分別把發(fā)光器和接受器裝在檢測(cè)線條通過路徑的兩側(cè)，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)接收器發(fā)射光束，通過檢測(cè)物體阻擋光路的變化，接收器達(dá)到動(dòng)作靈敏度時(shí)，將輸出一個(gè)電信號(hào)，再由處理器控制開關(guān)動(dòng)作，發(fā)射器的光束一般來源于發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體光源和激光二極管等。接收器由光電二極管和光電池組成。在接收器的前面按實(shí)際需要裝有光圈和透鏡等調(diào)光元件，接收器后面是能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用信號(hào)的檢測(cè)電路。
[0052]圖5和圖6所示，地下作物采挖機(jī)器人右臂上裝有光電檢測(cè)傳感器，設(shè)定向右為機(jī)器人前行方向，假設(shè)傳感器接受到信號(hào)為高電平。黑線31穿過機(jī)器人右臂沿采挖機(jī)器人行走方向設(shè)置。事先在地上鋪設(shè)黑線31，黑線31 —端為分叉頭結(jié)構(gòu)，分叉頭結(jié)構(gòu)一端設(shè)置在機(jī)器人行駛方向的耕地上。機(jī)器人向前直行時(shí)，若第一 LED燈29發(fā)出的光線沒有遮擋，兩個(gè)傳感器接受到光信號(hào)，顯示高電平，左右電機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人繼續(xù)前行。當(dāng)?shù)谝?LED燈29被遮擋時(shí)，表不機(jī)器人向右偏移，第一傳感器27接受不到信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)的低電平信號(hào)，左電機(jī)6開始減速，右電機(jī)5速度不變，實(shí)現(xiàn)微向左行駛，當(dāng)兩個(gè)傳感器都接受到信號(hào)時(shí)，機(jī)器人恢復(fù)向前直行方向。同理，第二傳感器28接受不到信號(hào)時(shí)，機(jī)器人微向右行駛，右臂到達(dá)黑線31兩頭時(shí)，兩個(gè)傳感器都被遮擋，切斷電機(jī)電源，機(jī)器人停止。
[0053]實(shí)際設(shè)計(jì)中:
[0054]1.電機(jī)的選取和使用
[0055]目前機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在選取電機(jī)的時(shí)候應(yīng)該考慮外形、重量、安裝方式、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、制動(dòng)、軸承、功率、電流等因素。傳動(dòng)比分級(jí)精細(xì)，轉(zhuǎn)速型譜寬，選擇范圍廣。直流電機(jī)的減速結(jié)構(gòu)緊湊，減速器效率高達(dá)百分之九十六，振動(dòng)小，噪音低。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，維護(hù)維修簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，可頻繁起動(dòng)、制動(dòng)地下作物采挖機(jī)器人是一種農(nóng)用機(jī)器人，其推廣的主要限制因素是成本高，其次功率輸出要求較高，才能保證作業(yè)效率，考慮電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力，適宜采用直流電機(jī)或交流電機(jī)直流和交流電機(jī)的選取，由于目前交流電機(jī)和直流電機(jī)技術(shù)非常成熟，電機(jī)成本不高，采用這兩種電機(jī)降低了成本，提高了可靠性，降低了維護(hù)難度，使機(jī)器在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，知識(shí)水平不高的農(nóng)村地區(qū)推廣成為可能。
[0056]2.減速機(jī)的使用和選取
[0057]減速器是一種由封閉在剛性箱體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)所組成的、具有固定傳動(dòng)比的獨(dú)立部件，裝置在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間作為減速之用。個(gè)別場(chǎng)合也用于增速，這是稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊，潤(rùn)滑良好，傳動(dòng)質(zhì)量可靠，使用維護(hù)簡(jiǎn)單，并有標(biāo)準(zhǔn)系列，成批生產(chǎn)，因而應(yīng)用十分廣泛。
[0058]減速器是一個(gè)機(jī)械箱體，而減速機(jī)為減速器帶電機(jī)一體的機(jī)構(gòu)，挖土豆機(jī)器人所應(yīng)對(duì)的是結(jié)實(shí)或粘稠的土質(zhì)狀況，要求保證足夠功率的同時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩，必要時(shí)可采用減速機(jī)另加減速器的組合。減速機(jī)體按照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)，按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)。圓柱齒輪減速機(jī)的使用，由于圓柱齒輪減速機(jī)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高，土豆采摘機(jī)器人工作環(huán)境復(fù)雜，采用圓柱齒輪減速機(jī)，能有效保護(hù)電機(jī)。
[0059]減速機(jī)的作用:1、降速同時(shí)避免了電機(jī)過載，散熱性能穩(wěn)定。2、提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘以減速比。由于挖土豆機(jī)器人應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速高的場(chǎng)合，一般采用圓柱齒輪減速機(jī)為宜。
[0060]3.傳感器的使用和選取
[0061]土豆機(jī)器人采用的傳感器是光電傳感器，通過檢測(cè)光信號(hào)的變化，借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)輸送至處理器中。傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，可測(cè)參數(shù)多，光電式傳感器具有反應(yīng)快、精度高、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛。
[0062]光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它由光源、光通路和光電元件三部分組成，可用于直接檢測(cè)光量變化，如光強(qiáng)、輻射以及氣體成分分析等；用于檢測(cè)其他非電量時(shí)，如零件形狀、直徑、表面粗糙度、位移、速度、振動(dòng)等，將光信號(hào)的遮擋關(guān)系、吸收率等轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
[0063]根據(jù)光通量對(duì)光電元件的作用原理不同，將光電元件輸出量分模擬光電傳感器和脈沖光電傳感器，地下作物采挖機(jī)器人所用的傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，根據(jù)光線遮擋的變化改變電信號(hào)的輸出，因此，一般采用模擬式光電傳感器。
[0064]模擬式光電傳感器按檢測(cè)物體方式的不同可分為透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻檔)三大類。透射式是指恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)物時(shí)，部份光被吸收后，其余的透射光投射到光電元件上。漫反射式是指光源發(fā)出的光投射被測(cè)物體表面上，再反射到光電元件中。遮光式是指光源發(fā)出的光通量初始是投射到光電元件的，當(dāng)被物體遮擋大部份后，電元件檢測(cè)到光通量改變達(dá)到靈敏度時(shí)，可產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。
[0065]地下作物采挖機(jī)器人采用對(duì)射型光電傳感器。發(fā)光器和接受器組成對(duì)射式光電開關(guān)，由于檢測(cè)距離不大，受日光散射的影響較小。對(duì)射式光電開關(guān)分別把發(fā)光器和接受器裝在檢測(cè)線條通過路徑的兩側(cè)，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)接收器發(fā)射光束，通過檢測(cè)物體阻擋光路的變化，接收器達(dá)到動(dòng)作靈敏度時(shí)，將輸出一個(gè)電信號(hào)，再由處理器控制開關(guān)動(dòng)作，發(fā)射器的光束一般來源于發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體光源和激光二極管等。接收器由光電二極管和光電池組成。在接收器的前面按實(shí)際需要裝有光圈和透鏡等調(diào)光元件，接收器后面是能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用信號(hào)的檢測(cè)電路。光電傳感器的使用，通過光電傳感器對(duì)設(shè)定顏色的感應(yīng)，可以實(shí)時(shí)修正機(jī)器人行進(jìn)路線避免因機(jī)器人跑偏而造成的農(nóng)作物次品的出現(xiàn)，同時(shí)也增加了機(jī)器本身的安全性。
[0066]4、電池電源使用和選取
[0067]由于地下作物采挖機(jī)器人在田地中的作業(yè)深度達(dá)到30厘米以上，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出要求高，為保證有足夠的功率進(jìn)行掘土作業(yè)，地下作物采挖機(jī)器人的是自行按照拉好的黑線，沿著設(shè)定好的路線自動(dòng)行駛完成挖土豆的，另外，機(jī)器上不坐人，所以電池輸出電壓可以達(dá)到100伏以上，即能保證人身安全，又有較高的輸出功率。
[0068]地下作物采挖機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電源有四種蓄電池可供選擇，即鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池。地下作物采挖機(jī)器人屬于推廣型小型機(jī)器，選擇電池電源時(shí)，應(yīng)選擇性價(jià)比適中的電池，要求能最大限度降低成本的同時(shí)，還能保證有足夠的輸出功率，才能達(dá)到普及應(yīng)用的目的。
[0069]5、51型單片機(jī)的使用
[0070]電路以AT89C51單片機(jī)作為控制芯片，AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CM0S8位微處理器，帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器(PROM)，和128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，32個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，該器件采用ATMEL公司高密度、非易失的存儲(chǔ)器生產(chǎn)技術(shù)，斷電時(shí)保存RAM中。51型單片機(jī)的使用，51型單片機(jī)是一種廉價(jià)的功能強(qiáng)大且技術(shù)成熟的小型嵌入式可編程器件，通過對(duì)單片機(jī)的編程，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同長(zhǎng)度土地的靈活自動(dòng)化米摘。
[0071]本機(jī)器人的工作原理如下:
[0072]1、啟動(dòng)方式
[0073]機(jī)器人啟動(dòng)開關(guān)由手動(dòng)開關(guān)25和繼電器開關(guān)26組成，兩者為串聯(lián)關(guān)系，繼電器開關(guān)為閉合狀態(tài)，啟動(dòng)手動(dòng)開關(guān)25后，若兩個(gè)傳感器都沒被鋪設(shè)的黑線遮擋，立即啟動(dòng)所有部件。
[0074]2、停止方式
[0075]當(dāng)機(jī)器人行駛到黑線31分叉頭時(shí)，兩個(gè)傳感器被遮擋，繼電器RL3開關(guān)為斷開狀態(tài)，或出現(xiàn)失控時(shí)采用手動(dòng)開關(guān)25切斷電源，兩個(gè)