大棚杆状蔬菜收割机器人

刘以强 贾昊林 郑明东 李亮亮 马秋环

【摘 要】长杆状蔬菜收割、传送、聚合，省去人工采摘的步骤，提高收割效率。机器人主要由收割装置、传送装置等部分组成。收割装置在机器人最前端，由交叉切刀组成，通过双刀的交错将蔬菜切断，利用惯性顺势倒在传送装置中。传送装置由两部分组成，第一部分为斜向上的传送带，通过控制器控制小车带将蔬菜运送到后方的收集区域，第二部分为收集区域，经过该区域的整理然后通过传感器接收到信号，然后运送到地面。该装置结构简单、易操作，为菜农的收割、包装工作提供方便。

【关键词】杆状蔬菜收割、机器人、传感器、控制器

1 绪论

现阶段我国大棚蔬菜种植非常普遍，大棚种植蔬菜可以改变某些蔬菜因季节差异而无法存活的问题。可以让我们在任何季节都能吃到各种各样的新鲜蔬菜。我国北方多数地区拥有大棚种植户，其种植的蔬菜数量多，种类多，并且在大棚内部无法用大型机器收割。只能用人工进行收割，这为农户带来大量的工作负担。

2工作原理

该装置利用STM32RCT6单片机控制，利用蓝牙模块进行远程操作，通过交错切刀的往复运动实现蔬菜的收割，随后通过传送机构与收集机构的配合完成蔬菜的收集。

3 结构设计

3.1驱动模块

整个机器的运动采用履带轮驱动，在蔬菜种植在大棚中，地形多为坑坑洼洼的泥土地，因此我们选用履带驱动机构将有效解决此类问题。履带驱动系统的主电动机带动驱动轮运动，使履带转动。主臂电动机通过与电动机同轴的小齿轮与齿轮1啮合，一方面带动主臂杆转动;另一方面通过齿轮2、齿轮3和齿轮4的啮合，带动链轮旋转;链轮通过链条进一步使安装行星轮的曲柄回转。因为齿轮1和4，齿轮2和3的齿数分别相同，因此齿轮1和齿轮4的转速一致，而方向相反。加上链条两端的链轮齿数相等，使得主臂电动机工作时，主臂杆转过的角度与曲柄的绝对转角大小相等、方向相反。

3.2传送带模块

传动机构分为前后两部分，前方由斜向上的传送履带构成，该履带用一个直流减速电动机驱动。履带上方包裹橡胶，增大摩擦力，方便蔬菜传送。后方设有挡板，目的是将蔬菜汇总到一起，从一个地方传送到后方运送机构中。后方运动机构为横向传送带机构。传送带上有收集装置。蔬菜经过收集装置聚拢然后一扎一扎的运送到地面上。

3.3检测收割装置

该机构由电动机进行驱动，由上下两把相互交错的锯齿状刀片形成。通过四杆机构与电动机相连。下方刀片进行固定，上方刀片为活动刀片。电动机转动带动曲柄进行转动。通过摇杆连接到上方刀片带动刀片左右移动，从而进行蔬菜的切割。装置上采用光电管来作为检测模块，利用光电管检测物体来进行传送带运动。

3.4远遥控装置

操作方式采用远程遥控，使用蓝牙装置，在一定范围内进行工作，人工遥控提高工作效率，更能增加任务完成的成功率。蓝牙模块操作简单，不需要专门培训，只需了解遥控按键即可上手操作，方便快捷。

4软件介绍

本部分主要采用Keil STM32进行编写，Keil STM32是美国Keil Software公司出品的32系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil STM32软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil STM32生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil STM32开发系统各部分功能和使用。

5结论

大棚杆状蔬菜收割机器人主要用于收集大棚内长杆状蔬菜，省去人工采摘的步骤，节省人力、增加收割效率。机器人主要由收割装置、传送装置、捆扎装置等部分组成。收割装置由交叉切刀组成，通过双刀的交错将蔬菜切断，利用惯性倒在传送裝置中。传送装置由两部分组成，首先为斜向上的传送带，将蔬菜运送到后方，其次为收集区域，经过该区域的整理后与扎捆装置配合，将蔬菜进行扎捆。该装置结构简单、易操作，为菜农的收割、包装提供方便。机器人工作有利于节省人工，远程遥控在人为的控制下工作，大大提高生产效率，具有现实应用的可能和广阔的应用前景，能成为未来蔬菜收割行业的主流方向和发展趋势。减少人员劳动力，更能减少成本，提高效率的基础上提高利润。一机多用，可用于采集多种蔬菜更大程度上减少机器及生产成本。

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作者简介：

刘以强（1998.3.18），男，山东省聊城人，学士，研究方向：控制工程。

贾昊林（1998-2020），男，山东省烟台人，学士，研究方向：控制工程。

郑明东 2000.9.24，男，山东省济宁人，学士，研究方向：控制工程。

李亮亮（1998-），男，山东省日照市人，学士，研究方向：控制工程。

马秋环（1983-），男，山东省菏泽人，硕士，副教授，研究方向：控制工程。

基金项目：

该项目由国家级创新创业训练项目《大棚杆状蔬菜收割机器人》（S202013320007）支持。

（作者单位：青岛黄海学院）