DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 08. 036

张硕，刘天悦，张鑫宇，等. 盆栽转移竞赛机器人控制系统设计［J］ . 机电工程技术，2020，49（08）：115-118.

基金项目：陕西省高等教育学会2019年高等教育科学研究项目（编号：XGH19023）；2019陕西高校创新创业课程建设项目；西北农林科技大学国家级“大学生创新创业训练计划”项目（编号：201910712115）

 

盆栽转移竞赛机器人控制系统设计*
张硕，刘天悦，张鑫宇，史颖刚，崔永杰※
（西北农林科技大学机械与电子工程学院， 陕西咸阳712100）

摘要：针对ASABE机器人大赛的竞赛要求，以STM32F103ZET6单片机为控制核心，设计了盆栽转移竞赛机器人机械系统和基本控制电路，包括机器人底盘系统、机械臂和末端执行机构、以L298N为核心的驱动模块。由搭载直流电机驱动板、Open MV摄像头模组、光电开关以及循迹导航模块搭建了盆栽转移机器人控制系统。根据比赛流程，设计了控制算法，实现了盆栽转移机器人的竞赛功能，抓取成功率为96%。
关键词：机器人竞赛；盆栽转移；图像处理；舵机控制
中图分类号：TP242.6     文献标志码：A   文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 08－0115－04

 

引言
学科竞赛以学生所在学科为背景，给定模拟场景和目标任务，使学生通过自主学习和创新设计完成作品设计。这种以赛促学的方式利于调动学生学习热情，培养学生创新精神，提高学生综合素质和动手能力，是提高教学质量、培养优秀创新人才的重要途径[1]。
在农业工程领域学科竞赛中，美国农业与生物工程师协会（ASABE, American Society of Agricultural & Biological Engineers） 年会第十三届国际大学生机器人设计竞赛，是国际农业工程学科领域影响力较强、学术水平较高的机器人技术创新大赛之一。2019年ASABE机器人大赛的背景是模拟机器人在植物苗圃内对植物盆栽的精准化库存管理，竞赛场地如图1所示，场地为长约4.8 m，宽约1.2 m的乳白色木板，四周有高约1.8 m的乳白色木制围挡，模拟一个植物苗圃。
场地可供2支队伍同时比赛，每支队伍的场地分为出发位置、循迹行走区、盆栽放置区和盆栽存储区4个部分。每支队伍的盆栽放置区摆放有10个3D打印而成的模拟盆栽植物，盆栽分为绿色和红色2种，如图2所示，颜色随机摆放。比赛过程中，机器人从规定位置出发， 沿黑色循迹线行走，到达盆栽放置区域后，识别盆栽并根据叶片颜色分类，在保证盆栽直立状态的前提下将其转移到相应颜色的存储区域。完成所有盆栽的转移后，机器人回到出发位置。比赛过程中只能使用长、宽、高均被限制在约3.6 m以内的机器人。

结束语
本设计为盆栽转移竞赛机器人控制系统设计，在机器人机械系统的基础上，基于STM32单片机构建了机器人控制系统。分别对机器人机械底盘、循迹导航模块、Open MV视觉识别模块、机械臂和末端执行器的舵机控制、基于STM32的主控电路五大模块的硬件电路和控制算法进行设计。搭建比赛场地进行的实地测试显示，机器人整体运动效果良好，能够按照要求实现对植物盆栽的转移。每完成一个盆栽转移的平均时间为90 s，机器人整体系统能够完成比赛，运行稳定，转移成功率为96%。