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基于ROS的棚室采摘机器人控制系统平台研究

【摘要】:棚室采摘机器人的研究对缓解农村劳动力缺乏、减轻人工劳动强度、保证果蔬及时采收、提高果蔬采摘效率和棚室自动化作业水平具有重要的意义,其应用具有广阔的市场前景。本文针对农业机器人软件架构复杂、多任务并行开发困难的问题,基于ROS系统开展了采摘机器人控制系统平台研究。依据采摘机器人功能需求和作业要求,确定了采摘机器人总体设计方案,完成了模拟采摘机器人样机的机械结构设计。针对棚室作业空间狭小和作业环境复杂的特点,机器人采用四轮全向底盘(具有避障功能),采摘机械臂选用4自由度的越疆科技的DOBOT机械臂。根据ROS系统框架和应用的特点,完成了控制系统平台硬软件设计。控制系统平台由移动机器人端和远程控制端组成,两端通过Wi-Fi进行TCP/IP通信,实现信息交互。移动机器人端主要硬件包括机器人主控制器、底盘控制器、机械臂控制器和相机,主控制器与其他控制器及相机间采用USB通信。远程控制端主要硬件包括Leap Motion手势控制器、PS2无线手柄等输入装置和PC机,PC机与输入装置间采用USB通信。根据棚室采摘作业的功能需求,基于ROS系统发布和订阅话题的通信机制以及请求与响应交互的服务通信机制,完成了机器人底盘移动和机械臂采摘的软件设计,同时针对机器人远程控制和调试,在远程控制端实现了现场作业图像的实时显示,并完成了键盘、手势控制器和手柄三种方式对机器人底盘和机械臂的控制程序设计。通过相关实验验证了控制系统平台的有效性和可靠性,结果表明,控制系统平台初步达到了预期的控制目标。

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