基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计
一种自动采摘苹果机器人的设计

寻迹检测模块 红外避障 数码显示
AT89S52
LCD显示 电源模块 串口通信
2 总体方案论述 为实现自动化,本系统包括电机驱动、LED 显
示、电源控制、速度控制、数码显示、寻迹和避障 等模块。采用 AT89S52 单片机为控制核心,对电源 和电机进行控制,使小车能在无人操作控制的情况
速度检测
A/D转换
采用四个大功率晶体管组成 H 桥电路,四个 大功率晶体管分为两组 ,交替导通和截止,用单片 机控制使之工作在开关状态,进而控制电动机的运 行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱 和与截止状态下,效率非常高,并且大功率晶体管 开关的速度很快,稳定性极强,是一种广泛采用的 电路。步进电机驱动电路的选择如图 4 所示。
图 2 总体功能图
33
精密制造与自动化
2019 年第 1 期
图 3 总体方案设计图
3 模块设计 3.1 行走方案的选择和确定
智能小车的行走可以采用履带、支腿和轮子。 考虑具体的工作环境、降低经济成本和结构简单, 采用 3 轮结构。其中两个同轴并排的轮作为驱动轮, 实现智能小车的前进、倒退和转弯动作,另外一个 轮子用万向轮,作为从动轮。这种三轮设计结构使 小车运行时车身保持平稳,同时使智能小车运行时 保持较好的灵活性。
自动化水平的重要标志。工业机器人可以代替人的
繁重劳动,显著减轻劳动强度、改善劳动条件和提 启动小车 高生产效率。例如:它能在高温、低温、深水、宇
黑白寻迹
进入迷宫、避障
黑白寻迹
宙空间、有放射性物质和污染的环境条件下进行操
作,显示出其优越性和广泛的发展前途。移动式采
摘苹果机器人利用单片机为控制单元实现无人操作, 完成 并具备寻迹避障、自动行驶、采摘苹果等功能,非
基于PLC和机器视觉的采摘机器人智能控制系统设计

基于PLC和机器视觉的采摘机器人智能控制系统设计白 克(河南经贸职业学院,郑州 450018)摘 要:利用PLC和机器视觉技术,采用图像传感器拍摄水果图像,提取出目标水果图像的坐标和位姿,并以此驱动控制采摘机器人以最优路径和最佳姿态采摘到目标水果。
为了验证系统稳定性,在苹果种植区进行了实际采摘试验,结果表明:采摘机器人机械手可以稳定抓持到目标苹果并完成采摘过程,且期间耗时较短,具有较强的稳定性。
关键词:采摘机器人;最优路径;PLC;机器视觉;图像传感器中图分类号:S225.93;TP242 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2021)02-0212-050 引言我国是水果种植大国,水果种植面积巨大,生产规模呈现多元化格局,且品种多、收获期长、虫害多。
目前,普遍使用机械式采摘技术,虽能提高工效,但容易造成水果优劣并收的尴尬局面。
若使用常规的手工采摘水果,则面临着劳动强度大、劳动费用高的问题。
为此,设计了一种基于PLC和机器视觉的采摘机器人智能控制系统,可以实现对水果的自动采摘,能够大大提高农民种植效益。
1 基于机器视觉的水果特征提取1.1 机器视觉系统的原理机器视觉是利用视觉传感器将目标水果的图像拍摄下来,转化成图像信息,送给图像采集卡进行处理,并由其根据色彩、颜色等信息转化成数字信号;再经图像处理对其做进一步的特征提取,并根据计算和判断结果由PLC控制系统驱动设备进行采摘动作。
机器视觉系统组成框架如图1所示。
图1 机器视觉系统组成框架Fig.1 Theframeworkofmachinevisionsystem收稿日期:2019-08-20基金项目:河南省重点科技攻关项目(172102210155)作者简介:白 克(1981-),男,河南信阳人,讲师,硕士,(E-mail)michael_white@126.com。
1.2 目标水果图像的坐标提取利用机器视觉将目标水果的图像从背景环境中识别出来,并通过图像处理和轮廓提取计算出目标水果的坐标和位姿,然后实现采摘机器人的自主采摘。
一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计

一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计郭素娜;张丽;刘志刚【摘要】为了提高葡萄采摘机器人自主导航能力,增强对葡萄成熟度的准确识别功能,降低漏采率和误采率,设计了一种新式的基于RSSI 自主导航和颜色特征提取的葡萄采摘机器人. 该机器人使用 RSSI 定位技术,首先对装有无线传感器的葡萄树进行定位,然后利用机器视觉系统对葡萄的成熟度进行判断,并对满足采摘条件的葡萄使用机械手进行采摘. 对葡萄采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:机器人对装有传感器的葡萄树的准确识别率达到了95%以上,对葡萄成熟度的判断达到了98%以上,是一种相对高效的葡萄采摘机器人.%In order to improve the autonomous navigation capability of grape picking robot, and strengthen the function of accurate identification of the grape maturity, lower leakage rate and error rate, a new type of autonomous navigation and color feature extraction based on RSSI grape picking robot has been designed.Grape picking robot using RSSI positioning technology first fixing the vine with wireless sensors, then use the machine vision system on grape maturity of judgment, and to meet the use conditions of the grapes picked for picking manipulator.Grape picking robot performance was tested, by testing found that the robot with sensors of vine of accurate recognition rate reached more than 95%, their appreciation of the grape maturity reached more than 98%, high recognition rate,which is a relatively efficient grape picking robot.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】5页(P20-24)【关键词】葡萄采摘;自主导航;颜色识别;漏采率;机器人【作者】郭素娜;张丽;刘志刚【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;河南工业职业技术学院,河南南阳 473000;南昌大学,南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】S225.93;TP242最早的机械采摘方法是采用机械振摇式和气动振摇式,随着科学技术的发展,农业机器人在国内外迅速发展起来。
智能移动水果采摘机器人的设计

智能移动水果采摘机器人的设计智能移动水果采摘机器人的设计随着社会的不断发展,农业也迎来了新的发展机遇。
传统的种植方式已经无法满足市场需求,需要采取更加智能化的方式来提高农业生产效率。
本文就介绍一种智能移动水果采摘机器人的设计方案,为农业生产带来更多的效益。
一、设计要求智能移动水果采摘机器人是一种基于自主驾驶的机器人系统,它需要完成以下任务:1. 实现自主驾驶功能,能够自动识别种植区域,自主完成采摘任务。
2. 机器人需要具备高精度的传感器,能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息。
3. 机器人需要有足够的机动性,能够适应不同果树的树形结构和果实分布情况。
4. 机器人需要安装视频监控和通讯设备,以便于监控和控制机器人的运行。
二、设计原理智能移动水果采摘机器人的设计基于自主驾驶技术和机器视觉技术。
机器人安装有GPS定位系统和激光雷达传感器,能够自动识别种植区域,通过机器视觉技术检测果实的位置、成熟度和大小等信息,确定采摘点的位置和方式。
机器人采用电动驱动方式,可以通过遥控器、智能手机和电脑等方式实现对机器人的集中控制和监控。
机器人的运动方向和采摘作业的时间都可以通过程序来控制,确保机器人能够高效而准确地完成采摘任务。
三、技术特点智能移动水果采摘机器人的设计具有以下几个方面的技术特点:1. 自主驾驶智能移动水果采摘机器人是基于自主驾驶技术的机器人系统,能够自动识别种植区域,自主完成采摘任务。
采用先进的GPS定位系统和激光雷达传感器,能够实现精准的定位和导航,避免机器人对树枝和果实造成伤害。
2. 机器视觉智能移动水果采摘机器人的另一个特点是机器视觉技术。
机器人安装有高精度的传感器,能够检测到果实的位置、成熟度和大小等信息,确定采摘点的位置和方式。
这大大提高了采摘的效率和准确性。
3. 机动性智能移动水果采摘机器人还具有足够的机动性。
机器人可以自由行走在果树之间,自动适应不同果树的树形结构和果实分布情况。
同时根据机器人监测到的果实信息,可以采取不同的采摘方式,满足不同果实的采摘需求。
毕业设计(论文)-多臂采摘机器人的初步设计采摘手的设计(全套图纸)

多臂采摘机器人的初步设计——采摘手的设计1.绪论1.1研究内容及意义果蔬采摘是农业生产链中最耗时耗力的一个环节,其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作。
但是由于工业生产的迅速发展分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因,使得能够从事农业生产的劳动力越来越少,单靠人工劳作已经不能满足现有的需要。
随着计算机图像处理技术和各种智能控制理论的发展,使采用机器人采摘果蔬成为可能。
果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜, 可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统, 是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学, 需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面学科领域知识。
采摘机器人将在解决劳动力不足、降低工人劳动强度、提高工人劳动舒适性、减轻农业化肥和农药对人体的危害、提高采摘果蔬的质量、降低采摘成本、提高劳动生产率、保证果蔬的适时采收、提高产品的国际竞争力等方面具有很大潜力。
国际上, 一些以日本和美国为代表的发达国家,已经从20世纪80年代开始研究采摘机器人,并取得了一些成果。
而我国在该领域中的研究还处于起步阶段,因此我们必须加快对采摘机器人的研究脚步以早日赶超国际水平,使其为我国农业的生产和发展做出重大贡献。
全套图纸,加1538937061.2研究现状果蔬采摘机器人的研究开始于20 世纪60 年代的美国( 1968 年),采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式。
其缺点是果实易损、效率不高,特别是无法进行选择性的收获,在采摘柔软、新鲜的果蔬方面还存在很大的局限性。
但在此后,随着电子技术和计算机技术的发展,特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟,采摘机器人的研究和开发技术得到了快速的发展。
1.2.1国外研究现状在日本、美国等发达国家,农业人口较少。
随着农业生产向规模化、多样化、精确化的方向迈进,劳动力不足的现象越来越明显。
基于STM32单片机的全自动采摘分类一体机

智能制造数码世界 P .277基于STM32单片机的全自动采摘分类一体机林志刚 高怀栋 莆田学院信息工程学院 指导老师:宋娜摘要 :本文针对柑橘采摘过程艰辛,占用大量劳动力问题设计了一款全自动柑橘采摘分类机。
该系统主要由STM32作为主控芯片、摄像头识别模块、机械臂抓取及剪切模块、果实分类模块、车身行走模块及电源模块等几部分组成。
主要功能是通过摄像头自动识别果树位置,通过摄像头识别柑橘的具体位置,并且借助机械臂抓取剪切采摘柑橘,车身采用履带式行走,可以适应更多地形。
关键字:摄像头识别 机械臂抓取 分类采摘前言柑橘是我国生产的主要果品,柑橘类属芸香科柑橘亚科柑橘族的植物,其年产量是非常可观的,柑橘因种植地的不同,叫法也不一样,在古代有南橘北枳一说。
目前,柑橘和枳收获作业主要还是靠人工完成,但柑橘树干高低不一,采摘危险性高、作业环境差,分类运输成本高,既耗时又费力,给果农带来了很多麻烦。
”因此,基于这样的现状设计了一款水果采摘装置,解决了大量的柑橘采摘问题。
1 智能采摘机的创作与创新柑橘全自动采摘一体机,它能够通过履带式自由行走,在果园内通过摄像头识别果树上形状标识符,使它能够识别果树位置,从而到达果树的可采摘范围之内。
它能够通过摄像头进行颜色预识别,分辨出成熟柑橘,控制机械臂,移动摄像头位置,使柑橘处于摄像头成像平面的正中心,通过末端机械臂抓取、剪切、最终实现摘取柑橘。
柑橘采摘完后抓取装置松开,柑橘掉入到软性传送装置,连接到果树分类装置。
软性传送可以保证在整个采摘过程中不会造成磕碰损伤柑橘。
柑橘到达分类处,经过称重传感器,对柑橘的大小进行识别,识别数据传输到主控芯片上,通过预先设计的柑橘重量的数据对柑橘进行分类,并且控制舵机将柑橘拨到不同的框中存放。
当篮框内的柑橘到达一定数量,红外传感器可以通过检测遮挡物判断框柑橘已满。
采摘车可以返回到起点处,人工卸下柑橘并继续进行采摘过程,或者通过蜂鸣器报警提醒。
基于自动化的采摘机器人

基于自动化的采摘机器人随着科技的快速发展,自动化技术已经深入到各个领域,其中农业领域也不例外。
近年来,基于自动化的采摘机器人已经逐渐成为农业领域的研究热点。
这种机器人的出现,不仅可以提高采摘效率,降低人工成本,还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。
一、自动化采摘机器人的研究现状目前,自动化采摘机器人的研究主要集中在视觉识别和机械臂抓取两个环节。
在视觉识别方面,通过深度学习和计算机视觉技术,机器人可以识别并跟踪目标植物,确定最佳的采摘位置和时间。
在机械臂抓取方面,机器人通过高精度的传感器和算法,可以模拟人类的手部运动,准确地抓住目标植物,并完成采摘。
二、自动化采摘机器人的应用场景自动化采摘机器人可以应用于各种需要大量人力的农业领域,如水果、蔬菜、鲜花等。
以水果采摘为例,机器人可以识别出成熟的水果,并准确地抓住它们,大大提高了采摘效率。
此外,机器人还可以在危险的环境下工作,如高压电线附近或农药残留严重的区域,降低了人类的工作风险。
三、自动化采摘机器人的挑战与前景虽然自动化采摘机器人的研究已经取得了一定的进展,但是在实际应用中仍然存在一些挑战。
例如,机器人的视觉识别系统还需要进一步提高精度和稳定性,以适应各种复杂的环境。
此外,机器人的机械臂也需要进一步提高抓取的准确性和力度控制,以适应不同大小和形状的水果。
然而,自动化采摘机器人的前景非常广阔。
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,机器人将在农业领域发挥越来越重要的作用。
未来,我们可以期待看到更多的自动化采摘机器人在农田、果园、温室等地方工作,为农业生产带来更多的便利和效益。
四、结论基于自动化的采摘机器人是农业领域的一种创新技术,具有广泛的应用前景和重要的实际意义。
通过深度学习和计算机视觉技术,机器人可以识别并跟踪目标植物,通过高精度的传感器和算法,可以模拟人类的手部运动,准确地抓住目标植物,并完成采摘。
这种机器人的出现,不仅可以提高采摘效率,降低人工成本,还可以解决劳动力短缺和人力成本上升的问题。
基于单片机控制的自动松果采摘机设计

0 引言
的 中 间 。
松 果可以说是我 国进行生产 的要干果之一 。我 国的松果种植
1.1.3采摘手 工作 。在 确定松 果 处在采 摘手 中后 ,采 摘手 开
Abstract :The branches of pine trees iS relatively high,therefore farmers in picking the very difficult and takes a lot of labor.Therefore,thiS paper designs the A for the single—chip microc0mputer to control the pineal picking machine of automatic control system.The hook carl not only efficiently and quickly on pineal harvested can also select the very good protection measures remain intact in the premise of the pineal, using artificial to mix,can automatically search and picking,and the pineal returned to the control action.
1.2 夹持 机构
1 采摘机 系统设计和分析
1.1 系统组 成
末端 夹持 结构 的设 计直接对松 果 的采 摘效率 以及损 伤程度 产生影响 ,在 执行器将果实抓 牢固之后使用手腕 的旋 转 以及周转 关节将果柄拧 断,这种形式对 于松果这样容 易损伤 的果实并不是
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基于单片机和GPS定位的自主导航采摘机器人设计分析与研究
作者:李灿
来源:《西部论丛》2019年第22期
摘要:生产自动化水平的提高,工业机器人已经在社会生产生活中得到广泛应用,但是其在实际使用过程中还存在着许多问题。
特别是对采摘机器人来说,针对其定位能力存在许多问题,提出了一种应用单片机和GPS技术的解决方案,显著提高了导航定位的效率和精度。
该方法利用GPS实时接收卫星发射的时间、经纬度和高度等信息,通过RS232发送给单片机;单片机对GPS发送数据进行处理,得到控制所需的时间和定位,通过与其所处的地址进行比较,调整运行的姿态,对运行路径进行合理追踪和规划。
在实验日光温室内对实验体的主要能力进行验证,利用单片机和GPS定位可以较为精确地对采摘目标路径进行跟踪,可以使机器人沿着既定路径移动,控制的精度较高,误差较小。
关键词:GPS;导航;采摘;机器人;单片机
1、引言
自主导航功能是提高拣选机器人的智能和自动化的基础。
理想的拣选机器人应同时具有多种功能。
当机器人处于未知环境中时,机器人可以面对复杂的动态变化环境,并且可以通过探索到达所需的目标位置,同时消耗更少的能量,更短的移动路径和更少的时间。
传统的机器人路径规划基于感知建模规划动作。
该方法的问题在于它不能准确地建立环境的地图模型,并且对环境的适应性差。
为此,提出了一种基于改进遗传算法和模糊逻辑控制的机器人自主导航学习算法,实现了机器人的自主避障和路径导航功能。
随着现代农业科学技术的飞速发展,对拣选机器人的市场需求不断增长,各种农业作业机器人越来越受到人们的关注。
目前,导航方法都是铺设电缆围绕作业场地,并利用涡流感应来获得执行轨迹和范围,这在使用中受到限制。
GPS具有很高的可靠性和实时性。
如果将其应用到操作系统的设计中,可以提升作业效率,提高自动控制水平和应用范围,并改善现代农业设备。
研究具有重要意义。
2、研究现状
研究机器人的关键技术问题很重要。
为此,阐述了发达国家温室和喷雾显示机器人的选型先进技术和我国温室机器人的应用现状,指出了温室定位导航和精确操作方面存在的问题。
中国的温室机器人。
同时,值得注意的是,未来,温室机器人将朝着智能化,小型化和多功能化的方向发展。
尽管中国在智能机器人领域取得了大量的成果,但相较于国际先进水平,依然存在较大差距。
其存在着获得目标信息和定位不准确的情况,不能够对目标进行自动作业拾。
通常的信息采集手段是通过传感器进行,通过不同数据的全面采集,实现相关信息数据获取,完成自动作业。
这是智能的关键技术。
因此,需要对图像采集和处理算法以及视觉传感器技术进行深入研究。
同时,按照我国精准农业的发展要求,大棚农作物的生产不仅要有效防治病虫害,还必须减少农产品的药物残留,并注意保护。
生态环境。
如果温室喷洒机器人对行间的农作物进行精确的喷洒,除了需要准确检测农作物受灾面积和病虫害程度之外,合理的运行轨迹也至关重要。
尽管中国在自动导航和视觉定位等领域取得了长足的发展,但总体而言,我国的机器人技术依然存在许多不足。
同時,较高的设备投入也是主要问题。
温室机器人智能水平的提高将不可避免地导致计算机控制系统的复杂性增加和成本增加。
即使具有很高的智能水平,但由于制造成本过高,温室机器人仍无法在生产领域中实现应用。
因此,如何在提升设备能力的前提下减少资源投入,让机器人从实验室进入实际生产是需要努力的方向。
温室机器人将在以下几个方面发展:首先,随着计算机的不断发展,温室机器人的智能化已成为必然趋势。
第二是各种温室机器人之间的信息交换,可以自动相互协调,实现操作自动化。
第三,面对温室作物的大规模发展,小型化和多功能温室机器人。
也就是说,同一个温室机器人要面对不同的温室操作,并安装相应的末端执行器以完成指定的任务。
第四,为了减少环境污染,节约资源,温室机器人的精确运行也是发展趋势。
第五,将其与生物工程相结合以防止机器人结构变得过于复杂,从而降低成本并促进普及。
第六是在功能和性能条件下优化温室机器人的机械部件,以达到紧凑,简单,轻便的目的。
3、自主导航采摘机器人结构设计
自主导航GPS定位系统主要由三部分组成:空间,地面和用户设备。
其中,空间部分主要是卫星星座,包括24颗卫星,地面部分主要是监测系统,包括主控站,注入站和监测站。
用户设备是GPS信号接收器,可以接收计算出的三维位置和速度。
其原理如图1所示。
卫星时钟和接收设备的时钟之间存在时钟差,因此您至少需要使用4颗卫星来确定接收天线的位置。
拾取机器人的拾取点P的三维坐标公式可以表示为:
Pj=[(Xj-Xn)2+(Yj-Yn)2+(Zj-Zn)2]1/2+c·t
其中,(Xj,Yj,Zj)为卫星地心的瞬时坐标;(Xn,Yn,Zn)为接收机的地心坐标;t表示钟差;Pj(j=1,2,3,4)为伪距测量;c为光速。
位置传感器和避障传感器是使用GPS定位系统设计的。
工作时,GPS定位系统使拣配机器人可以遵循定义的路线并有效避开障碍物。
GPS无线数据发送器是主要由单片机完成的通信
主站和从站,并使用由MSP430控制器和高频芯片CC1101组成的无线通信模块。
其中,控制端设计为皮带传动。
4、采摘机器人定位性能测试
为了验证单片机和GPS定位功能的可靠性,黄瓜采摘机器人配备了单片机和GPS定位系统,并且在黄瓜采摘实验中,在黄瓜温室中进行了性能测试。
测试现场。
利用GPS定位系统和单片机控制采摘机器人的移动路径,使机器人可以沿标记线移动,达到精确定位和采摘过程的目的。
采摘目标是黄瓜采摘。
使用GPS跟踪纯目标方向,以便机器人可以遵循标记的路径并通过跟踪跟踪获得显示的跟踪曲线。
使用单片机和GPS位置,您可以更准确地跟踪拣配路径和跟踪错误。
使用GPS定位时,的误差比没有GPS定位时要小得多。
使用GPS后的误差分析图例包括X和Y方向的误差。
可以看出,将:的定位误差控制在100mm的范围内,控制精度高,机器人可以沿预定的路径运动,实现了拣货机器人的GPS定位功能。
5、结语
本文提出了一种基于单片机和GPS定位方法的机器人自主选择导航系统。
该系统使用GPS实时接收发送到卫星的信息,通过RS232将其发送到微控制器,处理数据,并调整机器人的移动路径,以实现拣选机器人的自动导航。
同时,该系统克服了导航和定位使用上的限制,大大提高了采摘机器人的自主导航的效率和准确性,并提高了机器人的性能。
作者简介:李灿(1997.-),男(汉族),湖南省衡阳市,宁波工程学院杭州湾汽车学院,专业:机械设计制造及自动化。