摘  要
椰子作为一种主要的经济作物，其采收历来是一项劳动强度大、效率低、劳动强度大的劳动。随着科技的不断发展，机器人技术逐渐成熟，开发一款能够自主完成椰子采摘任务的机器人已成为当前研究的热点问题。
目前市场上存在一些椰子采摘机器人产品，但大多数产品还存在许多问题，如定位不准确、稳定性差严重等。因此，设计一种具有高效、精准、稳定和安全等特点的椰子采摘机器人对于优化椰子采摘生产方式、提高采摘效率、减轻人力负担以及保证采摘品质等方面都具有重要意义。
本文主要介绍了一种椰子采摘机器人的机械结构设计方案。该方案采用了多轴机械臂和末端夹爪的结构，能够适应不同高度、角度和方向的椰子采摘任务。同时，为了提高机器人的稳定性和安全性，采用汽车底盘保证机器人在操作过程中的稳定性和安全性。利用 Solidworks对其进行了建模，并对其关键零件进行了力学性能的研究。同时，本发明所研制的机械臂机构也有较大的实用价值。
关键词：机械臂；末端夹持机构；履带底盘

目录
摘  要    1
ABSTRACT    2
目  录    3
第一章  绪论    5
1.1研究的背景及意义    5
1.2国内外研究现状    5
1.2.1国外的研究现状    5
1.2.2国内的研究现状    5
1.3采摘机器人的发展趋势    7
1.4本文主要的研究方法    8
1.5本文主要的研究方法    8
第二章  总体的设计方案    9
2.1设计的方法和原则    9
1.2.1总体的设计方法    9
2.1.2  总体结构设计    9
2.2  结构方案的选择    9
2.3  驱动方案的选择    10
2.4  传动方案的选择    10
2.5  本文的方案设计    11
2.5.1  机械臂设计    11
2.5.2  底盘的设计    12
2.5.3  控制系统的设计    13
2.5.4  末端执行装置的设计    13
2.5  本章小结    13
3.1底盘的总体设计    14
3.2行走机构的设计    14
3.2.1  小车驱动电机的选型    14
3.2.2  驱动轮的设计    15
3.2.3  驱动轮的强度校核    15
3.3齿轮的设计    17
3.4轴的设计和校核    19
3.4.1  按扭转强度条件初步估算轴的直径：    19
3.5键的设计和校核    24
第四章  采摘机器人的机械臂设计    25
4.1机械臂的总体设计    25
4.2机械臂的传动设计    25
图3.1六轴机械臂的各个臂尺寸图    25
4.3末端夹持器的设计    27
第五章  采摘机器人的三维模型构建    29
5.1 solidworks    29
5.2 采摘机器人的三维模型    29
第六章  采摘机器人的有限元分析    32
5.1采摘机器人的有限元分析    32
5.2采摘机器人的材料选择    32
5.3采摘机器人的网格划分    33
5.4施加载荷    33
5.5后处理    33
5.5采摘机器人的工艺性分析    34
5.7本章小结    35
第七章  总结和展望    35

第一章  绪论
1.1研究的背景及意义
随着科技的不断发展，机械化种植已经在逐步替代传统的依靠人工的农业种植方式，农业生产已经发生了重大的改变。最近几年，随着电子和电脑科技的迅猛发展，原先被应用在工业领域的机器人也被应用到了田地里，已经在农业生产中发挥了极其重要的作用，现在可以通过机器人来实现农业上的移栽、嫁接、除草、采摘和果蔬分离等作业。根据相关统计表明:由于人口老龄化以及农村的青年人都在去城市打工，从事农业方面的工作的人数在减少，而且，随着农产品的规模化和多元化，劳动力的短缺也日趋严重。在果园种植中，仅仅果实采摘时需要大量劳动力，平时却不需要，部份种植园难以找到足够的临时从业人员，无法及时采摘，造成经济损失。即使有足够的临时劳动力，但他们由于不熟悉工作，这将会加大果实在采摘过程中的损伤几率。相关资料表明:果实采摘的花费已经占据了整个农业种植生产费用的40%以上，甚至有部分种植园已经达到50%的程度。因此，对采收机器人进行研究与开发，对其进行研究，以达到减少栽培费用、增加农户增收的目的。摘果机器人是一种智能化、机械化、精确的作业方式，可替代传统的手工作业方式。
椰子果园是一个重劳动力的行业，采摘椰子需要大量的人工劳动。为了降低种植成本，增加农民收入，开展收获机器人的研发和研究具有重要意义。果实采摘机器人以其智能化、机械化和精密的特点，可以取代人工操作。椰子采摘是一个细致、复杂的过程，需要对果实进行精准、安全的处理，避免造成伤害或者损坏。对于传统的手工采摘而言，人工疲劳和误差都会影响采摘效率和果实品质。而采摘机器人能够通过智能算法和感知系统，精准地掌握每个果实的大小、成熟度等信息，快速而精准地完成采摘任务。椰子采摘机器人可以通过自动化和智能化技术，实现对生产过程的全面监控和管理。相比传统模式下，由于采摘机器人可以按照预设路线进行采摘和管理，节省了人工和物流成本，减少了浪费。该技术是一种高效、优质、安全、高效的农机操作方法。这些优点也可以推广到其他农业领域中，带动整个农业智能化的发展，为现代农业创新提供支持和保障。
总之，该项目的研究具有重要的现实意义，它将为我国的农业生产提供一种更为高效、智能化的解决办法，从而使我国的农产品产量与品质得到进一步的改善，从而推动我国的农业现代化。
1.2国内外研究现状
椰子采摘机器人目前的发展主要是集中在农业领域，尤其是智慧农业和互联网农业领域，近年来，由于电脑科技的进步，采果机器人已被普遍采用。
1.2.1国外的研究现状
目前，国内外对果实采收机器人的研究已有较大的发展，以下为有关方面的研究：
日本在新世纪初就已经开发出了更高水平的椰子采收机器人。目前，日本的椰子采摘机器人大多基于 GPS、LIDAR、摄像头等传感器进行定位和感知，并具备自主导航和避障能力。利用机器夹钳及图像辨识等方法，对大小及形状各异的椰子进行精确采收。此外，日本还在开展椰子果实品质检测技术的研究，旨在提高采摘效率和果实品质。
美国的采果机器人大多分布在像佛罗里达州这样的椰子产区。目前，美国在采果机器人上所采用的技术有：移动机器人平台，计算机视觉算法，以及人工智能算法。在此基础上，利用计算机视觉对果实的位置、大小及成熟度进行实时监测，以达到自动采收的目的。利用机器夹钳及图像辨识等方法，对不同形状及大小的椰子进行精确采收。此外，美国还在研究如何优化椰子果实的品质和运输方式。
英国 Silsoe研究院研制出了一款能够自动识别出香菇所在的地点与尺寸的智能采集装置，并有针对性地对其进行切割与采集。虽然它只有三个自由度，移动关节是使用气动装置驱动的和旋转关节则是采用电机来驱动,这样的设计非常简单,成本也比较低。由于蘑菇生长中会出现倾斜的情况，机器人的采摘成功率只有为75%左右，采摘速度是5.7个/s。
欧洲在这方面的研究比较滞后，但是在这方面已经取得了一定的进展。其中，印度尼西亚是东南亚椰子种植业比较发达的地区之一，该国的椰子采摘机器人主要基于机器视觉、传感器和控制器等技术，该系统能够对各种规格、外形各异的水果进行自动采收。另外，东南亚也正在进行一项关于椰子质量监控与智能化采收机械的研究。
总之，目前国外的椰子采摘机器人研究主要集中在机器视觉、传感器、自主导航和机器学习等方面，旨在提高采摘效率和果实品质。在此基础上，提出了一种基于智能、高效率、高精度的摘果机器人。
1.2.2国内的研究现状
我国现有的果实收获机器人研究方法大致可归纳为两大类：一类是以视觉为主，另一类是以激光雷达为主。其中，以视觉为基础的位置检测系统就是利用影像识别来完成对果实进行准确的定位与摘取。在此基础上，提出了一种新的基于 Lidar的方法，即通过对椰子的3D形状进行测量，从而达到对椰子果实进行精确的定位与采摘。针对目前我国对果实采收机器人研究存在的问题，提出了一种新的解决方案。在此基础上，提出了一种基于机器人自主导航技术的椰子