基于ATmega32的遙控采摘機器人設(shè)計

摘要：針對機器視覺采摘機器存在的技術(shù)不成熟，成本過高等不足，提出采用人工操控的半自動采摘技術(shù)，并進(jìn)行了探索研究。設(shè)計了一款模擬采摘機器人，機器人以履帶底盤為基座，三自由度機械臂，紅外遙控操作。硬件電路以ATmega32為系統(tǒng)控制核心，采摘機器人的動作采用BL35P12為核心紅外遙控控制。系統(tǒng)軟件基于AVR Studio4開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)對機械臂運動的全方位精確控制。采摘機器人采用模塊化設(shè)計，抓取速度快，成本低，易于實現(xiàn)，可擴展性強。
關(guān)鍵詞：采摘機器人；三自由度；ATmega32；紅外遙控

目前采摘機器人研究重點大多集中在視覺系統(tǒng)對果實目標(biāo)的識別和定位上，利用攝像頭獲取果實圖片信息，通過復(fù)雜的圖像信號處理算法，編制程序進(jìn)行邏輯處理，實現(xiàn)果實判斷，發(fā)出采摘命令。這種方式機器人具有較好的自動識別的能力，并且能夠自動采摘，無需人工操作，是農(nóng)業(yè)機器人最理想的方式，但目前相關(guān)技術(shù)不夠成熟，投入較高。本設(shè)計采用人機協(xié)作方式，即采用人工判別果實，機器人負(fù)責(zé)摘取。通過人工現(xiàn)場觀察判斷，使用無線遙控遠(yuǎn)程控制機器人動作。這種方式現(xiàn)有技術(shù)比較成熟，使得機器人研發(fā)周期縮短，造價成本低，雖然不能夠完全代替人勞動，但能夠降低人的勞動強度，對于目前中國農(nóng)業(yè)的水平，能夠更好的普及。
針對以上存在的問題，本文設(shè)計了一款基于ATmega32的模擬采摘機器人，能實現(xiàn)人工操作的機械采摘，通過紅外遙控控制機械臂使末端夾持器伸到目標(biāo)果實所在位置，進(jìn)行抓取工作，完成采摘任務(wù)。

1 機器人總體方案設(shè)計
機器人設(shè)計融合了機械制造技術(shù)，電子電路技術(shù)，自動控制和傳感器檢測技術(shù)，以及軟件開發(fā)編程等。本文中機器人的傳感器和紅外遙控器的信號輸人到主控制板，主控制板處理后輸出控制三自由度機械臂和履帶底盤結(jié)構(gòu)的機器人，紅外遙控機械臂，實現(xiàn)抓取果實。機器人結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

機器人的控制模式為無線控制機器人采用直接操縱方式，操縱者通過遙控器向遠(yuǎn)端發(fā)送操縱指令。控制機器人的車體的前向運動，左右轉(zhuǎn)向，三自由度的機械臂的運動，及夾持器旋轉(zhuǎn)、張與合。文中設(shè)計的機器人具有結(jié)構(gòu)簡單，功能豐富，可擴展性強等特點。

2 機械裝置設(shè)計
遙控采摘機器人機械裝置圖如圖2所示，主要包括兩部分：兩自由度的移動載體和三自由度帶夾持器的機械臂。機器人主體使用網(wǎng)孔鋁板材料和工程塑料組裝成機器人機體，結(jié)構(gòu)輕巧，方便在車體上增加模塊。移動載體為履帶式底盤，加裝了主控電路板、采摘輔助裝置、多種傳感器、電源模塊等。履帶底盤每一側(cè)采用雙履帶結(jié)構(gòu)，使用4臺FAULHABER電機驅(qū)動。機械臂固定在履帶式行走機構(gòu)上，機械臂上的伺服電機使用扭矩10 kg／cm的MG995金屬齒輪舵機，機械臂上伺服電機1控制夾持器的張開和合并，使得夾持器能夠完成采摘和剪切等任務(wù)。伺服電機2控制夾持器的左右旋轉(zhuǎn)。伺服電機3控制小臂上下運動，伺服電機4通過連桿和伺服電機5聯(lián)合驅(qū)動大臂上下運動。