基于单片机控制的自动苹果采摘机设计与应用研究_刘奕.pdf
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1、学术交流本栏编辑席尚明XueShuJiaoLiu1自动苹果采摘机的应用价值果园林业生产具有典型的时效性,果实成熟后必须在短时间内采收完毕,否则会影响到果实的营养价值,从而影响到果园林业的产能和市场效益。首先,自动苹果采摘机能够替代果农采摘苹果,提高苹果成熟期采摘效率,使果农有更多的精力去处理苹果的仓储问题、运输问题,有利于我国果园林业的发展。其次,自动苹果采摘机能够替代人力劳动,降低苹果采摘时的人力成本,能够将更多的劳动力从苹果采摘中解放处理,便于劳动力的农业生产资料的再分配,对我国农业产业的优化和升级具有重要意义。其三,现代机械在农业领域的普及是农业生产自动化、集约化的必然选择,自动苹果采摘
2、机的应用是果园林业转型和升级的必经之路,是推动我国社会主义新农业格局形成的重要助力。2自动苹果采摘机的工作原理根据自动苹果采摘机的功能需求,可以确认自动苹果采摘机至少存在 2 个核心算法:一是对是否为苹果以及苹果是否成熟的感应探测算法;二是对已采摘到苹果的质量的确认算法,确认采摘苹果重量是否需要返回存储的逻辑算法,若采摘一次就进行存储,其效率极为低下。3自动苹果采摘机的硬件设计由于苹果果实与地面角度并非垂直状态,而是呈现多角度倾斜;苹果树并非高大乔木,苹果果实的分布高度一般;苹果的果实硬度一般,摘手不够圆滑可导致苹果损坏,所以采摘机伸缩杆的长度不用太长,摘手应当符合苹果形状特征且能够夹紧苹果并
3、将其摘下。3.1移动平台的选择果园整体土壤松软,地面凹凸不平且容易处于潮湿、泥泞状态,因此移动小车应当能适应果园多变的地面环境,推荐选用带有减振设置的履带式移动平台,平台荷载在 300 kg 以上,搭载有主控电路、传感器、辅助采集装置、电源等。3.2传动结构传动结构推荐选用手腰部、大臂、小臂一体的多层结构机械手臂,交流伺服电机为动力源,采用高输出扭矩设计,电动推杆直接连接机械手臂小臂进行收缩和控制,各组件末端采用螺丝旋转法兰盘连接,机械手臂末端连接果实夹紧器(采集器)。见图 1、图 2。3.3自动采摘功能的实现全自动苹果采摘功能由机械臂、传感器、控制器、摄像传感器组成,通过摄像头传感器获取苹果
4、图像,定位苹果位置后识别苹果是否成熟,然后自动采摘。采摘功能的实现经过了移动、停止移动、定位苹果、识别苹果、采摘、收栏等几个动作。工作平台移动到果树下端,通过摄像头感应树上是否有苹果,若有苹果则伸长机械臂直至采集器达到苹果高度。采集器前端有微型摄像头,用于测定采集器夹具和苹果的距离,夹具和苹果距离达到既定距离后执行夹取采集动作,将苹果从树上摘下,最后置入车载的果篮中。4软件设计方案4.1果树及苹果的识别理想状态下自动苹果采摘机应当是启动后能够作者简介 刘 奕(1987-),女,安徽萧县人,讲师,研究方向为机电技术及相关课程教学。基于单片机控制的自动苹果采摘机设计与应用研究刘奕(安徽省汽车工业学
5、校,安徽合肥231131)摘要:对以单片机为核心的自动苹果采摘机的设计与应用进行了研究,以期为农业生产的自动化提供启发和参考。关键词:单片机;自动苹果采摘机;设计;应用DOI:10.3969/J.ISSN.1673632X.2023.07.028中图分类号:S220文献标识码:A图 1全自动苹果采摘机结构图 2机械臂结构75本栏编辑席尚明XueShuJiaoLiu学术交流产品时应该对各过程进行实时监控,完善监测工作中可能出现的各项漏洞,确保农业产品销售市场的持续健康发展。3.2推进现代农业生产体系的建设完善程度现代农业生产不能只关注生产量的增加,也要保证农产品的生产质量。在对农业产品进行监测时
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