基于ATmega32的遙控采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)機(jī)器視覺采摘機(jī)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(dòng)采摘技術(shù)，并進(jìn)行了探索研究。設(shè)計(jì)了一款模擬采摘機(jī)器人，機(jī)器人以履帶底盤為基座，三自由度機(jī)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(jī)器人的動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的全方位精確控制。采摘機(jī)器人采用模塊化設(shè)計(jì)，抓取速度快，成本低，易于實(shí)現(xiàn)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：采摘機(jī)器人；三自由度；ATmega32；紅外遙控

目前采摘機(jī)器人研究重點(diǎn)大多集中在視覺系統(tǒng)對(duì)果實(shí)目標(biāo)的識(shí)別和定位上，利用攝像頭獲取果實(shí)圖片信息，通過復(fù)雜的圖像信號(hào)處理算法，編制程序進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)果實(shí)判斷，發(fā)出采摘命令。這種方式機(jī)器人具有較好的自動(dòng)識(shí)別的能力，并且能夠自動(dòng)采摘，無需人工操作，是農(nóng)業(yè)機(jī)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(jì)采用人機(jī)協(xié)作方式，即采用人工判別果實(shí)，機(jī)器人負(fù)責(zé)摘取。通過人工現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷，使用無線遙控遠(yuǎn)程控制機(jī)器人動(dòng)作。這種方式現(xiàn)有技術(shù)比較成熟，使得機(jī)器人研發(fā)周期縮短，造價(jià)成本低，雖然不能夠完全代替人勞動(dòng)，但能夠降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于目前中國農(nóng)業(yè)的水平，能夠更好的普及。
針對(duì)以上存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一款基于ATmega32的模擬采摘機(jī)器人，能實(shí)現(xiàn)人工操作的機(jī)械采摘，通過紅外遙控控制機(jī)械臂使末端夾持器伸到目標(biāo)果實(shí)所在位置，進(jìn)行抓取工作，完成采摘任務(wù)。

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

機(jī)器人的控制模式為無線控制機(jī)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?？刂茩C(jī)器人的車體的前向運(yùn)動(dòng)，左右轉(zhuǎn)向，三自由度的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，及夾持器旋轉(zhuǎn)、張與合。文中設(shè)計(jì)的機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2 機(jī)械裝置設(shè)計(jì)
遙控采摘機(jī)器人機(jī)械裝置圖如圖2所示，主要包括兩部分：兩自由度的移動(dòng)載體和三自由度帶夾持器的機(jī)械臂。機(jī)器人主體使用網(wǎng)孔鋁板材料和工程塑料組裝成機(jī)器人機(jī)體，結(jié)構(gòu)輕巧，方便在車體上增加模塊。移動(dòng)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(tái)FAULHABER電機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械臂固定在履帶式行走機(jī)構(gòu)上，機(jī)械臂上的伺服電機(jī)使用扭矩10 kg／cm的MG995金屬齒輪舵機(jī)，機(jī)械臂上伺服電機(jī)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(jī)2控制夾持器的左右旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)3控制小臂上下運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)4通過連桿和伺服電機(jī)5聯(lián)合驅(qū)動(dòng)大臂上下運(yùn)動(dòng)。