文 山東省肥城市泰西中學(xué)高二（15）班 楊書翰

在我國，棉花、花生等農(nóng)作物的種植管理都采用膜下播種、膜上摳膜放苗的形式。目前國內(nèi)對摳膜機(jī)械的研制依然處于空白狀態(tài)，絕大多數(shù)的摳膜任務(wù)依然需要人工完成，勞動(dòng)力成本高、生產(chǎn)效率低。

針對此問題，我研制了一款基于顏色識(shí)別智能摳苗機(jī)器人的原理機(jī)，為摳苗機(jī)械的研制提供思路。

一、工作原理

智能摳苗機(jī)器人以循跡小車為主體，在循跡小車前端安裝綠色傳感器和自主設(shè)計(jì)的定點(diǎn)切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由單片機(jī)構(gòu)成的中央處理系統(tǒng)處理各個(gè)傳感器發(fā)來的檢測信號(hào)，并做出命令反應(yīng)。

1.循線行走原理

在地膜上噴涂一條黑色標(biāo)示線，安裝在循跡小車前端的一對紅外傳感器分別處于黑色標(biāo)示線的兩側(cè)，并不斷發(fā)射紅外線。

前進(jìn)中的小車發(fā)生偏移時(shí)，相應(yīng)一側(cè)紅外傳感器發(fā)出的紅外線被地膜黑線吸收，單片機(jī)檢測不到該側(cè)反射回來的紅外線，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，降低該側(cè)行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將航向調(diào)正確，實(shí)現(xiàn)自主巡線行走。實(shí)驗(yàn)過程如圖1所示。

圖1 機(jī)器人自動(dòng)循線實(shí)驗(yàn)

2.幼苗識(shí)別和定點(diǎn)摳膜放苗原理

在機(jī)器人前端安裝綠色傳感器，當(dāng)綠色傳感器移動(dòng)到幼苗上方時(shí)，反射的綠色光線進(jìn)入傳感器，改變傳感器的輸出信號(hào)。此時(shí)單片機(jī)檢測到信號(hào)的改變，將發(fā)出命令控制機(jī)器人停止行駛，并給摳苗執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁推拉桿線圈施加電壓，使推拉桿下落。推拉桿下端連接的直流電機(jī)帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的割膜刀片下壓，完成膜上開孔放苗作業(yè)。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于顏色識(shí)別智能摳苗機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能摳苗機(jī)器人實(shí)物圖

1.智能小車的選用

經(jīng)過對比，本文選用市場上技術(shù)較成熟的智能循線機(jī)器人小車，此款小車可以實(shí)現(xiàn)程序的二次燒錄，便于對機(jī)器人的進(jìn)一步開發(fā)。

2.切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)

切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)是智能機(jī)器人的核心部件，它包括電磁推拉桿、減速電機(jī)和切割刀片，如圖3所示。當(dāng)遇到綠色點(diǎn)位時(shí)，切割刀片下降切割作業(yè)，離開時(shí)刀片上升。為完成這一工作，我運(yùn)用了電磁推拉桿。電磁推拉桿下端綁定帶有切割刀盤的減速電機(jī)。

圖3 定點(diǎn)切割執(zhí)行機(jī)構(gòu)

三、編程

程序是整個(gè)智能摳苗機(jī)器人的靈魂，沒有合理有序的程序，小車就無法完成預(yù)先設(shè)定的工作。

1.設(shè)定工作流程

智能摳苗機(jī)器人依靠前端的紅外傳感器接收信號(hào)，沿預(yù)設(shè)的黑色線路循跡行駛，紅外傳感器觸碰黑線時(shí)接收不到反饋信號(hào)。在黑線之外時(shí)，可以接收到反饋信號(hào)。

黑線旁邊每隔一段距離分布有代表綠色幼苗的綠色涂點(diǎn)，當(dāng)小車前方的顏色傳感器識(shí)別到綠色后，小車自動(dòng)停止3s。在此時(shí)間內(nèi)，摳苗執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成下降、切割、上升的工作流程。

2.小車的程序

程序框圖如圖4所示。

圖4 基于顏色識(shí)別的智能摳苗機(jī)器人工作程序圖

多次試驗(yàn)表明，基于顏色識(shí)別的智能摳苗機(jī)器人完全可以按照預(yù)設(shè)的流程工作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作流暢，整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。