杜伟、张倩报道

八轮攀爬器+电动切割机,这个印度机器人替你爬树摘椰子

有了这个机器人,我想彭昱畅再也不用担心摘不到椰子了。

看过《向往的生活》的小伙伴们,应该都记得彭昱畅爬树摘椰子的场景吧!虽然他使出了「蛮荒之力」,但最终也没有成功地摘到椰子。

图源:https://www.cqcb.com/dyh/e-s/dyh5626/2020-06-15/2534713.html

在为彭昱畅感到遗憾的同时,不禁在想有没有替代人类爬树摘椰子的机器人呢?

近日,最新一期《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》刊登了一篇描述爬树机器人的论文。论文作者设计了一款名为 Amaran 的爬树机器人,它可以代替人类采摘员爬上高达十几米的椰子树采摘椰子。

实验室中模拟爬树采摘。


实地场景中爬树采摘椰子。

论文一作、印度甘露大学(Amrita Vishwa Vidyapeetham University)助理教授 Rajesh Kannan Megalingam 表示,该团队从 2014 年就开始研发这款机器人了。他说道:「世界上不存在两棵完全相同的椰子树。除了大小不同,椰子簇和叶片的排列也是独一无二的。所以,设计出一款完美的机器人极具挑战性。」

在实验室测试过程中,Megalingam 及其同事发现,当树干与垂直轴的倾角达到 30 度时,Amaran 能够顺利爬上椰子树。在一些特定环境条件下,很多椰子树都是以这样的倾角生长,由此为这款机器人提供了丰富的实际操作场景。

Megalingam 等人在论文中详细解释了 Amaran 的设计过程以及技术细节。


论文链接:https://sci-hub.tw/10.1109/tmech.2020.3014293

设计过程和技术细节

为了顺利爬上椰子树,Amaran 必须依赖一个能够紧扣住不同直径椰子树的环形躯干。就整体结构而言,该机器人由四部分组成,分别是控制模块、马达驱动、电源管理组件和无线通信接口。

Amaran 的系统架构如下图 1 所示:


首先来看一下 Amaran 的攀爬器(文中称为 Robotic Climber),它有八个轮子,从而可以在树上爬上爬下,还可以绕着树干旋转。

Robotic Climber 的结构如下图 2 所示:


有了攀爬装置,Amaran 只实现了爬树的功能。要想成功采摘椰子,还需要一个采摘装置,这时机械臂(文中称为 Robotic Harvester)就要大展身手了。

Robotic Harvester 是一个有四个自由度的机器臂,还配有一个旋转式切割机(rotary cutter)作为末端执行器(end effector)。

包括电动切割机在内,Robotic Harvester 的总重量约 7 千克,总长度为 1 米。

整体装配图如下图 3 所示:



地面操作员可以采用两种类型的控制器来控制机器人的动作:基于操纵杆的控制器和基于智能手机的 APP。

下图 4 为操纵杆控制器的原理图,包含五个重要的组件,即操纵杆、MCU(微控制单元)、蓝牙、电源管理和按钮。


当 Amaran 在椰子树顶部时,地面操作员使用一个智能手机 App Aroha 来驱动攀爬器和机械臂,该 App 的原理示意图如下:


最后,如果 Amaran 的主电池耗尽,备用电池会自动续上,帮助机器人返回地面。

参考链接:https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/amaran-tree-climbing-robot-can-safely-harvest-coconuts
工程机器人
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