智能摳苗機器人

文 山東省肥城市泰西中學高二（15）班 楊書翰

在我國，棉花、花生等農作物的種植管理都采用膜下播種、膜上摳膜放苗的形式。目前國內對摳膜機械的研制依然處于空白狀態，絕大多數的摳膜任務依然需要人工完成，勞動力成本高、生產效率低。

針對此問題，我研制了一款基于顏色識別智能摳苗機器人的原理機，為摳苗機械的研制提供思路。

一、工作原理

智能摳苗機器人以循跡小車為主體，在循跡小車前端安裝綠色傳感器和自主設計的定點切割執行機構，由單片機構成的中央處理系統處理各個傳感器發來的檢測信號，并做出命令反應。

1.循線行走原理

在地膜上噴涂一條黑色標示線，安裝在循跡小車前端的一對紅外傳感器分別處于黑色標示線的兩側，并不斷發射紅外線。

前進中的小車發生偏移時，相應一側紅外傳感器發出的紅外線被地膜黑線吸收，單片機檢測不到該側反射回來的紅外線，單片機發出控制信號，降低該側行走電機的轉速，將航向調正確，實現自主巡線行走。實驗過程如圖1所示。

圖1 機器人自動循線實驗

2.幼苗識別和定點摳膜放苗原理

在機器人前端安裝綠色傳感器，當綠色傳感器移動到幼苗上方時，反射的綠色光線進入傳感器，改變傳感器的輸出信號。此時單片機檢測到信號的改變，將發出命令控制機器人停止行駛，并給摳苗執行機構的電磁推拉桿線圈施加電壓，使推拉桿下落。推拉桿下端連接的直流電機帶動高速旋轉的割膜刀片下壓，完成膜上開孔放苗作業。

二、結構設計

基于顏色識別智能摳苗機器人整體結構如圖2所示。

圖2 智能摳苗機器人實物圖

1.智能小車的選用

經過對比，本文選用市場上技術較成熟的智能循線機器人小車，此款小車可以實現程序的二次燒錄，便于對機器人的進一步開發。

2.切割執行機構

切割執行機構是智能機器人的核心部件，它包括電磁推拉桿、減速電機和切割刀片，如圖3所示。當遇到綠色點位時，切割刀片下降切割作業，離開時刀片上升。為完成這一工作，我運用了電磁推拉桿。電磁推拉桿下端綁定帶有切割刀盤的減速電機。

圖3 定點切割執行機構

三、編程

程序是整個智能摳苗機器人的靈魂，沒有合理有序的程序，小車就無法完成預先設定的工作。

1.設定工作流程

智能摳苗機器人依靠前端的紅外傳感器接收信號，沿預設的黑色線路循跡行駛，紅外傳感器觸碰黑線時接收不到反饋信號。在黑線之外時，可以接收到反饋信號。

黑線旁邊每隔一段距離分布有代表綠色幼苗的綠色涂點，當小車前方的顏色傳感器識別到綠色后，小車自動停止3s。在此時間內，摳苗執行機構完成下降、切割、上升的工作流程。

2.小車的程序

程序框圖如圖4所示。

圖4 基于顏色識別的智能摳苗機器人工作程序圖

多次試驗表明，基于顏色識別的智能摳苗機器人完全可以按照預設的流程工作，執行機構工作流暢，整機系統運行平穩。