电子技术与计算机技术发展下农业机器人的运动控制系统探究

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1简介

随着电子技术和计算机技术的开发，智能机器人在许多领域越来越广泛使用。在农业生产中，由于运营对象的复杂性和多样性以及我国家的当前人口衰老趋势[1]，新的农业机械的发展 - 农业机器人具有巨大的经济利益和广泛的市场前景，可以满足社会发展的需求[2]。采摘机器人是具有感知能力的自动机械收集系统，可针对水果和蔬菜，并且可以编程以完成相关的操作任务，例如采摘，运输和包装这些农作物。它们是一门相交的边际科学，它整合了机械，电子，信息，智能技术，计算机科学，农业和生物学等学科[3]。

采摘机器人是智能的农业设备，它基于诸如耗时和劳动力量的诸如手动水果采摘之类的因素[4]。运动控制系统是拾取机器人控制系统必不可少的部分，为机器人提供了连续稳定的采摘工作提供必要的保证。

2分析采摘机器人的整体机械结构

通常，采摘机器人的结构由机器人组，末端执行器，移动的行走机构，视觉识别设备，控制模块和能量块组成。图1是采摘机器人的整体结构的示意图。图片中的采摘机器人是一个四轮拾音器机器人，由机器人组，端执行器，移动机构，视觉识别设备，控制模块和电源模块组成。采用了5个电动机控制，以使机器人能够更大程度的自由度。

3一般运动控制系统的框图

鉴于选择机器人的工作是成功完成采摘工作，因此运动控制系统处于辅助位置，不需要处理复杂的实时环境问题，例如在道路条件下熟练的智能机器人，例如紧急救援和救灾机器人等机器人。同时，为了提高运动系统的稳定性能，避免设备不必要的效率消耗，降低投资成本并满足柔性风险避免要求。设计的运动控制系统的总体框图如图2所示。

4运动控制系统硬件设计

4.1主控制器模块设计

根据设计要求，控制器主要用于处理各种信号，实现控制算法，控制底盘电动机和声学警报等。控制器选择由Atmel生成的微控制器作为系统控制器。

4.2电动机控制模块电路设计

在此设计中，电机控制方法是PWM波控制方法。控制两个电动机：控制车身转向的步进电动机；后轮控制前后直流电动机。图3是前轮步进电动机的电路图，图4是由H桥驱动的直流电动机的电路图。

（1）前轮控制电动机转向的步进电动机的电路设计

前轮电动机用作电机驱动器，以完成电动机的前进和反向旋转。

（2）电动机的电路设计，用于向后和后轮控制车身向前移动

4.3警报模块电路设计

该模块的硬件分为两个部分：光学警报和声音警报电路。 LED灯和电阻形成灯光警报；蜂鸣器和驱动电路形成声音警报。声音警报部分的驾驶是由8050组成的放大器电路。警报模块根据避免障碍物部分提供的信号运行。当机器人正常运行时，警报模块不会引起任何操作。当检测系统检测到障碍物时，警报模块将行动，LED和其他闪光灯，蜂鸣器将发出警报，该警报将作为及时功能。

4.4显示模块电路设计

该设计的显示模块旨在能够显示信息，例如电动机的前进和反向停止。它使用带有中国字体库的屏幕。它是一个DOT矩阵图形LCD显示模块，具有4位/8位平行，2行或3行串行接口方法，并包含国家标准的一级和第二级简化的中文字体库；它的显示分辨率为128×64，内置了8192 16*16个点中文字符，128 16*8点ASCII字符集。使用该模块的灵活接口方法和简单便捷的操作指令，它可以形成中国人类计算机交互式图形接口[5]。它可以显示8×4的16×16点矩阵中文字符。图形显示也可以完成。低电压和低功耗是另一个突出的功能[6]。与相同类型的图形点矩阵液晶显示模块相比，在硬件电路结构或显示程序方面，由该模块组成的液晶显示解决方案要简单得多，并且该模块的价格略低于相同的图形液晶模块的价格。

4.5超声模块电路设计

采摘机器人的传感器主要用于水果识别，系统导航和避免障碍物。水果识别和采摘使用视觉传感器，位置传感器和力传感器，系统导航使用电磁传感器，运动系统障碍物避免使用超声传感器。该设计中的传感器主要用于运动控制系统的障碍物设计。避免障碍系统满足的要求是准确判断车身前后是否有障碍物。如果是这样，请执行避免障碍任务，即紧急停止和警报提示。

该设计使用小的T/R-40-12超声传感器作为检测元件，用于检测前方的障碍物，中心频率为40Hz。由89C52发送的40kHz脉冲信号驱动超声传感器发射器发送40kHz脉冲超声波。如果在机器人移动时在机器人前面遇到了障碍物，则该超声信号会被接收器接收的障碍物反射，并由LM318的两个阶段放大，然后由音频解码芯片LM567用相位锁定循环解码。当LM567的输入信号大于25mV时，输出端从高水平变为低水平，并发送到微控制器进行处理。

5。运动控制系统的总体程序流程图

首先，汽车是在初始化程序上供电的，屏幕显示了汽车的初始状态，然后汽车开始向前移动。在进行过程中，微控制器连续检测到从前面通过超声模块的障碍物。当检测距离小于该程序设定的避免障碍物的安全距离时，确定前面存在障碍物。目前，汽车停止前进。同时，发出声音和灯光闹钟，发光的LED继续闪烁。同时，微控制器控制电动机驱动模块以驱动电动机以完成障碍物避免操作。避免障碍行动完成后，汽车继续向前移动并发现前方的障碍物。

6系统模拟

该模拟使用按钮而不是采摘机器人的采摘结构提供的信号，该信号用于控制后轮电机的旋转并显示电动机的状态信息。前轮电动机的旋转也可以通过按下按钮模拟采摘机构提供的信号来完成。图6显示后轮电动机处于停止状态，显示屏显示为“停止”。此时，LED亮起，蜂鸣器发出警报，车身停止移动。如图5所示，显示后轮电动机处于正向旋转状态，并且在显示屏上显示为“前向”。目前没有选择任务，而且前方没有障碍，机器人处于前进状态。

7结论

采摘机器人运动控制系统的设计和实施解释了采摘机器人的整体机械结构和运动控制系统的组成，并根据IT进行了基于IT的控制策略，设计了避免障碍系统，并最终借助实验完成了实验验证。该设计很简单，软件编程易于实现，实时和低成本。通过实验，已成功实现了避免障碍，显示，警报和其他功能。

参考

[1]张·蒂邦（Zhang ），林·鲍隆（Lin ），高鲁伊（Gao Rui）。视力系统的目标采摘机器人[J]。农业机械杂志，2014年，第41卷（12）：244-248。

[2] Bao ，Xun Yi，Qi ，Yang ，Gao Feng。有关机器视觉在黄瓜采摘机器人中的应用的研究[J]。智格技术大学杂志，2010年，38（1）：114-118。

[3] Ji Chao，Feng ，Yuan Ting，Tan Yuzhi，Li Wei。温室黄瓜采摘机器人系统的开发和性能分析[D]。中国农业大学工程学院，2010年。

[4] Li ，Ji 。对多功能拾取机器人的最终效应子的研究[M]。南京：南京农业大学出版社，2010年。

[5] Luo 。基于DSP [J]的移动机器人自动避免控制系统的研究。伺服控制，2008，31（8）：31-33。

[6] Liao Qinwu，Wang ，Mei 。基于超声[J]的不完整移动机器人避免控制。上海科学技术大学杂志，2009，31（4）：402-405。