基于足式移动的果蔬采摘机器人设计

刘富成　田壮

摘要：一种基于足式移动的果蔬采摘机器人，移动方式为足式，适合在松软地面或严重崎岖不平的地形上进行果蔬采摘，具有较好的灵活性，且机身下板有矩形排布的传感器，可按照预定轨迹行进，机械臂上安装有视觉识别模块，增加采摘准确性，实现了可在相对不平坦地形按设定轨迹，自行采摘的目的。

关键词：足式移动 采摘机器人

引言

随着中国农业机械化的不断发展，农民越来越需要一种可适应复杂地面环境并且可精确采摘果蔬的智能装备，为实现一种可适应崎岖地面的果蔬采摘机器人，本文介绍了一种可以在崎岖路面稳定行走的多足果蔬采摘机器人，其主要由足式移动系统和视觉采摘收集系统两部分组成。

1机器人系统组成部分

1.1足式移动系统

根据实际使用需求，设计足式移动机器人，通过离散的点接触地面对环境的破坏程度也较小可以在可能到达的地面上选择最优的支撑点对崎岖地形的适应性强，六足步行机器人的腿部具有多个自由度使运动的灵活性大大增强，它可以通过调节腿关节的角度保持机身水平，不易翻倒稳定性更高。

其正视图和俯视图如图1，其由机身与机械腿组成，足式移动系统包含六只机械腿机械腿均为由三个大功率舵机构成具有两段机体、两个关节的仿生腿。机械腿可按照程序运动至相应位置，使机身可以精确的沿直线大步前进、大步后退、小步前进、小步后退，自身轴线与所走直线形成的偏角大于预定值时，也可以进行角量弥补调整。

1.2视觉采摘收集系统

视觉采摘收集系统由采摘机械臂、视觉识别模块与收集箱组成。采摘机械臂包括可旋转底盘、两关节机械臂、采摘抓手，可旋转底盘与两关节机械臂之间、两关节机械臂与采摘抓手之间均为大功率舵机相连接，底盘可使机械臂和抓手绕竖直轴旋转，机械臂可调整抓手的高低位置，方便采摘不同位置的蔬菜或者果实，抓手可调整其抓取装置的仰角和展角，方便其在尽量保证果蔬完整性的条件下采摘。

视觉识别部分由openmv构成，置于采摘机械臂的第二段机体，在机械臂调整姿态过程中，会随机械臂随时记录摄像头前的图像，观察到所采摘果实会向控制板反应特殊信号;收集箱为由木质骨架和塑料构成的轻质立方体状的箱子，收集箱分為两个，放置在采摘机械臂两侧，同置于机身上板上方，前侧收集箱放置水果，后侧收集箱放置蔬菜。

2控制电路及传感器部分

机身所包括的三块控制板，两块为舵机控制板，一块与六只机械腿相连，用于编写并存放机器人行进过程中机械腿的动作与形态，另一块与采摘机械臂相连，用于编写并存放机器人采摘过程中机械臂的动作与形态，第三块控制板为arduin0 2560，与两块舵机控制板相连接，用于编写并存放机器人行进、调整、采摘的主函数，控制线路板为自行设计的方便控制板、传感器、电机等电路元件相连接的合理排布排针排母的电路板，供电电源分别为机械腿、传感器和机械臂、视觉模块供电。

传感器排布板如图2，其由14个灰度传感器围成一个80mmxlOOrnm的矩形检测范围的板子，其具体排布形式如图2，单个灰度传感器检测区域的宽度约为8mm，会时时将地面规划好的路迹反馈至主控板。

陀螺仪传感器放置在机身上实时向主控板发送位置及速度信息，协同灰度传感器共同工作，使机器人根据所反馈信息精准地按照预定轨迹行走。

3机器人具体工作流程

足式移动的果蔬采摘机器人在由白色24mm的反光条制成的预定轨迹上行走，根据多路传感器反馈的信号情况，进行相应调整使机身轴线始终与轨迹线重合，遇到由白色反光条构成的十字标，会从前行状态转至立正姿态，然后再通过多路传感器反馈的信号情况，使机身形心尽量靠近十字标交点，然后执行采摘，采摘完毕继续前行，遇到转弯相关标记则变化机械腿的姿态以另一种形式在转完后的路迹上前行，整个机身不发生方位变化，在没有十字标而有白色路迹线的停滞点的路线上，机器人根据陀螺仪所反馈的信息自动调整位置，使其沿预定轨迹行走机器人会根据视觉识别系统反馈的结果进行采摘，在没有白色路迹线只有十字标的路线上，机器人会根据导航模块按预先设定的路线行进，在十字标处停滞进行采摘。

4结语

目前果蔬采摘机器人多为轮式或履带式机器人，但大多数实际采摘地地形不规则且崎岖不平，轮式机器人和履带式机器人的应用受到限制。在这种背景下本设计方案中，足式移动的果蔬采摘机器人具有独特优势，本设计方案解决在相对不平坦路面精确循迹和准确采摘果实或者蔬菜的问题。

参考文献

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