机器人设计论文

绿化植树机器人设计

摘要：

这个机器人是针对大量绿色植树而设计的，利用机械四足作为其活动方式，机器人通过视频识别系统在有限范围内对地形与植被作出判断，然后通过自动行走系统移动到目标地点前面，再通过机械手取出携带的植物幼苗，通过这个可以360度旋转的机械臂进行种植工作，机械臂可以进行种植、培土、等工作。种植完成后还将用一层可分解的塑料薄膜覆盖植物幼苗，保证其在能够自行成长前的安全。

关键词：

绿化植树、四足行走、山坡作业、视频识别、机械臂操作

设计背景：

地球现在正面临着绿色植被在不断减少的危机，而人类也因为这样要面对日益严峻的环境问题。大量植树还原绿色植被是一个相当重要的手段来解决这个难题，但是依靠人力去做的话，效率始终不够高。所以在这里我想设计一个专门用于大作业量的绿化植树机器人。

设计思路：

这个机器人，是需要面对山坡这样的陡峭地形的，由于特殊的使用环境，机器人的活动方式要求能够灵活的应对颠簸不平的土地，机械四足需要能够根据不同的地势调整四足的高度，确保平稳的行走，这种活动方式才能使机器人轻松到达山崖大部分位置。移动起来必须十分的轻巧，以避免对其他植物的伤害。由于这个机器人对视频识别有着较高的要求，所以必须在这方面有所突破，同时当发现有杂草或者有害植物的时候，还可以通过高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。360度旋转的机械臂可以保证种植过程的顺利进行。

详细具体设计方案：

一．整体结构：

1.整个机器人分成上下两大部分，上部分是机械手臂，主要实现机器人的整个种植

操作，下部是机器人的机身和四足，包括：植物幼苗存放仓、红外线距离测量

仪、摄像头、电脑处理系统。

2.机器人是通过电力驱动的，所以必须携带储电池，也是安装在机身。

二．中央处理系统：

机器人的机身将安装一个中央处理系统，作为机器人的大脑，它主要调节机器人三

大系统：机械四足行走系统、机器人视觉系统、机械臂控制系统。中央处理系统要

接收和分析红外线距离测量仪、摄像头、机械臂传感器等反馈信息，以及控制四足

的行进系统、机械臂操作等。

三．机械四足行走系统：

1.机械四足的形状：

一开始的时候，我曾经很困惑于如何把握行走稳定与行走速度之间的平衡，后来设

想出仿人类四肢的关节加上圆形的脚盘这个方案，总体感觉可以满足行走的需要。

2.如何实现行进：

参考了机械小狗的设计，将机械四足连接在机器人的中央处理系统而成为一个整

体，接受中央处理系统的控制。每次改变一个机械足的位置，实现整个机器人的行

走。

3.如何保持位置稳定：

在机器人机身安装有3个红外线距离探测器，当机器人识别到了目标之后，三个探测器同时从3个方向测量其与目标的实时距离，这样就可以确定机器人和目标的相对三维位置。确定了相对位置之后，将数据传送给中央处理系统。再次调节四足关节处的角度以及脚盘关节处的角度，让机器人可以平稳的站立。

四．机器人视觉系统：

1.识别原理：

当机器从人移动到距离目标五米范围内，就开始识别目标的过程了。负责识别目标地点的摄像头就安装在机身上。

识别的工作原理是根据环境颜色和形状的不同作判断，再通过视频摄像和经过中央处理系统程序计算识别出来的。

2.摄像头要求：

由于工作需要，摄像头的视角范围必须足够大。因此摄像头的形状设计为圆球

形，好像眼球一样可以转动。

五．机械臂夹持系统：

当目标已经识别出来之后就应该开始收集工作了。这个机器人的收集垃圾的工作是通过外夹式机械臂来完成的。

1.手指类型：结合课堂知识，机械臂的手指类型选择是由被握持物件的形状、尺寸、

重量、材质及表面状态的不同而决定的。由于这个机器人针对的目标是装有植

物幼苗的器皿，因此机械手指的设计采用针对圆柱形物件的特殊中空手指，你

也可以说没有手指，可以直接将圆柱状的幼苗器皿卡住，种入泥土中。另外内

面将采用柔性材料镶衬橡胶来增加摩擦力。

2.驱动装置：采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节。

3.除草系统：通过识别系统识别出杂草或者有害植物的时候，还可以通过手臂中的

高温蒸汽将其杀死，来保证种植的植物幼苗的生长。

六．植物幼苗存放仓：

植物幼苗存放仓将安装在机器人机身上部，以轻型塑料制作，为仓盒状，可以有透明的材料遮挡恶劣的天气环境。仓的下部安装有平衡测试仪器，防止装幼苗的时候由于重心变化而导致机身倾斜。

七．可能遇到的实际问题：

这只是一个机器人的理论设计而已，我也想到了一些实际上可能遇到的问题，比如：具体的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保证安全的攀登上去？机器人是采用电力驱动的，但电池的体积和质量都不能太大，如何可以保证电力的持久供给？

简易设计图：

Welcome 欢迎您的下载，资料仅供参考！