基于stm32的自動采摘機器人系統(tǒng)設計

基于stm32的自動采摘機器人系統(tǒng)設計

Summary:本項目開發(fā)并實現(xiàn)基于一種嵌入式開發(fā)平臺的STM32單片機加openmv攝像頭來實現(xiàn)主要功能，是以圖像識別技術為核心，結合傳感器數(shù)據(jù)融合技術、紅外感應等核心技術，是一個集實時定位、自動巡線，圖像識別，自主抓取等等功能為一體的自采摘機器人。Keys：STM32；傳感器；WIFI；圖像識別，果蔬采摘；1引言隨著社會發(fā)展，草莓因其生長周期短、經(jīng)濟效益高為農(nóng)戶帶來了巨大收益，且大棚種植保證了四季都能收獲，而越來越被大家歡迎。但其生長習性，成熟的不定性以及易受損性等導致了采摘時間持續(xù)長，作業(yè)周期頻率高，人工勞動強度大，效率較低等一系列問題。據(jù)統(tǒng)計，草莓采摘所花費人力成本占草莓種植生產(chǎn)成本為50%-70%，草莓整個生產(chǎn)過程40%的時間都耗費在采摘環(huán)節(jié)。而本研究的目的就是在現(xiàn)有的基礎上，通過制造草莓采摘機器人，利用機器來減少甚至是替代人工采摘，達到減少人工的時間以及成本的目的，從而獲得最高的利潤。2總體設計方案/圖1系統(tǒng)總體設計方案/系統(tǒng)結構圖2.1硬件結構1.硬件系統(tǒng)搭建本系統(tǒng)的硬件平臺如下圖所示：圖2硬件平臺圖該采摘智能車硬件由移動平臺、電子控制模塊、傳感器和機械臂裝置四部分構成。移動平臺包括直流電機、電池電源、履帶式底盤；電子控制模塊包括樹莓派控制器、直流電機驅動模塊、舵機控制模塊和降壓模塊；傳感器包括一個單目攝像頭和一個紅外測距傳感器；機械臂裝置分為機械臂和機械手兩部分，機械臂和機械手都由機械支架和舵機組成。履帶式底盤：能保證采摘智能車在泥濘環(huán)境下有較好的行動能力。系統(tǒng)總電源：采用雙電源模式，兩塊電池都是7.2V輸出電壓、2000mAH容量的鎘鎳充電電池，一塊電池為直流電機驅動模塊和舵機控制模塊供電，另一塊電池經(jīng)過降壓模塊單獨為主控制器供電，這樣可以為樹莓派控制器提供較穩(wěn)定的工作電源，同時增加采摘智能車的續(xù)航能力。主控制器為STM32單片機：價格低、功耗低、功能多。直流電機驅動模塊為雙電機驅動模塊V3.0：該電機驅動模塊為BTS7970芯片最高輸入電源電壓為9V，支持4路PWM輸入，可控制2路直流電機正反轉及調(diào)速[[1]]。舵機控制模塊：16路舵機驅動器控制板。降壓模塊：LM2596S－ADJ芯片，該模塊輸入電壓范圍為3V至30V，輸出電壓范圍為1.5V至30V，通過降壓模塊上的可調(diào)電阻可將輸入的7.2V電源電壓降壓至5V，從而為樹莓派控制器供電。單目攝像頭：UVC免驅協(xié)議720P廣角攝像頭。2.2系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)的軟件設計結構如下圖所示：圖3總體程序流程圖軟件設計流程圖如圖3所示。具體就是：打開電源，機器人進入工作模式，程序初始化，攝像頭開始采集周圍圖像，上傳給樹莓派控制器，進行圖像處理，進行目標果實的識別，若沒發(fā)現(xiàn)果實，控制器發(fā)送指令給攝像頭，繼續(xù)進行視頻采集，果實識別。若發(fā)現(xiàn)果實，進行果實定位，信號傳遞給控制器，控制器通過電機驅動板控制電機，使小車移動，接近果實，通過舵機控制板控制舵機，抓取果實，放置到網(wǎng)兜，機械臂復位，采摘結束，小車回到初始位置。3結論在當今的國際農(nóng)業(yè)機械領域，農(nóng)業(yè)智能裝備技術無疑是最前沿的技術，是設施農(nóng)業(yè)發(fā)展中的經(jīng)典案例，其中采摘機器人具有廣闊的發(fā)展前景。[[2]]本項目結合當前國內(nèi)最新技術設計了整體架構，并最終完成自動采摘系統(tǒng)。經(jīng)過實際測試，主控制器能夠準確地采摘果實，能夠準確識別成熟果實。整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定、準確。4Reference

[[1]]基于計算機視覺的自動化采摘智能車設計與實現(xiàn)[[2]