基于ROBO.TXT控制的全方位氣動水果采摘機設計

李月寒，吳何畏，張 武，陳 新，史志慧

（湖北文理學院機械與汽車工程學院，湖北襄陽 441000）

0 前言

傳統人工采摘水果作業難度大、采摘效率低，生產力不能適應生產關系的發展。目前多數采摘裝置以自動化技術和計算機技術為主體、有機融合各種現代信息技術的系統集成和應用，存在成本造價昂貴、后期機器維護繁瑣、采摘與運輸不相結合等缺點[1]。本文介紹了以ROBO.TXT為主控的全方位水果采摘機，該設計使用ROBO.TXT控制器、氣動元件、機械結構組成，實現了采摘水果自動化[2]。

圖1 采摘水果機結構示意圖

1 氣動水果采摘機系統組成和工作原理

氣動水果采摘機械手由雙氣缸、連桿機構、螺旋副組成，連桿、氣缸具有成本較低、重量輕的特點。該設計減少果農的經濟負擔和勞動負擔，基本上實現了模擬果農采摘水果的動作。圖1為采摘水果機結構示意圖[3]，6為雙氣缸帶動采摘機升降，4為單氣缸帶動7、8、9連桿控制采摘機夾緊水果。

整個執行機構安裝在蝸輪蝸桿上，實現360°旋轉，一個工作節拍可以完成對周圍的水果采摘；整體結構包括一個單氣缸和連桿機構組成的夾取裝置、雙氣缸傳遞上升下降運動及蝸輪蝸桿傳遞旋轉運動實現全方位采摘的裝置，圖2為FLUIDSIM回路仿真[4]。氣動傳動結構主要包括氣缸、電磁閥、氣泵、換向閥。氣缸1、2出氣口有調速閥，起背壓、調速作用，機械手加載過程中減小下降速度[5]。氣缸3出氣口連接減壓閥，起減壓作用，減小機械手夾緊力，防止損壞水果。三位五通電磁換向閥5、8中位機能為O型起鎖緊回路作用。

圖2 FLUIDSIM回路仿真

當Y1得電時，機械手上升，當Y2得電時，機械手下降，氣缸1、2兩缸分別作用平衡機械手上端使其穩定，調速閥在出氣口，使開口減小，防止機械手加載過程中下降速度過快。當Y4得電時，機械手夾緊，減壓閥在出氣口進行減壓，使得機械手夾緊力減小，防止損壞水果。當Y3得電時，機械手松開。

2 氣動水果采摘機程序設計[6]

2.1 采摘機主程序設計

在程序控制設計方面，使用的是慧魚ROBOPRO軟件，以ROBO.TXT為主控制器，通過ROBOPRO控制軟件和接口板把計算機和模型相連，通過程序的設計并進行調試解決問題。該設計特色在于使用了一種全新的程序編輯方式——用各種程式模塊來代替編程語言，通過流程圖和數字流程圖的結合可以生成圖形化將機械手的運動流程設計好，再配合所需要的各種程式模塊，將其內部的數據設定好即可實現機械手的運行[7]。該控制系統設計由小車驅動程序、采摘機械手旋轉程序、采摘機械手平移程序、采摘機械手夾具剪切程序與程序控制界面組成。如圖3所示為主程序圖，由機械手移動、機械手夾具運動、蝸桿旋轉、小車移動4個主程序組成，采用了多進程設計思想。當外部按鈕按下時，外部的按鈕信號輸入主程序模塊內，主程序調用子程序，使電機運動或停止，當執行完成子程序時，程序返回到主程序繼續等待下一個按鈕信號。

圖3 采摘機主程序

2.2 行走子程序設計

為實現采摘機構的行走功能，設計了行走子程序。圖4所示為小車移動子程序，帶動小車運行的電機啟動為上升沿觸發，按下控制界面里的“車啟動”按鈕，子程序接收到上升沿的信號，電機帶動車輪運動。電機關閉為下降沿觸發，按下控制界面里的“車關閉”按鈕，電機關閉車輪停止運動。

圖4 小車行走子程序

2.3 觸摸屏面板設計

圖5 為采摘機觸摸屏面板，點擊對應按鈕，采摘機便可以執行相應的操作，按鈕的含義如圖5所示。

圖5 采摘機觸摸屏面板

“順時針旋轉”、“逆時針旋轉”表示電機帶動蝸桿，蝸輪進行順時針逆時針旋轉，旋轉停止表示控制蝸輪旋轉停止。

“前移”、“后移”表示機械手與機械手支撐桿在齒條前后移動，上升、下降表示支撐桿單獨在齒條前后移動及螺旋副的旋轉支撐機械手夾具上下運動。

“夾具上升”、“夾具下降”表示電磁閥開閉控制氣缸的往返運動及螺旋副的旋轉，帶動機械手夾具的開閉合。

“夾剪水果”、“松開水果”表示電磁閥開閉控制氣缸的往返運動，帶動機械手夾具的開閉合。

3 結束語

以ROBO.TXT為主控制器，控制機械結構與氣動元件。采用氣動組件、齒輪齒條組件、蝸輪蝸桿組件搭建采摘機構，由Fluidsim對氣動回路的正確進行分析。該設計實現了自動化，減輕果農的勞動負擔。