小型果园智能管理机器人设计

人口的增长和劳动力成本的提高,对农业机械化要求越来越高。科技的发展使农业机械更加智能,农业机器人因此诞生。近几年来,我国农户更加迫切地希望日常的管理工作由智能机器代替。笔者瞄准了这一市场,通过对周边果农的调研,利用单片机控制技术和传感器技术,设计了一款适合果园日常管理的机器人,以减轻果农负担,降低果园管理的劳动成本。     

密植果园作业机器人行间定位方法

在密植果园的果树行间,由于浓密树冠对卫星信号的遮挡,目前在开阔环境中成功应用的农业机械卫星导航定位方式存在失效问题。而单纯利用里程计在果园进行定位,又存在误差累积的难题。为此,以农业机器人驶入果树行前的初始位置点为原点,建立世界坐标系。利用激光雷达扫描作业空间中果树行两边的树干,根据圆弧聚类方法计算树干中心点,并记录在世界坐标系中。而后,在机器人运动过程中再实时检测果树树干中心点,并与先前时刻记录在世界坐标系中的树干中心点进行匹配,利用匹配结果校正里程计数据计算出的机器人位置和航向,以实现在密植果树行间对农业机器人进行准确定位。10次重复实验表明,农业机器人在世界坐标系的x和y方向上定位误差的标准差都约为0.08 m,精度能够满足密植果园作业机器人的应用需求。     

基于机器视觉的果园喷药除草机器人视觉系统设计

果园环境路面条件差、路面崎岖、颠簸,且果园环境的光照条件变化明显,对机器人视觉系统的图像处理单元具有高运动噪音干扰和高光照条件变化干扰的特点。当前我国泛用型除草机器人视觉系统普遍不适用于果园环境,其识别效率较低、可靠性较差,针对这一问题,提出一种基于机器视觉的果园喷药除草机器人视觉系统。该视觉系统将2G-R-B模型、OTSU阈值分割和二值形态学滤波技术综合应用于果园杂草的图像处理与识别,解决喷药除草机器人在图像高运动噪音干扰及光照条件变化干扰的果园环境下的杂草识别问题,提高果园喷药除草机器人视觉系统的图像分割可靠性及识别精度。试验结果表明:应用该视觉系统的果园喷药除草机器人在日光及夜间照明环境下的喷药成功率分别为84.5%和80.5%,喷药效果良好,且受日光光照条件影响较小,在果园喷药除草作业等方面具有实际应用价值。     

自主导航果园作业机器人设计——基于自适应遗传算法和样条曲线

为了提高果园精细作业的自动化程度、降低作业成本、推动机器人产品的应用,设计了一种新的果园作业和管理的履带式移动机器人,并提出了一种基于自适应遗传算法和样条曲线的机器人自主导航算法,开发了基于VC++6.0编程的机器人PC控制器。机器人通过对位置角速度和姿态角速度的标定,在控制器中对信号进行处理,并发出控制信号,提高了机器人轨迹控制的精度。对果园作业机器人进行了测试,结果表明:果园机器人在不平整路面上的作业稳定性较好,将速度控制在0.15m/s时,机器人在20m的行驶过程中,其横向最大偏差仅为0.016m,控制精度较高,对果园复杂地形的适应能力较强,满足了果园作业机器人的设计需求。     

基于多约束条件的果园喷雾机器人路径规划方法

果园喷雾机器人路径轨迹规划影响机器人行驶路线的平滑线和行驶过程的可靠性和平稳性。针对目前果园喷雾机器人路径规划中存在的转弯处参考轨迹不够平滑、曲率较大、行驶不平稳等问题,提出了一种基于果园喷雾机器人运动学多约束条件的三次非均匀B样条曲线果园喷雾机器人轨迹优化方法。通过先验地图获取树行位置信息对行间路径点进行拟合处理,保证果园喷雾机器人行驶在树行中心线上符合喷雾作业要求,综合考虑最小转弯半径、首末端点约束、转向机构延迟约束、曲率连续等多约束条件构建路径曲率最小化目标函数,并通过最优化算法求解待优化的曲线参数,生成符合果园喷雾机器人行驶要求的全局路径,最后采用纯跟踪算法进行跟踪试验来验证机器人行驶精度。仿真与试验结果表明,规划生成轨迹的最大曲率为0.31m-1,平均曲率为0.15m-1,符合果园喷雾机器人的行驶要求;针对该轨迹跟踪行驶的平均横向误差为0.225m,标准差为0.031m,满足果园喷雾机器人在果园内喷雾作业时对行驶精度的要求。     

基于OFDM信道和远程监控的果园采摘机器人设计

随着网络和远程控制技术的发展,基于移动互联网的智能机器人成为未来机器人的发展方向。到目前为止,采摘机器人还很少采用移动互联网进行远程监控,如果将移动互联网应用到果园采摘机器人的设计上,将会大幅度地提高采摘机器人的实时在线控制水平,提高多机器人编队控制能力。为此,提出了一种基于OFDM信道估计和远程监控网络的果园采摘机器人设计方法,并结合果实图像的分割、归一化、细化和增强技术,提高机器人果实图像的识别能力。通过夜间对采摘机器人平台的测试发现:机器人在加入信噪比的干扰信号情况下,采用OFDM传输系统的机器人信号发送端和接收端的信号吻合程度很高,误码率很低,为新式智能远程控制采摘机器人的研究提供了较有价值的参考。     

基于Q-学习的果园机器人避障算法研究

针对果园环境复杂、自动化程度低的问题,提出了基于Q-学习的果园机器人避障算法。该果园机器人搭载了激光雷达传感器。为了降低激光雷达数据的冗余度,首先对激光雷达数据进行截取,保留了机器人前进方向上一定角度内的数据,再将激光雷达的数据栅格化,采用数据差的方式标记出障碍物,将所有障碍物补齐为规定的正方形;然后,建立果园机器人的差速模型,对Q-学习的R值表、动作空间和动作选择策略进行建模,使得果园机器人能在果园路径规划过程中所获奖赏最大。MatLab仿真结果表明:该方法能够规划出一条较优路径。室内试验表明:机器人能平稳地避开所设障碍物,到达指定终点。     

农业机器人研究进展

随着经济的发展以及农业劳动人口的逐渐减少,农业机器人的开发就成为了一项紧迫的任务,研究人员开始大量的投入到农业机器人的研究中。文章提出了农业机器人与工业机器人的不同点,并分析了国内外农业机器人的研究现状,讨论目前国内外已经研制成功和正在研制的集中农业机器人。最后提出了农业机器人的发展领域发展方向,其需要机器视觉和图象处理技术、GPS技术和GIS技术、生物传感器技术、智能控制技术、新的农艺和农业生产制度技术的支撑。     

农业机器人底盘关键技术研究现状分析

底盘总成是自走式农业机器人的重要组成部分,其性能优劣直接影响机器人的作业质量和效率。随着我国精准农业、智慧农业的迅猛发展,机器人技术在现代农业生产中的应用日益广泛,尤其是机器人底盘技术,集中在底盘技术的定位建图、路径规划和自主避障等方面,承载了机器人整体的定位、导航及避障等基本功能。本文基于现阶段国内外农业机器人底盘技术的发展概况,主要对我国农业机器人底盘定位建图、路径规划以及自主避障等关键技术的研究现状进行分析,并针对目前我国农业机器人底盘技术存在的不足,提出了未来农业机器人底盘技术的研究方向与展望,为智慧化现代农业生产中机器人技术深入研究和持续发展提供参考。     

农业机器人技术在农业工程中的应用及发展趋势

农业机器人技术可以为农业工程提供有效的解决方案。概述了农业机器人技术在农业工程中的应用研究，包括种植、喷洒、采摘、除草、施肥等方面。农业机器人可以通过计算机视觉、传感器、控制系统和机器学习等技术来完成任务，同时农业机器人技术的发展将在提高农业生产效率、降低成本、改善生产环境和保护自然资源等方面做出贡献。然后，讨论了未来农业机器人技术发展的方向和挑战，包括机器人的智能化、自主化、灵活性和可靠性等问题。最后总结了农业机器人技术在未来农业发展中的发展趋势。     

农业机器人末端执行件的研究发展

农业机器人是农业机械的发展趋势之一,末端执行件是农业机器人的重要组成部分.为此,综述了农业机器人末端执行件的组成和发展状况,重点介绍了移栽机器人和番茄采摘机器人的末端执行件的发展;最后,讨论了末端执行件的发展趋势.     

基于DSP和图像处理的农业机器人视觉导航研究

确定了间歇式行走的农业机器人视觉导航方案,设计了计算机图像采集单元、计算机图像处理模块和视觉导航参数提取算法,实现了一套基于DSP和图像处理的农业机器人视觉导航系统.试验结果表明:农业机器人移动速度增加时,导航误差会增大,且机器人的平均横向偏移在10 cm之内,能够满足农业机器人的导航需求.     

地空两用农业信息采集机器人设计研究

随着农业科技的发展,机器人在农业生产方面的应用日益广泛。但是,机器人受地形环境的影响较大,不能保证农业信息采集的连续性,容易导致农业信息采集不完整、不准确。为此,设计了地空两用农业信息采集机器人,完成了地空两用机器人的总体结构设计,建立了地空两用机器人地面系统和飞行系统的运动模型,并通过仿真实验,验证了地空两用机器人采集农业信息的可靠性。     

基于专利地图的农业机器人技术发展态势研究

农业机器人是农机产业的重要潜在发展方向,可提升农机企业核心竞争力、驱动科技创新及促进农业生产效率提升。为此,针对农业机器人技术绘制专利地图,从发展趋势、重点技术领域、地域分布、竞争机构及高引专利等方面开展态势研究,以为相关政府部门、企业和高校院所进一步发展农业机器人产业和技术提供情报支撑。研究结果表明:农业机器人技术真正的发展阶段出现在1993年以后,总体呈现出快速增长,而且这一趋势延续至今。机械手的末端执行器、自动导航及目标探测与定位是该领域的重点研发技术,而收获机器人、田间作业机器人、植保机器人是该领域的重点研发种类。我国近年来对于农业机器人技术的研发热情高涨,申请有大量相关专利,但专利质量相对美国和日本较低,核心专利缺失,技术水平还有待进一步提高。此外,还从政府、企业和产业园区3个层面提出了我国进一步发展农业机器人技术的对策建议。     

农业机器人避障路径智能规划研究

随着农业科技的发展,机器人技术凭借其作业效率高、人力资源投入少、安全隐患小等优点,在农业生产方面的应用越来越广泛。但是,机器人在未知的农业生产环境中,缺乏自动寻径功能,自适应运动能力较弱,在躲避障碍物方面的研究更是少之又少。为此,通过研究农业机器人运动系统结构及自我定位原理,建立了农业机器人运动模型,完成了避障路径规划的结构设计,并采用模糊控制算法,对机器人避障流程进行了合理规划。最后,进行仿真实验,验证了农业机器人能够成功躲避障碍物,即机器人避障路径规划的可行性。     

基于PLC的农业机器人电气控制系统设计

随着自动控制技术和农业现代化的发展,农业机器人的应用越来越多.为此,以基于PLC的农业机器人电气控制系统为研究方向,对农业机器人主要的软硬件设计进行了分析.试验结果表明:农业机器人能顺利地完成水果的采摘,且系统具有一定的可靠性、稳定性和抗干扰能力,对现代农业的发展具有一定的积极意义.     

基于UKF的农用履带机器人滑动参数估计

为了实时获取农用履带机器人运行过程中履带与地面之间的滑动信息,改善机器人控制精度,在对履带机器人运动学原理进行分析的基础上,推导了机器人运动学方程和非线性测量方程,设计了基于无迹卡尔曼滤波的滑动参数估计系统,实时估计出机器人精确姿态,并根据机器人的运动特性重建不可测的滑动量。实验结果表明:滑动参数估计系统可以提供准确和高更新率的滑动量,为农用履带机器人的精确控制提供依据。     

基于云计算的农业机器人路径规划与实时定位研究

首先阐述了云计算的的特点和工作原理,然后结合农业机器人运动特性,采用蚂蚁算法,搭建了由农业机器人、云计算平台、ARM开发板、图像处理、摄像头和无线路由器等模块组成的云系统架构,实现了一套基于云计算的农业机器人路径规划与实时定位的系统。结果表明:采用云计算平台调用蚁群算法效率高、可行性强,高效解决了农业机器人路径规划与定位问题,具有一定的实际应用前景。     

传感器在农业采摘机器人中的应用

作为智能机器人的一种,农业采摘机器人是机器人技术应用的典范.与工业机器人相比较,农业采摘机器人工作环境的特殊性、非结构性,对农业采摘机器人的智能程度提出了更高的要求.为此,针对农业采摘机器人工作特性,叙述了传感器在农业采摘机器人中所起的作用,分析了农业采摘机器人传感器选取的方法,介绍了多传感器信息融合技术在采摘机器人中的应用,为农业采摘机器人智能传感器的选取与研究提供了依据.     

基于PLC的采摘机器人平台设计与研究

随着我国农业生产规模的扩大,日益增长的劳动力需求和落后的传统农业生产方式之间的矛盾越来越突出。采摘作业是农业生产中较为普遍的环节,为克服传统采摘作业效率低、安全隐患大等问题,设计了基于PLC的采摘机器人平台,完成了机器人平台的结构设计。同时,通过建立机器人的动力学模型,求解了各关节机构与采摘目标之间的运动关系,通过硬件选型和硬件设计,确定了合理可靠的功能模块,并完成各个模块与PLC控制器输入输出接口的外部接线设计,最后完成了机器人平台的软件流程设计。生产实践表明:该采摘机器人平台结构简单、控制精度高,具有较高的安全性和稳定性,有较大的推广价值。