10、农业机器人的技术与应用：从机械手设计到夹持器分析

农业机器人的技术与应用：从机械手设计到夹持器分析

在农业生产中，机器人技术的应用正逐渐成为解决劳动力短缺、提高生产效率和降低成本的关键手段。本文将重点探讨农业机器人的机械手结构设计与优化，以及机器人夹持器在农产品物理操作中的应用。

1. 农业机器人机械手结构设计与优化

1.1 水果采摘机械手的自由度分析

水果采摘用的机械手通常具有 2 到 7 个自由度（DOF）。增加自由度可以提高在复杂环境中到达目标的能力，但也会带来一些问题，如常见的运动规划算法难以在合理时间内找到无碰撞路径，降低速度和可靠性，并增加机械手的成本。

1.2 不同作物采摘机器人的机械手设计

• 茄子采摘机器人 ：
  • 设计参数包括基座柱高度 (l_1)、上臂长度 (l_2)、前臂长度 (l_3)、腰部旋转角度 (\theta_1)、上臂旋转角度 (\theta_2) 和前臂旋转角度 (\theta_3)。
  • 选择具有 4 个自由度的关节式机械手。当 (l_2 = l_3) 时，机械手结构最优，此时总工作空间最大，控制能力和避障能力也最佳。最终确定 (l_1 = 340) mm，(\theta_1 = ±180^{\circ})；(l_2 = l_3 = 350) mm，(\theta_2 = ±90^{\circ})，(\theta_3 = ±150^{\circ})。
• 黄瓜采摘机器人 ：
  • 有多种研究，如设计了具有 6 个自由度（2T2R 型，不