隨著中國農業的發展，越來越多的現代化生產工具、儀器被不斷引進國內。玻璃溫室就是農業現代化的一大產物，透光性是評價溫室性能最基本的一項指標，玻璃溫室的玻璃表面保持清潔是必要的，但玻璃溫室玻璃表面巨大，清潔困難。吸附式農業清洗機器人就應運而生了。吸附式農業清洗機器人可以代替農業工作者完成這一項需要花費大量時間和精力的工作，從而解放大量的勞動力[1]。

2 吸附式農業機器人的硬件設計

2.1 移動裝置設計

吸附式農業清洗機器人共有2種移動方式為沿豎直方向移動和沿水平方向移動。當農業機器人沿著豎直方向移動時，水平移動機構上的吸盤放開，位于豎直移動機構上對應移動方向的吸盤先吸附，機器人整體向移動方向移動，當量吸盤靠近時，與移動方向相反的吸盤吸附，與移動方向對應吸盤放開，機器人整體再次向移動方向移動，當機器人移動到兩吸盤分別位于各自頂端時，機器人完成一次向對應方向上的移動，多次重復該過程即可實現向著對應方向長距離的移動。當機器人沿水平方向移動時水平移動機構方式與沿豎直方向豎直移動機構上吸盤工作方式相同，移動吸盤移動方式與沿豎直方向移動帶上吸盤工作方式相同。

2.2 越障裝置設計

當吸附式農業清洗機器人移動時遇到玻璃溫室玻璃間隙處，吸盤1吸附，2吸盤放開移動到移動帶中間處后吸附，移動完成后吸盤1放開，移動裝置將吸盤1整體提起，機器人整體向移動方向移動，當吸盤2再次位于末端時，移動裝置3將吸盤1放下，吸盤1吸附后吸盤2放開，機器人整體再次向移動方向移動，當吸盤位于移動帶中間位置時，移動裝置4吸盤2放下，吸盤2吸附，吸盤1放開，機器人整體向移動方向移動，當吸盤1返回末端時，吸盤1吸起，機器人返回移動狀態。

2.3 清洗裝置設計

清洗裝置由轉輪、清潔布、微型水泵、水箱組成。水槽中安裝有噴水軟管與水泵相連，水泵分別安裝在轉輪9、10、11、12中心處，清潔布安裝與轉輪表面。在清洗過程中，轉輪旋轉，帶動轉輪表面清潔布與玻璃表面產生摩擦，通過轉輪的旋轉實現清潔布與玻璃間的摩擦實現清潔作業。并且通過每隔一段時間微型水泵從水箱中抽取少量的水與清潔液噴灑于清潔布上，進一步提高機器人的清潔效果。

3 安全性分析

從結構上可以看出對機器人工作安全性和可行性影響最大的是機器人本身受到的重力，也就是說機器人工作時的吸盤所提供的靜摩擦力必須大于重力G[3-4]。

由于工作表面是玻璃，采用丁腈橡膠作為吸盤材質，可提供0.5的摩擦力系數，工作過程中清洗液會使玻璃表面變得濕，摩擦系數降低0.1～0.4，從安全的角度考慮，假設降低0.4，摩擦力系數可用如下公式表示：

若吸盤內受外界壓力為P，兩側吸盤表面積均為S，則

要使機器人不會因為重力下滑，則F＞G，得

考慮到實際情況，設機器人受到的重力為50N，則

吸盤的直徑公式可以通過以下公式確定：

式中：p為真空吸附度，根據實際情況考慮可取0.08MPa；F為吸盤的吸吊能力；A為吸盤的有效面積（mm2），一般情況下實際有效面積為80%；D為吸盤的直徑；a為安全系數（安全系數=極限應力/許用應力＞=1），通常情況下取2。

吸盤的直徑可用如下公式表示：

當移動帶上的吸盤直徑D≥35.3mm時，擦窗機器人有著良好的安全性和穩定性。

4 結束語

文章主要設計了一種新型吸附式農業機器人，完成了對其移動設備、越障設備以及清洗設備的硬件設計，并對吸附式農業機器人設備進行了安全性分析，吸附式農業機器人可以在正常條件下完成清洗工作。

參考文獻：

[1]江楠,司麗娜,蔡增玉.基于無線網絡安全的農業機器人自動避障系統[J].農機化研究,2019,42(2)：238-242.

[2]王經健.基于藍球比賽運動的農業機器人避障系統設計[J].農機化研究,2019,42(2)：247-249+255.

[3]左恩強,包興海.集群式農業機器人特點及前景概述[J].農業開發與裝備,2019(2)：89+93.

[4]劉凡,楊光友,楊康.農業采摘機器人柔性機械手研究[J].中國農機化學報,2019,40(3)：173-178.