学文网摘要：以采摘机器人系统为研究对象，基于移动通信技术设计采摘机器人控制系统，实现了移动控制终端与采摘机器人之间的网络通信，并进行软件程序设计。系统性能测试结果表明：利用移动通信终端进行远程系统控制时，当信号传输强度等级大于３级时，通信过程数据无丢失，数据传输过程中延迟时间平均小于４０ｍｓ，满足采摘机器人远程控制性能需求。
关键词：采摘机器人；移动通信终端；数据丢失率；延迟性
０引言
采摘机器人可有效进行农产品的采摘，并可完成采摘后的运输和包装等任务，采摘机器人的发展水平，是农业经济作物种植水平的体现［１－２］。采摘机器人要求具有较强的移动能力，能够对采摘作业周围环境信息进行感知，形成自适应调整的自动化采摘。采摘机器人系统主要涉及领域包含通讯、***像采集识别、人工智能及系统集成等［３－５］。笔者根据采摘作业需求，设计了一种可进行远程终端控制的采摘机器人，采用不同的功能模块实现采摘过程自动行走和采摘环境感知，同时利用移动通信远程控制终端对采摘机器人进行指令控制，实现智能化采摘作业。
１采摘机器人控制系统需求
采摘机器人是一种能够进行自动移动的无人操作设备，自身集成多种传感器，能够在不同的环境内进行自由运动，同时可根据搭载作业装置的不同而完成不同的采摘任务；采摘完成后，要求能够按照规划路径进行运输［６］。采摘过程中，需要采摘机器人根据设定路线进行准确运动，进行农产品采摘，因此要求采摘机器人控制系统能够精准进行移动控制，并将位置状态信息和采摘过程参数信息数据进行有效传输，方便使用者对采摘机器人的作业状态信息进行掌控［７］。根据以上分析，采摘机器人首先要求能够自动开启控制系统，建立有效的数据传输网络，并对控制系统中装载的控制软件程序进行运行，接收控制过程相关指令。控制系统接收到移动终端发送来的动作指令后，对相关传感器进行初始化设置，按照设定程序开始程序运行状态，实时进行采摘机器人作业控制和状态监测，将反馈信息数据发送至控制系统主机，并通过移动通信传输的方式发送至移动终端［８－１０］。当采摘机器人控制系统初始化完成后，控制系统主机接收移动终端指令，对指令数据进行解析，生成系统可执行数据，通过总线传输的方式发送至执行机构驱动系统，完成相关作业动作。
２采摘机器人控制系统设计
根据采摘机器人系统功能需求，设计的采摘机器人系统各模块之间能够实现相互通信和数据传输。采摘机器人控制系统总体结构如***１所示。工作时，采用ＧＰＳ进行采摘机器人坐标定位，利用超声波进行作业过程距离测量，同时可进行采摘机器人作业时的相关数据管理。采摘机器人控制系统主机可通过远程控制器接收控制指令，也可以按照设定好的通信路径接收控制指令。其控制指令发送流程如***２所示。当采摘机器人控制系统接收到运行状态进行指令和故障指令时，主机对运行状态指令进行中止，并按照设定紧急程序进行相关动作［１１］。手动远程控制指令通过移动终端发送，利用无线数据传输至控制系统主机，实现采摘机器人的远程控制。路径指定执行指令是按照设定好的通信路径，将采摘目标状态信息发送至控制系统主机，经过接收和解析后，对执行机构电机进行驱动，过程中需要传感器的辅助［１２］。采摘机器人系统在通信过程中，要求保证控制系统主机和移动终端能够通信畅通，控制系统主机对采摘机器人的整体运行状态进行实时监测，并可将分析处理后的参数信息发送至移动终端。采摘机器人系统通讯数据主要包含控制系统主机发出的控制指令和初始化命令、传感器数据信息和故障参数及控制系统主机与移动终端之间的交互数据［１３－１４］。
３采摘机器人控制系统软件设计
按照采摘机器人的功能需求和作业控制过程，所设计的采摘机器人控制系统程序执行流程架构如***３所示。采摘机器人进行远程移动终端控制时，要求具有较高的定位准确度，能够实现动态数据接收与发送，按照设定的数据交互协议对定位数据进行采集和处理［１５］。ＧＰＳ定位模块在执行数据采集程序时，首先根据数据格式特征进行解析，将定位数据按照解析格式进行发送，保证数据传输过程的准确性。采摘机器人ＧＰＳ定位模块数据采集和分析处理流程***，如***４所示。采摘机器人作业过程中，要求能够对采摘环境内的相关障碍进行检测和判断，保证执行采摘任务过程中不出现碰撞。因此，采用超声模块，对相关障碍物与采摘机器人本体之间的距离进行测量。当超声波测距仪检测到障碍物与采摘机器人本体之间的距离时，与设定好的避障比例进行对比，并做出按照原路径运动或避障的控制指令。采摘机器人测距模块数据采集分析处理流程***如***５所示。控制系统主机与移动控制终端之间通过移动无线通信进行连接，执行ＴＣＰ通信协议，确保数据传输过程的安全性，使控制系统主机能够准确接收到移动终端指令。控制主机在进行作业指令发送时，构建采摘机器人控制器与控制主机之间的移动通信网络，相互进行指令数据交互，直至采摘机器人控制器能够按照设定控制指令执行相关采摘作业。采摘机器人系统主机应用程序流程***如***６所示。采摘机器人控制系统中，移动终端能够保证使用人员进行远程指令发送，同时进行采摘机器人作业状态实时监测。移动终端应用程序的主要任务是进行移动通信网络的组件和采摘机器人作业状态与控制指令数据的传输。采摘机器人控制主机与移动终端进行数据传输交互时，可保证使用人员实时监测到采摘机器人在作业现场的实时动态数据。
４系统性能试验
利用移动通信终端进行采摘机器人作业控制时，指令发送过程存在不同程度的通信延迟，造成控制指令传输过程实时性和稳定性波动。采摘机器人控制系统建立完成后，进行通信模块测试，利用移动通信终端向控制系统主机发送指令，并在移动通信终端查看指令返回结果。指令发送过程中，采用５种不同强度等级的通信信号，每种强度的通信信号进行１００次试验，试验过程中记录传输过程中的最大延迟时间和平均延迟时间。试验完成后，统计指令发送接收过程中的数据丢失率，结果如表１所示。由表１试验数据可以看出：当通信信号强度低于２级时，信息指令数据出现较大的丢失，并造成指令信息传递过程有较大的延迟性，无法保证采摘机器人的实时控制；信号强度高于３级时，指令数据传输过程中无数据丢失现象，且数据传输过程中的延迟现象不会对采摘机器人的控制过程产生影响。
５结论
移动通信终端能够对采摘机器人作业过程进行实时控制，并保证控制过程信息传递的可靠性，能够实现采摘机器人系统设计的预期效果，对同类型远程控制农用自动化智能设备的开发有一定借鉴意义。
作者:李萍 单位:郑州升达经贸管理学院 信息工程学院
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