智能农业采摘系统的设计与实现(1).docx

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1、毕业设计（论文）开题报告专业计算机科学与技术学生学号班号指导教师开题日期一、开题报告应包括下列主要内容：1 .通过学生对课题题目和课题研究现状、选题的目的和意义论述，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求。2 .进度计划是否切实可行。3 .是否具备毕业设计所要求的基础条件。4 .预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。5 .主要参考文献。二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。三、开题报告要求学生认真填写，由开题答辩组和指导教师填写意见、签字后，统一交所在分院保存，以备检查。指导教师评语：指导教师：开题答辩组审查意见：组长：组员:一、课题题目和课题研究现状课题题

2、目：智能农业采摘系统的设计与实现目前采摘作业约占整个果蔬生产作业量的40%,自动化程度仍然很低，目前国内采摘作业基本上都是手工进行,因此研究采摘机械臂具有巨大的应用价值。早在20世纪70年代,欧美国家和日本就开始了对苹果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等采摘机械臂的研究。1983年,美国研制出了第一台番茄采摘机械臂。随着农业机械化的发展,各个国家对采摘机械臂进行了更加深入的研究。目前，美国、英国、法国等西方发达国家在水果采摘的研究方面取得一定的进展。在国外自动农业采摘系统早已经在实际中广泛成熟使用，如采摘机器人、自动喷洒系统、自动收割系统等等已经大量使用。我国是农业大国，随着我国农业生产水平的不断提高

3、，果业发展前景也更加广阔，正逐渐成为农业的重要组成部分之一。随着电子技术和计算机技术的快速发展，各种智能化和自动化的机器人已经在许多领域得到广泛的应用。在农业生产中，由于作业对象的复杂、多样以及当前我们国家正面临人口老年化的趋势，使得新型农业机械一自动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。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机械化收获系统，果蔬的采摘工作是一项需要耗费很多劳动力的过程，而且在工业生产快速发展的今天，从事农业活动的人已经越来越少，如果人力不足的话，对于果蔬的采摘是一个严重的问题，

4、但是仅仅依靠人力也已经满足不了现代生产的需求。在计算机技术和相关信息技术的快速发展带动下，由机器代替人来进行农业采摘工作，已经不是那么遥远的事情了，以我们现在的技术已经完全可以实现，而这种机器就是果蔬采摘机器人。是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科与一体的交叉边缘性科学，对于智能化的农业水果采摘机械研究，我国相对于英、法、美等发达国家起步较晚，始于20世纪90年代中期。目前，我国智能化果蔬采摘机械装置的研究还处于起步阶段，很多院校、科研院所等都在进行智能化采摘机械的相关研究，并在智能化采摘领域内取得了初步成果。二、选题的目的和意义随着时代的发展，科技的进步，人们的生活质

5、量不断提高，对水果的需求量也在逐步增加。水果种植面积的不断扩大，农业从业者逐步减少及人口老龄化趋势的加剧，人力采摘已不能满足水果成熟期集中、快速采摘的过程。此外，传统的人力采摘方式存在采摘效率低、劳动强度大、高空采摘难度大、安全隐患高的缺点。研究表明，在整个水果种植生产过程中，采摘果实所耗费的劳动力占耗费劳动力总体的35%45乐劳动力缺口大、采摘周期短、采摘成本高等问题，严重制约了果园种植业的长远发展。为了节约人力物力，提高果农的经济收入，果园种植业的机械化成为发展的必然趋势。因此本文研究的自动农业采摘系统可以大大提供采摘的效率，节约人力成本。三、课题的基本内容本课题是通过物联网技术来实现对苹

6、果、桔子等水果的自动采摘，通过系统完成图像的采集，系统接收到采摘指令之后就能够采摘水果，并将水果进行分类放置。本系统要实现功能如下：1、系统能够完成水果果实的图像采集；2、系统能够发送采摘指令到系统完成水果的采摘；3、不同的水果设置不同的采摘速度；4、系统完成水果的采摘之后将水果放置到不同的采摘框内；5、系统遇到突发情况能够及时报警提示，比如电量不足、或者是系统故障等。四、研究方案及预期达到的目标（一）、研究方案本设计方案分为两个层次，包括感知层和应用层。其中感知层为机械手直接对水果的采摘，并获取采摘过程中的速度大小，对采摘过程实时保护；应用层是根据采摘的水果不同，通过设置不同的力度和时间来实

7、现各种水果的自动采摘。1、系统开发采用STM32F103C8T6单片机来实现各种逻辑的控制；2、使用摄像头完成水果图像的采集处理；3、系统采用1M358作为电机转动时负载电流的放大芯片，放大后的数据进入到单片机进行AD转换，从而实现对负载电流的实时监控和报警。4、使用舵机+机械臂完成水果的采摘。（二）、预期达到的目标通过以上研究方案中关键器件的选型，本系统采用的均是市面上成熟稳定的电机控制方案及外围器件，该系统设计方案可靠稳定，成本在300元左右，该方案前景明朗，在各种自动采摘行业中都可以广泛应用。该方案预期实现的技术指标如下：1、系统锂电池容量3.6V4000mAH,系统充电电流1A,充满时

8、间4小时；2、电机最大转速IoOO转/分，转速分3挡可调（600转/分、800转/分）；3、机械手遇阻电流1.5A,当系统运行电流连续3秒大于1.5A时，系统停止工作；4、128*64图形点阵液晶屏和4键6*6*5轻触按键进行人机交互；5、系统电池连续3秒低于3.6V,系统低电量报警；6、系统运行功耗W4%五、为完成课题已具备和所需的条件已具备的硬件方面：电烙铁、STM32F103C8T6开发板所需要的硬件：摄像头、Ied灯、按键、1CD液晶显示屏等所需要的软件:Kei15sA1tiUmDeSigner16等六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施困难1：在具体设计中，由于本系统

9、涉及到当负载电流过大时，系统停止运行并进行报警，这个负载电流该如何去判断是一个难题；解决措施：通过在系统1CD上将此电流值可以设置，进行大量的实际验证，确认合适的方案；七、进度安排1可行性分析1周2需求分析2周3系统设计3周4系统实现5周5系统测试1周6撰写论文3周八、参考文献H1邸韬.六自由度机械手机械结构设计J现代职业教育.2018(11)12滕举元,许洪斌,王毅,张哲.采摘机器人机械臂运动轨迹规划设计仿真J.计算机仿真.2017(04)3刘磊,余汾芬.基于STM32的机械臂运动控制系统设计研究J.井冈山大学学报(自然科学版).2019(01)14巴旭.采摘机械手结构和控制系统优化基于神经

10、网络武术套路训练J.农机化研究.2018(15邓二伟.基于单片机的机械臂的研究J.电子世界.2016(15)16王伟.基于单片机的机械手臂控制系统设计J.机械管理开发.2018(01)王先伟,吴明晖隅俊,邵佩迪,陈善本.名优茶采摘机器人机械手结构参数优化与仿真J.中国农机化学报.2018(07)陈艳艳,申东东果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究J.农机化研究.2017(10)19李素云,唐先进.苹果采摘机器人的研究现状、进展与分析J1.装备制造技术.2016(01)110聂永芳,许家宝.多用途抓取类机械手设计及分析J.煤矿机械.2016(12)111王周宇.舜猴桃采摘机器人自动搬运装箱装置的设计与研究ID.西北农林科技大学,2019.九、备注系统硬件框图/功能框图