八輪攀爬器+電動切割機,這個印度機器人替你爬樹摘椰子

有沒有能替代人類爬樹摘椰子的機器人呢?近日,最新一期IEEE/ASME Transactions on Mechatronics刊登了一篇描述爬樹機器人的論文。論文作者設計了一款名為 Amaran 的爬樹機器人,它可以代替人類採摘員爬上高達十幾米的椰子樹採摘椰子。

八輪攀爬器+電動切割機,這個印度機器人替你爬樹摘椰子

實驗室中模擬爬樹採摘。

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實地場景中爬樹採摘椰子。

論文一作、印度甘露大學(Amrita Vishwa Vidyapeetham University)助理教授 Rajesh Kannan Megalingam 表示,該團隊從 2014 年就開始研發這款機器人了。他說道:「世界上不存在兩棵完全相同的椰子樹。除了大小不同,椰子簇和葉片的排列也是獨一無二的。所以,設計出一款完美的機器人極具挑戰性。」

在實驗室測試過程中,Megalingam 及其同事發現,當樹干與垂直軸的傾角達到 30 度時,Amaran 能夠順利爬上椰子樹。在一些特定環境條件下,很多椰子樹都是以這樣的傾角生長,由此為這款機器人提供了豐富的實際操作場景。

Megalingam 等人在論文中詳細解釋了 Amaran 的設計過程以及技術細節。

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設計過程和技術細節

為了順利爬上椰子樹,Amaran 必須依賴一個能夠緊扣住不同直徑椰子樹的環形軀干。就整體結構而言,該機器人由四部分組成,分別是控制模塊、馬達驅動、電源管理組件和無線通信接口。

Amaran 的系統架構如下圖 1 所示:

八輪攀爬器+電動切割機,這個印度機器人替你爬樹摘椰子

首先來看一下 Amaran 的攀爬器(文中稱為 Robotic Climber),它有八個輪子,從而可以在樹上爬上爬下,還可以繞着樹干旋轉。

Robotic Climber 的結構如下圖 2 所示:

八輪攀爬器+電動切割機,這個印度機器人替你爬樹摘椰子

有了攀爬裝置,Amaran 只實現了爬樹的功能。要想成功採摘椰子,還需要一個採摘裝置,這時機械臂(文中稱為 Robotic Harvester)就要大展身手了。

Robotic Harvester 是一個有四個自由度的機器臂,還配有一個旋轉式切割機(rotary cutter)作為末端執行器(end effector)。

包括電動切割機在內,Robotic Harvester 的總重量約 7 千克,總長度為 1 米。

整體裝配圖如下圖 3 所示:

八輪攀爬器+電動切割機,這個印度機器人替你爬樹摘椰子

地面操作員可以採用兩種類型的控制器來控制機器人的動作:基於操縱杆的控制器和基於智能手機的 APP。

下圖 4 為操縱杆控制器的原理圖,包含五個重要的組件,即操縱杆、MCU(微控制單元)、藍牙、電源管理和按鈕。

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當 Amaran 在椰子樹頂部時,地面操作員使用一個智能手機 App Aroha 來驅動攀爬器和機械臂,該 App 的原理示意圖如下:

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最後,如果 Amaran 的主電池耗盡,備用電池會自動續上,幫助機器人返回地面。

來源:cnBeta