基于移动通信终端控制的采摘机器人系统设计.pdf

基于移动通信终端控制的采摘机器人系统设计 李 萍 郑州升达经贸管理学院信息工程学院 郑州 摘 要 以采摘机器人系统为研究对象 基于移动通信技术设计采摘机器人控制系统 实现了移动控制终端与采 摘机器人之间的网络通信 并进行软件程序设计 系统性能测试结果表明 利用移动通信终端进行远程系统控 制时 当信号传输强度等级大于 级时 通信过程数据无丢失 数据传输过程中延迟时间平均小于 满足采 摘机器人远程控制性能需求 关键词 采摘机器人 移动通信终端 数据丢失率 延迟性 中图分类号 文献标识码 文章编号 引言 采摘机器人可有效进行农产品的采摘 并可完成 采摘后的运输和包装等任务 采摘机器人的发展水 平 是农业经济作物种植水平的体现 采摘机器 人要求具有较强的移动能力 能够对采摘作业周围环 境信息进行感知 形成自适应调整的自动化采摘 采 摘机器人系统主要涉及领域包含通讯 图像采集识 别 人工智能及系统集成等 笔者根据采摘作业需求 设计了一种可进行远程 终端控制的采摘机器人 采用不同的功能模块实现采 摘过程自动行走和采摘环境感知 同时利用移动通信 远程控制终端对采摘机器人进行指令控制 实现智能 化采摘作业 采摘机器人控制系统需求 采摘机器人是一种能够进行自动移动的无人操作 设备 自身集成多种传感器 能够在不同的环境内进 行自由运动 同时可根据搭载作业装置的不同而完成 不同的采摘任务 采摘完成后 要求能够按照规划路 径进行运输 采摘过程中 需要采摘机器人根据设 定路线进行准确运动 进行农产品采摘 因此要求采 摘机器人控制系统能够精准进行移动控制 并将位置 状态信息和采摘过程参数信息数据进行有效传输 方 便使用者对采摘机器人的作业状态信息进行掌控 根据以上分析 采摘机器人首先要求能够自动开 收稿日期 基金项目 河南省科技厅项目 作者简介 李 萍 女 河南周口人 讲师 硕士 启控制系统 建立有效的数据传输网络 并对控制系 统中装载的控制软件程序进行运行 接收控制过程相 关指令 控制系统接收到移动终端发送来的动作指 令后 对相关传感器进行初始化设置 按照设定程序 开始程序运行状态 实时进行采摘机器人作业控制和 状态监测 将反馈信息数据发送至控制系统主机 并 通过移动通信传输的方式发送至移动终端 当 采摘机器人控制系统初始化完成后 控制系统主机接 收移动终端指令 对指令数据进行解析 生成系统可 执行数据 通过总线传输的方式发送至执行机构驱动 系统 完成相关作业动作 采摘机器人控制系统设计 根据采摘机器人系统功能需求 设计的采摘机器 人系统各模块之间能够实现相互通信和数据传输 采摘机器人控制系统总体结构如图 所示 工作时 采用 进行采摘机器人坐标定位 利用超声波进行 作业过程距离测量 同时可进行采摘机器人作业时的 相关数据管理 采摘机器人控制系统主机可通过远程控制器接收 控制指令 也可以按照设定好的通信路径接收控制指 令 其控制指令发送流程如图 所示 当采摘机器人 控制系统接收到运行状态进行指令和故障指令时 主 机对运行状态指令进行中止 并按照设定紧急程序进 行相关动作 手动远程控制指令通过移动终端发 送 利用无线数据传输至控制系统主机 实现采摘机 器人的远程控制 路径指定执行指令是按照设定好 的通信路径 将采摘目标状态信息发送至控制系统主 机 经过接收和解析后 对执行机构电机进行驱动 过 程中需要传感器的辅助 年 月 农机化研究 第 期 DOI 10 13427 ki njyi 2023 07 032 采摘机器人系统在通信过程中 要求保证控制系 统主机和移动终端能够通信畅通 控制系统主机对采 摘机器人的整体运行状态进行实时监测 并可将分析 处理后的参数信息发送至移动终端 采摘机器人系 统通讯数据主要包含控制系统主机发出的控制指令 和初始化命令 传感器数据信息和故障参数及控制系 统主机与移动终端之间的交互数据 图 采摘机器人控制系统结构图 图 采摘机器人控制指令发送流程图 采摘机器人控制系统软件设计 按照采摘机器人的功能需求和作业控制过程 所 设计的采摘机器人控制系统程序执行流程架构如图 所示 采摘机器人进行远程移动终端控制时 要求具有 较高的定位准确度 能够实现动态数据接收与发送 按照设定的数据交互协议对定位数据进行采集和处 理 定位模块在执行数据采集程序时 首先 根据数据格式特征进行解析 将定位数据按照解析格 式进行发送 保证数据传输过程的准确性 采摘机器 人 定位模块数据采集和分析处理流程图 如图 所示 图 采摘机器人控制系统程序执行流程图 图 定位模块数据采集分析处理流程图 采摘机器人作业过程中 要求能够对采摘环境内 的相关障碍进行检测和判断 保证执行采摘任务过程 中不出现碰撞 因此 采用超声模块 对相关障碍物与 年 月 农机化研究 第 期 采摘机器人本体之间的距离进行测量 当超声波测 距仪检测到障碍物与采摘机器人本体之间的距离时 与设定好的避障比例进行对比 并做出按照原路径运 动或避障的控制指令 采摘机器人测距模块数据采 集分析处理流程图如图 所示 图 测距模块数据采集分析处理流程图 控制系统主机与移动控制终端之间通过移动无线 通信进行连接 执行 通信协议 确保数据传输过 程的安全性 使控制系统主机能够准确接收到移动终 端指令 控制主机在进行作业指令发送时 构建采摘 机器人控制器与控制主机之间的移动通信网络 相互 进行指令数据交互 直至采摘机器人控制器能够按照 设定控制指令执行相关采摘作业 采摘机器人系统 主机应用程序流程图如图 所示 采摘机器人控制系统中 移动终端能够保证使用 人员进行远程指令发送 同时进行采摘机器人作业状 态实时监测 移动终端应用程序的主要任务是进行 移动通信网络的组件和采摘机器人作业状态与控制 指令数据的传输 采摘机器人控制主机与移动终端 进行数据传输交互时 可保证使用人员实时监测到采 摘机器人在作业现场的实时动态数据 系统性能试验 利用移动通信终端进行采摘机器人作业控制时 指令发送过程存在不同程度的通信延迟 造成控制指 令传输过程实时性和稳定性波动 采摘机器人控制 系统建立完成后 进行通信模块测试 利用移动通信 终端向控制系统主机发送指令 并在移动通信终端查 看指令返回结果 指令发送过程中 采用 种不同强 度等级的通信信号 每种强度的通信信号进行 次 试验 试验过程中记录传输过程中的最大延迟时间和 平均延迟时间 试验完成后 统计指令发送接收过程 中的数据丢失率 结果如表 所示 图 采摘机器人系统主机应用程序运行流程图 表 采摘机器人系统移动通信终端数据传输试验结果 信号强度 等级 传输最大 延时时间 传输平均 延时时间 数据丢失率 未返回数据未返回数据 由表 试验数据可以看出 当通信信号强度低于 级时 信息指令数据出现较大的丢失 并造成指令信息 传递过程有较大的延迟性 无法保证采摘机器人的实 时控制 信号强度高于 级时 指令数据传输过程中无 数据丢失现象 且数据传输过程中的延迟现象不会对 年 月 农机化研究 第 期 采摘机器人的控制过程产生影响 结论 移动通信终端能够对采摘机器人作业过程进行实 时控制 并保证控制过程信息传递的可靠性 能够实 现采摘机器人系统设计的预期效果 对同类型远程控 制农用自动化智能设备的开发有一定借鉴意义 参考文献 雷旺雄 卢军 基于全卷积网络与凹点搜索的重叠葡萄分 割算法 光电子 激光 朱文琦 基于 和粒子群算法的采摘机械手电气控制 系统 农机化研究 崔翔宇 赵红 朱智富 等 可训练变换器和 在果实 识别网络中的应用 青岛大学学报 工程技术版 岳有军 孙碧玉 王红君 等 基于级联卷积神经网络的番 茄果实目标检测 科学技术与工程 吴剑桥 范圣哲 贡亮 等 果蔬采摘机器手系统设计与控 制技术研究现状和发展趋势 智慧农业 中英文 李泽宇 解迎刚 曹满鑫 等 基于物联网感知的草莓采摘 机器人设计 物联网技术 肖杨 管秀君 林楠 等 基于无线网络的采摘机器人控制 系统设计 农机化研究 熊俊涛 李中行 陈淑绵 等 基于深度强化学习的虚拟机 器人采摘路径避障规划 农业机械学报 叶振环 李永强 朱正龙 等 猕猴桃采摘机械移动平台结 构设计及运动学仿真分析 科技创新与应用 李梅 水果采摘机器人运动控制系统设计 贵阳学院 学报 自然科学版 武星 齐泽宇 王龙军 等 基于轻量化 卷积神 经网络的苹果检测方法 农业机械学报 苏明 韩慧敏 机器人加人工辅助控制采摘果实新装备 研究 电子制作 滕丽丽 陈博 基于 的水果采摘机器人控制系统 的研究 信息记录材料 杨英华 基于大数据和 的采摘机器人远程操作系 统研究 农机化研究 王亮 赵德安 刘晓洋 基于深度相机的苹果采摘机器人 路径规划研究 软件导刊 年 月 农机化研究 第 期