PDF《电驱锄草机器人系统设计与试验》

1 5k m/ ha n dp l a n t s p a c i n gw a sa b o v e0

3 5m .C o m p a r e dw i t hh y d r a u l i c d r i v e nw e e d i n gm a c h i n e ,i t h a dl o w e r e n e r g yc o n s u m p t i o n ,l e s s p o l l u t i o na n db e t t e r s e r v op r o p e r t y . Ke yw o r d s :e l e c t r i cd r i v e nw e e d i n gr o b o t ;

m a c h i n ev i s i o n ;

s e r v oc o n t r o l ;

e x p e r i m e n t 收稿日期:2

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4 修回日期:2

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6 基金项目:国家高技术研究发展计划(

8 6 3计划) 项目(

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0 6 ) 、 国家自然科学基金项目(

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3 2 ) 、 中央高校基本科研业务费专 项资金项目(

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4 ) 和北京高等学校青年英才计划项目(

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0 1 ) 作者简介:李南(

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8 8 ―) , 男, 博士生, 主要从事农业机器人研究, E m a i l :n a n l i

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1 3 @c a u . e d u . c n 通信作者:张春龙(

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8 6 ―) , 男, 讲师, 博士, 主要从事农业机器人研究, E m a i l :z c l

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1 5 @c a u . e d u . c n 引言 随着人们对食品安全问题的日渐重视和环保意 识的不断提高, 化学除草受到越来越多的限制.机 械除草相比化学除草和人工除草具有污染少、 效率 高的优点, 顺应了农业可持续发展的趋势.然而, 传 统的中耕式田间锄草机械能铲除行间杂草, 却无法 清除作物株间的杂草.为实现高效、 自动化、 低伤苗 率的田间锄草作业, 解决株间锄草难题, 许多研究者 对信息化、 智能化的新型锄草装备进行了探索. 国外利用机器视觉技术获取作物位置信息实现 株间锄草的研究最为常见,具有代表性的是TILLETT等[

1 ] 研究的一种基于机器视觉技术、 液压 驱动的锄草机器人, 其圆盘形锄草刀在铲除株间杂 草的过程中利用豁口避苗.C O R D I L L等[

2 ] 研究了 一种玉米株间锄草机, 该锄草机利用竖直排列的激 光传感器检测作物位置, 由电动机驱动对称布置的 锄草刀避苗.P ? R E Z R U I Z等[

3 ] 利用 R T K G P S系 统信息控制拖拉机自动导航, 并控制锄草系统末端 执行器在作物株间的运动轨迹清除株间杂草.此外 还研究了一种协作型锄草机器人[

4 ] , 通过人机配合, 实现 株间锄草.B A K K E R等[

5 ] 提出了结合RTKDGPS和机 器视觉系统引导锄草机器人作业的方案.此外, 还有通过 X射线[

6 ] 、 超声波[

7 ] 等方式定 位作物的锄草机器人. 国内陈勇 等[

8 ] 研究了机械和 化学 方式 相结合 的除草机器人.该机器人利用机器视觉系统检测杂 草, 由机械臂切割杂草并涂抹除草剂.张春龙等[

9 ] 研究了基于机器视觉技术识别作物, 并通过带豁口 的圆盘形锄草刀 消灭株间杂草 的 锄草 机器 人.此外, 众多学者研究了具有爪齿形末端执行器的株间 锄草机器人[

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2 ] . 针对田间移栽作物机械化锄草的作业特点和要 求, 重点解决自动化株间锄草难题, 本研究基于机器 视觉技术和伺服控制技术研制电驱锄草机器人.该 机器人以中小功率拖拉机为配套动力, 由伺服电动 机驱动执行机构, 可同时实现株间、 行间混联锄草, 适用于机械移栽绿叶作物的锄草作业.

1 电驱锄草机器人系统组成和原理 电驱锄草机器人( 图1)以传统中耕锄草机为基 础, 结合株间锄草作业特点和大田种植农艺进行设 计.其机械结构主要包括横移机构、 导向机构、 锄刀 单元和机架, 如图 2所示. 电驱锄草机器人通过前置三点悬挂与拖拉机连 接, 由拖拉机推动沿着作物行前进.横移机构连接 机架与三点悬挂, 使机架可相对三点悬挂作横向滑 动.导向机构( 图3)由电动机通过拉杆驱动限深导 向轮, 引导机器人整体横向移动进行对行, 并根据地 面起伏仿形, 使安装在前横梁上方的相机与地面始 终保持相对固定的距离. 3个锄刀单元均匀分布在前横梁上, 其间距可 图1电驱锄草机器人 F i g .