徐世亮

摘要隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展和完善，農(nóng)業(yè)自動(dòng)采集機(jī)器人的需求也越來越廣泛。文章所研究的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要由視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊所組成。在研究過程中，主要在對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的視覺采集系統(tǒng)、末端執(zhí)行感知系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)自動(dòng)化；采摘機(jī)器人；視覺系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

中圖分類號：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0021-02

目前，在國內(nèi)水果產(chǎn)業(yè)中果實(shí)的采摘仍然主要依靠人工來完成，使得果實(shí)采摘成為了整個(gè)水果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)耗力的環(huán)節(jié)，同時(shí)，果實(shí)的采摘質(zhì)量也會(huì)對水果的質(zhì)量造成直接影響。如何提高果實(shí)采摘作業(yè)的機(jī)械化程度，已經(jīng)成為了我國水果行業(yè)發(fā)展所面臨的重大課題。

1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要包括五個(gè)自由度的機(jī)械手和兩個(gè)自由度的移動(dòng)載體兩個(gè)部分。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

表1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成簡介

編號 簡介

1 履帶小車

2 果實(shí)收集框

3 伸展帶

4 采集末端執(zhí)行器

5 果實(shí)收集裝置

6 伸展電動(dòng)推桿

7 小臂電機(jī)

8 大臂

9 大臂電機(jī)

10 腰部電機(jī)

11 腰部

12 升降機(jī)

13 電源、控制設(shè)備

14 地面

如圖1所示，采用關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，可以更加有效的確定末端執(zhí)行器在三維空間中的位置和姿態(tài)。由于果實(shí)在果樹上的分布具有隨機(jī)性，而且分布的空間也較大，在采摘時(shí)可能會(huì)遇到很多的障礙物，采用多自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)械手可以擬合三維空間中的任意曲線，通過控制管件的運(yùn)動(dòng)，有效躲避障礙物。除此之外，采用氣泵作為末端執(zhí)行器夾持機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，可以適度補(bǔ)償機(jī)械本體的位置誤差，末端執(zhí)行器上的旋轉(zhuǎn)式果柄切割裝置可以不需要對果柄位置進(jìn)行檢測，并且調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)就可以將果實(shí)脫離果樹。

總體來說，如圖1所示，采摘機(jī)器人的主要核心構(gòu)成部分主要分為視覺系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大模塊。

2視覺采集和分析模塊

視覺采集模塊主要負(fù)責(zé)通過攝像機(jī)采集視覺信息，并且對視覺信息進(jìn)行分析。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要通過視覺傳感器來獲取采摘機(jī)器人的工作環(huán)境、工作對象以及機(jī)器人自身位置等信息。與工業(yè)機(jī)器人相比，果實(shí)采集機(jī)器人所處的空間環(huán)境，以及工作的對象更加復(fù)雜，需要通過對所采集的視覺信息處理。其中視覺傳感器的主要工作內(nèi)容包括：

1）確定采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器與將要采摘果實(shí)之間的相對距離。

2）確定所要采摘果實(shí)的形狀、尺寸和品質(zhì)。

3）作為采摘機(jī)器人行走的視覺導(dǎo)航。

視覺采集傳感器是整個(gè)采摘機(jī)器人的核心部件，為了能夠讓采摘機(jī)器人有更寬闊的視覺范圍，而且不被末端執(zhí)行器擋住視角，在本課題中采用視覺系統(tǒng)安裝在執(zhí)行末端中間的安裝方式。并且在綜合考慮了可靠性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性之后，選用DIGI-HIBW-60視頻攝像頭。

3末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)

3.1 壓力感知器

在研究中，采用FSR-402的力敏點(diǎn)來作為壓力感知器。FSR-402是一種用半導(dǎo)體材料的壓力電阻效應(yīng)制成的，可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號的特殊電子元件。當(dāng)末端夾持器上的壓力傳感器感受到一定的壓力之后，就開始啟動(dòng)電動(dòng)道具切割果柄。由于機(jī)器人耦斷執(zhí)行器上的紅外光電對管和力敏電阻產(chǎn)生的都是模擬信號，不能直接被控制設(shè)備進(jìn)行處理，因此需要進(jìn)行相對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換。

在電路中，RM連接FSR作為電壓分配器，U1輸出高電平或低電平為電壓比較器，U1輸入端的輸入電壓由RM和FSR所組成的電壓分配器決定，當(dāng)FSR所承受的力增大時(shí)，其輸出電壓也會(huì)相應(yīng)的增大。在初始狀況，壓力感知器沒有感知到力的作用時(shí)，U1比較電壓器的輸出電壓為低電平，的那個(gè)U1比較電壓器的輸入電壓大于反相輸入端電壓時(shí)，U1輸出為高電平?；鶞?zhǔn)電壓由反相輸出端的電阻R1生成，滑動(dòng)變阻器R1所構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓也可以由兩個(gè)固定的電阻所組成的電壓分配器形式所替代。

3.2 碰撞感知器

碰撞感知器是避免機(jī)器人在果實(shí)采摘過程中，末端執(zhí)行器碰撞障礙物。在機(jī)器人小臂的不同方位安裝4-5組微動(dòng)開關(guān)來作為碰撞傳感器，如果設(shè)計(jì)為三組碰撞傳感器則按照安裝的方位分別為CR、CU、CL；如果設(shè)計(jì)為五組碰撞傳感器則根據(jù)安裝的方位分別為CR、CRU、CU、CLU、CL。碰撞傳感器可以收集水果采摘過程中的障礙物信息，并且將這些信息傳送到軟件控制端進(jìn)行處理。

4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，主控系統(tǒng)采用KP-6420i工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過視覺系統(tǒng)和感知系統(tǒng)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械臂正等功能。通過串口實(shí)現(xiàn)對交流伺服驅(qū)動(dòng)器的控制。本課題中的采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)框架如圖2所示。

5總結(jié)

本文主要對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，將采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)劃分成視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且分別對每個(gè)模塊的硬件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。

圖2機(jī)器人控制模塊框架圖

參考文獻(xiàn)

[1]沈明霞，姬長英.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)背景及技術(shù)動(dòng)向[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（5）：31-35.

[2]湯修映，張鐵中.果蔬收獲機(jī)器人研究綜述[J].機(jī)器人，2012，27（1）：90-96.

[3]趙勻，武傳宇，胡旭東，等.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展及存在的問題[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，19（1）：20-25.

[4]陸懷民.林木球果采集機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2001，32（6）：53-58.

endprint

摘要隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展和完善，農(nóng)業(yè)自動(dòng)采集機(jī)器人的需求也越來越廣泛。文章所研究的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要由視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊所組成。在研究過程中，主要在對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的視覺采集系統(tǒng)、末端執(zhí)行感知系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)自動(dòng)化；采摘機(jī)器人；視覺系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

中圖分類號：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0021-02

目前，在國內(nèi)水果產(chǎn)業(yè)中果實(shí)的采摘仍然主要依靠人工來完成，使得果實(shí)采摘成為了整個(gè)水果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)耗力的環(huán)節(jié)，同時(shí)，果實(shí)的采摘質(zhì)量也會(huì)對水果的質(zhì)量造成直接影響。如何提高果實(shí)采摘作業(yè)的機(jī)械化程度，已經(jīng)成為了我國水果行業(yè)發(fā)展所面臨的重大課題。

1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要包括五個(gè)自由度的機(jī)械手和兩個(gè)自由度的移動(dòng)載體兩個(gè)部分。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

表1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成簡介

編號 簡介

1 履帶小車

2 果實(shí)收集框

3 伸展帶

4 采集末端執(zhí)行器

5 果實(shí)收集裝置

6 伸展電動(dòng)推桿

7 小臂電機(jī)

8 大臂

9 大臂電機(jī)

10 腰部電機(jī)

11 腰部

12 升降機(jī)

13 電源、控制設(shè)備

14 地面

如圖1所示，采用關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，可以更加有效的確定末端執(zhí)行器在三維空間中的位置和姿態(tài)。由于果實(shí)在果樹上的分布具有隨機(jī)性，而且分布的空間也較大，在采摘時(shí)可能會(huì)遇到很多的障礙物，采用多自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)械手可以擬合三維空間中的任意曲線，通過控制管件的運(yùn)動(dòng)，有效躲避障礙物。除此之外，采用氣泵作為末端執(zhí)行器夾持機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，可以適度補(bǔ)償機(jī)械本體的位置誤差，末端執(zhí)行器上的旋轉(zhuǎn)式果柄切割裝置可以不需要對果柄位置進(jìn)行檢測，并且調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)就可以將果實(shí)脫離果樹。

總體來說，如圖1所示，采摘機(jī)器人的主要核心構(gòu)成部分主要分為視覺系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大模塊。

2視覺采集和分析模塊

視覺采集模塊主要負(fù)責(zé)通過攝像機(jī)采集視覺信息，并且對視覺信息進(jìn)行分析。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要通過視覺傳感器來獲取采摘機(jī)器人的工作環(huán)境、工作對象以及機(jī)器人自身位置等信息。與工業(yè)機(jī)器人相比，果實(shí)采集機(jī)器人所處的空間環(huán)境，以及工作的對象更加復(fù)雜，需要通過對所采集的視覺信息處理。其中視覺傳感器的主要工作內(nèi)容包括：

1）確定采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器與將要采摘果實(shí)之間的相對距離。

2）確定所要采摘果實(shí)的形狀、尺寸和品質(zhì)。

3）作為采摘機(jī)器人行走的視覺導(dǎo)航。

視覺采集傳感器是整個(gè)采摘機(jī)器人的核心部件，為了能夠讓采摘機(jī)器人有更寬闊的視覺范圍，而且不被末端執(zhí)行器擋住視角，在本課題中采用視覺系統(tǒng)安裝在執(zhí)行末端中間的安裝方式。并且在綜合考慮了可靠性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性之后，選用DIGI-HIBW-60視頻攝像頭。

3末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)

3.1 壓力感知器

在研究中，采用FSR-402的力敏點(diǎn)來作為壓力感知器。FSR-402是一種用半導(dǎo)體材料的壓力電阻效應(yīng)制成的，可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號的特殊電子元件。當(dāng)末端夾持器上的壓力傳感器感受到一定的壓力之后，就開始啟動(dòng)電動(dòng)道具切割果柄。由于機(jī)器人耦斷執(zhí)行器上的紅外光電對管和力敏電阻產(chǎn)生的都是模擬信號，不能直接被控制設(shè)備進(jìn)行處理，因此需要進(jìn)行相對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換。

在電路中，RM連接FSR作為電壓分配器，U1輸出高電平或低電平為電壓比較器，U1輸入端的輸入電壓由RM和FSR所組成的電壓分配器決定，當(dāng)FSR所承受的力增大時(shí)，其輸出電壓也會(huì)相應(yīng)的增大。在初始狀況，壓力感知器沒有感知到力的作用時(shí)，U1比較電壓器的輸出電壓為低電平，的那個(gè)U1比較電壓器的輸入電壓大于反相輸入端電壓時(shí)，U1輸出為高電平?；鶞?zhǔn)電壓由反相輸出端的電阻R1生成，滑動(dòng)變阻器R1所構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓也可以由兩個(gè)固定的電阻所組成的電壓分配器形式所替代。

3.2 碰撞感知器

碰撞感知器是避免機(jī)器人在果實(shí)采摘過程中，末端執(zhí)行器碰撞障礙物。在機(jī)器人小臂的不同方位安裝4-5組微動(dòng)開關(guān)來作為碰撞傳感器，如果設(shè)計(jì)為三組碰撞傳感器則按照安裝的方位分別為CR、CU、CL；如果設(shè)計(jì)為五組碰撞傳感器則根據(jù)安裝的方位分別為CR、CRU、CU、CLU、CL。碰撞傳感器可以收集水果采摘過程中的障礙物信息，并且將這些信息傳送到軟件控制端進(jìn)行處理。

4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，主控系統(tǒng)采用KP-6420i工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過視覺系統(tǒng)和感知系統(tǒng)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械臂正等功能。通過串口實(shí)現(xiàn)對交流伺服驅(qū)動(dòng)器的控制。本課題中的采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)框架如圖2所示。

5總結(jié)

本文主要對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，將采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)劃分成視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且分別對每個(gè)模塊的硬件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。

圖2機(jī)器人控制模塊框架圖

參考文獻(xiàn)

[1]沈明霞，姬長英.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開發(fā)背景及技術(shù)動(dòng)向[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（5）：31-35.

[2]湯修映，張鐵中.果蔬收獲機(jī)器人研究綜述[J].機(jī)器人，2012，27（1）：90-96.

[3]趙勻，武傳宇，胡旭東，等.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究進(jìn)展及存在的問題[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，19（1）：20-25.

[4]陸懷民.林木球果采集機(jī)器人設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2001，32（6）：53-58.

endprint

摘要隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展和完善，農(nóng)業(yè)自動(dòng)采集機(jī)器人的需求也越來越廣泛。文章所研究的農(nóng)業(yè)機(jī)器人主要由視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊所組成。在研究過程中，主要在對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的視覺采集系統(tǒng)、末端執(zhí)行感知系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)自動(dòng)化；采摘機(jī)器人；視覺系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

中圖分類號：S225 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0021-02

目前，在國內(nèi)水果產(chǎn)業(yè)中果實(shí)的采摘仍然主要依靠人工來完成，使得果實(shí)采摘成為了整個(gè)水果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)耗力的環(huán)節(jié)，同時(shí)，果實(shí)的采摘質(zhì)量也會(huì)對水果的質(zhì)量造成直接影響。如何提高果實(shí)采摘作業(yè)的機(jī)械化程度，已經(jīng)成為了我國水果行業(yè)發(fā)展所面臨的重大課題。

1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要包括五個(gè)自由度的機(jī)械手和兩個(gè)自由度的移動(dòng)載體兩個(gè)部分。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

表1農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成簡介

編號 簡介

1 履帶小車

2 果實(shí)收集框

3 伸展帶

4 采集末端執(zhí)行器

5 果實(shí)收集裝置

6 伸展電動(dòng)推桿

7 小臂電機(jī)

8 大臂

9 大臂電機(jī)

10 腰部電機(jī)

11 腰部

12 升降機(jī)

13 電源、控制設(shè)備

14 地面

如圖1所示，采用關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，可以更加有效的確定末端執(zhí)行器在三維空間中的位置和姿態(tài)。由于果實(shí)在果樹上的分布具有隨機(jī)性，而且分布的空間也較大，在采摘時(shí)可能會(huì)遇到很多的障礙物，采用多自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)械手可以擬合三維空間中的任意曲線，通過控制管件的運(yùn)動(dòng)，有效躲避障礙物。除此之外，采用氣泵作為末端執(zhí)行器夾持機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，可以適度補(bǔ)償機(jī)械本體的位置誤差，末端執(zhí)行器上的旋轉(zhuǎn)式果柄切割裝置可以不需要對果柄位置進(jìn)行檢測，并且調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)就可以將果實(shí)脫離果樹。

總體來說，如圖1所示，采摘機(jī)器人的主要核心構(gòu)成部分主要分為視覺系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大模塊。

2視覺采集和分析模塊

視覺采集模塊主要負(fù)責(zé)通過攝像機(jī)采集視覺信息，并且對視覺信息進(jìn)行分析。農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人主要通過視覺傳感器來獲取采摘機(jī)器人的工作環(huán)境、工作對象以及機(jī)器人自身位置等信息。與工業(yè)機(jī)器人相比，果實(shí)采集機(jī)器人所處的空間環(huán)境，以及工作的對象更加復(fù)雜，需要通過對所采集的視覺信息處理。其中視覺傳感器的主要工作內(nèi)容包括：

1）確定采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器與將要采摘果實(shí)之間的相對距離。

2）確定所要采摘果實(shí)的形狀、尺寸和品質(zhì)。

3）作為采摘機(jī)器人行走的視覺導(dǎo)航。

視覺采集傳感器是整個(gè)采摘機(jī)器人的核心部件，為了能夠讓采摘機(jī)器人有更寬闊的視覺范圍，而且不被末端執(zhí)行器擋住視角，在本課題中采用視覺系統(tǒng)安裝在執(zhí)行末端中間的安裝方式。并且在綜合考慮了可靠性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性之后，選用DIGI-HIBW-60視頻攝像頭。

3末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)

3.1 壓力感知器

在研究中，采用FSR-402的力敏點(diǎn)來作為壓力感知器。FSR-402是一種用半導(dǎo)體材料的壓力電阻效應(yīng)制成的，可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號的特殊電子元件。當(dāng)末端夾持器上的壓力傳感器感受到一定的壓力之后，就開始啟動(dòng)電動(dòng)道具切割果柄。由于機(jī)器人耦斷執(zhí)行器上的紅外光電對管和力敏電阻產(chǎn)生的都是模擬信號，不能直接被控制設(shè)備進(jìn)行處理，因此需要進(jìn)行相對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換。

在電路中，RM連接FSR作為電壓分配器，U1輸出高電平或低電平為電壓比較器，U1輸入端的輸入電壓由RM和FSR所組成的電壓分配器決定，當(dāng)FSR所承受的力增大時(shí)，其輸出電壓也會(huì)相應(yīng)的增大。在初始狀況，壓力感知器沒有感知到力的作用時(shí)，U1比較電壓器的輸出電壓為低電平，的那個(gè)U1比較電壓器的輸入電壓大于反相輸入端電壓時(shí)，U1輸出為高電平?；鶞?zhǔn)電壓由反相輸出端的電阻R1生成，滑動(dòng)變阻器R1所構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓也可以由兩個(gè)固定的電阻所組成的電壓分配器形式所替代。

3.2 碰撞感知器

碰撞感知器是避免機(jī)器人在果實(shí)采摘過程中，末端執(zhí)行器碰撞障礙物。在機(jī)器人小臂的不同方位安裝4-5組微動(dòng)開關(guān)來作為碰撞傳感器，如果設(shè)計(jì)為三組碰撞傳感器則按照安裝的方位分別為CR、CU、CL；如果設(shè)計(jì)為五組碰撞傳感器則根據(jù)安裝的方位分別為CR、CRU、CU、CLU、CL。碰撞傳感器可以收集水果采摘過程中的障礙物信息，并且將這些信息傳送到軟件控制端進(jìn)行處理。

4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，主控系統(tǒng)采用KP-6420i工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過視覺系統(tǒng)和感知系統(tǒng)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械臂正等功能。通過串口實(shí)現(xiàn)對交流伺服驅(qū)動(dòng)器的控制。本課題中的采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)框架如圖2所示。

5總結(jié)

本文主要對農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，將采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)劃分成視覺采集系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊和控制模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并且分別對每個(gè)模塊的硬件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究。

圖2機(jī)器人控制模塊框架圖

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