地空兩用農(nóng)業(yè)信息采集機器人設(shè)計研究

彭鳳英

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學院，重慶，402160）

0 引言

為了獲取更為準確的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，國內(nèi)外針對農(nóng)業(yè)信息的采集方式以及采集設(shè)施做出了各種研究。日本研制出了六足機器人，在其中搭載了二氧化碳傳感器以及風向儀等來實現(xiàn)針對農(nóng)業(yè)信息的有效采集。而美國有專家研發(fā)出了watching-dog robot，其中配備了攝像頭以及GPS接收器，同時設(shè)置了聯(lián)動懸架結(jié)構(gòu)，從而對比較復雜的地形形成良好的適應。

1 地空兩用農(nóng)業(yè)信息采集機器人設(shè)計

1.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1.1 地面行走機構(gòu)

對地空兩用農(nóng)業(yè)信息采集機器人的地面行走機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

這個結(jié)構(gòu)主要利用到了獨立式的懸架，讓行走機構(gòu)所呈現(xiàn)的減震性能得到明顯提升，繼而實現(xiàn)其越障能力的拓展。在地面行走機構(gòu)當中，我們還設(shè)置了舵機控制系統(tǒng)，讓機器人在運動過程中顯得更加靈活。結(jié)合AT9遙控器實現(xiàn)對電極以及舵機的控制，讓機器人能夠自主行駛，從而更好的完成對信息進行采集的任務。而地面行走機構(gòu)主要是結(jié)合中置馬達的四輪驅(qū)動方法讓機器人實現(xiàn)在地面的行走，而且在馬達上配備了散熱片，從而避免馬達過熱的情況出現(xiàn)。利用這樣的設(shè)置方式能夠有效提升機器人在地面行走過程中的靈活性以及越野性。

本次研究的機器人地面行走機構(gòu)給實際應用形成了一定的支持，因為大多數(shù)設(shè)計方式所形成的農(nóng)業(yè)信息采集機械在越野以及越障方面的能力都具有一定的欠缺，而該次研究所設(shè)計的行走機構(gòu)正好可以對這個問題形成良好的解決。該設(shè)計方式所形成的行走結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對飛行機構(gòu)的有效搭載，還能夠?qū)δ切┯筛鞣N傳感器所構(gòu)成的地面信息采集車進行搭載，實現(xiàn)對地面農(nóng)業(yè)信息的有效采集。

1.1.2 空中飛行機構(gòu)

飛行機構(gòu)的主要材料是碳素材料，它的特征主要在于重量比較輕，而且強度較大。而空中飛行機構(gòu)的中心板設(shè)置實現(xiàn)了對控制系統(tǒng)以及信息采集系統(tǒng)的有效搭載。利用空中飛行機構(gòu)能夠讓機器人整體實現(xiàn)對空中信息的有效采集。

1.2 飛控系統(tǒng)

1.2.1 結(jié)構(gòu)整體

本次研究主要利用地空兩用形式的機器人針對農(nóng)田信息進行采集。結(jié)合四旋翼有效提升機器人整體的越障性能，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)信息更為全方位的采集。給農(nóng)業(yè)發(fā)展的機械化以及信息化形成良好的技術(shù)支持，針對農(nóng)業(yè)信息形成一種實時形式的掌握和控制。本研究所利用的飛控系統(tǒng)是一體化形式的飛控系統(tǒng)，其具備飛行穩(wěn)定、體積較小、安裝方便以及信號干擾較小的優(yōu)點。

1.2.2 四旋翼馬力

馬達結(jié)合扇葉之后，所具備的推理跟攻角之間的關(guān)系為：

其中n表示馬達的扇葉數(shù)，Tt是單片扇葉所能夠提供的推力，Kv是馬達系統(tǒng)，Vm表示馬達所輸出的電壓，Ct是扇葉尖端的長度，CLo是零升力的攻角系數(shù)，CLα是升力斜率，α則是扇葉的攻角。

本次研究所利用的電機為U3508，經(jīng)過實驗以及設(shè)計之后可以得出這個馬達能夠供給的升力大概是20N，也就是說該飛行機構(gòu)能夠帶動總重量是兩千克的機器人。對這個電機的應用能夠讓地空兩用信息采集機器人實現(xiàn)正常起飛，并且能夠在空中實現(xiàn)對各種規(guī)定動作的完成。

1.2.3 四旋翼的控制算法

該研究當中的四旋翼機器人主要是利用對MPU6050的搭載，實現(xiàn)針對四旋翼位置以及姿態(tài)的調(diào)整和控制。結(jié)合筆者所設(shè)置的反饋控制算法能夠讓四旋翼實現(xiàn)對穩(wěn)定姿態(tài)的自動調(diào)整，讓四旋翼機器人完成翻滾和俯仰之類的動作。同時，結(jié)合對AT9遙控器當中的檔位開關(guān)加以控制，從而針對機器人內(nèi)部的行走機構(gòu)實現(xiàn)控制，利用一個遙控器可以實現(xiàn)對機器人兩項功能的控制。融入卡爾曼濾波法能夠針對四旋翼形成更為平穩(wěn)的控制。本次研究主要是將經(jīng)典PID控制算法跟卡爾曼濾波之間相互結(jié)合的方式形成對四旋翼的有效控制。

1.3 信息采集系統(tǒng)

1.3.1 系統(tǒng)設(shè)計

該次研究當中的地空兩用信息采集機器人所搭載的信息采集系統(tǒng)有攝像頭、濕度傳感器、溫度傳感器、PM2.5傳感器以及光照強度傳感器。結(jié)合藍牙模塊利用無線傳輸?shù)男问綄崿F(xiàn)向信息采集終端的輸送，形成了針對農(nóng)業(yè)信息實時形式的監(jiān)控。針對采集的數(shù)據(jù)加以處理，能夠給今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動供給出優(yōu)質(zhì)的參考。

1.3.2 系統(tǒng)測試

我們在實驗室當中針對信息采集系統(tǒng)做出相應的測試。本次研究能夠?qū)崿F(xiàn)針對光照強度以及PM2.5數(shù)據(jù)的實時采集，繼而將其傳輸?shù)接嬎銠C終端，從而給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動供給可靠的數(shù)據(jù)信息支持。工作人員能夠?qū)τ嬎銠C當中所采集到的農(nóng)業(yè)信息，針對農(nóng)田實施更為有效的監(jiān)控。經(jīng)過測驗之后確定該系統(tǒng)能夠給農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)系統(tǒng)供給優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)信息。

2 農(nóng)業(yè)信息物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建

目前所應用的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通常是結(jié)合感知層、應用層以及傳輸層實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)體系整體的構(gòu)建。在節(jié)點位置對傳感器進行設(shè)置，從而獲取相關(guān)信息，通過節(jié)點對信息進行傳輸，實現(xiàn)對信息感知系統(tǒng)的建設(shè)。利用這樣的方式對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)加以構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集以及傳輸過程的精準化以及實時化。而目前對于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所實施的研究工作主要是將農(nóng)業(yè)信息存儲于相應的服務器當中，繼而對網(wǎng)絡加以利用實現(xiàn)向終端的上傳。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種技術(shù)正在逐漸跟云計算之間相互融合，從而在農(nóng)業(yè)信息采集工作當中加以應用，提供更為優(yōu)質(zhì)的服務。農(nóng)業(yè)信息的物聯(lián)網(wǎng)目前正在朝著信息采集的實時化、精準化以及全面化方向發(fā)展。

3 結(jié)束語

總而言之，對地空兩用農(nóng)業(yè)信息采集機器人的設(shè)計以及實現(xiàn)能夠有效推動我國農(nóng)業(yè)的信息化以及自動化發(fā)展，從而給各行業(yè)的發(fā)展形成更好的支撐，促進國家經(jīng)濟建設(shè)。

[1]王玉山,王偉,王智琦,李超藝,李仲陽,宋家洛,吳海超,曲春宇.地空兩用農(nóng)業(yè)信息采集機器人設(shè)計[J].機電工程技術(shù) ,2017,(11)：67-70.

[2]楊洪坤,周保平,王亞明,趙群喜.農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)研究綜述[J].安徽農(nóng)學通報,2016,22(22)：109-112.

[3]孫鳳青,康雷,吳曉蓮,李雪燕,柯楠.理順農(nóng)業(yè)信息采集機制加快農(nóng)產(chǎn)品市場預警建設(shè)[J]. 南方農(nóng)業(yè),2012,6(03)：80-84.

[4]徐剛,陳天恩,陳立平,王彥集,郜允兵.基于ARIS的農(nóng)業(yè)信息采集平臺需求分析方法[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2009,25(08)：136-140.