力和驱动力机械手机械臂通过抓取物体并完成采集，最终将采集物体转移至目标位置。由于草莓自身的重量，加上操作时的惯性和震动，所以在操作时，手爪需要具有一定的抓取力，以保证草莓在操作时不会滑落。所以，末端执行器的抓取力要适当。末端执行机构的传动机构应当具有充分的驱动力。通常，机械手的抓取力是工作物体的2~3倍。在相同的抓取力条件下，由于机械传动比的变化，所需的驱动力也不同。2）手指要有一定的开闭范围手指有充足的开合角或开合距离，可使摘下果实时顺利摘下；同时，抓取草莓的中心部位也要减少。3）保证果实在末端执行器手爪中的夹持的精度为了保证采集物体与采集机器人的爪子之间的精确的相对位置，需要根据物体的外形来确定其对应的爪形。4）该末端执行器具有结构紧凑、重量轻、高效、高刚度、高强度等优点。4.4末端传动装置的结构和工作原理4.4.1整体结构在图4-1中显示了总体构造，末端执行机构的长度为309毫米（机器人爪尖至旋转基座），它的主体部分由一台伺服马达、一组曲柄滑板装置、一台镍铬电加热线、两只机械爪子、两个橡胶垫圈。1125431曲柄滑块机构2伺服电机3镍铬电热丝4橡胶掉片5机械手爪图4-1末端执行器整体结构4.4.2工作原理利用机器人的视觉定位系统对水果进行定位，并将其驱动到特定的位置进行采摘依据果实的大小、成熟度、表面是否有破损等指标，并将检测结果反馈至主机，由主机控制系统根据指令启动。通过一个曲轴连杆，将马达的旋转变成一条直线的运动，在滑块1向右侧移动时，销钉3在两根杠杆4的滑道内移动，从而使连接于托架2的两根手指完成释放动作；相反地，在滑块1移动到左侧时，如在图4-2中所示的那样，用手指夹持。3241放松右移夹紧左移3241放松右移夹紧左移1滑块2销3手爪4支架图4-2滑块工作说明图4.5末端执行器总体方案设计4.5.1草莓采摘末端执行机构要求根据在温室栽培的草莓品种实行了采摘末端执行机构设计,草莓栽培的作业空隙较小,草莓表皮新鲜但易折断,成熟后会垂落于地面二侧,茎叶对水果的遮盖面积小,草莓果梗较软长,便于切割。在此给出了可以有效解决以上问题的关于草莓采摘末端执行机构相关功能设计和规范的要求:(1)为了让机械手进