採棉機器人的製作方法

2023-12-12 09:06:12 3

專利名稱：：採棉機器人的製作方法
技術領域：
：本發明是一種機電一體化的採棉機器人，是一種高度自動化的棉田收穫機械。技術背景目前，採棉主要有以下兩種方式一種是手工採棉，另一種是機械化採棉。機械化採棉所採用的採isa是一種大型農業機械，不含有智能控制系統。在採棉過程中它是通過飛機噴灑藥物，進行打葉和催熟，然後一次性完成採棉。
發明內容要解決的技術問題(現有技術現狀)當前，採棉所使用的機械價格昂貴(單價在150萬以上)；所採棉花摻雜多，降低了棉花等級；因飛機噴灑藥物進行打葉和催熟，造成環境汙染；採棉前期無法使用，導致機械化採棉面積不足總面積的10%。有益效果本採棉機器人，一次性投資小，所採棉花摻雜少，對環境無汙染，適用於大小棉田，在採棉前期、中期和後期均可適用，降低了棉農的勞動強度。採用的技術方案本採棉機器人安裝在拖拉機上，在拖拉機走動時，採棉機器人自動將棉田中的白色或彩色棉花進行識別、定位和採摘。本採棉機器人在電腦控制下，首先，攝像頭自動拍攝棉田中的白色或彩色棉花；其次，對圖像數據進行處理，確定棉花相對於本採棉機器人的立體方位；再次，通過控制電路和功率放大電路驅動機械手運行到位；最後，採棉裝置完成採棉。採棉機器人的組成部件及功能(圖1是採棉機器人的組成部件方塊圖)1、攝像頭是採棉機器人的視覺，每個機械手對應兩個攝像頭。攝像頭對棉田拍照後，將圖像數據傳輸至電腦中，以確定棉花在棉田中相對於採棉機器人的立體方位。攝像頭安裝在機械手固架上的氣墊包中，一副攝像頭左右相距10釐米並列安裝。攝像頭的信號線可插入電腦的USB口或視頻捕捉採集卡上，並通過相應的驅動程序完成圖像採集。在Windows視窗下，利用VB6中的發送擊鍵功能，進行自動拍照和圖像存貯。2、電腦是採棉機器人的數據處理和控制中心，對各部件進行檢測並控制整個採棉過程。(數據處理程序和控制程序使用BC5.00++語言編程)。(1)作用①對採棉機器人各部件的參數進行自檢。②控制攝像頭進行自動拍照並將圖像數據傳至電腦。③對從攝像頭獲取的圖像數據進行處理，得到諸多棉花在棉田中的空間坐標(立體方位)。④控制採棉機器人的多個機械手同時到達與之對應的棉花處(立體方位)。(D控制安裝在機械手端部的採棉裝置進行採棉。(D在維護時可通過插接顯示器進行維護。(2)數據處理，得到立體方位參數(x、y、z)-每個機械手對應兩個攝像頭，攝像頭l，攝像頭2,獲得兩個圖像。①由攝像頭1獲得的圖像1，確定各白色或彩色棉花區域的中心坐標(xl,yl)，即確定空間平面坐標(x,y)。②由攝像頭2獲得的圖像2，確定各白色或彩色棉花區域的中心坐標(x2,y2)。③確定圖像l和圖像2的對應塊(白色或彩色棉花區域)檢査圖像1和圖像2的塊中心坐標順序一致；檢査圖像1和圖像2的塊中心間相對距離基本相同；檢査圖像1和圖像2的塊面積大小順序一致；檢査圖像1和圖像2邊緣形狀相似對比等。確定其掛像1和圖像2的對應塊(白色或彩色棉花區域)。④獲取空間實際深度坐標^FB/(xl-x2)最後得到立體方位參數(x、y、z)。(3)自檢流程自檢時(機械手端部的十字架(白色)標杆，用於定位)採棉機器人在採棉前，必須進行一次自檢，按照循環的方式分間隔給出a,P,Y三個值，使某機械手動作到位；然後，兩攝像頭對機械手端部的十字架(白色)標杆進行拍照，把圖象存入計算機內存或硬碟中，緊接著對圖像進行處理得到(x、y、z)立體方位坐標，給定的a,P,Y值和產生的(x、y、z)值，以列表形式進行存貯，以備採棉時使用。a((T180度)機械手臂攝像頭圖像得到表式存貯各參數e((T270度)-----動作到位----拍照-------處理-----(x、y、z)------a，e,Y，x，y,zY(0180度)注意每次給定值前應使機械手臂復位。(4)採棉流程採棉時(對棉花定位，十字架(白色)標杆對機械手端部校對用)採棉時，每一個機械手所對應的兩攝像頭對棉田進行拍照，將圖像存入計算機內存中或硬碟中，接著對圖像進行處理後得到(x、y、z)立體方位坐標。然後從預存的a,e,y,x,y，z自檢表數據中根據x，y,Z尋找最接近的a,e,Y角度值，並根據角度值控制機械手動作到位，由採棉裝置完成採棉。循環以上過程進行採棉，直到採棉工作結束。攝像頭圖像得到在自檢表中根據x,y,z的值機械手臂採棉裝置拍照一--處理一-(x、y、z)——尋找最接近的a,e,Y——動作到位------採棉另外，在採棉過程中，機械手臂上的十字架(白色)標杆始終存在。有時可見，有時因植物葉片等蔽擋而不可見。可見時，也有一組x,y,z對應a,e，Y的關係。將其存入a,P,y,x,y,z表中，使此表參數間隔更細化，從而更準確。而且不斷地進行修正，使此表參數關係更準確。3、控制電路通過接口板與電腦主機進行信息交換，對各執行部件進行控制和實施驅動。控制電路包括接口板、計數器電路(圖13)、機械手臂定位控制電路(圖15)、採棉頭控制電路(圖16)等組成。計數器電路由不透明開口盤(或電動機的轉軸上開一小孔)、光隔、計數器殼等部件組成(見圖14),用來檢測電動機的轉角方位；機械手臂定位控制電路由接口板輸出端保護電路、上限和復位檢測電路、5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、功率放大電路、驅動定位電動機電路組成，將輸出信號放大後驅動電動機工作使機械手臂移動到達指定位置；採棉頭控制電路由接口板輸出端保護電路、5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、功率放大電路、驅動纏棉電動機龜路、夾棉頭或纏棉頭伸縮動作電路、夾棉頭夾棉動作電路組成，驅動夾棉頭或纏棉頭完成採摘棉花。4、機械手臂在電腦的控制下，帶著採棉頭運動至棉花處，將其採摘。圖3、圖4是機械手臂示意圖。由三個電動機、三個渦輪渦杆減速器、三個計數器、力臂杆l、力臂杆2、關節、鋼絲(或梯形皮帶)等組成。每個電動機軸上均連接有渦輪渦杆減速器。使機械手臂在水平面內轉動的電動機稱水平電動機，其減速器稱水平渦輪渦杆減速器，其電動機軸上的計數器稱水平計數器。使力臂杆1上下擺動的電動機稱上下電動機，其減速器稱上下渦輪渦杆減速器，其電動機軸上的計數器稱上下計數器。使力臂杆2繞力臂杆1端部關節轉動的電動機稱關節電動機，其減速器稱關節渦輪渦杆減速器，其電動機軸的計數器稱關節計數器。水平電動機通過水平渦輪渦杆減速器和水平轉動輸出軸，驅動水平轉動體，從而水平轉動力臂杆1和力臂杆2。上下電動機通過上下渦輪渦杆減速器和力臂杆1上下擺動輸出軸，驅動力臂杆l上下擺動。關節電動機通過一對齒輪，關節渦輪渦杆減速器和關節擺動輸出軸，驅動力臂杆2繞力臂杆1端部關節轉動。水平電動機、上下電動機、關節電動機安裝在機械手骨架上，力臂杆1與力臂杆2由關節連接，關節電動機通過鋼絲或梯形皮帶巻拉力臂杆2。採棉頭安裝在力臂杆2的端部，輸棉管伴隨力臂杆安裝。力臂杆1和力臂杆2及關節由金屬杆或塑料杆製成。關節渦輪渦杆減速器軸線與上下渦輪渦杆減速器軸線在同一條線上。機械手臂由三個電動機(直流或步進)及渦輪渦杆減速器驅動，由各自對應的計數器檢測轉動(擺動)的角度，使機械手臂端部移動到達空間坐標(x、y、z)位置，安裝在機械手臂端部的採棉裝置完成採棉。採摘後的棉花通過機械手臂上的輸棉管輸送到集桷袋中。機械手臂的運動分析和直角坐標(x、y、z)轉換成力臂杆角度參數(a、P、Y):在"圖5機械手臂的運動分析示意圖"中的x為從圖左邊起水平位移到某一點的距離；y為從圖下端起垂直向上位移到某一點的距離。z為通過兩張圖(兩個攝像頭拍下的兩張圖)對比計算出圖的深度；w為圖的寬度；al為從圖象原點至圖象中線夾角。Sl為力臂杆1的長度，S2為力臂杆2長度。均為實際值，單位mm,—般為300mm.x,y，z均為像素值。根據圖6可列出深度計算公式z-FB/(x1-x2),詳見科學出版社出版的《機器視覺》書第160頁。其中xl為第一張圖的橫坐標參數，x2為第二張圖的橫坐標參數，F為焦距，B為兩攝像頭相隔距離，FB為常數，yl為第一張圖的縱坐標參數。設X-xl,Y-yl，Z-z.，可求出水平轉角a、上下擺角Y和關節擺角e。根據示意圖可列formulaseeoriginaldocumentpage6(2)通過推算可得:formulaseeoriginaldocumentpage6其中formulaseeoriginaldocumentpage6formulaseeoriginaldocumentpage7根據示意圖可再列X=W/2/Z.tg(a-dl)(3)2其中tga1=W/2.Z通過推算可得tableseeoriginaldocumentpage7a,e,Y角是機械手臂端部指向空間立體方位的必要參數。5、採摘裝置由採棉頭、輸棉管、鼓風機、棉氣分離器、集棉袋(車)等部件組成，將棉花採摘後收集到集棉袋(車)中。其中棉氣分離器是棉花與風氣分離的機構，主要用於卸棉和輸送棉花，夾棉頭夾進來的棉花或纏棉頭纏繞拉進來的棉花進行卸棉以及可使吸棉頭直接吸棉，同時棉花與風氣分離，可應用申請號為02292644.5"氣吸式採棉機用棉氣分離器"實用新型專利。其中採棉頭可換裝三種(夾棉頭、纏棉頭、吸棉頭)；夾棉頭由爪、爪軸、爪軸架、推拉雙片、夾棉壓簧、夾棉鋼絲、夾棉鋼絲套、拉動壓簧、拉動鋼絲、拉動鋼絲套、拉動電磁鐵、夾棉電磁鐵、滑道組成；纏棉頭由刺箭、纏棉鋼絲、纏棉鋼絲套、纏棉電動機、拉動壓簧、拉動鋼絲、拉動鋼絲套、拉動電磁鐵、滑道、活套組成；吸綿頭由pvc硬管和塑料波紋軟管連接組成；採棉頭安裝於機械手臂的端部，與輸棉管、鼓風機、棉風分離器等部件配合，棉田中採摘棉花。(1)夾棉頭見圖7和圖10，輸棉管和進棉口三通等均為PVC管；爪由鐵絲製成，用02咖鐵絲彎成圖示形狀後，打扁鑽孔處鑽出軸孔；爪軸架推拉雙片可由鐵皮或硬塑製成；鋼絲和鋼絲套可由摩託車風門線代用；爪軸架與鋼絲套一端應粘合；拉動鋼絲套和夾棉鋼絲套應固連；進棉口三通內壁與滑道在國示位置固連。夾棉頭有2個電磁鐵，夾棉電磁鐵和夾棉壓簧的推拉將完成爪開口和夾棉的動作。拉動電磁鐵和拉動壓簧的推拉將完成爪伸出進棉口和回位的動作。工作順序是爪伸出進棉口(爪閉狀態)-------爪開口------機械手到位------爪夾棉——爪回位------爪開口(卸棉，吹風作用下棉吹向輸棉管)。夾棉頭是由機械手帶動，直接夾取棉花的機械裝置，^e適應於過熟棉、熟棉的摘取。(2)纏棉頭見圖8和圖9，輸棉管和進棉口三通均為PVC管；刺箭由帶刺的箭頭部分及後段構成，纏棉鋼絲連接於刺箭的後端；滑道固連於進棉口三通內壁；刺箭的後段在滑道中不僅可相對滑動，而且可相對轉動。纏棉頭有一個12v或24v纏棉電動機和一個拉動電磁鐵，纏棉電動機帶動剌箭正反轉將完成正轉纏繞棉花和反轉卸載棉花；拉動電磁鐵和拉動壓簧的推拉將完成剌箭的伸出進棉口和回位的動作。工作順序是刺箭伸出進棉口(刺箭正轉狀態)--------機械手到位------刺箭纏繞棉花-------刺箭回位-------刺箭反轉(卸棉，吹風作用下棉吹向輸棉管)-------刺箭停轉。纏棉頭是由機械手帶動，直接纏繞棉花的機械裝置，較適應於熟棉和非熟棉的摘取。(3)吸棉頭是沿力臂杆直接安裝PVC管和波紋管。吸棉頭由機械手帶動，直接吸棉花進入PVC管和波紋管的進棉口，並輸送至集棉袋(箱、車)，結構最為簡單，適應於過熟棉和熟棉的採摘。6、電源裝置由12v(或24v)直流發電機或內燃發電機組、350w逆變器(12v或24v直流變220v交流)組成，逆變器給電腦主機供電，也叫車載電源，其它用電部件直接使用12v或24v直流電。在棉田中採棉機器人使用拖拉機上安裝的發電機、12v或24v電瓶和逆變器作為電腦和機械手等部件的的穩定電源；當電力不足時，仍利用拖拉機的動力，驅動較大功率的12v或24v直流發電機發電和產生較大的吹吸棉風力；當電力仍不足時，配內燃發電機組發電和產生較大的吹吸棉風力。7、洗刷裝置在採棉過程中清洗採棉頭上的油粘性物質。圖17洗刷裝置由水箱、調節開關、細塑管組成。採棉時可將調節開關打開，將水引入進棉口三通內，滴向爪或刺箭，對爪和刺箭進行衝洗，除去爪和刺箭上的油粘性物質。水箱的水採用自流方式，可手工調節滴水量的大小或停水。8、減振機架包括懸掛架、橡膠墊、彈簧、油壓式減振器和氣墊包等，將支撐採棉機器人懸掛在拖拉機上，而且減小振動，降低誤差，提高工作可靠性。採棉機器人的減振機架結構示意圖見圖18。圖1是採棉機器人各部件方塊2是採棉機器人自檢和採棉管理總流程圖3是機械手示意圖(主視圖)圖4是機械手示意圖(側視圖)圖5是機械手臂的運動分析示意6求雜度示意7夾攛頭(爪式採桷頭)圖8纏桷頭(纏繞式採棉頭)圖9刺箭圖10爪(圖10a爪立體圖，圖10b爪支架三視圖，圖10c爪活動器)圖11輸入信號J1埠安抹12輸出信號J2埠安排13計數器輸入電路圖H計數器(圖14a不透明開口盤安裝於電動機的轉軸上，圖14b電動機的轉軸上開一小孔)圖15機械手臂定位控制電路圖16採棉頭控制電路圖17洗劚裝置圖18減探機架圖3和圖4中，水平電動機(61)、上下電動機(62)、關節電動機(63)、水平渦輪渦杆減速器(76)、上下渦輪渦杆減速器(73)、關節渦輪渦杆^it器(74)、一對齒輪(69)、上下擺動輸出軸(66)、關節擺動輸出軸(67)、水平轉動體(71)、水平轉動體蓋(68)、水平轉動輸出軸(65)、機械手骨架(64)、滑動銅套(70)、止檔卡環(72)、水平渦輪渦杆減速器殼(75)、力臂杆l(77)、力臂杆2(78)、關節渦輪渦杆減速器蓋板(60)、上下渦輪渦杆減速器蓋板(79)、關節上限光隔(100)、關節復位光隔(101)、上下上限光隔(102)、上下復位光隔(103)、水平上限光隔(104)、水平復位光隔(105)、遮光片(106)、巻揚盤(107)、鋼絲或梯形皮帶(108)、不透明開口盤(81)、光隔(85〉，(81)和(85)意為計數器。圖5中，水平鉸鏈支點(50)、上下鉸鏈支點(51)、關節鉸鏈(52)、力臂杆2端部(53)、力臂杆1(77)、力臂杆2(78)、Sl為力臂杆1長、S2為力臂杆2長、a為力臂杆2的水平轉角、e為力臂杆2繞力臂杆l端部關節擺角、Y為力臂杆l上下擺角、al為從圖象原點至圖象中線夾角、X為橫坐標、Y為縱坐標、Z為深度坐標。圖6中，xl為第一張圖的橫坐標、x2為第二張圖的模坐標、F為焦距、B為兩攝像頭相隔距離、O為原點、P為空間點、(X，Y，Z)為空間點P的坐標。圖7和圖10中，夾棉鋼絲套(10)、推拉雙片(11)、拉動鋼絲套(12)、爪(13)、爪軸(14)、夾棉壓簧(15)、拉動壓簧(16)、夾棉鋼絲(17)、滑道(18)、拉動鋼絲(19)、拉動電磁鐵(36)、夾棉電磁鐵(37)、爪軸架(39)、進棉口(31)、輸棉管(32)、進棉口三通(40)。圖8圖9中，纏棉鋼絲套(22)、刺箭(23)、滑道(24)、拉動壓簧(25)、拉動鋼絲(26)、纏棉鋼絲(27)、活套(28)、拉動鋼絲套(29)、拉動電磁鐵(36)、纏棉電動機(38)、進棉口(31)、輸桷管(32)、進棉口三通(40)、箭頭(41)、後段(42)。圖8中的拉動電磁鐵(36)與圖7中的拉動電磁鐵(36)為同一物。圖8中的纏棉電動機(38)與圖16中的纏棉電動機M2為同一物。圖11中，1至10是電纜線排列序號(類同於電腦的硬碟電纜線)；D0至D7是接口板輸入媳順。圖12中，1至10是電纜線排列序號(類同於電腦的硬碟電纜線)；D0至D7是接口板輸出端。圖13中，Tl為小功率三極體、Rl、R2為電阻、不透明開口盤(81)、發光管(83)、光敏管(84)、光隔(85)。圖14中，計數器殼(80)、不透明開口盤(81)、電動機軸(82)、發光管(83)、光敏管(84)、光隔(85)。發光管(83)和光敏管(84)構成光隔(85)。圖15中，Wl是接口板輸出端保護電路、W2是上限和復位檢測電路、W3是5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、W4是功率放大電路、W5是驅動定位電動機電路。圖15中，Ql、Q2是反相器；R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14是電阻；T2、T3、T4、T5為小功率三極體；T6、T7、T8、T9為大功率三極體；Gl是上限光隔；G2是復位光隔；G3、G4是防千擾光隔；Bl、B2、B3、B4是二極體；Ml是定位電動機。圖16中，Wl是接口板輸出端保護電路、W3是5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、W4是功率放大電路、W5是驅動纏棉電動機電路、W6是夾棉頭或纏棉頭伸縮動作電路、W7是夾棉頭夾棉動作電路。圖16中，Ql、Q2是反相器；R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15、R16是電阻；T2、T3、T4、T5為小功率三極體；T6、T7、T8、T9、TIO、Tll為大功率三極體；G3、G4是防幹擾光隔；Bl、B2、B3、B4、B5、B6是二極體M2是纏棉電動機；拉動電磁鐵(36)，夾棉電磁鐵(37)。圖16中的拉動電磁鐵(36)與圖7和圖8中的拉動電磁鐵(36)為同一物；圖16中的夾棉電磁鐵(37)與圖7中的夾棉電磁鐵(37)為同一物。圖16中的纏棉電動機M2與圖8中的纏棉電動機(38)為同一物。圖17中，進棉口(31)、輸棉管(32)、進棉口三通(40)、水箱(33)、調節開關(34)、細軟管(35)。圖18中，拖拉機懸掛梁(91)、橡膠墊(92)、油壓式減振器(93)、彈簧(94)、氣墊包(95)、配重(96)、鉸鏈(97)、電腦(98)、攝像頭(99)、承載平臺(86)、側夾板(87)、下夾板(88)、懸掛架(89)、機械手臂(90)。具體實施方式本採棉機器人，它包括(1)攝像頭(2)電腦(3)控制電路(4)機械手臂(5)採棉裝置(6)電源裝置(7)洗刷裝置(8)減振機架，各部件協調工作完成採棉。下面對採棉機器人各個部件的實施進行說明1、攝像頭機械手的上面、防震機架上並列且相距10釐米左右安裝一付數碼像頭(或數位相機)。它的信號線可插入電腦的USB口上。它的本體安裝在一個氣墊包中。(採用視頻捕捉採集卡或摸擬攝像頭可提高攝像和存貯速度)。在win98和VB6下一雙攝相頭(如開原攝像頭)自動拍照和存貯的過程用一雙開原攝相頭進行自動拍照存貯的VB6程序代瑪模塊'雙目拍照程序模塊paiPrivateSubMain'過程程序模塊開始Dimre,i,j'變量說明re=Shellfc:\windows\vidcap32.exe"，1)'運行攝像頭驅動程序AppActivatere，激活攝像頭驅動程序'選擇第一攝像頭SendKeys〃%(T,True，發送擊鍵ALT+0選項菜單下開SendKeys〃S,True'發送擊鍵SSendKeys〃"{TAB}〃，True，發送擊鍵CTRL+TAB捕獲來源選擇SendKeys"{PGUP}",True'發送擊鍵PAGEUP上找攝像頭SendKeys〃%A:True'發送擊鍵ALT+A應用SendKeys〃{ENTER}〃，True，發送擊鍵ENTER確認'延時Fori=0To999Forj=0To8999NextjNexti'攝像SendKeys"%C:TrueSendKeys〃S:True'保存SendKeys〃％F:TrueSendKeys〃FW，TrueSendKeys〃C"，TrueSendKeysTrueSendKeys〃\*，TrueSendKeys〃&bmp〃,TrueSendKeys〃M:TrueSendKeysT,True'延時Fori=0To99910'發送擊鍵ALT+C捕住菜單下開'發送擊鍵S拍照(存在內存中)'發送擊鍵ALT+F文件菜單下開'發送擊鍵F保存在'發送擊鍵CC盤下'發送擊鍵SHIFT+:'發送擊鍵\'發送擊鍵a.bmp文件名'發送擊鍵ALT+S或ENTER保存'發送擊鍵Y替換嗎？YForj=0To8999NextjNexti'選擇第二攝像頭SendKeys"%0〃，True'發送擊鍵ALT+0選項菜單下開SendKeys"S"，True，發送擊鍵SSendKeys〃'{TAB}〃，True'發送擊鍵CTRL+TAB捕獲來源選擇SendKeys"{PGDN}",True'發送擊鍵PAGEDOWN下找攝像頭SendKeys〃9tA〃，True'發送擊鍵ALT+A應用SendKeys〃{ENTER}",True'發送擊鍵ENTER確認'延時Fori=0To999Forj=0To8999NextjNexti'攝像SendKeys〃％CTrueSendKeys"S一,True'保存SendKeys〃％F*"，TrueSendKeysT,TrueSendKeys"CTrueSendKeysTrueSendKeys"\TrueSendKeys〃b.bmpTrueSendKeys〃％STrueSendKeysT,True'發送擊鍵ALT《捕住菜單下開'發送擊鍵S拍照(存在內存中)'發送擊鍵ALT+F文件菜單下開'發送擊鍵F保存在'發送擊鍵CC盤下'發送擊鍵SHIFT+:'發送擊鍵\'發送擊鍵b.bmp文件名'發送擊鍵ALT+S或ENTER保存'發送擊鍵Y替換嗎？YSendKeys〃WF4廣，True'發送擊鍵ALT+F4關閉攝像頭驅動程序EndSub，過程結束'發送按Y(原來有文件時按Y替換保存)'無原圖文件時按Y不起任何作用，自然也按Y。，保存圖象文件cAabmp.ENDSub'過程結束2、電腦(1)對採棉機器人各部件的參數進行自檢。自檢流程-自檢時(機械手端部的十字架(白色)標杆，用於定位)採桷機器人在採棉前，必須進行一次自檢，按照循環的方式分間隔給出a，e,Y三個值，使某機械手動作到位；然後，兩攝像頭對機械手端部的十字架(白色)標杆進行拍照，把圖象存入計算機灼存或硬碟中，緊接著對圖像進行處理得到(x、y、z)立體方位坐標，給定的a，0,Y值和產生的(x、y、z)值，以列表形式進行存貯，以備採棉時使用。ct((T180度)機械手臂攝像頭圖像得到表式存貯各參數0((T270度)-----動作到位-----拍照---------處理-----(x、y、z)--------a,e,Y，x,y,zY((T180度)(2)控制攝像頭進行自動拍照並將圖像數據傳至電腦。(3)對從攝像頭獲取的圖像數據進行處理，得到諸多棉花在棉田中的空間坐標(立體方位)。數據處理得到立體方位參數(x、y、z)每個機械手對應兩個攝像頭，攝像頭i，攝像頭2，獲得兩個圖像。①由攝像頭1獲得的圖像1,確定各白色或彩色棉花區域的中心坐標(xl,yl)，即確定空間平面坐標(x，y)。②由攝像頭2獲得的圖像2，確定各白色或彩色棉花區域的中心坐標(x2,y2)。③確定酔像1和圖像2的對應塊(白色或彩色棉花區域)檢査圖儺1和圖像2的塊中心坐標順序一致；檢査圖像1和圖像2的塊中心間相對距離基本相同；檢査圖像1和圖像2的塊面積大小順序一致；檢査圖像1和圖像2邊緣形狀相似對比等；確定其圖像1和圖像2的對應塊(白色或彩色棉花區域)。獲取空間實際深度坐標z-FB/(xl-x2)最終，得到立體方位參數(x、y、z)。(4)控制採棟機器人的多個機械手同時到達與之對應的棉花處(立體方位)。通過彙編語言和BC++5.0語言編程來控ii機械手動作到位。(5)控制安裝在機械手端部的採棉裝置進行採棉。通過彙編語言和BC++5.0語言編程來控制或迪勝銀亞迪不怖衣且不仰。3、控制電路接口板4個機械手時選用北京康拓工業電腦公司生產的32路輸入、32路輸出TTL電平並口接口板(IPC5311)。16個機械手時也可選用128路TTL電平輸出板(IPC5317)和128路TTL電平輸入板(IPC5318)。用於4個機械手的輸入輸出線佔用情況見圖11輸入信號Jl埠安排圖和圖12輸出信號J2埠安排圖。接口板插在電腦的擴展槽中。計數器圖14(a)中，不透明開口盤(81)安裝於電動機的轉軸上，光隔(85)與不透明開口盤(81)咬合；或圖14(b)電動機的轉軸(82)上鑽一小孔，光隔(85)與電動機的轉軸(82)咬合，且小孔與光隔(85)發光線對準；光隔(85)當作光敏管(83)和發光管(84)。不透明開口盤(81)、光隔(85)裝於計數器殼(80)中。圖13中，光隔(85)、光敏管(83)、發光管(84)、不透明開口盤(81)。光隔(85)可選GPIL53、T1三極體可選3DG12、Rl可選50K、R2可選35K。Tl三極體的集電極連接接口板輸入端D0、D2、D4見圖11。圖15中，Wl是接口板輸出端保護電路、W2是上限和復位檢測電路、W3是5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、W4是功率放大電路、W5是驅動定位電動機電路。圖15中，Ql、Q2是反相器可選74LS04;R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10是電阻可選3K;Rll、R12、R13、R14是電阻可選100至150歐；T2、T3為小功率三極體可選9013;T4、T5為小功率三極體可選3DG12;T6、T7、T8、T9為大功率三極體可選3DD6A;Gl是上限光隔可選P832;G2是復位光隔可選P832;G3、G4是防幹擾光隔可選GPIL53;Bl、B2、B3、B4是二極體可選2DP5A;Ml是定位電動機可選12V45W。圖15中的"復位輸入"連接接口板輸入端D1、D3、D5見圖11。圖15中的D0、D1連接接口板輸出端D0、Dl見圖12。這是水平電動機(61)的正反轉輸出端。上下電動機(62)、關節電動機(63)的正反轉同用此圖對應輸出端D2、D3和D4、D5見圖12。圖15中的上限光隔Gl和復位光隔G2同時安裝在機械手臂的關節渦輪渦杆減速器蓋板(60)上和上下渦輪渦杆減速器蓋板(79)上以及水平渦輪渦杆減速器殼(75)上。圖16中，Wl是接口板輸出端保護電路、W3是5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、W4是功率放大電路、W5是驅動纏棉電動機電路、W6是夾棉頭或纏棉頭伸縮動作電路、W7是夾棉頭夾棉動作電路。圖16中，Ql、Q2是反相器可選74LS04;R5、R6、R7、R8、R9、R10是電阻可選3K;Rll、R12、R13、R14、R15、R16是電阻可選100至150歐；T2、T3小功率三極體可選9013;T4、T5為小功率三極體可選3DG12;T6、T7、T8、T9、TIO、Tll為大功率三極體可選3DD6A;G3、G4是防幹擾光隔可選GPIL53;Bl、B2、B3、B4、B5、B6是二極體可選2DP5A;M2是纏棉電動機可選12V45W:36是拉動電磁鐵可選12V300g;37是夾棉電磁鐵可選12V100g。圖16中的D6、D7連接接口板輸出端D6、D7見圖12。4、機械手臂圖3和圖4中，水平電動機(61)、上下電動機(62)、關節電動機(63)安裝在機械手骨架(64)上；骨架(64)為E狀，水平轉動體(71)和水平轉動體蓋(68)為一體，水平轉動體蓋(68)中安裝一對齒輪(69)，水平轉動體(71)的一側內安裝上下渦輪渦杆減速器(73)，另一側內安裝關節渦輪渦杆減速器(74),從一倆伸出輸出軸，分別為上下擺動輸出軸(66)和關節擺動輸出軸(67);關節渦輪渦杆減速器(74)軸線與上下渦輪渦杆減速器(73)軸線在同一條線上。E狀骨架(64)下部安裝有水平渦輪渦杆減速器殼(75)，其中安裝水平渦輪渦杆減速器(76),其水平轉動輸出軸(65)連接於水平轉動體(71);所有渦杆的兩端均有滑動鉲套(70)和止檔卡環(72);力臂杆1(77)與力臂杆2(78)由關節連接，關節電動機(63)通過鋼絲或梯形皮帶(108)巻拉力臂杆2(78)。採棉頭安裝在力臂杆2(78)的端部，輸棉管(32)伴隨力臂杆安裝。水平電動機(61)通過水平渦輪渦杆減速器(76)和水平轉動輸出軸(65)，驅動水平轉動體(71)，從而水平轉動力臂杆l(77)和力臂杆2(78)。上下電動機(62)通過上下渦輪渦杆減速器(73)和力臂杆l上下擺動輸出軸(66)，驅動力臂杆l(77)上下擺動。關節電動機(63)通過一對齒輪，關節渦輪渦杆減速器(74)和關節擺動輸出軸(67),驅動力臂杆2(78)繞力臂杆l(77)端部關節巻揚盤(107)轉動。力臂杆l(77)和力臂杆2(78)及關節由金屬杆或塑料杆製成。為了力臂杆上限和復位在關節渦輪渦杆減速器蓋板(60)上和上下渦輪渦杆減速器蓋板(79)上以及水平渦輪渦杆減速器殼(75)上分別安裝關節上限光隔(100)、關節復位光隔(101)、上下上限光隔(102)、上下復位光隔(103)、水平上限光隔(104)、水平復位光隔(105)，而且三個渦輪外側裝遮光片(106);三個電動機(61)(62)(63)軸上分別安裝三個不透明開口盤(81)和光隔(85),意為分別安裝三個計數器；5、採棉裝置-採棉頭安裝於機械手臂的端部採摘棉花；輸棉管沿機械手臂安裝；鼓風機、棉風分離器、發電機集於一體，安裝在拖拉機(或發動機)上；集棉袋(車)在拖拉機的後面。其中棉氣分離器可應用申請號為02292644.5"氣吸式採棉機用棉氣分離器"實用新型專利。其中採棉頭可換裝三種(夾棉頭、纏棉頭、吸棉頭)；圖7和圖10中，夾棉頭輸棉管(32)和進棉口三通(40)為PVC管；爪(13)由鐵絲製成，用02咖鐵絲彎成圖示形狀後，打扁鑽孔處鑽出軸孔；爪軸架(39)和推拉雙片(11)可由鐵皮或硬塑製成；爪軸架(39)上安裝有爪軸(14)及爪(13)，爪軸架(39)的後部又粘合於夾棉鋼絲套(10)的一端；鋼絲和鋼絲套可由摩託車風門線代用；拉動鋼絲套(36)和夾棉鋼絲套(37)應固連進棉口三通(40)內壁與滑道(18)在圖示位置固連。圖7中，夾棉頭有2個電磁鐵，夾棉電磁鐵(37)和夾棉壓簧(39)的推拉將完成爪U3)開口和夾棉的動作。拉動電磁鐵(36)和拉動壓簧(16)的推拉將完成爪(13)伸出進棉口和回位的動作。圖8和圖9中，纏棉頭輸棉管(32)和進棉口三通(40)為PVC管；剌箭(23)由帶刺的箭頭(41)部分及後段(42)構成，纏棉鋼絲(27)連接於刺箭的後端；滑道(24)固連於進棉口三通(40)內壁；拉動鋼絲套(29)與活套(28)連接；刺箭的後段(42)在滑道(24)中不僅可相對滑動，而且可相對轉動。拉動鋼絲(26)和拉動鋼絲套(29)可由摩託車風門線代用；纏棉鋼絲(27)和纏棉鋼絲套(22)可由摩託車公裡表線代用。圖8中，纏棉頭有一個12v或24v纏棉電動機(38)和一個拉動電磁鐵(36),纏棉電動機(38)帶動剌箭(23)正反轉將完成正轉纏繞棉花和反轉卸載棉花；拉動電磁鐵(36)和拉動壓簧(25)的推拉將完成刺箭(23)的伸出進棉口和回位的動作。吸棉頭是沿力臂杆直接安裝PVC管和波紋管。6、電源裝置發電機和逆變器市面上有售。7、洗刷裝置圖17中，水箱(33)中的水經調節開關(34)、細軟管(35)緩慢的滴入進棉口三通(40)內，滴向爪(13)或剌箭(23),對爪(13)或刺箭(23)進行洗刷，除去爪(13)或刺箭(23)上的油沾性物質。手工調節調節開關(34)，可調節滴水量大小或停水。8、減振機架-圖18中，懸掛架(89)、下夾板(88)、側夾板(87)、夾緊拖拉機懸掛梁(91)、懸掛架(89)、承載下夾板(88)上有媒栓可旋緊，與側夾板(87)聯合鎖定拖拉機懸掛梁(91)，上面和兩側均墊有橡膠墊(92)。懸掛架(89)通過4套彈簧(94)和油壓式減振器(93)(前後各兩套)與承載平臺(86)活連接；承載平臺(86)上安置有電腦(98)、攝像頭(99)，在下有氣墊包(95)，電腦(98)和攝像頭(99)均有配重(96);機械手臂(90)吊裝在承載平臺(86)下。權利要求1、一種採棉機器人，它包括(1)攝像頭(2)電腦(3)控制電路(4)機械手臂(5)採摘裝置(6)電源裝置(7)洗刷裝置(8)減振機架，其特徵是電腦控制攝像頭在棉田中進行自動拍照，並將圖像數據處理後，得到棉花在棉田中的立體方位，然後通過控制電路使機械手臂移動到棉田中對應棉花處，採摘裝置完成採棉。2、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是攝像頭是採棉機器人的視覺，通過電腦控制，在棉田中進行自動拍照，並將圖像數據傳至電腦，經過電腦處理後，得到棉花在棉田中的立體方位(空間坐標)。3、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是電腦是採棉機器人的數據處理和控制中心，通過電腦控制各部件，協調工作，完成採棉。4、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是控制電路包括計數器電路、機械手臂定位電路、採棉頭控制電路等組成；計數器電路由不透明開口盤(或電動機的轉軸上鑽一小孔)、光隔、計數器殼等部件組成，用來檢測電動機的轉動次數，從而得知機械手臂擺動方位角；機械手臂定位電路由接口板輸出端保護電路、上限和復位檢測電路、5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、功率放大電路、驅動定位電動機電路組成，將定位信號放大後驅動電動機工作使機械手臂移動到達指定位置；採棉頭控制電路由接口板輸出端保護電路、5v和12v(或24v)電源隔離和防幹擾電路、功率放大電路、驅動纏棉電動機電路、夾棉頭或纏棉頭伸縮動作電路、夾棉頭夾棉動作電路組成，將採摘信號放大後，驅動夾棉頭或纏棉頭採摘棉花。5、根據權利要求書1所述的採棉機器人，其特徵是機械手臂由三個電動機(直流或步進)，三個渦輪渦杆減速器、三個計數器、一對齒輪、水平轉動體、力臂杆1和力臂杆2以及鉸鏈關節、鋼絲(梯形皮帶)等部件構成。上下渦輪渦杆減速器和關節渦輪渦杆減速器安裝在水平轉動體中，水平電動機通過水平渦輪渦杆減速器和水平轉動輸出軸，驅動水平轉動體，從而水平轉動力臂杆1和力臂杆2。上下電動機通過上下渦輪渦杆減速器和力臂杆1上下擺動輸出軸，驅動力臂杆1上下擺動。關節電動機通過一對齒輪，關節渦輪渦杆減速器和關節擺動輸出軸，驅動力臂杆2繞力臂杆1端部關節轉動。在機械手臂上裝有輸棉管，將採摘後的棉花輸送至集棉袋(車)中。6、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是釆摘裝置由採棉頭、輸棉管、鼓風機、棉風分離器、集棉袋(車)等部件組成，將棉花採摘後收集到集棉袋(車)中。其中採棉頭可換裝三種(夾棉頭、纏棉頭、吸棉頭)；夾棉頭由爪、爪軸、爪軸架、推拉雙片、夾棉壓簧、夾棉鋼絲、夾棉鋼絲套、拉動壓簧、拉動鋼絲、拉動鋼絲套、拉動電磁鐵、夾棉電磁鐵、滑道組成；纏棉頭由刺箭、纏棉鋼絲、纏棉鋼絲套、纏棉電動機、拉動壓簧、拉動鋼絲、拉動鋼絲套、拉動電磁鐵、滑道、活套組成；吸綿頭由pvc硬管和塑料波紋軟管連接組成；採棉頭安裝於機械手臂的端部，與輸棉管、鼓風機、棉風分離器等部件配合，棉田中釆摘棉花。7、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是電源裝置由12v(或24v)直流發電機或內燃發電機組、350w逆變器(12v或24v直流變220v交流)組成，直流發電機是為採棉機器人的各主要部件提供電能，逆變器是為採棉機器人的電腦提供電能的裝置。8、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是洗刷裝置由水箱、調節開關、細軟管組成，在採棉的過程中自流滴落洗除採棉頭上的油粘性物質。9、根據權利要求1所述的採棉機器人，其特徵是減振機架由懸掛架、承載平臺、橡膠墊、彈簧、油壓式減振器、氣墊包、配重等部件組成，減小振動，降低誤差，提高工作可靠性。全文摘要一種機電一體化的採棉機器人，是一種高度自動化的棉田收穫機械。本採棉機器人懸掛在拖拉機上，採棉機器人在電腦的控制下通過攝像頭在棉田中拍照獲取圖像數據，圖像數據經過處理後得到棉花在棉田中的空間坐標，電腦根據此坐標參數輸出控制信號驅動機械手臂動作到位，從而實現多個機械手臂在棉田中同時採棉。本採棉機器人，一次性投資小，所採棉花摻雜少，對環境無汙染，適用於大小棉田，在採棉前期、中期和後期均可適用，大大降低了棉農的勞動強度。文檔編號B25J9/10GK101152716SQ200610141979公開日2008年4月2日申請日期2006年9月30日優先權日2006年9月30日發明者託乎達洪·玉米西申請人:託乎達洪·玉米西