蔬菜大棚除草除虫机器人控制系统研究.pdf

摘 要 目前蔬菜大棚中多采用人工除草，但该方式存在成本高、工作强度大等缺点不适宜大 规模工作环境；使用农药虽然能有效抑制杂草和害虫，但会破坏种植环境。另一方面，由 于技术方面的局限性导致物理除虫方式未能得到广泛应用。因此，需要研发出一种适用于 蔬菜大棚的农业装备来满足大棚田间的除草除虫工作。本文根据项目需求并结合课题组 自主研发的除草除虫机器人样机，设计出一种适用于蔬菜大棚的除草除虫机器人控制系 统，能够使机器人实现自主导航与定位、机械除草除虫等功能，主要研究内容包括以下几 个方面： （1）设计机器人控制系统总体方案。本文以DSP2812 微处理器、磁传感器、二维码 识别器、轮毂电机、线性模组以及机械爪为主要硬件平台设计了除草除虫机器人的控制系 统，该系统包含机器人移动平台控制系统与除草除虫控制系统两大部分。 （2）在自主导航研究方面，使用模糊控制方法保证机器人在直线路径情况下的寻迹 能力。本文根据磁传感器与磁条的相对位置，设计了以偏差和偏差变化率为输入、被控电 机的PWM 占空比差值为输出的模糊控制器。通过采集到的磁信号，主控制器可根据所设 计的模糊控制器实现纠偏控制。 （3 ）在除草除虫研究方面，采用线性模组和爪式末端执行器结构完成杂草害虫的清 除工作。通过控制器产生脉冲控制线性模组各轴联动运动使安装在线性模组上的机械爪 能准确到达指定坐标位置。 （4）论文开展了机器人各部分功能阶段性试验并对相关试验结果进行了分析。试验 结果表明：该机器人在自主导航行走时速度较为稳定，直线路径跟踪偏差小于40mm，且 通过二维码信号能实现定位及原地转向功能；在有效工作范围内线性模组X 、Y 轴的定位 精度误差在1mm 之内，Z 轴定位精度误差小于7mm ；此外，机器人在室内试验场地能成 功实现机械除草除虫方式，基本能实现预期动作，具有一定实用性。 关键词：除草机器人；自主导航；机械除草；磁传感器 ii Researches on Control System of Weeding and Insect Removal Robot in Vegetable Greenhouse Abstract At present, manual weeding is mostly used in vegetable greenhouses, but this method has the disadvantages of high cost and high work intensity, which are not suitable for large-scale working environments; although the use of pesticides can effectively suppress weeds and pests, it will destroy the planting environment. On the other hand, due to technical limitations, physical deworming methods have not been widely used. Therefore, there is a need to develop an automated weeding and insecticide robot suitable for vegetable greenhouses to meet the weeding and insecticide work in the greenhouse fields. According to the actual needs of the project, this paper designs a kind of robot control system which is suitable for vegetable greenhouse. It can make the robot achieve the functions of autonomous navigation and position