王娜 高文英

摘要：為了滿足農(nóng)村蛋雞舍產(chǎn)蛋數(shù)量大，空間合理利用問題，在預(yù)先設(shè)定好的小空間、飼養(yǎng)人員無法通過的采蛋路線上，設(shè)計出一臺能夠沿著預(yù)定路線運行，并完成自動避障及撿蛋智能小車，通過三維軟件進行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足強度要求。并通過對行走裝置、撿蛋裝置、運轉(zhuǎn)裝置的設(shè)置，最終達到效率、空間、勞動成本等幾個方面的最優(yōu)設(shè)計目的。

關(guān)鍵詞：撿蛋;機器人;結(jié)構(gòu)設(shè)計;組裝

0? 引言

農(nóng)業(yè)自動化是當(dāng)今不可避免的一大趨勢，智能機器人代替人類工作能夠解決安全性、效率、可靠性等一系列問題，并能夠在小空間內(nèi)代替人類無法觸及的領(lǐng)域去完成工作[1-2]。

1? 本課題研究的內(nèi)容

該機器人的主要任務(wù)是自動撿蛋機器人，主要應(yīng)用在農(nóng)場或養(yǎng)雞場內(nèi)。設(shè)計的自動撿蛋機器人大概工作流程如下：將機器人放在養(yǎng)雞房門口，啟動機器人開關(guān)。機器人進入養(yǎng)雞房后，機器人先進行右轉(zhuǎn)，直行到傳感器檢測到機器人行至房間角落，然后左轉(zhuǎn)延邊行進。再行至同一面墻的兩個角落的時候，在進行左后轉(zhuǎn)彎，通過程序數(shù)據(jù)調(diào)控達到一個車位距離。再直行至距墻一個車位距離，以方便執(zhí)行右后轉(zhuǎn)彎。然后以此重復(fù)，直至機器人行至最左側(cè)靠入口墻角落，執(zhí)行左轉(zhuǎn)，行至入口。撿雞蛋的工作流程用機械結(jié)構(gòu)執(zhí)行，在行進過程中通過機械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動，將雞蛋收到結(jié)構(gòu)里。完成自動撿蛋的工作過程[3-5]。

2? 總體設(shè)計方案

2.1 行走方案

機器人行走機構(gòu)大致可分為三類：輪式、履帶式、行走式。由于養(yǎng)雞房一般都有草料鋪在地面上，比較寬敞，且相對比較平整。并且行走式的控制和設(shè)計太過復(fù)雜，而履帶式又因為地面上鋪有草料可能會出現(xiàn)草料卡住履帶的情況，因而選擇輪式行走方式會比較合理。

2.2 撿蛋方式

本設(shè)計采用仿造收割機的方案，將雞蛋通過擠壓進入撿蛋機構(gòu)，再存放到存放室中。

2.3 驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的方式

針對動力裝置選擇，可考慮采用步進電機進行驅(qū)動，24V小型功率驅(qū)動即可。機器人由前輪進行方向控制，驅(qū)動裝置安裝在后輪。并由萬向輪進行導(dǎo)向，萬向輪形式多樣，可以直接采購，使用方便簡潔。導(dǎo)向輪的支架保證能夠整周旋轉(zhuǎn)運動，起到導(dǎo)向和支撐的作用。

實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向的方式以差動居多，該機器人亦可以選取差動的方式進行轉(zhuǎn)向，差動機構(gòu)簡單靈活。大多數(shù)機器人小車的車輪采用安裝兩個步進電機為基礎(chǔ)進行差動控制，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，由于車輪速度不同，導(dǎo)致車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向運動，即當(dāng)左輪停止或者降低轉(zhuǎn)速時，車輛向左轉(zhuǎn)向;反之，右輪停止或降低轉(zhuǎn)速時，車輛向右轉(zhuǎn)動。

綜上所述，整機的車輪的設(shè)計可以采用兩個驅(qū)動輪和一個導(dǎo)向輪的方式進行控制，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于控制和加工。

2.4 主體材料的選擇

由于制作的自動撿球機器人體積中等，因為需要應(yīng)對鋪了草料的養(yǎng)雞場，所以要求機器人重量較重。所以，主體的制造材料選為金屬材料。這種材料的強度較大，而且來源廣泛，通常選用碳鋼和鋁合金。選用這種材料會使機器人體重增加，但是會增大電機的負載。所以驅(qū)動電機的選用要用大功率的步進電機。用以提供更大的動力。

3? 結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 驅(qū)動機構(gòu)

3.1.1 電源的選擇

因為本機器人整體質(zhì)量較大，選用電機扭矩較大，故采用12V鋰電池作為電機驅(qū)動、另外因為機械臂連接各驅(qū)動板，所以采用7.4V鋰電池來驅(qū)動機械臂以保證它動作穩(wěn)定，為了更易于識別待檢測物體需電壓穩(wěn)定，故采用7.4V電源單獨給各傳感器供電。

3.1.2 電機的選擇

微型機器人使用的電機一般有步進電機、直流電機和直流伺服電機這三種類型。這三種電機的控制都相對簡單，性能也比較出眾，而且直流電源也比較容易獲得。本設(shè)計可采用L298N電機專用驅(qū)動芯片帶動兩個5V的直流電動機進行驅(qū)動。

3.1.3 車輪的確定

本設(shè)計的采蛋機器人車輪分為驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪兩種，驅(qū)動輪可采用直接采購的方式進行，車輪表面選擇大紋路表面，從而增大摩擦力。萬向輪也采用直接購買的方式，使整機簡便，易于更換。

3.2 撿蛋機構(gòu)

本課題采用仿水稻收割機的方式，設(shè)計了一個滾筒式的收雞蛋機構(gòu)，采用螺旋的鋼絲，螺旋線方向選擇左螺旋，通過電機用傳送帶與滾筒連接來帶動滾筒轉(zhuǎn)動。因為是螺旋所以雞蛋將在自身重力的作用下，沿著螺旋向左側(cè)緩慢移動，當(dāng)雞蛋移動到最左側(cè)時，雞蛋通過左側(cè)開的小口進入傳送帶內(nèi)。

3.3 輸送機構(gòu)

本機器人采用特別設(shè)計的傳送帶來實現(xiàn)本機器人的多種用途。首先本機器人的傳送帶需要能夠?qū)崿F(xiàn)電機與收集雞蛋滾筒的傳動功能，其次該傳送帶還要實現(xiàn)能夠?qū)㈦u蛋進行運輸?shù)倪\輸功能。所以本課題設(shè)計了一款兩側(cè)具有與電機相連的帶動元件相符合的突起，類似齒輪的連接，用以實現(xiàn)傳送帶的轉(zhuǎn)動。傳送帶的中間部分因為要實現(xiàn)將雞蛋輸送到更高的位子的功能，而一般的雞蛋大概長5厘米，寬3厘米。所以打算在傳送帶中間設(shè)計高1.5厘米，厚0.5厘米，長6厘米的突起，用以支撐雞蛋在上升過程中的重力。電機的帶動元件設(shè)計為兩側(cè)齒輪，中間凹下去的“工”字型構(gòu)造。再將雞蛋抬起到需要位子，設(shè)立一個斜擋板，讓雞蛋在擋板和傳送帶突起的擠壓下從傳送機構(gòu)中出來進入緩沖通道。緩沖通道設(shè)計為一個“S”型的傾斜通道，讓雞蛋不至于因為由高位置進入低處的存雞蛋箱產(chǎn)生的勢能導(dǎo)致蛋殼破損。

4? 機器人的感官

機器人的感官采用聲波感應(yīng)器，因為聲波感應(yīng)器能夠更好的感應(yīng)機器人距離養(yǎng)雞房墻壁的距離，更容易讓機器人確定自身位于養(yǎng)雞房中的位置，使機器人能夠更好地確定自己的下一步的路線。

5? 結(jié)論

本文希望在最大限度保證收集到雞蛋的完好無損下，通過機器人的幫助減少人工。通過上電機的差動用以提供機器人本身所需要的動力與轉(zhuǎn)向要求。通過滾筒狀螺旋收集機構(gòu)實現(xiàn)雞蛋的收集工作。再通過傳送帶和緩沖通道實現(xiàn)雞蛋的從收集機構(gòu)到儲存機構(gòu)的轉(zhuǎn)移。在各種機器人不斷出現(xiàn)和各個領(lǐng)域逐漸實現(xiàn)機械化的大背景下，希望本文能夠給機器人的設(shè)計人員提供一個新的思路。

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