地空兩用農業信息采集機器人設計研究

彭鳳英

（重慶科創職業學院，重慶，402160）

0 引言

為了獲取更為準確的農業生產信息，國內外針對農業信息的采集方式以及采集設施做出了各種研究。日本研制出了六足機器人，在其中搭載了二氧化碳傳感器以及風向儀等來實現針對農業信息的有效采集。而美國有專家研發出了watching-dog robot，其中配備了攝像頭以及GPS接收器，同時設置了聯動懸架結構，從而對比較復雜的地形形成良好的適應。

1 地空兩用農業信息采集機器人設計

1.1 機械結構設計

1.1.1 地面行走機構

對地空兩用農業信息采集機器人的地面行走機構進行結構設計。

圖1 整體結構圖

這個結構主要利用到了獨立式的懸架，讓行走機構所呈現的減震性能得到明顯提升，繼而實現其越障能力的拓展。在地面行走機構當中，我們還設置了舵機控制系統，讓機器人在運動過程中顯得更加靈活。結合AT9遙控器實現對電極以及舵機的控制，讓機器人能夠自主行駛，從而更好的完成對信息進行采集的任務。而地面行走機構主要是結合中置馬達的四輪驅動方法讓機器人實現在地面的行走，而且在馬達上配備了散熱片，從而避免馬達過熱的情況出現。利用這樣的設置方式能夠有效提升機器人在地面行走過程中的靈活性以及越野性。

本次研究的機器人地面行走機構給實際應用形成了一定的支持，因為大多數設計方式所形成的農業信息采集機械在越野以及越障方面的能力都具有一定的欠缺，而該次研究所設計的行走機構正好可以對這個問題形成良好的解決。該設計方式所形成的行走結構不僅能夠實現對飛行機構的有效搭載，還能夠對那些由各種傳感器所構成的地面信息采集車進行搭載，實現對地面農業信息的有效采集。

1.1.2 空中飛行機構

飛行機構的主要材料是碳素材料，它的特征主要在于重量比較輕，而且強度較大。而空中飛行機構的中心板設置實現了對控制系統以及信息采集系統的有效搭載。利用空中飛行機構能夠讓機器人整體實現對空中信息的有效采集。

1.2 飛控系統

1.2.1 結構整體

本次研究主要利用地空兩用形式的機器人針對農田信息進行采集。結合四旋翼有效提升機器人整體的越障性能，實現對農業信息更為全方位的采集。給農業發展的機械化以及信息化形成良好的技術支持，針對農業信息形成一種實時形式的掌握和控制。本研究所利用的飛控系統是一體化形式的飛控系統，其具備飛行穩定、體積較小、安裝方便以及信號干擾較小的優點。

1.2.2 四旋翼馬力

馬達結合扇葉之后，所具備的推理跟攻角之間的關系為：

其中n表示馬達的扇葉數，Tt是單片扇葉所能夠提供的推力，Kv是馬達系統，Vm表示馬達所輸出的電壓，Ct是扇葉尖端的長度，CLo是零升力的攻角系數，CLα是升力斜率，α則是扇葉的攻角。

本次研究所利用的電機為U3508，經過實驗以及設計之后可以得出這個馬達能夠供給的升力大概是20N，也就是說該飛行機構能夠帶動總重量是兩千克的機器人。對這個電機的應用能夠讓地空兩用信息采集機器人實現正常起飛，并且能夠在空中實現對各種規定動作的完成。

1.2.3 四旋翼的控制算法

該研究當中的四旋翼機器人主要是利用對MPU6050的搭載，實現針對四旋翼位置以及姿態的調整和控制。結合筆者所設置的反饋控制算法能夠讓四旋翼實現對穩定姿態的自動調整，讓四旋翼機器人完成翻滾和俯仰之類的動作。同時，結合對AT9遙控器當中的檔位開關加以控制，從而針對機器人內部的行走機構實現控制，利用一個遙控器可以實現對機器人兩項功能的控制。融入卡爾曼濾波法能夠針對四旋翼形成更為平穩的控制。本次研究主要是將經典PID控制算法跟卡爾曼濾波之間相互結合的方式形成對四旋翼的有效控制。

1.3 信息采集系統

1.3.1 系統設計

該次研究當中的地空兩用信息采集機器人所搭載的信息采集系統有攝像頭、濕度傳感器、溫度傳感器、PM2.5傳感器以及光照強度傳感器。結合藍牙模塊利用無線傳輸的形式實現向信息采集終端的輸送，形成了針對農業信息實時形式的監控。針對采集的數據加以處理，能夠給今后的農業生產活動供給出優質的參考。

1.3.2 系統測試

我們在實驗室當中針對信息采集系統做出相應的測試。本次研究能夠實現針對光照強度以及PM2.5數據的實時采集，繼而將其傳輸到計算機終端，從而給農業生產活動供給可靠的數據信息支持。工作人員能夠對計算機當中所采集到的農業信息，針對農田實施更為有效的監控。經過測驗之后確定該系統能夠給農業物聯網的相關系統供給優質的數據信息。

2 農業信息物聯網的構建

目前所應用的農業物聯網通常是結合感知層、應用層以及傳輸層實現對物聯網體系整體的構建。在節點位置對傳感器進行設置，從而獲取相關信息，通過節點對信息進行傳輸，實現對信息感知系統的建設。利用這樣的方式對農業物聯網加以構建能夠實現信息采集以及傳輸過程的精準化以及實時化。而目前對于農業物聯網所實施的研究工作主要是將農業信息存儲于相應的服務器當中，繼而對網絡加以利用實現向終端的上傳。農業物聯網相關的各種技術正在逐漸跟云計算之間相互融合，從而在農業信息采集工作當中加以應用，提供更為優質的服務。農業信息的物聯網目前正在朝著信息采集的實時化、精準化以及全面化方向發展。

3 結束語

總而言之，對地空兩用農業信息采集機器人的設計以及實現能夠有效推動我國農業的信息化以及自動化發展，從而給各行業的發展形成更好的支撐，促進國家經濟建設。

[1]王玉山,王偉,王智琦,李超藝,李仲陽,宋家洛,吳海超,曲春宇.地空兩用農業信息采集機器人設計[J].機電工程技術 ,2017,(11)：67-70.

[2]楊洪坤,周保平,王亞明,趙群喜.農業信息采集技術研究綜述[J].安徽農學通報,2016,22(22)：109-112.

[3]孫鳳青,康雷,吳曉蓮,李雪燕,柯楠.理順農業信息采集機制加快農產品市場預警建設[J]. 南方農業,2012,6(03)：80-84.

[4]徐剛,陳天恩,陳立平,王彥集,郜允兵.基于ARIS的農業信息采集平臺需求分析方法[J]. 農業工程學報,2009,25(08)：136-140.