基于最优空间的猕猴桃双臂并行采摘平台设计与试验

为使多关节双臂并行采摘空间与猕猴桃棚架空间相适应,以保证双臂间采摘区域连续无漏果且采摘面积最大化,采用理论与试验相结合的方法对双臂并行采摘平台进行设计。首先,结合机械手工作空间和棚架空间等效模型,分析确定了双臂空间布局方案;然后,通过对双臂并行采摘效率进行理论分析确定优化设计变量,以采摘面积最大和公共区域占比最小为指标建立目标优化函数,利用粒子群算法求解得最优双臂相对安装位置870mm、最优双臂安装高度1020mm和移动平台最大间歇式前进步距450mm;在此基础上,建立了双臂开链运动模型及其位置层约束关系;最后,为验证采摘空间适应性及整机作业性能,搭建双臂并行采摘平台样机并进行了果实定位误差试验和双臂并行采摘试验。结果表明：果实平均水平和深度定位误差分别为5.0mm和8.3mm,基本满足猕猴桃采摘要求,平均果实位置遍历成功率为92.09%,双臂能够遍历除奇异点外所要求的目标果实点,平均果实采摘成功率为82.10%,平均单果采摘时间为5.86s,通过位姿调整双臂在共享空间可以改善运动冲突问题,验证了猕猴桃双臂并行采摘平台的作业可行性。     

猕猴桃采摘机器人自动装箱装置的设计与试验

为了提高猕猴桃采摘机器人的工作效率,使果实的自动采摘和搬运装箱能够并行作业,满足果实的无损装箱要求,设计了一种猕猴桃采摘机器人上自动装箱装置。装置主要由搬运传送机构、旋转分离机构、果箱搬运平台机构及控制系统组成。对其中关键部件果实分离机构、缓冲轨道及控制系统进行了设计及仿真试验,并试制了样机。采用正交试验进行装箱试验,结果表明:当缓冲轨道距箱底高度为200mm、旋转导向筒转速为0.2rad/s、传送带线速度为0.1m/s时,猕猴桃的碰撞损伤率为1.75%,可以高效完成猕猴桃的搬运装箱工作,满足设计要求。     

猕猴桃果实相向运动采摘模式的研究

目前,国内外对于农业采摘机器人研究的关键仍是效率问题,猕猴桃果实的采摘模式决定了采摘机器人末端执行器的结构形式和工作原理,同时也决定了作业效率。现阶段的果蔬采摘机器人,大都是单个果实包络抓取,然后旋转折断或者切断实现采摘。猕猴桃单个果实抓取旋转采摘时间是22s,其实抓取果实到释放可以简化为一步采摘,对于猕猴桃的采摘作业可以抛弃用手指去夹持猕猴桃的动作。为此,提出了一种上行机构和下行机构相向运动的采摘模式,并采用正交试验以采摘力为评价指标研究了该采摘模式。结果表明:试验因素显著性居前两位的是上行机构作用位置和下行机构行进速度,采摘成功率为96.3%,单果采摘时间约为5.3s。该采摘模式的研究为今后末端执行器的设计提供了基础和依据。     

基于MatLab的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究

分析了猕猴桃棚架式生长环境,设计了一种在棚架栽培模式下工作的猕猴桃采摘机械臂;同时,并以猕猴桃采摘机械臂为研究对象,采用D-H法建立各杆件坐标系,应用齐次变换矩阵建立运动学方程。在Mat Lab的环境下,使用Robotics工具箱建立该机械臂的数学模型,并对其进行工作空间仿真及轨迹规划。实验数据表明:所建模型可以实现猕猴桃自动化采摘;仿真函数可以准确、有效地获得机械臂的运动参数和运动轨迹,为进一步的研究提供了重要的理论依据。     

轨道平移式果蔬采摘机器人的作业质量测试方法研究

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了作业质量测试。结果表明：产品的采摘效率为8个/min,果实采摘尺寸范围为30mm～92mm,最大抓握输出力2.3kg,抓取成功率72.9%,果实破损率为0%,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,产品的图像识别系统参数需进一步优化,以提高机器人作业质量。     

新型果园采摘作业平台升降调平机构设计与分析

针对目前果园采摘作业平台在升降调平过程中不够稳定、无法承受较大载荷、人身安全得不到保障的问题,通过理论分析、三维模型设计、性能试验相结合的方法,设计一种果园采摘作业平台升降调平机构。主要对该机构中的剪叉式升降架、左右调节支架、前后调节支架进行设计,对该机构的升降、上坡调平、下坡调平进行分析,并就相关参数进行分析计算,对样机进行模拟工作环境下的性能测试。试验结果表明:该样机最大举升高度1 535 mm,最大举升重量1 240 kg,平台举升时间28 s,角度调平范围±10°,调平最大误差±1°,满足设计要求,升降调平稳定可靠。     

轨道平移式果蔬采摘机器人作业质量测试方法

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了设施温室大果番茄采收试验,结果表明,采摘效率8个/min,果实采摘尺寸范围30～92 mm,最大抓握输出力22.5 N,抓取成功率72.9%,果实破损率0,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,机器人的图像识别系统参数需进一步优化,以提高作业质量。      

基于PID直流电机驱动的移动式采摘机器人设计

为了提高移动式采摘机器人的控制效率和移动精度,将直流电机驱动电路引入到采摘机器人移动控制系统的设计中,并采用PID算法对移动速度进行调节,从而避免采摘机器人在移动过程中产生较大的速度波动,提高其作业时的平稳性。为了验证PID算法在采摘机器人移动控制系统上使用的可行性,模拟葡萄采摘机器人的作业环境,对采摘机器人移动过程的速度控制进行了仿真模拟,结果表明:达到速度预定目标时,PID算法比常规算法具有更快的响应速度,调节过程也更加平稳。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

水培生菜低损柔性采收装置设计与试验

植物工厂水培生菜采收过程中易损伤菜叶,为提升采收质量,结合水培生菜农艺特征,设计了一款水培生菜低损柔性采收装置。利用图像处理检测水培生菜轮廓外切矩形,获取生菜株高及菜叶展开尺寸,进而通过柔性手指对菜叶的低损抓取、切割器对生菜茎的一次切除,实现水培生菜低损柔性采收。分析确定了柔性抓取机构、切茎机构、控制系统等关键部件的作业流程及结构参数。利用响应曲面试验方法,优化了柔性手指抓取高度比、抓取圆周比、柔性手指弯曲角的参数组合。试验结果表明,各因素影响采收成功率的显著性顺序为柔性手指弯曲角、抓取圆周比、抓取高度比,各因素对菜叶损伤面积的影响均极显著。利用二次拟合方程求得最优参数组合为抓取高度比0.55、抓取圆周比0.76、柔性手指弯曲角39.7°。对最优参数组合进行试验验证,结果表明,菜叶损伤面积为186mm2,采收成功率为96%,实现了水培生菜低损柔性采收。