【《采摘机器人控制系统整体设计和系统元器件选型分析案例》1400字】

采摘机器人控制系统整体设计和系统元器件选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u15368采摘机器人控制系统整体设计和系统元器件选型分析案例 149111控制系统整体设计 1281452系统元器件选型 31控制系统整体设计上一节对番茄种植环境、自主采摘机器人作业需求进行了分析，本系统仅针对过道较为平坦的温室环境下自主作业机器人定位导航控制进行设计。系统架构如图2-8所示，该控制系统主要包括上位机、下位机、运动执行、信号与数据采集和监控五个部分。图2-8控制系统架构图（1）上位机采用HT780-i5工控机，安装Ubuntu18.04与ROS系统，主要负责获取环境信息以及创建环境地图、实现机器人的自主定位导航等。（2）下位机主要负责移动平台的基本运动控制，具体电路基于STM32芯片进行设计。（3）运动执行方式为前轮转向后轮驱动，通过四杆机构与舵机实现转向，通过独立悬挂与轮毂电机实现驱动。（4）信号采集部分获取雷达与相机信息，构建环境地图，确定所处位置。（5）监控端为具有Wi-Fi接收功能的PC，工控机设置有开机自启Wi-Fi功能，由PC连入工控机局域网可实现远程监控。图2-9控制系统具体架构控制系统详细架构如图2-9所示，定位导航与番茄采收流程如图2-10所示，内容主要包括建图与作业两部分。建图时PC发出构图命令，移动机器人根据远程指令在未知环境中移动。上位机通过融合里程计、激光与深度测量数据建立工作环境下的地图。图2-10采摘机器人底盘整体控制流程图作业时用户根据需要，通过远程监控界面设置导航的目标作业点。远程启动机器人的导航进程，导入已构建的环境地图，机器人根据传感器实时返回的数据开始路径规划及自动巡航作业，到达目标作业点后，升降平台与机械臂依次启动，完成该点番茄采收，上位机规划行至下一点的路径，继续重复如上动作直至采收完毕。2系统元器件选型主控制器作为该番茄采摘机器人底盘控制系统的上位机，需要完成地图构建，导航等复杂任务，故选用HT780-i7工控机作为系统控制核心，工控机性能参数见表2-2。表2-2工控机性能参数参数CPU主频显存内存电源功率主板结构数值i7-65001.50GHzGDDR3/2GBDDR3/8GB60WMini-ITX考虑到温室环境中的道路尺寸、植物形状等因素，激光雷达的扫描范围应在5m以上，测距误差不超过1mm，角度误差不超过1°，本系统选用上海思岚公司生产的RPLIDARA2二维激光雷达，激光雷达参数见表2-3。表2-3A2激光雷达参数表参数扫描角度测距分辨率角度分辨率单次测距时间测量频率扫描频率测距范围数值0-360°0.5mm0.9°0.25ms>4000HZ10HZ0.15~8m考虑到番茄种植环境的复杂性，深度相机选取精度较高、体积较小以及成本较低的AstraPro相机，具有红外感知模组、物块接近感知模组、RGB相机模组以及IR相机模组，相对于其他深度相机具有较宽阔的深度范围和视场角，生成的深度图质量比较高，具体参数见表2-4所示。表2-4AstraPro参数表参数深度范围深度分辨率深度视场角图像分辨率传输接口相机尺寸数值0.6-8m1280×102458.4×45.5cm1920×1080USB1.0160×40×30mm机器人收获的果实数量较多，必须拥有良好的负重能力，后轮集中式驱动更具优势，驱动与转向完全分隔开，电机只需提供纵向动力，舵机只需提供横向动力，本文选取中菱科技生产的ZLAC8015D的轮毂电机套装，具体参数如表2-5所示：表2-5电机的参数额定电压额定转矩瞬间最大转矩额定转速额定最大转速建议负载24-48VDC22N·m44N·m200RPM300RPM200kg1.车轮1.转向连杆3.转向轴4.舵机5.固定轴图2-11舵机转向机构俯视图为保证采摘机器人具有较高的采收效率与最大200kg的载重，采用连杆式转向机构与大扭矩舵机作为转向驱动力，舵机转向机构俯视图如图2-11所示。为保证安全行驶选，选择60kg单轴舵机。故本文采用型号为DS5160