固定式割胶机器人割胶误差分析与精度控制

高可可，孙江宏，高 锋，焦 健

（北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192）

0 引言

橡胶作为工业设备和生活用品的制造原料，在工业生产、医疗卫生和日常生活中有着举足轻重的作用，是重要经济支柱[1-3]。切割橡胶是获取天然橡胶的中心环节和关键技术环节[4-5]，割胶方法是收获天然橡胶的关键，而割胶机械直接决定割胶效率、伤树程度、作业强度和橡胶产量[6-8]。目前市场上还是以传统的人工割胶方式为主，对劳动者的体能和技术要求较高，且生产效率低、工作模式复杂和劳动投入高，已无法满足橡胶产业的发展需要[9-10]，因此，采用自动化割胶设备获取天然橡胶将是解决橡胶行业困境的首选方法[11]。

已有的割胶设备主要有电动割胶刀、移动式割胶机器人和固定式割胶机器人。其中印度和日本主要应用为电动割胶刀[12-15]。但电动割胶刀需人工手持操作，并未完全代替人工操作。吴思敏等[16-18]针对移动式割胶机器人进行了研究，但受橡胶林间环境和图像识别误差等因素的影响，移动式割胶机器人的割胶精度低，且再次割胶时无法同上次割胶刀痕完全吻合，造成割胶轨迹杂乱甚至损伤橡胶树结构。

固定式割胶机器人采用固定架和导轨将设备固定于树干上，相对于移动式割胶机器人具有结构坚固和设备维护简单便利等优势，可忽略橡胶林间环境以及图像识别等，实现快速、精准割胶。艾哈迈德等发明一种捆绑式全自动智能割胶机[19-20]，由割胶机械动力、刀头、导轨与芯片程序控制5部分组成，使用固定架和导轨将机器架于树上，但该机器使用成本远超过橡胶的收益，未能在生产上大面积推广应用。……