基于stm32的自動(dòng)采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于stm32的自動(dòng)采摘機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Summary:本項(xiàng)目開發(fā)并實(shí)現(xiàn)基于一種嵌入式開發(fā)平臺(tái)的STM32單片機(jī)加openmv攝像頭來實(shí)現(xiàn)主要功能，是以圖像識(shí)別技術(shù)為核心，結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、紅外感應(yīng)等核心技術(shù)，是一個(gè)集實(shí)時(shí)定位、自動(dòng)巡線，圖像識(shí)別，自主抓取等等功能為一體的自采摘機(jī)器人。Keys：STM32；傳感器；WIFI；圖像識(shí)別，果蔬采摘；1引言隨著社會(huì)發(fā)展，草莓因其生長(zhǎng)周期短、經(jīng)濟(jì)效益高為農(nóng)戶帶來了巨大收益，且大棚種植保證了四季都能收獲，而越來越被大家歡迎。但其生長(zhǎng)習(xí)性，成熟的不定性以及易受損性等導(dǎo)致了采摘時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)，作業(yè)周期頻率高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率較低等一系列問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，草莓采摘所花費(fèi)人力成本占草莓種植生產(chǎn)成本為50%-70%，草莓整個(gè)生產(chǎn)過程40%的時(shí)間都耗費(fèi)在采摘環(huán)節(jié)。而本研究的目的就是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過制造草莓采摘機(jī)器人，利用機(jī)器來減少甚至是替代人工采摘，達(dá)到減少人工的時(shí)間以及成本的目的，從而獲得最高的利潤(rùn)。2總體設(shè)計(jì)方案/圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案/系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1硬件結(jié)構(gòu)1.硬件系統(tǒng)搭建本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)如下圖所示：圖2硬件平臺(tái)圖該采摘智能車硬件由移動(dòng)平臺(tái)、電子控制模塊、傳感器和機(jī)械臂裝置四部分構(gòu)成。移動(dòng)平臺(tái)包括直流電機(jī)、電池電源、履帶式底盤；電子控制模塊包括樹莓派控制器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)控制模塊和降壓模塊；傳感器包括一個(gè)單目攝像頭和一個(gè)紅外測(cè)距傳感器；機(jī)械臂裝置分為機(jī)械臂和機(jī)械手兩部分，機(jī)械臂和機(jī)械手都由機(jī)械支架和舵機(jī)組成。履帶式底盤：能保證采摘智能車在泥濘環(huán)境下有較好的行動(dòng)能力。系統(tǒng)總電源：采用雙電源模式，兩塊電池都是7.2V輸出電壓、2000mAH容量的鎘鎳充電電池，一塊電池為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和舵機(jī)控制模塊供電，另一塊電池經(jīng)過降壓模塊單獨(dú)為主控制器供電，這樣可以為樹莓派控制器提供較穩(wěn)定的工作電源，同時(shí)增加采摘智能車的續(xù)航能力。主控制器為STM32單片機(jī)：價(jià)格低、功耗低、功能多。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊V3.0：該電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為BTS7970芯片最高輸入電源電壓為9V，支持4路PWM輸入，可控制2路直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速[[1]]。舵機(jī)控制模塊：16路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制板。降壓模塊：LM2596S－ADJ芯片，該模塊輸入電壓范圍為3V至30V，輸出電壓范圍為1.5V至30V，通過降壓模塊上的可調(diào)電阻可將輸入的7.2V電源電壓降壓至5V，從而為樹莓派控制器供電。單目攝像頭：UVC免驅(qū)協(xié)議720P廣角攝像頭。2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3總體程序流程圖軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。具體就是：打開電源，機(jī)器人進(jìn)入工作模式，程序初始化，攝像頭開始采集周圍圖像，上傳給樹莓派控制器，進(jìn)行圖像處理，進(jìn)行目標(biāo)果實(shí)的識(shí)別，若沒發(fā)現(xiàn)果實(shí)，控制器發(fā)送指令給攝像頭，繼續(xù)進(jìn)行視頻采集，果實(shí)識(shí)別。若發(fā)現(xiàn)果實(shí)，進(jìn)行果實(shí)定位，信號(hào)傳遞給控制器，控制器通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)板控制電機(jī)，使小車移動(dòng)，接近果實(shí)，通過舵機(jī)控制板控制舵機(jī)，抓取果實(shí)，放置到網(wǎng)兜，機(jī)械臂復(fù)位，采摘結(jié)束，小車回到初始位置。3結(jié)論在當(dāng)今的國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)無疑是最前沿的技術(shù)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中的經(jīng)典案例，其中采摘機(jī)器人具有廣闊的發(fā)展前景。[[2]]本項(xiàng)目結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)最新技術(shù)設(shè)計(jì)了整體架構(gòu)，并最終完成自動(dòng)采摘系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，主控制器能夠準(zhǔn)確地采摘果實(shí)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別成熟果實(shí)。整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確。4Reference

[[1]]基于計(jì)算機(jī)視覺的自動(dòng)化采摘智能車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[[2]