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八轮攀爬器+电动切割机，这个印度机器人替你爬树摘椰子

百家 作者：机器之心 2020-09-09 14:22:16

机器之心报道

编辑：杜伟、张倩
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



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