学校代码：11059学号：**********Hefei University毕业设计（论文）BACH ELOR DISSERTATI ON论文题目：番茄采摘机器人运动控制系统的设计与实现学位类别：工学学士年级专业（班级）：作者姓名：导师姓名：完成时间：番茄采摘机器人运动控制系统的设计与实现中文摘要本文从机器人机械结构入手，对番茄采摘机器入的运动控制系统进行了研究。
首先，参照国内外的采摘机器人的研究现状，分析了番茄采摘机器人机械结构并完成运动控制系统的机械结构设计。
其次，对运动控制系统进行了分析和设计。
运动控制系统的分析与设计部分立足于采摘机器人的工作环境，并结合采摘机器人自身运动方面的需求和其它机械部分的需求来设计。
主要包括：电源模块、电机控制模块、电机驱动模块、显示模块等。
第三，对采摘机器人的传感器部分进行了分析并对运动控制系统的避障部分进行了设计。
采摘机器人的传感器选择依据的是番茄采摘机器人的工作环境以及目前市场上所具有的几种常见传感器的性能、价格和能完成的功能进行比较选择，最终设计出避障系统。
最后，通过仿真验证了运动控制系统设计的准确性，实现了避障功能。
关键词：机械结构；避障；传感器；运动控制Tomato Harvesting Robot Motion Control System DesignAnd ImplementationABSTRACTThis paper starts from the mechanical structure of robot to analyse and design the motion control system of Tomato Picking Robot .Firstly, with reference to the new research of the domestic and foreign picking robot, it analyses the tomato picking robot mechanical structure and design mechanical structure of the motion control system .Secondly, analysis and designs the motion control system. It is also based on the picking robot working environment, and combined the damand of picking robot self motion and the coordination of other mechanical to design. Mainly it comprises a power supply module, motor control module and display module and so on.Thirdly, The sensor of the picking robot is analyzed and designing the obstacle avoidance of the motion control system , mainly including: the selection of sensor, obstacle avoidance module, alarm module designing. Picking robot sensor selection is based on the tomato picking robot working environment as well as the current market, which has several common sensor performance, price and can complete the function chosen for comparison. At last, it designs the obstacle avoidance system.Finally, the accuracy of the motion control system in this design is verified correctly by simulation. The obstacle avoidance function can realizing in the simulation .KEY WORD: mechanical structure; obstacle avoidance; sensors; motion control毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录中文摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................................................... I I 第一章前言 (1)1.1研究背景与意义 (1)1.2果实采摘机器人研究现状 (1)1.2.1果实采摘机器人国内外发展现状 (1)1.2.2果实采摘机器人关键技术及其发展现状 (3)1.3研究内容与结果 (4)第二章机械结构的分析与设计 (5)2.1果实采摘机器人整体机械结构的分析 (5)2.2运动控制系统机械结构的设计 (6)2.2.1运动控制系统的机械结构分析 (6)2.2.2运动控制系统机械结构的设计 (6)2.3运动控制系统车体载荷分析与执行器的选择 (7)2.3.1 执行器选择依据 (7)2.3.2 执行机构电机的介绍 (10)第三章运动控制系统硬件部分设计 (12)3.1总体方案设计思路 (12)3.1.1主控制器模块 (12)3.1.2电源模块 (12)3.1.3电机控制模块 (13)3.1.4电机驱动模块 (13)3.1.5显示模块 (14)3.1.6报警模块 (15)3.1.7传感器选择与避障系统设计 (15)3.2运动控制系统硬件设计 (17)3.2.1主控器模块设计 (17)3.2.2电机控制模块电路设计 (18)3.2.3 报警模块电路设计 (20)3.2.4显示模块电路设计 (20)3.2.5超声波模块电路设计 (21)第四章运动控制系统软件设计 (23)4.1运动控制系统总程序流程图 (23)4.2超声波测距模块 (24)4.3避障模块 (25)4.4电机控制模块 (26)4.5显示模块 (27)第五章系统仿真 (27)结束语 (30)参考文献 (31)致谢 (33)附件 (34)第一章前言1.1研究背景与意义随着电子技术和计算机技术的发展,智能机器人已在许多领域得到日益广泛的应用。
在农业生产中,由于作业对象的复杂、多样,以及当前我国正面临人口老年化的趋势[1]，使得新型农业机械——农业机器人的开发具有巨大经济效益和广阔的市场前景,符合社会发展的需求。
番茄采摘机器人是基于人工采摘果实作业中耗时、费力等因素而应运而生的智能农业装备。
运动控制系统作为采摘机器人控制系统中不可或缺的部分为机器人实现连续、稳定的采摘工作提供了必要的保证。
国际上，日本、美国等发达国家，已经从20世纪80年代开始研究采摘机器人，并取得很多成果。
从1983年的第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和发展已经经历了近30年[2]，但我国在该领域中的研究还处于起步阶段，因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平，使其为我国农业的生产和发展做出重大。
1.2果实采摘机器人研究现状1.2.1果实采摘机器人国内外发展现状采摘机器人是针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成这些作物的采摘、转运、打包等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统，是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学[3]。
近30年来，采摘机器人的发展可谓是日新月异，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。
和国内相比国外一直处于技术前沿。
（1）经典的番茄采摘机器人是日本Kondo N等人研制的番茄采摘机器人。
其结构由机械手臂、末端执行机构、运动行走机构、视觉识别装置、控制模块、能源组块组成。
图1.1、图1.2是其发明的7自由度采摘机器人的机械结构和实物图。
采用具有冗余度的7自由度机械手是为了能够灵活避开障碍物。
此款机器人的采摘准确率为70%，速度为15s/个果实[4]。
（2）美国研究人员在美国航空航天局资助下研制成番茄采摘机器人能在草和叶子之间确定西红柿的位置，挑选出已成熟的西红柿并进行采摘，其采摘准确度可达到85%～95%[5]。
（3）日本一家机器人公司研制出草莓采摘机器人，如图1.1所示。
其内置有能够感应色彩的摄像头，可以准确分辨出草莓和绿叶，利用事先设定的色彩值，再配合独特的机械结构，它就可以判断出草莓的成熟度，并将符合要求的草莓采摘下来，速度达到10s/个[6]。