面向竞赛的果园喷药机器人设计

张少华，刘 富，刘 利，史颖刚

(西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100)

1 问题的提出

果园喷药机器人比赛项目是中国服务机器人大赛的子项目，比赛场地如图1所示。在比赛过程中。机器人从起点区出发，经过A区、B区、C区、D区，分别进行对靶喷药、固定树形喷药和变树形喷药。

图1 喷药机器人比赛场地

A区为对靶喷药，有机器人行走引导线，有3个对靶喷药作业点A1、A2、A3，有喷药地点提示线，靶标图样如图2所示。B区为固定树形喷药，有机器人行走引导线，在喷药实施地点B2、B3、B4没有作业地点提示线，树形为三角形、竖椭圆形、平椭圆形，分别如图3、图4、图5所示。C区针对不同树龄的树形进行喷药，没有机器人行走引导线，在喷药作业地点C2、C3、C4有提示标志，树形大小为B区树形的90%和80%。D区没有机器人行走引导线，有3个模拟树形，大小为B区树形的70%，位置S1、S2、S3，由志愿者随机摆放。

2 系统整体设计

根据竞赛要求，设计的果园喷药服务机器人本体结构如图6所示，车体由铝合金板材制成，采用橡胶轮胎车轮，丝杠滑台固定在车体上，喷药平台支架安装在丝杠滑台上，喷头通过圆弧紧固件连接在喷药平台上。升降支架由铝合金型材制成，步进电机带动垂直连杆升降，实现喷头的升降[1-2]。

图2靶标图样图3三角形树形

图4竖椭圆形树形图5平椭圆形树形

喷药机器人控制系统的结构布局如图7所示，包括4个直流电机、1个车身底板，以及单片机控制系统电路板、前7路循迹模块、右侧循迹模块、检测树形的光电开关。……