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1、果实采摘机器人快速柔顺夹持测试系统设计2011年第3期总第235期中国农机化ChineseAgriculturalMechanizationNo.3.2011TotalNo.235果实采摘机器人快速柔顺夹持测试系统设计术魏海峰(江苏科技大学屯子信息学院，江苏镇江,212013)摘要:设计了一种适用于果实采摘机器人快速柔顺夹持的测试系统•阐述了系统结构与工作原理，介绍了系统的总体结构,硬件电路和软件流程•系统通过对驱动电机的控制，带动有力传感器的机器人手指，完成果实采摘的夹持过程•利用监控摄像机对果实形变情况进行检测，并
2、实时采集夹持力，屯机电流，手指运动速度等关键信息•所设计的系统稳定可靠.具有模块化，开放性的特点，适用于釆摘机器人的实验研究.关键词:采摘机器人;柔顺;夹持;系统设计中图分类号:TP242文献标识码:Adoi:10.3969-.issn.1006—7205.2011.03.023魏海峰.果实采摘机器人快速柔顺夹持测试系统设计fJ].屮国农机化,2011,(3):87-89WEIHai—feng.DevelopmentoftestsystemforhavestingrobotquickflexibleclampIJ】.C
3、hineseAgriculturalMechanization,2011,(3):87-89O引言果实采摘机器人的设计开发•对于降低农业生产的劳动强度，适时采摘农产品以保证其质量,具有重要的意义.自从1983年第一台西红柿采摘机器人在美国诞牛，采摘机器人的研究经历了20多年•围绕釆摘机器人的系统设计开发•不少学者展开了相关研究.刘继展等人设计的基于多传感器信息融合的智能型番茄采摘机器人末端执行器.手指夹持机构可对番茄可靠抓持，果梗切断装置利用激光对果梗进行切断［11.宋健等人利用4自由度关节式机器人，DMC运动控制器，
4、机器视觉系统以及工控PC机组成了采摘机器人机械本体及开放式试验系统【2,3J.赵庆波等人针对采摘机器人的工作特点，采用基于图像视觉伺服控制方法对机器人进行控制［4J.侯茗耀等人研究了黄瓜釆摘机器人基于DM642+S3C2410嵌入式系统的设计与实现,阐明了该嵌入式系统的硕件组成原理及软件结构阎.采摘机器人作业时•需通过果实与手指Z间的作用力，实现采摘作业过程的可靠夹持•如何在保证夹持可靠性的前提下，有效避免手指对果实的损伤,并尽可能减少采摘过程时间，即实现快速柔顺夹持，是果实采摘机器人研究中不能回避的关键问题.为分析采
5、摘时间，果实变形与手指夹持力，手指驱动电机力矩f电流1之间的关系，以番茄采摘机器人为例，本文设计了快速柔顺夹持测试系统.1系统结构与工作原理果实采摘机器人快速柔顺夹持测试系统,主要有J2~/0I（PC机）,下位机（数字信号处理器DSP）,夹持结构（机器人手指），力传感器，驱动屯机，果实形变监测摄像机,数据采集和调理电路，支架等部分组成•系统整体结构如图1所示.图1系统结构图手指装在末端执行器上，其开合由直流电动机控制，通过PC上位机软件设置电机驱动电流值以改变电机输出力矩.从而改变手指的夹持力.系统采用瑞士Maxon公
6、司微型稀土直流伺服电收稿日期:2010年3月3□修回□期:2010年5月170基金项目:江苏科技大学科研项目(35030909);国家农业信息化工程技术中心开放课题(KF20o9w38—044)魏海峰，男,1981年生，山东宁阳人，博士，江苏科技大学电子信息学院讲师;研究方向为机电系统设计及控制.中国农机化2011年动机，技术指标如下:最大转速10000rpm,256线码盘，额定电压24V,额定功率为80W.当手指夹持番茄时，装在手指上的力传感器可以实时检测夹持力的变化，数据采集卡将采集到的传感器模拟电压信号转换成数字
7、信号后传递到PC机，经运算后输出.选用北京鸿基点科技发展有限公司的BK—5型力传感器，精度为0.1%.将摄像机置于被夹持果实的上方,通过图像处理的方法，对果实夹持过程中的形变状态进行实时检测•摄像机采用Panasonic的WVCP470/CH型彩色数字摄像机，分辨率为50万像素，具有运动检测,高亮度边缘增强矫正，自动白平衡等功能在PC上位机上可以设置不同的电机转速，驱动电流•为提高数据传输的速度和精度，采用CAN总线,将控制指令发送给由DSP下位机.下位机采用定的算法生成PWM信号，驱动电机，并带动有力传感器的机器人手
8、指运动，实现手指对果实夹持动作•夹持过程中，上位机会通过数据釆集卡釆集手指对果实夹持力的大小，并通过摄像机的图像信号获取果实形变特征•同时，驱动电机的转速，电流信号也会由DSP经CAN总线上传至上位机，进行实时显示和保存2系统硬件设计系统硬件结构可分为主控模块，信号传输处理模块,电机控制模块.PC上位机选用研华IPC〜610H工控
