数控技术在采摘机器人作业中的应用研究

舟山技师学院 陈虞鸿

当前社会经济快速发展，我国农业生产取得较大进步，果蔬种植需要依托现代技术实现转型。果蔬种植充分发挥数控技术的价值，利用机器人采摘，有效提升采摘的效率和质量。本篇文章对采摘机器人进行简单分析，充分认识到采摘机器人在现实采摘中的作用，基于数控基技术，对采摘机器人进行科学设计，为以后的自动采摘发展提供借鉴。

1 对采摘机器人主体设计进行分析

1.1 采摘机器人的整体设计及结构分析

首先在采摘器人应用中利用数控技术提前设定好机器人的行走路线，其次科学控制采摘机器人采摘中的前进速度，保证机器人与果蔬之间的位置，实现精准定位。最后的采摘环节，通过远端遥控控制机械手完成采摘作业，并且通过远端操控，及时把彩站的果蔬放置到储存框内。完成采摘环节，采摘机器人根据内部系统程序及时进行规划定位返回路线，根据定位系统进行身体旋转，自动移动向前，保证后续财政作业的有序进行。

1.2 采摘机器人的部件设计

首先，在针对驱动结构的设计中，采摘机器人需要配置后轮驱动装置，并将机器人的前轮设置为导向轮。另外，在整个系统中，后轮在进行机器人的驱动时，还能够与主电机进行串联，串联的方式可以有效降低采摘机器人在运行中对电能的系哦啊好，能够提高电能的利用效率，充分发挥本次设计的经济价值。前轮与主体电极相互串联，保证采摘机器人的转向运动符合要求，增强了采摘机器人采摘作业中的安全稳定性。在末端设置相关的执行设备，并且通过该设备对整个机器人进行控制，属于机器人的核心装置，利用采摘装置实现各关节之间的传动，通过传动装置与主体链接的连接，提升传输速率，控制采摘机器人运行中的参数，确保实际运行中的效率最大化。采摘机器人的整体结果相对较小，在操作的过程中增加便捷性，而且此种设计有效降低经济投入。利用后置驱动式部件设计使采摘机器人应用空间比较大，在这过程中充分发挥采摘机器人的应用空间。利用末端执行装置，面对不同的采摘环境，实时作出调整旋转，应用中主要是通过特殊齿轮的合力作出运动，使采摘机器人在整体上实现运动与定位的合一，有效提升果蔬采摘的效率。

2 采摘机器人的数控系统设计

2.1 PID算法程序设计

本研究构建的PID控制模型如图1所示。

图1 PID控制模型

PPID模型的主要作用是对采摘机器人进行核心控制，其主要分为比例调节、微分环节、积分环节等三个部分，其输出部分为：

输出部分为：

在上述的公式中，P、I、D分别代表了比例环节、积分环节和微分环节。另外，KP和Ki则代表了比例增益系数和积分时间常数。最后的KD代表了微分常数。

（1）比例调节

作为PID调节中最基本的控制方式之一，在该系统实际运行的过程中，其对采摘机器人的实际行为起到了主导作用。在运行中对比例进行调节，可以实现对系统反应速度的调控，进而确保输入与输出的时差能够更新叫，甚至达到同步进行的状态。通过这种调节方式，能够将失误率大幅度降低，可以有效的确保采摘机器人有着更加完善的工作效果与运行方式，提高实际采摘效率。最后，在比例调节的过程中，信号输出为u，信号偏差为e，两者之间的函数关系如下：

（2）积分环节

在进行调节器使用的过程中，其信号输出与信号偏差分别有u和e代替，其连着的函数关系如下：

通过对上文的分析可以发现，在偏差最后结果等于零系统地输出统的输出才会相对稳定，并且在积分调节中可以消除系统中存在的剩余差。结合公式分析可以发现，系统中出现不平衡的情况在大多数情况下主要是由于调节过程中存在问题，要想实现系统的稳定，通过放大其有效地实现效的实现这一目的。另外，在系统调节的过程中，如果将I进行调节，则很难实现系统的稳定，造成积分调节出现一定的滞后性。所以，针对采摘机器人的实际调节中，通过比例调节的方式进行系统调节其效果更佳。

（3）微分环节

在微分调节环节中，信号输出与偏差分别用u和e来表示，其函数关系如下：

微分调节的主要目的是需要针对系统的偏差信号展开台阶，并且根据系统的变差变化做出以下判断：首先，如果偏差没有变化，则该调节器不会发挥作用；如果偏差变化较大，微分调节器就会产生明显的作用，控制偏差地继续增加，并将系统控制在相对稳定的运行范围内。

2.2 数控硬件系统与软件系统分析

在针对采摘机器人的设计中，其硬件控制系统与软件控制系统是十分重要的两个核心环节。首先数控系统在整个采摘机器人的任性中起到了基础调节的作用，是给机器人提供驱动动力的设备。在该系统的设计中，其包含了单片机装置，并且该装置的作用更加明显。并且，根据我国对果蔬采摘的需要，在设计采摘机器人时采用avrat16号单片机，主要是考虑此种型号的单片机购入成本比较低，而且单片机自身的兼容性能比较强，在应用过程中可以发挥集成作用，是目前广泛推广的优质产品，利用此规格的单片机，可以完成采摘机器人操作。其次，采摘机器人需要利用步进电机，在末端的设计中，步进电机与气缸能够起到输送能源的通，并且实现稳定的能源供应，确保采摘机器人能够有着长时间的工作。最后，在数控软件系统的实际操作中，其还能够提高采摘机器人的灵活性，可以满足对果蔬的多形式采摘，有着一定的实践意义与进步性。在果蔬行业发展的实际作用。在研究中通过科学设计来利用微分设计环节对机器人的运行进行调整。并且，在实际应用中，结合PID算法及相关程序对机器人进行编程，实现其科学的控制。同时，结合采摘技能的系统实际操作情况，在积液状态下充分发挥主导作用，减少系统运行中存在的误差，在保证采摘质量基础上实现采摘机器人的高效采摘。

在本次研究中，其单片机选用的是AVR ATmega16单片机，在实际运行与操作中，其有着一定的集成能力，可以实现综合性的操作，是目前阶段下相对能够节约成本的单片机之一。并且，结合采摘机器人的实际工作环境与工作要求，该单片机的额定电压更加适合应用到采摘机器人上，能够有着较强的应用效果。其编程采用的是flash编程，如图2所示。

图2 ATmega16单片机的电路引脚图

（1）直线步进电机。在该电机的使用中，其执行器设置在末端，并且采用的是结合气缸作为动力装置。该设计充分考虑了采摘机器人的实际运行与工作环境，能够确保机器人在更加高效的基础上进行相关工作。

（2）减速步进电机。在采摘机器人的实际应用中，其采用的是螺旋采摘的方式进行相关工作。为了确保这一工作能够有效进行，需要设置减速步进电机进行工作辅助。

（3）传感器。在本次研究的采摘机器人中，其设置的传感器主要以红外线传感器和压力传感器为主。应用该两种传感器的主要目的就是为了适应采摘机器人的实际工作要求，确保其在运行中有着更高的效率。

总结：由以上论述可知，采摘机器人在现代果蔬行业发展中发挥重要优势，精准把握当前新技术，分析掌握数控技术的实质性，利用控制技术进行科学合理设计，利用相关数控理论，实现采摘机器人成本控制，为农民节省设备购入成本，提升果蔬采摘效率，充分体现采摘机器人的应用价值，在实践中拓宽发展前景，为农业发展创造条件。