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1、2009年4月农机化研究第4期家禽养殖场自动清扫机器人设计刘娜,郭文川,张伟华,林垂涛(西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100)摘要:针对我国家禽养殖场清洁清扫强度大、清扫环境恶劣、劳动强度高和养殖员工对特殊气味不适应等难题,设计开发了家禽养殖场清扫机器人。采用清扫风扇和单片机控制系统相结合的方案,实现了机器人对家禽养殖场大型障碍物进行合理躲避并对废弃物进行清扫等功能。该机器人由移动部分、传感器和清扫3大部分构成,具有体积小、清
2、扫效率高和造价低等优点,为我国家禽养殖业的自动清扫提供了技术支持。关键词:家禽养殖场;清扫机器人;单片机;传感器中图分类号:S815.9;TP24文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)04-0098-02超声波传感器传感器层(采集发送环境信息)0引言单片机微处理器决策层(路径识别、实时控制)近年来,计算机技术与人工智能科学的飞速发电机驱动、电源驱动层(负责决策的执行)展、劳动力成本的上升和人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动的迫切愿望,促进了服务机器人技术领域的拓图1清扫机器人系统组
3、成图Fig.1Thestructurechartofthecleaningrobot宽。随着我国家禽养殖业的迅速发展,家禽养殖场的清扫卫生问题存在着强度大、环境恶劣以及清扫人员2系统的硬件设计对养殖场特殊气味的不适应等一系列问题,因此设计整个硬件系统由主控系统、运动系统、传感器、输一种机器人来代替养殖员工对家禽养殖场进行清扫入输出模块和电源部分组成。传感器模块包括超声具有重大的现实意义。波传感器检测模块和低电压检测模块,另外还有记录1系统工作原理和存储机器人行走路径信息的CF卡;执行电机包括主动轮驱动电机
4、调速控制,清扫风扇驱动;输入输出家禽养殖场自动清扫机器人是基于传感器技术、模块包括红外遥控、液晶显示和ISP程序下载等。硬控制技术、机器人技术于一体的集成系统。在本系统件构成如图2所示。中,清扫机器人底盘采用两轮结构,前轮为万向轮。仅起支撑作用,不起导向作用。在前轮的上方,安装一个清扫风扇。两个后轮为驱动轮,采用两轮差动转向的方式实现转向。每一个主动轮采用一个步进电机独立驱动。机器人通过安装机器人前方的超声波传感器来获取外界信息。当传感器获取的障碍物体积较大时,清扫机器人实现避障;当障碍物较小时(比如动物粪便等
5、),则利用机器人前方安装的清扫风扇进行卫生清洁。通过清扫风扇,使动物粪便清扫到地面栅栏下的排废池。清扫机器人系统如图1所示,主要由控制器、传感器、驱动装置和执行机构组成。图2系统的硬件电路图收稿日期:2008-06-11Fig.2Thehardwarechartofthesystem基金项目:2005十一五国家科技支撑计划重大项目(2006BA09B04)作者简介:刘娜(1983-),女,陕西大荔人,硕士研究生,(E-mail)2.1主控单元liuna418@126.com。单片机技术作为自动控制技
6、术的核心之一,被广通讯作者:郭文川(1969-),女,陕西临潼人,副教授,博士,硕士生泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品和家用电器导师。982009年4月农机化研究第4期等领域。随着微电子技术的迅速发展,单片机功能也3系统的软件设计越来越强大。单片机的设计目标主要是增强控制能力,满足实时控制(就是快速反应)。因此,本文采3.1传感器实时采集功能用单片机作为清扫机器人的主控制器,设计一种基于主控单元可以随时采集到外界环境信息,以备系单片机的
7、、自主移动的禽养殖场自动清扫机器人。由统做出准确的判断。于AT89S52单片机支持ISP在线编程功能,这样当需3.2数据实时处理功能要修改程序时直接修改,方便快捷;并且它的烧写次经过运算和处理,将采集到的多传感器信息进行数为1000,方便反复烧写,可以节约成本。此外,它还合理、有效的融合,从而使电机做出正确的动作。有工作频率宽、电源范围宽、抗干扰能力强、支持低功3.3数据存储功能耗等优点。因此,本系统选用AT89S52为主控单元。存储由系统采集到的数据,从而实现了数据的海2.2运动系统量存储。该清洁机器人
8、的运动系统由两个步进电机、两个3.4数据实时显示功能驱动轮和一个万向轮组成。两个步进电机通过齿轮能够在液晶屏(LCD)上实时显示系统采集到的各传动带动左右两边的驱动轮。由于步进电机是通过种信息,显示当前系统工作的属性记录,如时间、目前改变输入的脉冲频率进行调速的,所以输入不同的脉电源使用情况以及行走路程等。系统主程序流程图冲频率可使两个驱动轮获得不同的速度,从而实现清如图3所示。洁机
