摘要
随着设施农业的快速发展，我国草莓种植规模持续扩大，已成为高附加值的重要经济作物。但草莓成熟周期集中、保鲜期短，且目前采收仍以人工为主，存在劳动强度大、作业效率低、用工成本高、果实损伤率难以控制等问题，季节性用工短缺更是严重制约产业稳定发展。现有大型采摘设备难以适配国内大棚垄作模式，小型器械功能单一、实用性不足，因此研发适配中小型种植场景的自动化草莓采摘机器人，对缓解用工压力、提升采收效率、推动设施农业机械化升级具有重要意义。
本文针对温室高架垄作草莓的采摘需求，完成了模块化草莓采摘机器人的整体结构设计与性能校核。通过多方案对比确定了核心技术路线，完成了履带式移动底盘、五自由度串联关节型机械臂的详细设计，对大臂、车架等关键零部件进行了有限元静力学与模态分析。研究结果表明，所设计的机器人各项性能满足设计要求，具备采摘效率高、果实损伤率低、经济适用性强的特点，可为同类软质水果采摘设备的研发提供参考。
关键词：草莓采摘机器人；履带底盘；关节型机械臂；末端执行器；结构设计
目录
序言 1
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 4
1.3 本课题主要研究内容 4
第2章 草莓采摘机器人总体方案设计 6
2.1 工况分析与设计要求 6
2.1.1 采摘工况分析 6
2.1.2 设计要求 7
2.2 整机方案构成 8
2.2.1行走机构方案设计 8
2.2.2驱动方案设计 10
2.2.3采摘方式方式设计 11
2.3 经济性分析 13
2.3.1 三种技术路线的核心特征 13
2.3.2 各方案全生命周期成本与效益测算 13
2.3.3 最优方案确定与综合评价 15
2.4 本章小结 15
第3章 采摘机械臂结构设计 17
4.1 机械臂设计要求与整体构型 17
4.1.1 设计要求与技术指标 17
4.1.2 整体构型方案对比与确定 18
4.1.3 自由度分配与运动范围规划 19
4.2 小臂组件设计 20
4.2.1 小臂结构设计 20
4.2.2小臂材料选择 23
4.2.3小臂俯仰伺服电机选型 23
4.2.4小臂旋转机构设计 24
4.3 大臂组件设计 26
4.2.1 大臂结构设计 26
4.2.2大臂材料选择 28
4.2.3大臂俯仰伺服电机选型 29
4.2.4大臂旋转机构设计 30
4.4 腕部设计 34
4.4.1腕部结构设计 34
4.4.2腕部材料选择 36
4.4.3腕部俯仰伺服电机选型 37
4.4.4腕部俯仰传动机构设计 38
4.5 本章小结 40
第4章 末端执行器结构设计 42
4.1末端执行器总体结构形式 42
4.2柔性夹爪设计 43
4.2.1柔性夹爪结构设计 43
4.2.2柔性夹爪材料选择 44
4.3传动机构设计 45
4.3.1 设计输入条件 45
4.3.2 步进电机选型计算 46
4.3.3 蜗杆传动机构设计 48
4.4本章小结 50
第5章 关键零部件有限元分析 51
5.1大臂静力学分析 51
5.1.1模型简化 51
5.1.2材料选择 52
5.1.3网格划分 53
5.1.4约束与载荷 53
5.1.5结果分析 54
5.2车架模态分析 56
5.2.1车架模型简化 56
5.2.2材料选择 57
5.2.3网格划分 58
5.2.4模态分析结果 58
5.3本章小结 63
第6章 工程与社会 64
6.1 工程与社会发展的关联性 64
6.2工程社会效益 64
第7章 结论与展望 66
7.1 结论 66
7.2 展望 66
参考文献 68
致 谢 70
说明书
三维模型
CAD图纸
文件列表
