PDF《电驱锄草机器人系统设计与试验》

1 E l e c t r i cd r i v e nw e e d i n gr o b o t 图2电驱锄草机器人结构示意图 F i g .

2 S t r u c t u r eo f e l e c t r i cd r i v e nw e e d i n gr o b o t

1 . 横移机构

2 . 机架

3 . 导向机构

4 . 锄刀单元 图3导向机构结构示意图 F i g .

3 S t r u c t u r eo f s t e e r i n gm e c h a n i s m

1 . 限深调节手柄

2 . 前横梁

3 . 导向机构驱动电动机

4 . 导向 轮摇臂

5 . 连接箱体

6 . 拉杆

7 . 限深导向轮 根据作物行距调节.每个锄刀单元上装有株间锄草 刀和行间铲, 分别去除位于作物株间和行间的杂草. 仿形轮与平行四杆仿形机构相配合, 使锄草刀入土 深度保持相对稳定.其中一个锄刀单元上装有测速 装置, 检测速度和里程, 如图 4所示.作为核心部件 的株间锄草刀由 4m m厚的钢板切割而成, 呈月牙 形, 外边缘磨制了刃口, 刃厚

0 5m m , 刃角

2 0 ° .工 作时, 株间锄草刀位于土表下

2 0~3 0m m处, 在沿 作物行前进过程中将株间杂草根部切断, 若遇苗则 旋转, 利用豁口避让作物, 如图 5所示.安装在其后 方的行间铲则将作物行以外的杂草一律清除, 从而 实现高效的中耕锄草作业.为减少锄刀扰动对作物

6 1 农业机械学报2016年图4锄刀单元结构示意图 F i g .

4 S t r u c t u r eo f w e e d i n gb l a d eu n i t

1 . 锄草刀姿态调节机构

2 . 锄草刀驱动电动机

3 . 连接箱体

4 . 株间锄草刀

5 . 仿形轮

6 . 测速轮

7 . 行间铲

8 . 平行四杆 仿形机构 图5电驱锄草机器人锄草原理 F i g .

5 O p e r a t i n gp r i n c i p l eo f e l e c t r i cd r i v e nw e e d i n gr o b o t 生长造成影响, 作物周围留有圆形保护区, 该区域内 不进行锄草. 电驱锄草机器人核心处理器包括 1台工控机和 2块基于单片机的控制板.工控机接收相机拍摄的 田间彩色图像进行实时处理, 获得当前作物的位置 信息, 计算锄草刀与作物的相对距离及机器人相对 作物行的对行偏差等信息, 分别发送给 2块单片机 控制板.控制板结合机器人前进速度和锄草刀相位 角度, 计算锄草刀的理论转速和横移机构的运动量, 通过智能伺服驱动器驱动电动机, 使锄草刀执行避 苗和对行动作. 锄草刀驱动电动机为

4 8V/

3 0 0W 直流伺服电 动机( 型号: N O R T I O NH L M

4 8

0 8 E

3 6 L N ) , 导 向机 构由48V/

4 0 0W 直流伺服电动机(型号: N O R T I O NH L M

4 8

1 4 E

3 9 L N ) 驱动.电驱锄草 机器人电 气系统总额定功率为16

0 0W.电源由1台

2 2 0V/

2 6k W 的交流汽油发电机和 1个48V 交流转直流的开关电源构成.发电机安装于拖拉机 侧面, 加满燃油可连续工作 4h以上, 能够满足实际 作业的续航要求.

2 视觉伺服控制方法

2

1 视觉信息获取方法 快速、 准确获取田间作物位置信息是实现高效、 自动化株间锄草的前提.电驱锄草机器人通过引入 机器视觉技术, 对田间作物进行识别和定位, 为控制 锄草刀避苗和对行提供依据.视觉系统主要硬件包 括华北工控 N O R C O R P C

2 0 8型工控机 (

2 8G H z I n t e l C o r e2D u oE

7 4

0 0处理器) 、 度申 C M

0 3 6型彩 色数字 相机(有效分辨率752像 素*4

8 0像素)、AZURE0420mm镜头( 焦距

4 m m ) 和定制的 8英寸 液晶显示器.相机安 装于 前横梁正 中央的支 撑杆上, 高度

1

8 5m , 主光轴向前倾斜, 与竖直方向夹角 为208°.这样安装相机既获得了 足够大的 视场, 同时避免了机械部件进入视场, 如图 6所示. 图6视觉系统示意图 F i g .