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擠奶機器人機械臂控制方法研究.pdf

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1 2 3 4 5 擠奶機器人機械臂控制方法研究郭 洋,吳澤全,蔡曉華,侯云濤(黑龍江省農業機械工程科學研究院,哈爾濱 150081)摘要:擠奶機器人的研制與應用對于我國奶牛養殖業發展具有促進意義。 提出一種擠奶機器人機械臂控制方法,可實現無人化、自動化擠奶,有效提高擠奶工作效率和奶產量,大大節省生產成本和勞動時間,為我國擠奶機器人技術發展提供借鑒。關鍵詞:擠奶機器人;三自由度機械臂;CANOPEN 通信;伺服電機中圖分類號:TP242 文獻標識碼:A 文章編號:1674-1161(2017)04-0018-03近年來,歐美奶牛養殖業高智能擠奶自動化裝備發展迅猛, 擠奶機器人技術已達到很高的智能化、自動化水平,取得了較好的經濟效益和生態效益。 目前我國奶牛養殖正向標準化、規?;?、集約化、現代化發展,奶牛養殖更加注重奶牛健康、食品安全、動物福利和舒適度。擠奶機器人可以最大程度實現奶牛自然狀態下擠奶過程, 保證奶牛健康的同時提高牛奶品質,根據奶牛需要隨時擠奶,提高牛奶產量,有效提高工作效率,節約人力成本。 我國擠奶機器人研制尚處于起步階段,市場空間巨大,發展前景廣闊。本研究在充分參考和消化國際先進技術的基礎上,自主研制開發出一種全自動智能擠奶機器人,對擠奶機器人機械臂控制系統進行詳細闡述和設計,為我國擠奶機器人技術發展提供借鑒。1 擠奶機器人機械臂運動控制1.1 擠奶機器人工作流程機械臂結構采用三自由度控制方式,整體三維原理框圖如圖 1 所示。 具體擠奶過程為:擠奶欄后部安裝的攝像頭檢測到奶牛進入擠奶欄并初步確定奶牛乳頭位置,擠奶欄后門關閉,伺服電機驅動三自由度機械臂移動到奶牛乳頭附近,機械臂末端裝有圖像識別紅外傳感器,紅外傳感器將奶牛乳頭位置信息反饋給上位機系統,上位機系統經過計算將奶牛乳頭位置信息以三維數據形式發送給 PLC,PLC 根據接收到的三維數據驅動伺服電機帶動機械臂依次運動到奶牛的 4 個乳頭位置套杯并擠奶,4 個奶杯管路分別安裝有流量傳感器,當某個乳頭單位時間內流量小于設定值時,被認為擠奶完成,PLC 發出指令關閉真空,奶杯自動脫落停止擠奶,當 4 個奶杯都脫落后擠奶欄前門打開,奶牛離開擠奶欄,機械臂回到原點等待下一頭奶牛入欄擠奶。1.2 伺服電機驅動機械臂工作過程擠奶機器人的三自由度機械臂是由 3 臺伺服電機驅動的,3 臺伺服電機分別控制機械臂的水平方向(H)、垂直方向(V)和旋轉方向(R)的動作。 伺服電機選用費斯托電機,其自帶參數設置軟件 FHPP,根據電機型號可在 FHPP 軟件中設置電機參數值。 根據電機型號和機械臂結構,分別設置 H,V,R 方向電機減速比為 1∶5,1∶12,1∶100。 為了定位精準,H,V,R 方向需要設定原點位置,每次行走的距離都以原點為起始點, 分別在 H,V,R 方向起始點位置安裝擋塊,在FHPP 軟件中選擇尋零方式為 Block 擋塊尋零,在Direction 選項設置尋零的方向,如圖 2 所示。在 measure 選項中設置機械臂行走距離,以 H 方向電機為例,設置行走最大長度為 1 500 mm,設置范圍如圖 3 所示。收稿日期:2017-03-07基金項目: 國家科技支撐計劃課題 奶牛設施養殖智能化關鍵技術裝備研究(2014BAD08B10)作者簡介:郭 洋(1983—),男,碩士,工程師,從事農業機械工程方面的研究工作。1.控制系統;2.擠奶和清洗系統;3.三自由度運動機構;4.機械臂及末端執行器;5.擠奶欄圖 1 擠奶機器人整體結構圖Figure 1 Overall structure of the milking robot第 4 期 總第 274 期 No.4 Total No.2742017 年 4 月 Apr. 2017農業科技與裝備Agricultural Science&Technology and Equipment
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方法 機器人 控制 機械 研究 擠奶
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