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农业机械设计与研究

作者:本站管理员时间:2019-09-23 10:52

目前,国内水果行业的水果收获仍主要靠人力完成,这使得水果收获成为整个水果生产链中最耗时耗力的部分。同时,水果品质会直接影响水果的品质。如何提高果树采收机械化水平已成为中国果业发展面临的重大问题。

本文设计的农业采矿机器人由两个自由度机器人和两个自由度运动载体组成。农业采矿机器人的整体结构如图1所示。

图1农业采矿机器人的总体结构

号码介绍

1轨手推车

2个水果收集箱

3条弹力腰带

4采集末端执行器

5个水果收集装置

6拉伸电动推杆

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7臂电机

8繁荣

9臂马达

10腰电机

11腰

12部电梯

13电源,控制设备

14地

如图1所示,关节型结构可用于更有效地确定末端执行器在三维空间中的位置和姿势。由于果树上果实的分布是随机的,分配空间很大,收获时可能会遇到许多障碍。具有多个自由度的铰接式机械手可以适合三维空间中的任何曲线。控制管道的运动,有效避开障碍物。另外,气泵用作末端执行器夹紧机构的动力源,可适度补偿机械机构的位置误差。端部执行器上的旋转水果柄切割装置可以检测和调节手柄的位置。末端执行器的姿势将果实从果树中移除。

一般来说,如图1所示,采矿机器人的主要核心部件分为三个主要模块:视觉系统,传感系统和控制系统。

2视觉采集和分析模块

视觉采集模块负责通过摄像机收集视觉信息并分析视觉信息。农业采矿机器人使用视觉传感器来获得诸如机器人的工作环境,工作对象和机器人自身的位置之类的信息。与工业机器人相比,水果收获机器人所处的空间环境以及工作对象更加复杂,需要通过收集的视觉信息进行处理。视觉传感器的主要工作包括

1)确定采矿机器人的末端执行器与待采收的果实之间的相对距离。

2)确定收获的水果的形状,大小和质量。

3)视觉导航作为步行机器人。

视觉采集传感器是整个采矿机器人的核心部件。为了使机器人具有更宽的视觉范围并且不被末端执行器阻挡,视觉系统安装在该主题的执行端的中间。考虑到可靠性,经济性和实用性,选择DIGI-HIBW-60摄像机。

3末端执行器传感系统

3.1压力传感器

在研究中,采用FSR-402的力敏点来作为压力感知器。FSR-402是一种用半导体材料的压力电阻效应制成的,可以将机械能转换为电信号的特殊电子元件。当末端夹持器上的压力传感器感受到一定的压力之后,就开始启动电动道具切割果柄。由于机器人耦断执行器上的红外光电对管和力敏电阻产生的都是模拟信号,不能直接被控制设备进行处理,因此需进行相对应的信号转换。

在电路中,RM连接FSR作为电压分配器,U1输出高电平或低电平为电压比较器,U1输入端的输入电压由RM和FSR所组成的电压分配器决定,当FSR所承受的力增大时,其输出电压也会相应的增大。在初始状况,压力感知器没有感知到力的作用时,U1比较电压器的输出电压为低电平,的那个U1比较电压器的输入电压大于反相输入端电压时,U1输出为高电平。基准电压由反相输出端的电阻R1生成,滑动变阻器R1所构成的基准电压也可以由两个固定的电阻所组成的电压分配器形式所替代。

3.2碰撞感知器

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碰撞感知器是避免机器人在果实采过程中,末端执行器碰撞障碍物。在机器人小臂的不同方位安装4-5组微动开关来作为碰撞传感器,如果设计为三组碰撞传感器则按照安装的方位分别为CR、CU、CL;如果设计为五组碰撞传感器则根据安装的方位分别为CR、CRU、CU、CLU、CL。碰撞传感器可以收集水果采过程中的障碍物信息,并且将这些信息传送到软件控制端进行处理。

4控制系统设计

在设计中,主控系统采用KP-6420i工业控制计算机,通过视觉系统和感知系统采集相关的数据,以及实现运动学、机械臂正等功能。通过串口实现对交流伺服驱动器的控制。本课题中的采机器人控制系统框架如图2所示。