本科毕业论文---基于atmega16的六自由度果实采摘机械手控制系统.doc

国内图书分类号： 密级：国际图书分类号： 学号：707499学 位 论 文基于ATmega16的六自由度果实采摘机械手控制系统的设计导师姓名： 教授申请学位级别： 论文提交日期：2010年 月 日所 在 单 位：东北农业大学学位授予单位：东北农业大学专业名称：农业电气化与自动化答辩日期：2010年 月 日学位授予日期：答辩委员会主席：2010年 月 日Classified Index: U.D.C:Dissertation for the Master Degree in Engineering CONTROLER DESIGN OF 6-DOF FRUIT PICKING MANIPULATOR BASED ON ATMEGA16Candidate:Supervisor:Academic Degree Applied for:Speciality:Date of Oral Examination:University:Prof. Master of EngineeringAgricultural Electrification and AutomationJune，2010Northeast Agricultural University目录目 录中文摘要V英文摘要VI1 引言11.1 研究背景11.2 国内外农业机器人研究动态趋势21.2.1 国外农业机器人发展状况21.2.2 国内农业机器人发展状况31.3 论文研究的目的和意义41.4 论文的主要研究工作和内容51.5 本章小节52机械手控制方法的研究62.1 微型伺服直流电机的工作原理62.2 微型伺服直流电机内部结构72.3 本章小结83六自由度机械手的机械系统93.1 硬件系统的总体结构93.2 机械手的硬件结构组成93.3 机械系统相关参数分析103.4 本章小节124六自由度果实采摘机械手控制系统的硬件设计134.1 硬件开发工具与PCB设计方法144.1.1 硬件开发工具AltiumDesigner08144.1.2 PCB高可靠性设计原则144.2 芯片控制模块154.2.1 芯片电路154.2.2 复位电路164.2.3 晶振电路164.2.4 控制芯片的选取174.2.5 ATmega16的特性与引脚功能184.3 电源模块204.4 键盘指令输入模块204.5 液晶显示模块214.6 舵机驱动模块234.7 程序下载模块244.7.1 JTAG下载电路244.7.2 ISP下载电路244.8 本章小节255 六自由度果实采摘机械手控制系统的软件设计265.1系统软件的选择265.1.1 编译软件ICCAVR265.1.2 程序下载软件AVR Studio265.2 机械手软件设计总体方案275.2.1 系统初始化285.2.2 键盘扫描和检测285.2.3 液晶显示285.2.4 舵机控制295.3 本章小结326 系统调试与实验分析336.1 硬件调试336.2 软件调试336.3 机械手控制实验346.4 本章小节357 机械手位姿分析368 结论39致谢40参考文献41附 录43攻读硕士学位期间发表的学术论文45IIIContentsCONTENTSChinese AbstractVEnglish AbstractVI1 Inroduction11.1 Introduction of background11.2 Developments and trends of domestic and foreign research21.2.1 Developments and trends of foreign research21.2.2 Developments and trends of domestic research31.3 Purpose and significance of the study41.4 Main work and content of the paper51.5 Brief summary of this chapter52 Study of manipulator control method62.1 Related theories about manipulator control62.2 Working principle of the micro servo DC72.3 Internal structure of the micro servo DC83 Mechanical systems of the 6 DOF manipulator93.1 Overall design of hardware system93.2 Hardware structure of the Manipulator103.3 Mechanical system parameters123.4 Brief summary of this chapter124 Hardware control system design of the 6 DOF manipulator124.1 Hardware development tools and the PCB designment method134.1.1 Iintroduction of Altium Designer08144.1.2 Rules on high-reliability PCB designment144.2 Chip control module154.2.1 Chip circuitry154.2.2 Reset circuitry164.2.3 Crystal circuitry164.2.4 The choice of chip174.2.5 Features and pin function of ATmega16184.3 Power module204.4 Keyboard command input module204.5 LCD module214.6 Servo drive module234.7 Program download module244.7.1 JTAG download circuitry 244.7.1 ISP download circuitry244.8 Brief summary of this chapter255 Software control system design of the 6 DOF manipulator265.1 choice of system soft265.1.1 Compile software ICCAVR265.1.2 Program download software AVR Studio265.2 Overall program of manipulator software design275.2.1 system initialization285.2.2 Keyboard scanning and detection285.2.3 LCD display285.2.4 Control of servo295.3 Brief summary of this chapter326 System debugging and experimental analysis336.1 Hardware debugging336.2 Software debugging336.3 Manipulator control experiment346.4 Brief summary of this chapter.357 Manipulator posture analysis368 Conclusion39Acknowledgement40References41Apendix43Academic paper published during the master degree45研究生学位论文独创声明和使用授权书独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要摘 要21世纪是农业机械化向智能化方向过渡的重要时期。随着农业生产的规模化、多样化和精确化，农业生产作业要求逐渐提高，许多作业项目都是劳动密集型工作，例如蔬菜和水果的挑选与采摘、蔬菜的嫁接等，再加上时令的要求，保证作业质量成为十分关键问题；另外，工业生产发展迅速，农业劳动力将逐渐向社会其他产业转移，随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高，这样大大降低了产品的市场竞争力。果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，可充分利用机器人的信息感知功能，对被采摘对象的成熟程度进行识别，从而保证采摘的果实的质量，并能够大大提高采摘的工作效率、降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。因此农业机器人的大规模广泛应用将是提高我国农业机械化水平的一项有力措施。机械系统采用大谷六自由度机械手，该机械手系统由基座、手臂、手腕、手部四个部分组成。硬件机械系统主要是由6路伺服电机、金属支架组件构成，对机械系统的机械结构和舵机控制方法进行深入的理论研究后，设计了六自由度果实采摘机械手的控制系统。本论文主要工作内容是对六自由度果实采摘机械手的控制器进行设计。控制器采用模块化的设计方案，将控制器按照芯片控制模块、电源模块、键盘模块、液晶显示模块、舵机驱动模块进行分块设计。从而将功能分解，降低模块间的耦合性。控制器的设计分别从硬件和软件两方面进行介绍，控制器摒弃了使用PC机上安装的控制软件的传统控制方法，仅利用实验设计的机械手控制器即可实现对六自由度机械手的操作控制，控制芯片为AVR系列单片机-Atmega16l，采用按键对舵机转动进行实时控制，从而带动整个机械手完成一定空间范围内的果实采摘工作。并可通过12864液晶显示屏进行舵机角度的实时显示、经实验验证了对果实采摘机械手控制的可行性、满足了本文对控制器进行设计的目的。关键词：控制器；自由度；机械手；ATmega16l；舵机VIIAbstractController Design of 6-DOF Fruit Picking Manipulator Based on ATmega16AbstractThe 21st century is an important period of development from agricultural mechanization to intelligence, With the scale, diversification and precision of agricultural production, the requirements of agricultural production and operation increase gradually, and many projects are labor-intensive operations, such as the selection and harvesting of vegetables and fruit, grafting vegetables, coupled with seasonal requirements, To ensure its quality will be a crucial issue; in addition, because of the rapid development of industrial production, agricultural labor force will gradually shift to other industries; With the population aging and decline in agricultural labor force, agricultural production costs have been increased, Therefore, This has greatly reduced the competitiveness of products in the market.Fruit picking work is the most time-consuming and laborious part in fruit production chain. Because of it is Seasonal, labor-intensive, Costly, ensuring the timely harvest of fruit, reducing harvest operating costs are an important way for increasing agricultural income. As an important type of agricultural robot, Harvesting robots can take full advantage of the information awareness function, identify the maturity of the object being picked, ensure the quality of the fruit picking, greatly enhance the work of harvesting efficiency reduce worker labor intensity and production costs, increase labor productivity and product quality, ensure timely harvest of fruit, Hence, it has great potential for development. Therefore, the wider application of large-scale agricultural robot will be a forceful measure to improve Chinas agricultural mechanization level.In this paper, Dagu 6-DOF manipulator is used as the mechanical structure, Manipulator system consists of the base, arm, wrist, hand four parts. Hardware system is composed of 6-channel servo motors, metal components, after the in-depth study of the mechanical structure of the mechanical system and servo control methods, Control system of 6 DOF fruit picking manipulator is designed.Main content of this paper is to design the controller of 6-DOF Fruit Picking Manipulator ,the Controller is designed modularly, Which is divided into the chip control module, power module, the keyboard module, liquid crystal display modules, servo drive module. Decomposing the function and reducing the coupling. Controller design is introduced from two aspects - hardware and software, the controller abandon the traditional control methods - control software installed on PC, the control of 6-DOF manipulator can be realized by only using the controller, choosing AVR Microcontroller-Atmega16l as control chip, Using buttons to control the servos in real-time, Thus helping the whole manipulator completing the fruit picking work within a certain space ,and the state of the servo can be displayed on the LCD-12864 in real-time, the feasibility of control of the six degree Fruit Picking manipulator through the controller is verified by experiments, and this paper also meet the design purpose of controller.Key words: controller; degree of freedom; manipulator; ATmega16l; servoCandidate: Speciality: Agricultural Electrification and AutomationSupervisor: Prof. 引言1 引言1.1 研究背景 近些年来，世界范围内许多农业相对发达的国家都在进行果实收获自动化的研究，从而真正实现机械代替人类完成采摘工作的任务，然而提高智能化程度和降低生产成本两个技术难题一直是进行实用化和普及化的关键问题。国外果实采摘机器人的研究相对国内来说已经取得了比较大的进展，中国在该领域的研究仍然处于起步阶段。但随着农业规模化的不断发展和科技水平的不断提高，在我国未来的农业生产中，农业机器人将发挥不可低估的作用。因此，在21世纪提高农业自动化水平将成为我国在农业科技领域的一个至关重要的研究点，作为高级自动化设备的各种机器人，在我国的农业方面必定会得到广泛的推广和应用。农业机器人既是机械与电子的简单结合，也是融合检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术和计算机技术等多种技术于一体的交叉学科。它归根结底仍属于机器人的范畴, 以下的几点可以简要的概括农业机器人的作用：解决农业劳动力不足的问题；替代人类完成脏或非常辛苦的劳动；可以替代人们从事机械式的单调工作；可以获得品质和附加值较高的农产品；实现工厂内的无菌化生产工作；能够吸引更多年轻的学者开展农业生产研发工作。另外，农业机器人具有先进的感知能力，大数据量存储能力和强劲的信息处理能力。所以，在未来农业生产中，农业机器人将发挥强大的作用（纪晓睿，2007）。农业采摘机器人的作业对象为物理特性复杂多样的农作物产品, 所以研究农业机器人首先应从物理特性和生物特性来考虑这些对象，农业采摘机器人的研究阶段已进入了实用化,随着高科技农业发展的需要和机械、电子产业的日益发展，农业采摘机器人将不断涌现与完善（宋婷，2009）。传统的机械存在易污染环境、对植被造成损害等缺点。为了克服这个缺点，国内外都在大力进行农业机器人的研究，农业机器人智能化的不断提高，相对于传统农业机械能更好的适应生物技术的新发展。改善了传统的劳动方式以及农民的劳动生活状态。因此，世界各国对农业机器人投入了高度重视，以及大量的资金和人力进行研究开发工作（杨宝珍，2008）。农业采摘机器人处于非结构性、未知的工作环境中，其作业对象随机分布性决定了农业采摘机器人必须具有智能化的感应能力和适应复杂的作业环境的能力。农业采摘机器人上传感器的应用对周围环境的感知能力和智能程度有直接的影响。简单、稳定、易实现成为在研制不同农业采摘机器人时传感器选择的重要因素，以提高其作业能力（宋婷，2009）。农业采摘机器人是机器人技术迅速发展的产物，是农业向自动化和智能化发展的重要标志。目前，发达国家已研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器人，在农业采摘机器人研究方面居于领先地位。1.2 国内外农业机器人研究动态趋势20 世纪90 年代以来，“精确农业”技术引起了发达国家的普遍重视，已被国际农业科技界认为是二十一世纪实现农业可持续发展的先导性技术之一(杨宝珍，2008)。农业采摘收获机器人可用于蔬菜以及水果采摘，也可对花生等经济作物进行采摘。目前很多国家已经开展相关研究，这些机器人的视觉传感器一般为彩色摄像机，用它来寻找和识别成熟果实，机器人主要由机械手、末端执行器、视觉传感器和移动机构等部分组成，加入避障功能的机器人可以避开树枝等障碍物，为了避免采摘过程中对果实的伤害，可以再末端执行器中加入压力传感器（佟玲等，1996）。目前，世界各国已经投入实际应用的有黄瓜采摘机器人、柑橘采摘机器人、葡萄采摘机器人、番茄收摘机器人、西瓜收获机器人等。1.2.1 国外农业机器人发展状况近些年，国外农业机器人发展非常迅速。自从第一台西红柿采摘机器人1983 年在美国诞生至今，采摘机器人的研究和开发近三十年来，日本和欧美其他国家相继开展对苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能采摘机器人的研究。美国：美国作为世界农业生产大国，其农业机器人技术发展速度很快。美国具有成熟的行走式农业机器人理论技术，这些归因于自身发达的科学技术、广阔的领土、较高的农业机械化程度。在2004年，世界农业博览会在美国加利福尼亚州图莱里开幕，该次农业博览会上美国加利福尼亚西红柿机械公司展出两台全自动西红柿采摘机。西红柿采摘机首先将西红柿连枝带叶割倒后卷入分选仓，仓内具有能够识别红色的光谱分选设备，可以对红色的西红柿进行挑选，并将其通过输送带送入随行卡车的货舱内，未成熟的西红柿连同枝叶一道被粉碎,喷撒在田里作肥料。在西红柿单位面积产量有保证的前提下，这种长12.5m、宽4.3m 的西红柿采摘机的效率为每分钟可采摘一吨多西红柿，每小时可采摘70吨西红柿（徐崇庶，1998）。日本：日本的农业机器人技术发展最为成熟，其很大原因是由日本本身的自然资源条件决定的。日本的自然条件表现为土地资源贫乏、劳动力不足、人口密度大、多山地，因此需要大力发展温室作业。但是温室内的温度高、湿度大、不适于长时间工作，因此日本必须选择机械化和自动化相结合的农业发展方向来为弥补劳动力与土地资源不足并改善劳动环境。其农药喷洒机器人、施肥机器人、嫁接机器人、育苗机器人、番茄采摘机器人、黄瓜采摘机器人和葡萄采摘机器人等理论与应用都居世界前列（徐崇庶，1998）。日本Kondo-N等人研制的黄瓜采摘机器人采用六自由度的机械手，这种机械手可以在倾斜棚支架下工作。黄瓜的栽培方式专门为机械化采摘而设计。为了使检测与采摘更容易，黄瓜果实在倾斜棚的下侧，便于黄瓜与茎叶分离。在摄像机前加了滤波片，根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。其末端执行器上装有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时，当机械手指抓住黄瓜后，由果梗探测器寻找果梗，然后由切割器切断果梗。Kondo-N 等人还研制出草莓采摘机器人。草莓具有两种不同的栽培模式，即高架栽培模式和传统模式。其中高架栽培模式因适合机器人作业而得到越来越多的应用。该机器人采用五自由度采摘机械手，末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器，视觉系统与西红柿采摘机器人类似。收获时，由视觉系统计算采摘目标的空间位置，接着采摘机械手移动到预定位置，末端执行器向下移动并把草莓吸入；草莓的位置由三对光电开关检测，当草莓位于合适的位置时，腕关节移动，果梗进入指定位置，由螺旋加速驱动切割器旋转切断果梗，完成采摘工作。 英国：Silsoe 研究所开发的挤奶机器人，装有用激光和摄像机视觉导向的气动“软”机器人臂, 用于放置吸奶杯并清洁和干燥挤奶部位，也可对奶牛乳房的1 /4 部位进行挤奶。它可每天24小时对40头奶牛进行监控和挤扔，并自动对奶牛状态进行监控和数据收集，使奶牛以更接近自然状态的生活周期进食、休息和产奶，最大限度地减少人为干扰，从而提高挤奶效率并改善奶牛健康状况(Spencer S，1999)。1.2.2 国内农业机器人发展状况 国内在20 世纪90 年代中期开始农业机器人的研究，相对于发达国家来说起步较晚。由于我国的土地具有多样性，主要表现为：山地和丘陵较多，平原地带面积相对也较大。这就决定了发展农业的多样性。我国的一些地区已经开展了大型机械化，并且一些地区在农业生产方面也应开展了关于农业机器人的技术研究和开发，促进了我国现代化农业的进程。我国自身的现代机械化基础薄弱，在“七五”计划时才把机器人列入国家重点科研规划内容，全面展开了机器人基础理论与基础元器件研究。随着近三十多年的发展，我国也陆续建立了机器人基础体系，许多科研机构和高等院校也相应开展农业机器人的研究，培养了大批专业人才，研制了很多具有不同特点和用途的农业机器人（朱力，2003）。与此同时，农业机器人的发展也具有一定的局限性。首先是昂贵的农业机器人价格，因此难以得到普及应用。虽然提高农业生产水平是我国的基本国策之一，并且我国多年来一直在加快农业机械化的进程，一定程度上实现了农业生产设备的机械化，但是我国相对于发达国家在机械技术上的投资比重很低，而且技术研发阶段成本也很高，成熟的技术才会带来价格的降低。因此说更多研发资金的投入是农业机器人技术完善和发展的根本保障。其次是农业生产单位的不同，目前我国主要还是以家庭为单位，生产主体本身的劳动素质不高，具有高技术含量的农业机器人不能很快地被接受。同时家庭式的劳动单元也决定了生产作业量的局限性。农业机器人的价值只有在大规模的劳动生产中才能充分发挥出来。最后是我国多样性的土地结构决定了多样化的农业机器人，来适应我国多样的农业工作环境（戴乃昌，2009）。我国果蔬采摘机器人的研究已然取得一定的进展。林木球果采摘机器人的应用有望克服我国森林资源的危机，提高我国的森林资源利用率。该林木球果采摘机器人是东北林业大学陆怀民研制的。主要由5个自由度机械手、行走机构、液压驱动系统和单片机控制系统组成。林木球果采摘机器人利用单片机控制系统控制机械手臂完成采摘。这种机器人的效率是500kg/d, 是人工的3050倍。具有破坏较小，采净率相对高的采摘特点（陆怀民，2001）。另外，曹其新等运用彩色图像处理技术和神经网络理论，开发了草莓拣选机器人，采用气动驱动器将草莓推到不同的等级方向（曹其新等，1999）。周云山等研究了蘑菇采摘机器人。该系统主要由传送带、摄像机、采摘机器手、三自由度气动伺服机构、机器手抓取控制系统和计算机等组成。为了防止执行不准确、抓取不到位或者蘑菇形态破损等现象，蘑菇采摘机器人加入了计算机视觉系统，这样就提供了蘑菇的形态信息，并能够引导机器手准确抵达蘑菇的中心位置（周云山等，1995）。中国农业大学率先研制成功自动插接法、自动旋切贴合法嫁接技术，实现了蔬菜幼苗嫁接的精确定位、快速抓取、良好切削。操作者只需把砧木和穗木放到相应供苗台上，机器人能完成砧木、穗木的取苗、切苗、接合等嫁接过程的自动化作业，嫁接速度达到每小时600棵，成功率95%以上，促进了果蔬生产规模化、产业化（张铁中等，1999）。中国农业大学张铁中等在草莓、黄瓜、西红柿、茄子等果蔬采摘机器人方面做了较深入地研究，并研制出了一些试验样机（袁国勇，2006）。2004年, 我国发明的首款挤奶机器人被应用于蒙牛澳亚示范牧场。机器人式、转盘式等现代化挤奶平台都在牧场挤奶示范区进行展示，其中转盘式平台单次可同时对60头奶牛进行挤奶，是目前我国最大的挤奶机(田素博，2007)。我国农业机器人的应用和推广有待于引起更高的重视和投入更高的研发资金，针对我国土地结构的多样性等因素克服当前的局限性，并且提高已研制出的农业机器人的性能，研发制造出能够适应我国国情和不同作业条件的农业机器人，提高我国当前的农业生产水平，从而加快我国实现农业现代化的进程。1.3 论文研究的目的和意义随着科学技术日新月异的发展和农业生产模式的改变，农业机器人在农业生产中得到了更为广泛的应用。农业生产的季节性、多样性、复杂性等因素要求农业机器人的性价比和智能化必须得到相应的提高，这就成为了影响农业机器人研究应用的瓶颈问题。为了解决目前农业机器人存在的通用性差、成本高、智能化程度较低的问题，开放式结构控制器在农业机器人的控制系统得到了应用，投入到农业机器人的科研中具有实际应用价值，进而缩短我国与国际先进水平的差距（崔勇，2008）。农业机器人在经济和技术方面存在特殊性，目前尚未得到广泛应用于研制，因此农业机器人技术远不如工业机器人技术发展得成熟，伴随着逐步出现的农业劳动力不足以及农业生产向规模化、多样化、精确化的发展方向的问题，可以预计，随着日益成熟的农业工程技术和农业现代化技术的不断发展，农业机器人将逐步并更大力度的投入到农业生产中（宋健等，2005）。目前，机器人在新兴领域中的发展并不断壮大，农业机器人具有极大的研发潜力，采摘机器人研究工作中应用了人机协作和开放式结构的思想，因此采摘机器人作为农业机器人的重要应用在不久的将来会越来越多地应用于农业生产中。采摘机器人为了向大规模、多种类以及更为精确的方向发展必须能够准确地进行成熟果实的识别和定位，从而引导末端执行器准确接近目标进行采摘作业，而末端执行器要求研制灵巧，具有不损伤果实的特性；此外采摘机器人的行走机构的设计必须能够适应复杂的环境；视觉系统对于果实的识别定位以及控制系统和机械手臂系统对果实的采摘要求迅速而准确。随着农业机器人技术的不断成熟，相信未来的几年，农业机器人定能克服了各种各样的工作问题，更好的服务于农业生产（刘长林，2008）。1.4 论文的主要研究工作和内容本文主要研究并设计了基于ATmega16的六自由度果实采摘机械手的控制系统，机械系统采用大谷公司生产的六自由度机械手，针对机械手的结构特点以及舵机的相关参数，抛弃了使用232串口通过PC机并利用VB软件对机械手控制的传统方法，对控制器的设计进行了优化，从而大大的增加了系统的移动灵活性。该控制器通过对舵机的角度控制带动整个机械手臂完成对果实的采摘工作。主要工作内容包括：（1）对六自由度果实采摘机械手机械系统进行分析和研究；（2）熟练掌握舵机控制原理，根据舵机特性拟定了舵机控制器的设计方案；（3）利用AD6进行原理图和PCB板的设计并加工；（4）对整个机械手硬件系统进行调试，并对机械手系统控制器软件程序进行调试和优化；（5）对机械手位姿进行算法研究，确定了舵机角度与机械手六个关节坐标间的转换关系。（6）进行系统控制器的控制调试实验，利用控制器对机械手进行实时控制操作。1.5 本章小节本章首先介绍了当前国内外农业机器人的发展现状，分析了我国农业机器人的发展趋势。随后阐述了本课题研究的目的、意义，最后提出了本文的研究工作和内容。39机械手控制方法的研究2机械手控制方法的研究舵机是组成机械手的最重要组成部件，实现整个机械手臂的控制的实质就是对六个微型伺服直流电机的控制，以舵机的转动即机械手臂关节的转动作为动力源，来带动整个手臂支架完成机械手在一定空间范围内对果实的采摘工作，下面对微型伺服直流电机的工作原理和结构组成进行分析和研究。2.1 微型伺服直流电机的工作原理微型伺服电机的工作原理是一个比较简单的过程，因为单个微型伺服直流电机是一个典型闭环反馈系统，其原理如图2-1所示。图2-1微型伺服直流电机工作原理图Fig.2-1 Schematic diagram of miniature DC servo motor对工作原理图进行说明：控制脉冲通过控制电路传送到直流电机部分，然后变速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。例如：当输入一个周期性的正