一种履带式自动割胶机器人控制系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供了一种履带式自动割胶机器人控制系统及其使用方法，该控制系统包括数据采集模块、导航循迹模块、中央控制单元、和割胶机器人，数据采集模块用于采集外界障碍和割胶状态的信息；导航循迹模块用于所述割胶机器人的导航；中央控制单元包括所述数据存储单元和数据处理模块，数据处理模块将数据采集模块采集的信号处理后发送至割胶机器人执行相应避障及割胶作业任务，数据存储单元用于将作业数据存储在数据存储模块中。存储在数据存储模块中。存储在数据存储模块中。

【技术实现步骤摘要】
一种履带式自动割胶机器人控制系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于机器人控制
，尤其涉及一种履带式自动割胶机器人控制系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]天然橡胶是一种重要的工业原料和战略资源，在交通、军用工业中尤为重要。天然橡胶的某些性能如高抗冲击、耐穿刺、抗撕裂性能是合成橡胶无法比拟的。目前国内外天然橡胶田间生产机械化程度低，综合机械化水平低于10％，尤其是采胶作业，目前仍属于技术性的纯手工作业，且割胶劳动强度大，愿意从事胶原管理的胶工越来越少。随着未来经济的不断发展，劳动力缺乏将成为常态，橡胶园面临着失管的窘境，已严重制约天然橡胶产业的健康发展。
[0003]综上所述，如何提供一种操作简单、响应时间快、控制性能稳定的自动割胶机器人控制系统，实现自动进刀和割胶作业，克服人工割胶的困难，已经成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于为了解决问题而提供一种履带式自动割胶机器人控制系统，包括数据采集模块、导航循迹模块、中央控制单元4、和割胶机器人，所述数据采集模块用于采集外界障碍和割胶状态的信息；所述导航循迹模块用于所述割胶机器人的导航；所述中央控制单元4包括所述数据存储单元和数据处理模块，所述数据处理模块将所述数据采集模块采集的信号处理后发送至所述割胶机器人执行相应避障及割胶作业任务，所述数据存储单元用于将作业数据存储在所述数据存储模块中。
[0005]优选的，所述割胶机器人包括割胶机械臂、连接平台3、切割机构5和履带式移动底盘，所述割胶机械臂通过连接平台3与所述履带式移动底盘固定连接；所述数据处理模块固定在履带式移动底盘上；所述数据采集模块设置在割胶机械臂上并与所述数据处理模块连接；所述切割机构5设置在所述割胶机械臂末端，由所述割胶机械臂带动所述切割机构5在橡胶树上进行螺旋运动；所述切割机构5与数据处理模块连接，由数据处理模块控制切割机构5的运动。
[0006]优选的，所述割胶机械臂包括六自由度机械臂8、步进电机9和机械臂固定平台10，六自由度机械臂8与所述中央控制单元4连接，步进电机9用于调节切割轨迹，机械臂固定平台10用于固定六自由度机械臂8的位置；
[0007]所述切割机构5包括仿形割胶轨道501、齿条502、法兰盘503、舵机504、割胶刀505、连接支架508和减速电机509，所述仿形割胶轨道501与齿条502相嵌，法兰盘503与所述六自由度机械臂8非接触面机械连接所述切割机构5，舵机504用于控制割胶刀505与橡胶树树干中心轴线的距离，所述减速电机509设置于连接支架508下方并与所述中央控制单元4连接；减速电机509接受中央控制单元4指令后带动连接支架508沿着仿形割胶轨道501螺旋运动以实现所述割胶刀505沿着橡胶树螺旋形移动割胶；
[0008]所述履带式移动底盘包括履带底盘1和直流减速电机14，所述直流减速电机14包括左电机和右电机且分别设置在履带底盘1左右两侧，所述履带式移动底盘的内部安装有供电电池2，
[0009]所述中央控制单元4、割胶机器人均与供电电池2连接。
[0010]优选的，所述数据采集模块包括压力传感器506、线激光测距传感器507、双目相机6、信号转换电路和激光雷达11，压力传感器506设置在所述割胶刀505下方用于控制割胶耗皮量，线激光测距传感器507设置在所述割胶刀505右侧用于控制割胶深度；所述信号转换电路用于将传感器采集到的信息传输至数据处理模块内；所述激光雷达11和所述双目相机6用于辅助履带式移动底盘在林间行走，所述激光雷达11通过雷达支架12安装履带底盘1上，所述双目相机6通过相机支架7与所述法兰盘503相连。
[0011]优选的，所述割胶机器人还包括多个驱动器，直流减速电机14、步进电机9、减速电机509和舵机504由相应的驱动器进行控制；所述履带式移动底盘上设有用于在紧急情况时迅速断电使机器停止工作的急停开关13以保障作业安全。
[0012]优选的，所述供电电池2采用2个12V串联的大容量锂聚合物电池组，组成24V供电电源；所述激光雷达11采用砝石激光雷达FSD
‑
10；所述双目相机6采用USB免驱双目摄像头，型号为OV9732。
[0013]本专利技术的目的还在于提供一种履带式自动割胶机器人控制系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]步骤1，启动电源，中央控制单元4初始化，各电机开始复位；
[0015]步骤2，开启导航循迹模块，割胶机器人在胶林间自主行走并识别橡胶树和切割轨迹；
[0016]步骤3，开始割胶，完成一次割胶作业。
[0017]优选的，步骤2的具体步骤包括：
[0018]步骤21，启动电源，所述履带底盘1自主行走，激光雷达11在行走过程中采集周围信息，并将信息传输给数据处理模块，数据处理模块通过采集的信息控制直流减速电机14的转速和方向，辅助履带底盘1移动和避障，中央控制单元4发出开始指令进行初始化，完成割胶前的准备工作；
[0019]步骤22，双目相机6对橡胶树进行识别定位，履带底盘1根据扫描到的橡胶树位置进行移动，移动到橡胶树体前时双目相机6开始对切割轨迹的轮廓进行扫描，各电机根据扫描信息运动到割胶初始位置；
[0020]步骤23，完成一次割胶作业后，激光雷达11和双目相机6采集周围信号传输至所述中央控制单元4中，中央控制单元4根据采集信号构建局部三维点云图辅助履带式割胶机器人移动到下一个橡胶树的位置开始进行割胶作业。
[0021]优选的，一次割胶作业的过程包括：
[0022]步进电机9开始正转,控制六自由度机械臂8带动割胶刀505进行进刀动作，进刀的同时线激光测距传感器507开始工作，实时测量进刀深度的信息，并根据信号实时调整电机运行，当割胶刀505符合进到深度时继续工作，进刀动作完成；
[0023]进刀完成后六自由度机械臂8通过控制舵机504带动割胶刀505沿着仿形割胶轨道501进行螺旋运动，开始割胶工作，同时割胶刀505下方的压力传感器506开始工作，实时测
量进刀压力的信息，控制割胶耗皮量；
[0024]判断割胶刀505是否到达扫描的切割终点，当位于终点时，割胶刀505停止工作，步进电机9反转，割胶刀505进行退刀动作，各电机进行复位，完成一次割胶过程。
[0025]优选的，舵机504采用伺服无刷电机，运动角度为0
°
～180
°
。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0027]1)本专利技术在一定程度上克服了人工割胶的困难，系统操作简单，控制稳定；
[0028]2)本专利技术采用激光雷达和双目相机建立局部三维点云图，辅助移动底盘进行胶园间行走、避障以及对橡胶树体割胶轨迹进行预扫描；
[0029]3)本专利技术采用压力传感器和线激光测距传感器对割胶过程进行进刀深度的PID路径修正，有助于割胶机器人控制精细化发展；
[0030]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种履带式自动割胶机器人控制系统，包括数据采集模块、导航循迹模块、中央控制单元(4)、和割胶机器人，其特征在于，所述数据采集模块用于采集外界障碍和割胶状态的信息；所述导航循迹模块用于所述割胶机器人的导航；所述中央控制单元(4)包括所述数据存储单元和数据处理模块，所述数据处理模块将所述数据采集模块采集的信号处理后发送至所述割胶机器人执行相应避障及割胶作业任务，所述数据存储单元用于将作业数据存储在所述数据存储模块中。2.根据权利要求1所述的一种履带式自动割胶机器人控制系统，其特征在于，所述割胶机器人包括割胶机械臂、连接平台(3)、切割机构(5)和履带式移动底盘，所述割胶机械臂通过连接平台(3)与所述履带式移动底盘固定连接；所述数据处理模块固定在履带式移动底盘上；所述数据采集模块设置在割胶机械臂上并与所述数据处理模块连接；所述切割机构(5)设置在所述割胶机械臂末端，由所述割胶机械臂带动所述切割机构(5)在橡胶树上进行螺旋运动；所述切割机构(5)与数据处理模块连接，由数据处理模块控制切割机构(5)的运动。3.根据权利要求2所述的一种履带式自动割胶机器人控制系统，其特征在于，所述割胶机械臂包括六自由度机械臂(8)、步进电机(9)和机械臂固定平台(10)，六自由度机械臂(8)与所述中央控制单元(4)连接，步进电机(9)用于调节切割轨迹，机械臂固定平台(10)用于固定六自由度机械臂(8)的位置；所述切割机构(5)包括仿形割胶轨道(501)、齿条(502)、法兰盘(503)、舵机(504)、割胶刀(505)、连接支架(508)和减速电机(509)，所述仿形割胶轨道(501)与齿条(502)相嵌，法兰盘(503)与所述六自由度机械臂(8)非接触面机械连接所述切割机构(5)，舵机(504)用于控制割胶刀(505)与橡胶树树干中心轴线的距离，所述减速电机(509)设置于连接支架(508)下方并与所述中央控制单元(4)连接；减速电机(509)接受中央控制单元(4)指令后带动连接支架(508)沿着仿形割胶轨道(501)螺旋运动以实现所述割胶刀(505)沿着橡胶树螺旋形移动割胶；所述履带式移动底盘包括履带底盘(1)和直流减速电机(14)，所述直流减速电机(14)包括左电机和右电机且分别设置在履带底盘(1)左右两侧，所述履带式移动底盘的内部安装有供电电池(2)，所述中央控制单元(4)、割胶机器人均与供电电池(2)连接。4.根据权利要求3所述的一种履带式自动割胶机器人控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括压力传感器(506)、线激光测距传感器(507)、双目相机(6)、信号转换电路和激光雷达(11)，压力传感器(506)设置在所述割胶刀(505)下方用于控制割胶耗皮量，线激光测距传感器(507)设置在所述割胶刀(505)右侧用于控制割胶深度；所述信号转换电路用于将传感器采集到的信息传输至数据处理模块内；所述激光雷达(11)和所述双目相机(6)用于辅助履带式移动底盘在林间行走，所述激光雷达(11)通过雷达支架(12)安装履带底盘(1)上，所述双目相机(6)通过相机支架(7)与所述法兰盘(503)相连。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，徐建高，沈为清，张喜瑞，
申请(专利权)人：江苏财经职业技术学院，
类型：发明
国别省市：