2019年第4
期
1研究现状
目前国内外关于水果分拣的分拣方式有：人工分拣、机械分拣、气吹式分拣和基于传感器分拣等。其中人工分拣为最传统的分拣方式，劳动强度大、分拣效率低，需要投入大量的人力和物力；机械分拣采用具有分拣效果的孔洞筛板来实现分拣的目的，极易造成水果破损；气吹式分拣利用高压气体将不满足条件的水果吹开，需要及时保持气压，耗能大，且机器体积偏大；基于传感器分拣是利用传感器识别和追踪目标，通过机械抓手进行分拣，它是当今分拣技术的主要发展方向。 当今的前沿技术发展到利用神经网络和图像识别来完成，但往往价格高昂，操作和调试工作复杂。显然这些方法并不适用于中小型企业。本文将介绍通过使用成本相对较低的硬件和软件系统，设计出一种精准、高效，同时易操作的水果分拣机器人的设计方案。 2方案设计
水果分拣机器人主要包括控制系统、驱动模块、传感器模块和机械手。整体控制通过单片机完成，循迹和识别水果由传感器模块完成，机器人的运动和抓取过程的动力由驱动模块完成。整体结构框架图如图1所示。 图1系统整体结构框架图
3设计原理3.1单片机系统
单片机系统是实现本次设计的核心，本次设计使用STC12C5A60S2型单片机作为控制核心。
单片机可以对传感器模块输入的信号进行分析控制，完成避障和循迹的移动过程和对物体的识别过程。单片机还可以控制电机和舵机驱动电路，分别完成行驶的过程和机械臂的抓取过程，并使各个过程按照我们事先设想的顺序进行，完成对物体的整个分拣操作。
单片机是联系所有模块的枢纽和控制中心。系统电路图如图2所示。
图2系统电路图
39、38、37脚分别连接三个红外线传感器，起识别作用。38、37脚连接的传感器放在机器人一侧，用于识别水果的大小和位置。37脚连接的传感器放在机器人另一侧用于识别运动终点位置，到达该位置后自动完成水果卸载工作。
21、22、23、24脚分别连接三个红外线传感器，起避障作用。安放在机器人前部，依次排开，使其能循迹运动。
36、35、2、33、32脚分别连接五个舵机，用于抓取器的转动和抓取工作。32脚连接的舵机用于机械臂的上下转动，33脚连接的舵机用于机械臂的左右转动，36、35脚连接的舵机用于抓取器的抓取工作，2脚连接的舵机用于存储箱内物体的卸载工作。
27、28、25、26脚用于连接电机。27、28脚代表一正一负，经过驱动连接一个电机，与前左轮相连。25、26脚代表一正一负，经过驱动连接一个电机，与前右轮相连。利用单片机控制两个电机的速度变化来实现机器人的直行和转弯。
3.2运动模块
传感器将检测到的数据传输给单片机，单片机进而控制电
作者简介：许文杰，男，1997年出生，河北省张家口市人，本科，研究方向：电气领域智能控制。
基于单片机的水果分拣机器人设计
河北农业大学
许文杰张晓力杜鑫熠边超
摘要：随着自动控制技术的迅猛发展，各类机器人已经广泛应用于生产、生活的诸多领域，该水果分拣机器人以单
片机为核心，通过传感器识别出不同大小的水果，利用机械手将识别的水果投放到机器上对应的存储箱内。当分拣机器人到达指定位置时可自动完成对存储箱内水果的卸载工作。在满足精准、高效的前提下，同时具备经济、高效、灵活、便携、易操作等特点，以减少劳动力的投入，具有广泛的应用前景。
关键词：智能；单片机；水果分
拣
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机的转速，使其能够完成直线和转弯运动。电机采用37型金属
减速电机。两个电机分别与两前轮相连。后轮作为从动轮，无动
力输入。
传感器将检测到的数据传输给单片机，单片机进而控制舵
机的转动，使其能够完成旋转和抓取运动。该舵机采用LD-1501
MG数字舵机。在外部齿轮上固定机械臂和抓取柄，便可完成整
个抓取投放工作。
3.3传感器模块
传感器模块主要包括避障传感器和循迹传感器。二者均采
用红外线传感器，工作原理相同，应用于不同位置，所以采用不
同大小和规格的红外线传感器。
避障传感器采用E18-D80NK漫反射式红外传感。
当红外线的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被
接收，此信号传给单片机；当红外线的检测方向无障碍物时，红
外信号未被反射回来，单片机接收不到此传感器的回传信号。据
此来判断水果的大小和位置。如图3所示。
图3避障传感器识别原理示意图
3.4机械臂结构
图4分拣过程流程图
机械手由机械臂和抓取器构成。
机械臂采用平行四连杆结构，应用平行四边形的不稳定性
原理。通过舵机3的转动，来控制抓取器的竖直运动。通过舵机
4来控制整个机械手的水平运动。抓取器采用两个拱型取柄，整
个取柄用海绵包裹，避免抓取过程中造成水果破损。通过舵机1
和舵机2来控制抓取器的抓取和投放过程。
在单片机的操控下，机械手和抓取器共同完成水果的分拣
工作。流程如图4。
4实验调试
结合水果实际大小和模型尺寸，最后确定该水果分拣机器
人分拣条件为：水果高度高于4cm，识别为大水果。水果高度低
于4cm，识别为小水果。不同场合通过改变传感器位置调节分拣
条件。经过多次反复实验，该水果分拣机器人可高效、准确地分
拣出目标条件下的水果。
5应用前景展望
该水果分拣机器人具有经济、结构简单、效率高、稳定可靠
等特点，可以减轻工作人员的负担，让他们从繁杂无味的工作环
境中解放出来，具有较高的应用价值。除此之外，当更改传感器
的位置和机械臂的比例后，便可用来分拣任意大小和形状的物
体。可广泛应用于物流、产品检测、外贸出口等各个领域，具有广
泛的应用前景。
参考文献：
[1]白东升，李康.基于计算机视觉的高速机器人芒果分选系
统设计[J].农机化研究,2017(8).
[2]高旭东，韩喜春，张正苏，张春艳.智能果蔬分拣机器人系统
设计[J].交通科技与经济,2016(18).
[3]赖正友.关于工业机器人分拣技术的实现[J].工艺设计改
造及检测修,2017(1).
[4]简景山，方祥祥，张文峰，王仁君，李文明.基于单片机的同步
机械臂的控制[J].当代教育实践与教学研究.2018(12).
[5]赵旭东，魏慧竹，李曦.基于红外线传感器的智能寻迹小车
设计[J].规划设计,2016(10).
[6]王慧，邓志明，陈春雷，李永强.基于MC9S12XS128智能车
电机和舵机设计与实现[J].电子世界,2014(5).
[7]罗金刚，付威，潘俊兵，刘玉冬，张志元.气吹式红枣捡拾机构
的运动学分析[J].新疆农机化,2017(2).
[8]罗兴贵.一种分级分拣装置[P].中国专利：CN204503550U,
2015.07.29.
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