智能远程控制水果采摘机的研制

智能远程控制水果采摘机的研制 摘要：该采摘机是在传统机械臂根底上，采用了先进的机械机构、传动方案和控制系统，使得果农在采摘水果过程中更加地智能和便捷。采用SolidWorks软件设计全部零件，可以实现采摘机的动态仿真。该作品获得了2021年辽宁省大学生机械创新设计大赛一等奖。关键词：采摘机；舵机；控制；机械臂1研制背景及意义随着世界人口的急剧增加，农业生产所承受的压力越来越大，对大规模、高效率的生产模式的需求也日益明显。同时，科技的开展和各种理论、技术的突破，也使得这类生产模式成为可能。农业机器人凭借其无疲劳、高效率的优势起到相当重要的作用，自动采摘机器人正是在这种背景下诞生的。20世纪末开始，美国、日本、法国、印度等许多国家开始了对自动采摘机器人的研究，并取得了一定成果，但应用情况并不乐观。本作品运用在智能化的农业生产中，可实现远程在家中或者控制室中控制采摘机，完成整个采摘过程。其可以大幅度地节省人力，减轻劳动强度，提高采摘效率。具有应用前景广阔、实用性强的优势，填补国内空白。2采摘机的组成及工作原理该采摘机由采摘收集系统和整理系统两局部组成。采摘收集系统为机械臂采摘结构，通过对舵机的控制，使得图臂杆六自由度灵活的转向摆臂，最顶端装有夹头夹头上安装有用来剪枝的刀片，与此同时，还安装有摄像头用来回传现场图像。下半局部那么为车体水果收集箱，其顶端采集回来的水果通过管道进入车体，车体与管道的衔接处安装有红外传感器，用来计数采集回来的水果数量并显示在车体上的显示屏上。水果进入车体的管道后，会被车体内的整理系统合理地摆放在车体内。当收集箱集满或完成采摘任务时，可控制车体的后背盖全自动翻开，此时后背盖变为架在车体与地面之间的斜坡，使得水果合理的卸出。采摘收集局部装有两个刀片和一个环形漏斗，采摘时通过摄像头将影像传输回来，可以选择人工控制机械臂或者选择机械臂自动采摘。采摘时环形网袋会套住果实，将果实的枝干局部靠入爪机构中，爪子的合并使得刀片将枝干剪断，使果实通过与环形漏斗滑入车体。整理系统由一个小型舵机和三个步进舵机组成。用支架将三个步进舵机组成XY轴平面坐标系，运用丝杆结构将小舵机与一个运输小平台连接，使支架上的小舵机连接的小型运输平台可在XY坐标系平面内有序运行。小舵机控制平台开关，水果能够正确坠入系统指定位置。在工作局部中，机械臂的顶端的夹头上安装有一套剪枝刀片，用于适当的时候对枝条的裁剪。机械臂的本体拥有五个自由度即可有五个独立的关节运动， 端使用蓝牙与51单片机端的串口蓝牙实现异步通信。机械臂的动作分别采用了无人工干预的全自动分配联动算法，使控制变得相当简单。采集回来的水果经过中间的减速缓冲带进入收集箱，为了确保水果的品质，在车体收集装置的入口处安装了一个运送平台，水果进入平台后停止运动。此时水果也遮拦住了入口处所放置的红外传感器，再经过误差排除即可完成一次有效计数。车体内部的整理系统将水果按程序有序整齐地排列在收集箱中，卸水果时，收集箱的后盖自动翻开，车体后盖形成一定角度的斜坡以便水果自动倾倒到地面。车体内配有LED灯管，在夜晚来临或者光线缺乏时可以开启灯光进行光线補偿。显示记录局部由红外传感器和显示屏组成，它可以实时测出进入箱体内的水果个数，并通过显示屏显示出来。该机器控制系统为：嵌入式Openwrt系统的ARM控制板， 电脑等终端设备直接连入网即可与此控制板通信。同时夹头的上方也安放一颗720P的高清摄像头并且使用常见的USB线与ARM控制板连接，最高可以以30帧的流畅度将采集到的现场的图像信息通过Openwrt的ARM控制板回传到控制终端。机械臂的本体拥有五个自由多即可有五个独立的关节可运动。 端使用蓝牙与51单片机端的串口蓝牙实现异步通信。3创新点及应用1巧妙运用机械臂六自由度结构完成复杂情况的采摘功能，在控制算法上采用独创的联动算法，让操作者轻松上手。2使用基于Linux内核的开源嵌入式Openwrt系统，将该系统与路由器整合并挂载摄像头完成远程图像回传，并结合 App实施远程控制。3利用舵机、电机以及设置运送平台，采摘回来的水果得以完好的进入收集装置中。4在车体内装有整理装置，可以使采集好的水果在车体内有序地摆放，减少水果互相碰撞造成损伤。5具有记录功能，能准确地反应出箱体内部水果的个数。相比现阶段我国国内采摘机器，该采摘机具有多功能化、操作简便、可靠性高、智能化等优点。对该采摘机的使用者文化程度要求不高，使用方法简单，维修维护方便，价格合理，便于果农使用，具有广阔的应用前景。参考文献：【1】濮良贵，纪名刚.机械设计，高等教育出版社，2021，12，203212.【2】江耕华，胡来容，陈启松.机械传动设计手册，煤炭工业出版社.【3】胡小安，赵德安.果树采摘机器人关键技术研究最终报告，40000158X2021AA10Z254/01.中国科学技术信息研究所，2021.【4】周学才，李卫平，李强.开放式机器人通用控制系统J.机器人，19981.202110146050