技术推广农用机器人末端执行器设计方法探讨韦家增(上海师范大学信息与机电工程学院，上海200234)摘要：本文结合农业生产的环境特点和要求，根据机器 人谢原JS,从材料选择到电机、及手腕谢博各方面进行初步探讨，为棚灘人的*«^册樹織施关键词:农用机器人;末端执行器;机械手农业生产环境恶劣、工作繁重、重复无趣。

为减轻农业 从业人员的劳动强度，世界各国都在加紧研发适合农业生 产使用的农用机器人。

其与工业机器人相比虽然有许多相 似之处，也有其自身的特点。

目前，农用机器人以移动机器 人为主，主要有轮式移动机器人、履带式移动机器人、足式 移动机器人、跳跃式移动机器从蛇形移动机器人等。

各 种移动式机器人都有其各自独特的优越性，比较而言轮式 移动机器人速度快、运动平稳、承载能力强大，而且轮式移合素养。

在培训过程中应为推广人员提供与农户交流的机 会，提高其实践能力，并且还要积极学习相关的政策法规，积极请教专家学者，不断弥补自身缺陷，从而为农民提供更 加高质量的服务。

另外，还应为农机推广技术人员提供进 修的机会，开阔其视野,接触更加专业的人员，同时还可定 期组织技术骨干进人企业观摩和学习，丰富农机推广人员 经验，并促使其在新时代得到更多的启发。

2.9部门建设农机推广部门的建设工作可从2个方面人手。

首先是 办公设施。

需要根据部门规模配置合适的设施，确保在节约 资金的同时符合建设标准。

其次是技术与机具。

要求积极 引进先进技术及设备，并明确各类技术与设备的功能、特点 及优势，确保在推广过程中能够更具针对性，减少工作失误。

构建信息服务网络。

要求相关部门定期收集农机市 场信息，并对信息进行整合与分析，从而明确市场动态，并预 测未来的麵趋势,确保能高质量的市纖息服务。

2.10资金筹措不论是技术推广还是建设示范基地，最为关键还是资 金，由于技术推广所需资金额度较大，如果仅依靠财政补发, 显然获取难度较高，因此需要积极寻找筹资人，找到双方互 惠互利的合作点[4]。

最佳的合作人选是负责生产与销售农 机的商业人员。

在推广过程中可举办农机试用会，向农民 全方位展示农机用途与使用效果，吸引农民关注。

3 推广阻碍及策略目前在创新技术推广方式过程中遇到了许多阻碍，主 要体现在以下几个方面。

一是缺少政策支持,导致推广风险动机器人还辟自重轻、机构简单以及工作效率高等优点,在农业领域有着广阔的应用前景及不可撼动的地位[1]。

1农用机器人整体设计农用机器人鉢上都是在露天环境工作，不仅有灰尘、风沙,还会有泥水働，机器人的故障報高。

甚至没有三 相电源、液压站及气压源等条件。

加之中国的农副产品附加 值不高，为使农用机器人在市场上有较高的竞争力，价格是 必须考虑的主要因素。

因此与一般工业机器人比较,农用机 器人在设计上必须注意以下5个方面:（1)农用机器人结构 尽量简单，减少舱机使用数量，动作精度可以相对较低，以减 少制造成本。

⑵加强主要位置的密闭性保护，减少风沙、污泥等侵謂机器人元件的损害。

⑶各机构之间采用模较大，影响了人员的积极性，推广动力不足。

二是技术落后 及资金短缺问题并未彻底得到解决，严重妨碍了创新工作的 开展，并且农技人员薪水较低，难以建立起稳固的推广队伍。

三是尽管农机推广宣传工作逐步开展，并且探索了多个渠 道，但结合实际情况来看，推广效果较差，处于滞后状态。

基于以上存在的问题，当前需要尽快出台激励政策，并 建立实践平台’实现生产、研究等工作的一体化开展，同时还 应建立经费保障机制，提高人员待遇，促歡员更加积极地投入到推广工作的开展中。

麟，应树立推广机构的良好形 象，选择业务水平较高的人员进人一线工作，获得农民认可。

4 结束语总而言之，为了促使传统农业生产模式向现代化农业 转变，除了研究与开发先进的农机化技术之外，还应不断寻 求更多的推广渠道，从合作、培训、筹集更多经费等方面人 手，为农机推广提供有力支持,同时还要让农民认识到农机 化技术的真正价值，确保在推广的同时获得农民的认可。

参考文献：[1 ]辛太国，战桂丽.新形势下农机化推广发展现状、问题及对策[J].农机使用与维修,2014(10):7-10.[2]孙国军.浅谈新形势下农机推广工作的新思路[J].河北农机,2015(9):20-21.[3 ]关雪寒.浅谈新形势下吉林市农机技能培训与技术推广[J].农业机械，2014(21):44-45.[4 ]刘庆，王晓雷.浅谈建设县乡农机推广体系的有效措施[J].农业技术与装备，2013(20):67-68.(收稿日期:2018-12-06)技术推广魏册，通过机械装配联接和总线働等施融合为4整体，降低机器人维护成本。

(4)尽量使用铝合金材料，或 不镑钢材料制作，増加机器人的抗锈蚀能力。

对于负荷较小 的机器人，可使用塑料、树脂等材料,减少材料成本“5)由于农业生产季节性很强，春种、秋收、夏除草。

制作可更换的 机械稍或夹持器等构件，增加机器人的用途。

2 手腕结构设计机器人手腕是连接末行器和手臂的重要组成部分，决定机器人作业灵活性的关键部件，具有传动系统结构复 杂、装配要求高等特点。

为了使机器人的夹持器能够处于空 间的任何方向,机器人腕部应能够绕X、Y、Z3个坐标轴转 动，即3个旋转自由度。

但为了简化农用机器人结构，根据 麵情况需要，机器人腕部通常只需绕2个坐标轴转动。

和 人的手腕一样，机器人手腕可以绕其手臂轴线转动，以及绕 着与手臂轴线垂直的另一轴线转动,S卩二自由度手腕。

还有 些机器人手腕甚至只能绕其中一W线转动,即单自由度手 腕。

这种单自由度手腕结构简单、操作容易、制作成本低，非 常适合在农用机器人上使用。

由于手腕位于臂部最前端，它 的静动载荷都由臂部承受。

因此，在腕部设计时必须尽可能 结构紧凑、重量轻。

由于腕部重量对臂部电机产生的力矩与 臂长成正比，对于臂长较大的机器人，也可以将手腕的驱动 安装在手臂的后端，通过链轮传动操作，减少其对邦的负荷。

虽然手腕的自由度越多手腕越灵活，手腕的活动空间就 越大，但自由度越多结构就变得越复杂，使得操作控制困难,增加了制造成本’也增加了手腕的重量。

因此，手腕的自由 度应该与实际应用相一致，并尽可能简单。

3 机械手结构设计机默手部是机器人最重要的执行构件,简称机械手。

机械手能模仿人手的某些动作，根据程序控制抓取、搬运物 体，操作工具。

按驱动方式、运动轨迹以及用途等分类，机 械手有不同的类型。

如按驱动方式分类，有液压驱动、气压 驱动、电驱动以及机械驱动等等。

工业机器人中应用的机械手多为双指头爪式，按其手 指的运动可以分为平移型和回转型。

农用机器人的机械手 与工业机器人的鉢相似，但工业机器人的抓取对象通常都 有确定的尺寸，设计相对简单。

农用机器人抓取对象的状态 有时要复杂得多。

例如采摘机器人，可以采摘黄瓜、柑橘、青 椒、西红柿、草莓等，也可采摘苹果、荔枝、麵桃等。

机器人 要能采摘不同性质、不同大小和形状的水果。

而且抓取力要 适中,抓取力过大会损坏抓取对象，抓取力过小导致抓不住。

这就要求机器人的视觉感知、路径规划等智能控制系统的配 合，也要求机械手的设计与采摘对象相适应，避免损伤采摘 对象，从而提高工作效率。

机械手同样位于臂部最前端，应 尽可能使其结构简单和紧凑，质量轻，以减轻手臂的负荷。

4驱动方式的选择工业机器常麵液压或气臌魏实现夹持器和手腕的动作，操作简单。

液压系统功率密度大、响应快、噪 声小，但液压站成本高，而气压源要便宜得多。

农用机器人一般流动性大，工作场所没有液压站、气压源，如水果采摘 机器人，这时驱动方式可设计为电机驱动，采用齿条、链轮 或轮系传动。

对于有固定工作场所的农用机器人，特别是 负载较大的农用机器人，如养殖机器人，可以考虑使用气压 或液压装置驱动。

与工业机器人比较，农用机器人对实时 反应速度、运动精度和运动速度要求不高，但由于技术人员 缺乏，对其可靠性和价格有较高要求。

有些工作场所没有 三相电源，只能选用单相电电机。

对于有三相电的场所，可 选用三相电供电的电机，其速度比单相电电机快。

对于没 有有线电源的地方，使用有线电机显然不方便，可使用电池 供电的电机。

农用机器人的交流电机一般使用步进电机驱 动。

步进电机驱动系统主要是开环控制,所以精度不高，但 控制容易、维修方便,比较适合农业机器人使用。

另外，末端执行器驱动电机还应具备以下特点:一是响 应速度快，即电机从获得指令信号到完成指令所需要的时 间应尽可能短，提高工作效率;二是末端执行器位于臂部的 最前端，电机也应该体积小、质量小,较大的电机可以放到臂的后端;三是应有一定的调速范围;四是启动转矩应足够 大，转动灵活;五是能够频繁地变速运动，并可承受短时间 的过载;六是能够适应恶劣的外部环境。

5 电机型号的选择农用机器人电机型号选择也视具体应用情况确定。

首 先根据理论分析和仿真等施获得机器人在特定工作任务下的负载情况进行电机选型，然后考虑3个因素:电机最大 扭矩、电机功率和电机最大最小转速。

电机最大扭矩是旋转开始时所需的转矩。

首先减速器 承载的总转矩由克服系统加速度所需的转矩摩擦转矩总和乃以及电机克服负载的转矩3个部分组成。

即：Tg=Z jg+7/ (1)(1)若与电机相连减速器的传动比为，传递效率为，同 步带轮的传递效率为，则电机最大转矩为：(2 ■电机最大转速、最小转速，则电机的最大功率为:户舰=『电机似祖⑶⑶可根据前述公式雅的电机最大撕、电机功率和 电机最大最小转速结果选取合适的电机。

6 结束语本文通过对农业生产环境分析，认为轮式移动机器人 比较适合生产使用，建议构件之间采用模块化设计以及制 造材料应选铝合金、不镑钢或塑料树脂等不易镑蚀的材料。

提出了农用机器人设计应注意事项，对农用机器人电机的 选用、夹持器的册以及手腕的设计进行探讨，为农用机器 人的设计提供理论依据和新方法。

参考文献：[1 ]李格伦，崔天时，刘春莉，等.农用轮式机器人运动控制系iE®rf-Jf^[J].^lfL^：5F^,2018,40(02)：192-196.(收稿日期=2018-12-19)。