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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 果實(shí)采摘機(jī)器人
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本設(shè)計(jì)是一個(gè)在特定場地完成果實(shí)采摘任務(wù)，模擬真實(shí)果實(shí)采摘的智能自主機(jī)器人。它可以在無人干預(yù)的情況下完成巡線行走、果實(shí)檢測、果實(shí)采摘以及將果實(shí)放到相應(yīng)位置等一系列任務(wù)。機(jī)器人的行走由紅外傳感器以及電機(jī)及其控制電路輔以相應(yīng)算法完成，果實(shí)采摘是由多個(gè)舵機(jī)進(jìn)行控制，我們?cè)诔绦蛏贤瓿闪藘蓚€(gè)I/O口對(duì)7個(gè)舵機(jī)進(jìn)行控制，是整個(gè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是一個(gè)很具創(chuàng)新性的想法。
- 詳細(xì)介紹：
- 本課題所做的機(jī)器人主要使用機(jī)械臂和機(jī)械手對(duì)果實(shí)進(jìn)行采摘，采用四輪差動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走，這樣的方式可以使其力量更大并且更加平穩(wěn)。機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)在于對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行控制，需要使用大扭力舵機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，舵機(jī)具有角度方便控制，速度快，力量大等優(yōu)點(diǎn)。 機(jī)械手臂一共有四個(gè)自由度，機(jī)械手下面的三個(gè)自由度作為機(jī)械臂的關(guān)節(jié)可以靈活地抬升手臂，上面一個(gè)自由度為控制機(jī)械手的張合，可以方便地夾取果實(shí)。這些自由度都是由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)可以方便地進(jìn)行角度控制。除此之外，儲(chǔ)物筐的抬升也是有舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。 在我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器人中一共用到了7個(gè)舵機(jī)，每個(gè)舵機(jī)的控制信號(hào)均為PWM波，而ATmega32中只有4路PWM信號(hào)，并且兩路已經(jīng)作為控制電機(jī)的信號(hào)，因此直接控制是不可能的。 為此我們根據(jù)舵機(jī)控制的特點(diǎn)完成了一種舵機(jī)控制器的制作，本舵機(jī)控制器由單片機(jī)和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，單片機(jī)系統(tǒng)為Atmema32單片機(jī)，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為CD4017。由于普通舵機(jī)所需的PWM控制信號(hào)的周期相同，均為20ms，因此可以在一個(gè)周期的時(shí)間里分時(shí)產(chǎn)生各路PWM信號(hào)。由此可實(shí)現(xiàn)用兩路信號(hào)控制7個(gè)舵機(jī)的效果。使用CD4017最多可控制9個(gè)舵機(jī)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：在特定的比賽場地完成果實(shí)采集作業(yè)，模擬真實(shí)果實(shí)采摘的情景。 基本思路：采果實(shí)任務(wù)為將場地中央各種顏色果實(shí)放入指定收集區(qū)，因此在機(jī)器人的制作上要考慮到行走、果實(shí)檢測、果實(shí)摘取、果實(shí)收集以及果實(shí)傾倒等問題。 創(chuàng)新點(diǎn)：機(jī)器人上需要用到多個(gè)舵機(jī)，因此舵機(jī)控制器的設(shè)計(jì)尤為重要，在此我們只用了兩個(gè)IO口和一片CD4017芯片即完成了7個(gè)舵機(jī)的控制，程序的設(shè)計(jì)上突破了以往的理解，有很好的創(chuàng)新性。 技術(shù)關(guān)鍵：①多舵機(jī)控制硬件以及軟件設(shè)計(jì)②機(jī)器人巡線數(shù)線軟程序設(shè)計(jì)③機(jī)器人果實(shí)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)④機(jī)器人果實(shí)收集與傾倒裝置設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)：①機(jī)器人走線準(zhǔn)確性②機(jī)器人運(yùn)行速度③果實(shí)夾取穩(wěn)定性④傾倒果實(shí)成功率
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在我們所設(shè)計(jì)的機(jī)器人中一共用到了7個(gè)舵機(jī)，每個(gè)舵機(jī)的控制信號(hào)均為PWM波，而ATmega32中只有4路PWM信號(hào)，并且兩路已經(jīng)作為控制電機(jī)的信號(hào)，因此直接控制是不可能的。 為此我們根據(jù)舵機(jī)控制的特點(diǎn)完成了一種舵機(jī)控制器的制作，本舵機(jī)控制器由單片機(jī)和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，單片機(jī)系統(tǒng)為Atmema32單片機(jī)，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為CD4017。 由于普通舵機(jī)所需的PWM控制信號(hào)的周期相同，均為20ms，因此可以在一個(gè)周期的時(shí)間里分時(shí)產(chǎn)生各路PWM信號(hào)。本控制器利用Atmega32定時(shí)器1的輸出比較功能并配合十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017實(shí)現(xiàn)7路周期為20ms的PWM信號(hào)輸出。 此種控制方式可實(shí)現(xiàn)用兩路信號(hào)控制7個(gè)舵機(jī)的效果。使用CD4017最多可控制9個(gè)舵機(jī)。較以往控制方式有很大的進(jìn)步。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1. 該作品于2010年5月參加浙大第五屆“中控杯”機(jī)器人大賽，并奪取冠軍。 2. Ren Shupeng and Yang Guangying（任殊鵬，楊廣映）. The innovative design of the robot picking fruits[C]. 2011 Second ETP/IITA Conference on Telecommunication and Information (TEIN 2011) (已錄用)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：機(jī)器人從模擬場地啟動(dòng)區(qū)出發(fā)，并依次收集各個(gè)果樹上的果實(shí)，每收集一定量果實(shí)即進(jìn)行傾倒，當(dāng)果樹上的果實(shí)全部采集完，則整個(gè)采集過程結(jié)束。若在采集過程中出現(xiàn)問題則可以回到啟動(dòng)區(qū)重新啟動(dòng)完成采集任務(wù)。 技術(shù)特點(diǎn)：①本機(jī)器人采用多舵機(jī)控制及操作，動(dòng)作靈活，有多種果實(shí)采集方式，例如針對(duì)高處果實(shí)的夾取，中間果實(shí)的撥取等。②在行走路線和采集順序上亦有多種選擇，根據(jù)情況更換不同方案已達(dá)到更快更準(zhǔn)地采集果實(shí)。 適應(yīng)范圍及推廣前景：該機(jī)器人平臺(tái)具有豐富的擴(kuò)展性以及靈活的組裝性，并且可以方便編寫程序加入相應(yīng)算法，適合各高校以及公司研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行教學(xué)以及算法研究。因此具有廣闊的應(yīng)用及推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 1995年日本岡山大學(xué)研制出了一種用于果園棚架栽培模式的葡萄收獲機(jī)器人。其機(jī)械部分是一個(gè)具有5個(gè)自由度的極坐標(biāo)機(jī)械手，具有4個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(其中腰部1個(gè)、肩部1個(gè)、腕部2個(gè))和1個(gè)棱柱型的直動(dòng)關(guān)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)使得機(jī)器人在葡萄架下行走時(shí)能夠有效地工作，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以用不同的速度旋轉(zhuǎn)，直動(dòng)關(guān)節(jié)可以采用簡單的控制方法來獲得較高的速度。 1996年，荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所(IMAG)研制出一種多功能黃瓜收獲機(jī)器人。該機(jī)器人利用近紅外視覺系統(tǒng)辨識(shí)黃瓜果實(shí)，并探測它的位置。機(jī)械手只收獲成熟黃瓜，不損傷其他未成熟的黃瓜。 1998年，英國SIIsoe研究院研制了蘑菇采摘機(jī)器人，它可以自動(dòng)測量蘑菇的位置、大小，并選擇性地采摘和修剪。它的機(jī)械手包括2個(gè)氣動(dòng)移動(dòng)關(guān)節(jié)和1個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié);末端執(zhí)行器是帶有軟襯墊的吸引器;視覺傳感器采用Tv攝像頭，安裝在頂部用來確定蘑菇的位置和大小。 2002年，日本國立蔬菜茶葉研究所與岐阜大學(xué)聯(lián)合研制了茄子采摘機(jī)器人。機(jī)器人由CCD機(jī)器視覺系統(tǒng)、5自由度工業(yè)機(jī)械手、末端執(zhí)行器以及行走裝置組成，作業(yè)對(duì)象是溫室中按照V形生長方式種植的茄子。
