智能抠苗机器人

文 山东省肥城市泰西中学高二（15）班 杨书翰

在我国，棉花、花生等农作物的种植管理都采用膜下播种、膜上抠膜放苗的形式。目前国内对抠膜机械的研制依然处于空白状态，绝大多数的抠膜任务依然需要人工完成，劳动力成本高、生产效率低。

针对此问题，我研制了一款基于颜色识别智能抠苗机器人的原理机，为抠苗机械的研制提供思路。

一、工作原理

智能抠苗机器人以循迹小车为主体，在循迹小车前端安装绿色传感器和自主设计的定点切割执行机构，由单片机构成的中央处理系统处理各个传感器发来的检测信号，并做出命令反应。

1.循线行走原理

在地膜上喷涂一条黑色标示线，安装在循迹小车前端的一对红外传感器分别处于黑色标示线的两侧，并不断发射红外线。

前进中的小车发生偏移时，相应一侧红外传感器发出的红外线被地膜黑线吸收，单片机检测不到该侧反射回来的红外线，单片机发出控制信号，降低该侧行走电机的转速，将航向调正确，实现自主巡线行走。实验过程如图1所示。

图1 机器人自动循线实验

2.幼苗识别和定点抠膜放苗原理

在机器人前端安装绿色传感器，当绿色传感器移动到幼苗上方时，反射的绿色光线进入传感器，改变传感器的输出信号。此时单片机检测到信号的改变，将发出命令控制机器人停止行驶，并给抠苗执行机构的电磁推拉杆线圈施加电压，使推拉杆下落。推拉杆下端连接的直流电机带动高速旋转的割膜刀片下压，完成膜上开孔放苗作业。

二、结构设计

基于颜色识别智能抠苗机器人整体结构如图2所示。

图2 智能抠苗机器人实物图

1.智能小车的选用

经过对比，本文选用市场上技术较成熟的智能循线机器人小车，此款小车可以实现程序的二次烧录，便于对机器人的进一步开发。

2.切割执行机构

切割执行机构是智能机器人的核心部件，它包括电磁推拉杆、减速电机和切割刀片，如图3所示。当遇到绿色点位时，切割刀片下降切割作业，离开时刀片上升。为完成这一工作，我运用了电磁推拉杆。电磁推拉杆下端绑定带有切割刀盘的减速电机。

图3 定点切割执行机构

三、编程

程序是整个智能抠苗机器人的灵魂，没有合理有序的程序，小车就无法完成预先设定的工作。

1.设定工作流程

智能抠苗机器人依靠前端的红外传感器接收信号，沿预设的黑色线路循迹行驶，红外传感器触碰黑线时接收不到反馈信号。在黑线之外时，可以接收到反馈信号。

黑线旁边每隔一段距离分布有代表绿色幼苗的绿色涂点，当小车前方的颜色传感器识别到绿色后，小车自动停止3s。在此时间内，抠苗执行机构完成下降、切割、上升的工作流程。

2.小车的程序

程序框图如图4所示。

图4 基于颜色识别的智能抠苗机器人工作程序图

多次试验表明，基于颜色识别的智能抠苗机器人完全可以按照预设的流程工作，执行机构工作流畅，整机系统运行平稳。