大棚桿狀蔬菜收割機器人

劉以強 賈昊林 鄭明東 李亮亮 馬秋環

【摘?要】長桿狀蔬菜收割、傳送、聚合，省去人工采摘的步驟，提高收割效率。機器人主要由收割裝置、傳送裝置等部分組成。收割裝置在機器人最前端，由交叉切刀組成，通過雙刀的交錯將蔬菜切斷，利用慣性順勢倒在傳送裝置中。傳送裝置由兩部分組成，第一部分為斜向上的傳送帶，通過控制器控制小車帶將蔬菜運送到后方的收集區域，第二部分為收集區域，經過該區域的整理然后通過傳感器接收到信號，然后運送到地面。該裝置結構簡單、易操作，為菜農的收割、包裝工作提供方便。

【關鍵詞】桿狀蔬菜收割、機器人、傳感器、控制器

1 緒論

現階段我國大棚蔬菜種植非常普遍，大棚種植蔬菜可以改變某些蔬菜因季節差異而無法存活的問題。可以讓我們在任何季節都能吃到各種各樣的新鮮蔬菜。我國北方多數地區擁有大棚種植戶，其種植的蔬菜數量多，種類多，并且在大棚內部無法用大型機器收割。只能用人工進行收割，這為農戶帶來大量的工作負擔。

2工作原理

該裝置利用STM32RCT6單片機控制，利用藍牙模塊進行遠程操作，通過交錯切刀的往復運動實現蔬菜的收割，隨后通過傳送機構與收集機構的配合完成蔬菜的收集。

3 結構設計

3.1驅動模塊

整個機器的運動采用履帶輪驅動，在蔬菜種植在大棚中，地形多為坑坑洼洼的泥土地，因此我們選用履帶驅動機構將有效解決此類問題。履帶驅動系統的主電動機帶動驅動輪運動，使履帶轉動。主臂電動機通過與電動機同軸的小齒輪與齒輪1嚙合，一方面帶動主臂桿轉動;另一方面通過齒輪2、齒輪3和齒輪4的嚙合，帶動鏈輪旋轉;鏈輪通過鏈條進一步使安裝行星輪的曲柄回轉。因為齒輪1和4，齒輪2和3的齒數分別相同，因此齒輪1和齒輪4的轉速一致，而方向相反。加上鏈條兩端的鏈輪齒數相等，使得主臂電動機工作時，主臂桿轉過的角度與曲柄的絕對轉角大小相等、方向相反。

3.2傳送帶模塊

傳動機構分為前后兩部分，前方由斜向上的傳送履帶構成，該履帶用一個直流減速電動機驅動。履帶上方包裹橡膠，增大摩擦力，方便蔬菜傳送。后方設有擋板，目的是將蔬菜匯總到一起，從一個地方傳送到后方運送機構中。后方運動機構為橫向傳送帶機構。傳送帶上有收集裝置。蔬菜經過收集裝置聚攏然后一扎一扎的運送到地面上。

3.3檢測收割裝置

該機構由電動機進行驅動，由上下兩把相互交錯的鋸齒狀刀片形成。通過四桿機構與電動機相連。下方刀片進行固定，上方刀片為活動刀片。電動機轉動帶動曲柄進行轉動。通過搖桿連接到上方刀片帶動刀片左右移動，從而進行蔬菜的切割。裝置上采用光電管來作為檢測模塊，利用光電管檢測物體來進行傳送帶運動。

3.4遠遙控裝置

操作方式采用遠程遙控，使用藍牙裝置，在一定范圍內進行工作，人工遙控提高工作效率，更能增加任務完成的成功率。藍牙模塊操作簡單，不需要專門培訓，只需了解遙控按鍵即可上手操作，方便快捷。

4軟件介紹

本部分主要采用Keil STM32進行編寫，Keil STM32是美國Keil Software公司出品的32系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。Keil STM32軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil?STM32生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。下面詳細介紹Keil STM32開發系統各部分功能和使用。

5結論

大棚桿狀蔬菜收割機器人主要用于收集大棚內長桿狀蔬菜，省去人工采摘的步驟，節省人力、增加收割效率。機器人主要由收割裝置、傳送裝置、捆扎裝置等部分組成。收割裝置由交叉切刀組成，通過雙刀的交錯將蔬菜切斷，利用慣性倒在傳送裝置中。傳送裝置由兩部分組成，首先為斜向上的傳送帶，將蔬菜運送到后方，其次為收集區域，經過該區域的整理后與扎捆裝置配合，將蔬菜進行扎捆。該裝置結構簡單、易操作，為菜農的收割、包裝提供方便。機器人工作有利于節省人工，遠程遙控在人為的控制下工作，大大提高生產效率，具有現實應用的可能和廣闊的應用前景，能成為未來蔬菜收割行業的主流方向和發展趨勢。減少人員勞動力，更能減少成本，提高效率的基礎上提高利潤。一機多用，可用于采集多種蔬菜更大程度上減少機器及生產成本。

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作者簡介：

劉以強（1998.3.18），男，山東省聊城人，學士，研究方向：控制工程。

賈昊林（1998-2020），男，山東省煙臺人，學士，研究方向：控制工程。

鄭明東 2000.9.24，男，山東省濟寧人，學士，研究方向：控制工程。

李亮亮（1998-），男，山東省日照市人，學士，研究方向：控制工程。

馬秋環（1983-），男，山東省菏澤人，碩士，副教授，研究方向：控制工程。

基金項目：

該項目由國家級創新創業訓練項目《大棚桿狀蔬菜收割機器人》（S202013320007）支持。

（作者單位：青島黃海學院）