基于A(yíng)Tmega32的遙控采摘機器人設計

摘要：針對機器視覺(jué)采摘機器存在的技術(shù)不成熟，成本過(guò)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。設計了一款模擬采摘機器人，機器人以履帶底盤(pán)為基座，三自由度機械臂，紅外遙控操作。硬件電路以ATmega32為系統控制核心，采摘機器人的動(dòng)作采用BL35P12為核心紅外遙控控制。系統軟件基于AVR Studio4開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現對機械臂運動(dòng)的全方位精確控制。采摘機器人采用模塊化設計，抓取速度快，成本低，易于實(shí)現，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(diǎn)大多集中在視覺(jué)系統對果實(shí)目標的識別和定位上，利用攝像頭獲取果實(shí)圖片信息，通過(guò)復雜的圖像信號處理算法，編制程序進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現果實(shí)判斷，發(fā)出采摘命令。這種方式機器人具有較好的自動(dòng)識別的能力，并且能夠自動(dòng)采摘，無(wú)需人工操作，是農業(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。本設計采用人機協(xié)作方式，即采用人工判別果實(shí)，機器人負責摘取。通過(guò)人工現場(chǎng)觀(guān)察判斷，使用無(wú)線(xiàn)遙控遠程控制機器人動(dòng)作。這種方式現有技術(shù)比較成熟，使得機器人研發(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)強度，對于目前中國農業(yè)的水平，能夠更好的普及。
針對以上存在的問(wèn)題，本文設計了一款基于ATmega32的模擬采摘機器人，能實(shí)現人工操作的機械采摘，通過(guò)紅外遙控控制機械臂使末端夾持器伸到目標果實(shí)所在位置，進(jìn)行抓取工作，完成采摘任務(wù)。

1 機器人總體方案設計
機器人設計融合了機械制造技術(shù)，電子電路技術(shù)，自動(dòng)控制和傳感器檢測技術(shù)，以及軟件開(kāi)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(pán)結構的機器人，紅外遙控機械臂，實(shí)現抓取果實(shí)。機器人結構框圖如圖1所示。

機器人的控制模式為無(wú)線(xiàn)控制機器人采用直接操縱方式，操縱者通過(guò)遙控器向遠端發(fā)送操縱指令?？刂茩C器人的車(chē)體的前向運動(dòng)，左右轉向，三自由度的機械臂的運動(dòng)，及夾持器旋轉、張與合。文中設計的機器人具有結構簡(jiǎn)單，功能豐富，可擴展性強等特點(diǎn)。

2 機械裝置設計
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(dòng)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，結構輕巧，方便在車(chē)體上增加模塊。移動(dòng)載體為履帶式底盤(pán)，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(pán)每一側采用雙履帶結構，使用4臺FAULHABER電機驅動(dòng)。機械臂固定在履帶式行走機構上，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(kāi)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。伺服電機3控制小臂上下運動(dòng)，伺服電機4通過(guò)連桿和伺服電機5聯(lián)合驅動(dòng)大臂上下運動(dòng)。