果树修剪机远程控制系统设计与试验

摘要

针对果树修剪过程中自动化程度较低的问题，设计一种基于物联网架构和电液驱动的果树修剪机远程控制系统，该修剪机的控制系统主要由液压驱动模块、主控模块、通信模块、感知模块、人机交互模块组成，完成对修剪机关节位姿的监测和远程控制，配合液压马达的启停完成柑橘果树机械修剪的任务。采用改进的Denavit-Hartenberg(D-H)参数法建立果树修剪机的运动学模型，配合Matlab Robotic Toolbox验证修剪机的运动学模型，配合蒙特卡洛算法求解各修剪机构的理论工作空间；根据关节运动特点选取相应传感器、控制器和换向阀，设计物联网系统的应用层控制方案；基于UART-Wi-Fi模块ESP8266建立物联网系统的网络层，实现手机APP-云服务器-修剪机的远程监控通信；为方便使用、快速上手，设计了手机APP人机交互界面，通过人机交互界面实现修剪机关节位姿状态读取和发送控制指令，自动实现修剪机位姿调整。样机控制试验显示，各移动关节的定位误差均为±0.5 mm，各转动关节的定位误差均小于2°，具有较高的准确性；各关节运动至目标行程的控制调节时间在1.14～9.21 s，具有合适的控制调节时间。试验结果表明，该基于物联网架构的果树修剪机具有较高的自动化程度、较简易的操作模式，在实际果树机械修剪中具有一定的应用价值。

关键词

果树修剪 / 机器人运动学 / 物联网 / D-H方法 / 远程控制