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1、智能遠程控制水果采摘機的研制 摘要：該采摘機是在傳統(tǒng)機械臂根底上，采用了先進的機械機構(gòu)、傳動方案和控制系統(tǒng)，使得果農(nóng)在采摘水果過程中更加地智能和便捷。采用SolidWorks軟件設(shè)計全部零件，可以實現(xiàn)采摘機的動態(tài)仿真。該作品獲得了2021年遼寧省大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽一等獎。 關(guān)鍵詞：采摘機；舵機；控制；機械臂 1研制背景及意義 隨著世界人口的急劇增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所承受的壓力越來越大，對大規(guī)模、高效率的生產(chǎn)模式的需求也日益明顯。同時，科技的開展和各種理論、技術(shù)的突破，也使得這類生產(chǎn)模式成為可能。農(nóng)業(yè)機器人憑借其無疲勞、高效率的優(yōu)勢起到相當(dāng)重要的作用，自動采摘機器人正是在這種背景下誕生的

2、。20世紀(jì)末開始，美國、日本、法國、印度等許多國家開始了對自動采摘機器人的研究，并取得了一定成果，但應(yīng)用情況并不樂觀。本作品運用在智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可實現(xiàn)遠程〔在家中或者控制室中〕控制采摘機，完成整個采摘過程。其可以大幅度地節(jié)省人力，減輕勞動強度，提高采摘效率。具有應(yīng)用前景廣闊、實用性強的優(yōu)勢，填補國內(nèi)空白。 2采摘機的組成及工作原理 該采摘機由采摘收集系統(tǒng)和整理系統(tǒng)兩局部組成。采摘收集系統(tǒng)為機械臂采摘結(jié)構(gòu)，通過對舵機的控制，使得圖臂桿六自由度靈活的轉(zhuǎn)向擺臂，最頂端裝有夾頭〔夾頭上安裝有用來剪枝的刀片〕，與此同時，還安裝有攝像頭用來回傳現(xiàn)場圖像。下半局部那么為車體水果收集箱，其頂端采

3、集回來的水果通過管道進入車體，車體與管道的銜接處安裝有紅外傳感器，用來計數(shù)采集回來的水果數(shù)量并顯示在車體上的顯示屏上。水果進入車體的管道后，會被車體內(nèi)的整理系統(tǒng)合理地擺放在車體內(nèi)。當(dāng)收集箱集滿或完成采摘任務(wù)時，可控制車體的后背蓋全自動翻開，此時后背蓋變?yōu)榧茉谲圀w與地面之間的斜坡，使得水果合理的卸出。 采摘收集局部裝有兩個刀片和一個環(huán)形漏斗，采摘時通過攝像頭將影像傳輸回來，可以選擇人工控制機械臂或者選擇機械臂自動采摘。采摘時環(huán)形網(wǎng)袋會套住果實，將果實的枝干局部靠入爪機構(gòu)中，爪子的合并使得刀片將枝干剪斷，使果實通過與環(huán)形漏斗滑入車體。 整理系統(tǒng)由一個小型舵機和三個步進舵機組成。用支架將

4、三個步進舵機組成XY軸平面坐標(biāo)系，運用絲桿結(jié)構(gòu)將小舵機與一個運輸小平臺連接，使支架上的小舵機連接的小型運輸平臺可在XY坐標(biāo)系平面內(nèi)有序運行。小舵機控制平臺開關(guān)，水果能夠正確墜入系統(tǒng)指定位置。 在工作局部中，機械臂的頂端的夾頭上安裝有一套剪枝刀片，用于適當(dāng)?shù)臅r候?qū)χl的裁剪。機械臂的本體擁有五個自由度即可有五個獨立的關(guān)節(jié)運動， 端使用藍牙與51單片機端的串口藍牙實現(xiàn)異步通信。機械臂的動作分別采用了無人工干預(yù)的全自動分配聯(lián)動算法，使控制變得相當(dāng)簡單。采集回來的水果經(jīng)過中間的減速緩沖帶進入收集箱，為了確保水果的品質(zhì)，在車體收集裝置的入口處安裝了一個運送平臺，水果進入平臺后停止運動。此時水果

5、也遮攔住了入口處所放置的紅外傳感器，再經(jīng)過誤差排除即可完成一次有效計數(shù)。 車體內(nèi)部的整理系統(tǒng)將水果按程序有序整齊地排列在收集箱中，卸水果時，收集箱的后蓋自動翻開，車體后蓋形成一定角度的斜坡以便水果自動傾倒到地面。車體內(nèi)配有LED燈管，在夜晚來臨或者光線缺乏時可以開啟燈光進行光線補償。 顯示記錄局部由紅外傳感器和顯示屏組成，它可以實時測出進入箱體內(nèi)的水果個數(shù)，并通過顯示屏顯示出來。 該機器控制系統(tǒng)為：嵌入式Openwrt系統(tǒng)的ARM控制板， 電腦等終端設(shè)備直接連入網(wǎng)即可與此控制板通信。同時夾頭的上方也安放一顆720P的高清攝像頭并且使用常見的USB線與ARM控制板連接，最高可以

6、以30幀的流暢度將采集到的現(xiàn)場的圖像信息通過Openwrt的ARM控制板回傳到控制終端。機械臂的本體擁有五個自由多即可有五個獨立的關(guān)節(jié)可運動。 端使用藍牙與51單片機端的串口藍牙實現(xiàn)異步通信。 3創(chuàng)新點及應(yīng)用 〔1〕巧妙運用機械臂六自由度結(jié)構(gòu)完成復(fù)雜情況的采摘功能，在控制算法上采用獨創(chuàng)的聯(lián)動算法，讓操作者輕松上手。 〔2〕使用基于Linux內(nèi)核的開源嵌入式Openwrt系統(tǒng)，將該系統(tǒng)與路由器整合并掛載攝像頭完成遠程圖像回傳，并結(jié)合 App實施遠程控制。 〔3〕利用舵機、電機以及設(shè)置運送平臺，采摘回來的水果得以完好的進入收集裝置中。 〔4〕在車體內(nèi)裝有整理裝置，可以使采集好

7、的水果在車體內(nèi)有序地擺放，減少水果互相碰撞造成損傷。 〔5〕具有記錄功能，能準(zhǔn)確地反應(yīng)出箱體內(nèi)部水果的個數(shù)。 相比現(xiàn)階段我國國內(nèi)采摘機器，該采摘機具有多功能化、操作簡便、可靠性高、智能化等優(yōu)點。對該采摘機的使用者文化程度要求不高，使用方法簡單，維修維護方便，價格合理，便于果農(nóng)使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻： 【1】濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計，高等教育出版社，2021，12，203212. 【2】江耕華，胡來容，陳啟松.機械傳動設(shè)計手冊，煤炭工業(yè)出版社. 【3】胡小安，趙德安.果樹采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究最終報告，40000158X2021AA10Z254/01.中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，2021. 【4】周學(xué)才，李衛(wèi)平，李強.開放式機器人通用控制系統(tǒng)[J].機器人，1998〔1〕. 202110146050〕