[发明专利]基于Zigbee技术的采摘机器人传感器无线传输装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种农业果蔬采摘机器人传感器信号无线传输装置及其方法，尤其是基于Zigbee技术的苹果采摘机器人传感器无线传输装置及其方法，属于农业信息化领域。

背景技术

我国是一个农业大国，要实现农业生产的现代化、机械化和智能化是社会发展的必然趋势。果实采摘又是农业生产中最耗时耗力的一个环节，其成本高、季节性强、需要大量劳动力、高强度的工作。但是由于工业生产的迅速发展，分流了大量农业劳动力以及人口老龄化加剧等原因，使得能够从事农业生产的劳动力越来越少，单靠人工劳作已经不能满足现有的需要。为了解决这些问题，各种农业机器人应运而生，它们凭借众多的传感器感知外部环境，以达到顺利采摘果实的目的。目前大多果实采摘机器人传感器信号传输采用的是有线传输的方式，这种方式主要有以下缺点：（1）由于机器人传感器分布在机器人各个部位，而机器人主控计算机位置固定，当机器人采摘果实时，有部分传感器信号传输导线难免会与果实周围的障碍物发生接触，降低导线的寿命；（2）由于传感器信号传输导线纷繁杂乱，出故障后不利于检修；（3）在机器人机械臂直动关节伸缩过程中，末端执行器上的传感器信号传输导线容易被扯断。

发明内容

本发明的目的是解决现有苹果采摘机器人传感器有线传输系统的不足，以无线方式替代有线方式，提供一种基于Zigbee技术的采摘机器人传感器无线传输装置及方法，它具有能实时准确的检测传感器信息，抗干扰能力强，可扩展性好的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于Zigbee技术的采摘机器人传感器无线传输装置，采摘机器人的传感器信号通过信号调理单元与CC2430发送模块相应I/O口相连接，并经天线将传感器信息以IEEE802.15.4协议标准的2.4GHZ频率传递给数据接收模块的天线端，天线端得到的信息再经CC2430接收单元处理，最后通过串口转USB电路单元将传感器信息传递给机器人控制计算机，从而实现机器人传感器信号的无线传输。整个装置主要包括：传感器及信号调理模块、数据发送模块、数据接收模块、电源模块。

其中，机器人传感器及信号调理模块作用是获取机器人的工作状态及感知外部环境，为机器人动作提供依据。主要包括避障传感器、位置传感器、压力传感器以及相应信号调理电路。避障传感器包括微动开关及FSR-408型力敏电阻，其中微动开关安装在机械臂的四周，当机械臂和障碍物碰撞时，微动开关输出信号，提示进行避障操作，安装在机械手前部的FSR-408力敏电阻用于感知机械手与障碍物接触信息；位置传感器包括红外光电对管、霍尔传感器及切刀限位开关，在机械手内部设置的两组红外光电传感器用于确定工作对象在机械手中的具体位置，压力传感器使用的是嵌于机械手末端执行器内的FSR-402型力敏电阻，用于感知机械手爪抓取力的大小以实现柔顺抓取控制，切刀限位开关用于限制切刀的动作幅度。

数据发送模块包括CC2430模块及天线，数据接收模块包括CC2430模块、天线及串口转USB通信电路。数据发送模块将传感器及信号调理模块所采集的信号处理之后发送到数据接收模块，数据接收模块再经串口转USB通信电路将信息传送至机器人控制计算机。

电源模块通过电压转换电路，为数据收发模块及传感器及信号调理模块提供不同规格的工作电压。

基于Zigbee技术的采摘机器人传感器无线传输方法，采摘机器人的避障传感器、位置传感器及压力传感器的信号通过信号调理单元与CC2430发送单元的相应I/O口相连接，并经天线将传感器信息以IEEE802.15.4协议标准的2.4GHZ频率传递给数据接收模块的天线端，天线端得到的信息再经CC2430接收单元处理，最后通过串口转USB电路单元，传感器信息传递至机器人控制计算机，采用电源模块分别为避障传感器、位置传感器、压力传感器、信号调理单元、CC2430发送单元提供相应规格的电压。

本发明的技术效果为：

本装置在苹果采摘机器人采摘苹果时，将获取到的信息无线传输给机器人控制主计算机，能快速可靠的确定机械手中有无苹果和感知末端执行器前端的障碍物等信息，无需布线、安装方便且抗干扰能力增强。另外本发明同样可以适用于其它需要感知环境信息的农产品生产机器人领域。

附图说明

图1是苹果采摘机器人传感器无线传输装置的整体结构框图；

图2是电压转换电路原理图；

图3是红外光电对管与力敏电阻的信号调理电路原理图；

图4是CC2430I/O接口分配图；