| 标题 | 基于标准化果园采摘机器人的设计 |
| 范文 | 田壮 刘富成 摘 要：随着农业机械化的发展，农业机器人逐渐走进人们的生活。果实成熟后，对果实进行采摘往往需要农民付出很大的劳动量。因此，采摘机器人在农业生产过程中就显得十分重要[1]。本文设计了一种标准化种植果园的采摘机器人，详细介绍了其机械结构、工作过程以及其工作特点分析，为采摘机器人的自动化、高效化研究提出了一种新的设计思路和设计方法。 关键词：农业;机器人;果蔬采摘 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.099 0 引言 我国是一个农业大国，有着广阔的种植面积和广大的农民群众，每年生产的粮食以及果蔬产量极大。这就要求农民们在农业生產中投入很大的劳动力，传统的耕作以及收获方式是以人力为动力的方式，但果实的收获必须要做到及时以保证果实质量，这就要求农民在短时间内收获大量果实，显然存在很大困难。为了解决这一问题，采摘机器人便逐渐进入农业生产中。 农业采摘的自动化是如今采摘作业的发展趋势，但由于如今人工智能技术还不够成熟，当今农业机械化的发展还没有做到任意地点全自动化，很难做到在一个完全陌生的环境下工作，这就要求大规模的农场实现规范种植、标准种植。减少机器人由于种植不规范而造成的误动作[2]。本文所设计的采摘机器人便是在标准化果园里进行采摘作业的，实现了标准化种植果园内的高效、精准采摘，为农业采摘机器人进一步的自动化、高效化研究提出了一种新的设计思路。 1 机器人的结构 1.1 总体结构 如图1所示，采摘机器人由底盘、传感器固定架、红外传感器、两个球状万向轮、支撑柱、驱动轮、车轮驱动电机、收集箱、舵机、倾斜底板、机械臂、底部固定架、视觉模块以及主控板组成。 1.2 各部件装配关系 第一球状万向轮和第二球状万向轮分别通过相应的支撑柱固定在底盘上;第二球状万向轮的支撑柱短于第一球状万向轮的支撑柱。两个驱动轮对称设置于底盘后部左右两侧，分别与相应的车轮驱动电机连接，如驱动轮采用橡胶轮;车轮驱动电机分别通过相应的电机固定架固定在传感器固定架和底盘上。 收集箱顶部开口，底部设置有一个从后部向前部倾斜的倾斜底板，前部设置有收集箱门，收集箱门由舵机控制其开合。采摘臂包括底部固定架、第一臂杆、第二臂杆和机械手，底部固定架可转动地设置在底盘上以实现水平面内360°旋转;第一臂杆一端与底部固定架转动连接，另一端与第二臂杆转动连接以实现所述采摘臂竖直平面内的转动;机械手可转动的设置在第二臂杆的外端，第二臂杆上靠近机械爪的部分还设置有摄像头。 底部固定架与底盘之间设置有舵机，第一臂杆一端通过驱动电机与底部固定架转动连接，另一端通过驱动电机与第二臂杆转动连接;机械手通过舵机与第二臂杆的外端连接。本设计，底部固定架总体呈圆柱形框架结构，底部固定架的底平面上固定舵机，底部固定架的顶平面上固定有一对第一驱动电机，底座固定架位于两个车轮驱动电机的中间位置。 2 机器人的工作过程 工作时，视觉模块会建立空间坐标系，将目标位置数据的坐标反馈给主控板，主控板给电机发送数据，控制机器人行进至目标位置，进行采摘动作。另外，果园内部地面上应设有相关采摘点标识，当机器人的传感器识别到果园内相关标识时，机器人发出信号，使得车轮驱动电机控制转速，使车轮驱动电机降低转速，直到视觉模块识别到所要采摘的位置时停止。 机械臂的舵机会根据接受的信号，控制底部固定架旋转一定角度，驱动电机会根据接受的信号旋转一定角度，使第一臂杆转过一定角度，第二驱动电机会根据接受的信号，控制第二臂杆转过一定的角度，当机械爪移动到果实所在位置时，摄像头会识别前方有没有果实，如果有，会发出信号给舵机，控制机械爪将果实抓取，抓取果实之后，会发送信号给舵机、第一驱动电机、第二驱动电机，将物体送至收集箱。 在机器人不在卸载区时，舵机会锁死收集箱门，使其承受果实压力而紧闭，当达到卸载区时，机器人发出信号给舵机，让其转动，控制收集箱门打开，收集箱底部有一个从后部向前部倾斜的倾斜底板，使得卸载果实时，利用果实的自重，让其自然滑落。 3 机器人的工作特点分析 用了舵机控制收集箱门，收集箱底部采用了倾斜底板，使得收集的物体自动卸载;采用摄像头视觉技术，可以准确识别目标处有无物体，使用方便，自动化程度高，可以代替人工进行长时间采摘工作，节省人力物力。但所有采摘工作的前提是在满足此机器人工作的标准化果园内进行。 4 总结 由于人工智能技术水平的限制，如今的采摘机器人只能在标准化的果园内进行采摘作业[3]。本文从机械结构、工作过程以及其工作特点三个方面介绍了一种新型的采摘机器人，为采摘机器人的自动化、高效化研究提出了一种新的设计思路和设计方法。相信在不远的未来，通过科学家们不懈的努力，采摘机器人将更加普遍、更加高效地运用在农业科学中，切实的帮助农民完成采摘作业。 参考文献： [1]伍锡如，雪刚刚，刘英璇.基于深度学习的水果采摘机器人视觉识别系统设计[J].农机化研究，2020，42（02）：177-182+188. [2]杨玉，王政博.基于双目视觉的采摘机器人[J].电子世界，2019（07）：47-48. [3]张莎，冯聪利，赵培.水果采摘装置的现状及发展趋势[J].科技创新与应用，2019（07）：84-85. |
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