柑橘采摘机器人末端执行器设计与试验

作为采摘机器人的重要组成部分,末端执行器是与采摘对象直接接触的最后执行部件,由于其采摘对象的特殊性,末端执行器的研制成为了农业机器人尤其是果蔬采摘机器人的关键技术之一,它的性能优异程度直接影响机器人的收获效率。基于仿生学理念,以蛇的吞咽动作和上颚结构为构型设计原型,提出末端执行器设计的机构构型,并完成末端执行器的初步模型设计。完成其控制系统设计与气压驱动系统设计,实现下位机控制器Arduino与PC上位机的通信。根据柑橘果实的生长情况与该型末端执行器作业状态分析,设计了末端执行器采摘试验,完成其采摘成功率分析与采摘执行系统优化。     

温室采摘机器人末端执行器研究进展

采摘是温室果蔬生产工作中最耗费劳动力和时间的环节之一,随着机械化作业水平的提高,越来越多的温室采摘机器人被应用于温室果蔬采摘作业中。末端执行器作为温室采摘机器人的关键部件,在提高采摘机器人采摘效率和作业稳定性方面发挥着重要作用。文章概括了国内外番茄、黄瓜、草莓、甜椒等温室大宗果蔬的采摘机器人末端执行器的研究现状,通过分析已研制的末端执行器的功能、原理和主要结构,总结目前温室采摘机器人末端执行器研究过程中的主要问题以及未来的研究方向。     

柑橘采摘机器人末端执行器夹持机构设计与实验

改进末端执行器的采摘成功率是提高采摘机器人采摘能力的重要手段。由于在相同剪切速度和果柄直径下,采用简支梁的剪切方式比采用悬臂梁剪切方式更容易剪断果柄,而通过夹持机构夹住柑橘再进行剪切能实现简支梁方式剪切果柄,因此可在末端执行器增加夹持机构来提高末端执行器的采摘成功率。通过对柑橘的极限挤压试验,得出柑橘在受压面直径为14.12 mm的条件下,所能承受的极限载荷为14.0 N。据此结果和柑橘相关参数,设计了夹持机构手指,并确定了其对柑橘的最大夹持力不超过102.41 N,同时根据前期研究成果和果柄受力分析,确定夹持机构的最小加持力不得小于3.79 N。由夹持机构运动特点完成控制系统设计,建立夹持机构三维模型并进行有限元分析与验证。制作了夹持机构样机并进行了不同品种柑橘的夹持实验,并将夹持机构安装在末端执行器上,在室外自然条件下进行无夹持机构和有夹持机构的采摘对比实验。实验结果表明,夹持机构可实现对各品种柑橘的无损夹持,增设夹持机构后末端执行器采摘成功率由70%提升至85%,对末端执行器采摘成功率有显著提升,从而提高了采摘机器人的采摘作业能力。     

3-DOF混联采摘机械手的工作空间分析与设计

为了增强采摘机械手的稳定性、对中性及增大机械手的运动空间,提出1种3-DOF混联采摘机械手机构,对其进行工作空间分析,基于工作空间优化设计出1种高效的可用于农业采摘的小型机械手。根据农业采摘需求选定采摘机械手的机构类型并决定其结构,推导采摘机械手的位置正反解,利用蒙特卡洛方法求解机械手的工作空间并绘制其工作空间的三维点云图;分析关键参数对工作空间的影响,找出参数的最佳值从而优化工作空间。考虑到采摘过程中避免农作物损坏并加快采摘效率,设计了采摘收集一体式的小型果蔬采摘机械手,并使用Creo软件建立了采摘机械手的三维模型。该采摘机械手具有适当的工作空间,可以提高小型果蔬采摘效率。     

柑橘采摘机器人末端执行器结构设计与仿真分析

针对目前柑橘室外采摘作业难度大、人工采摘效率低,以及对柑橘本身和柑橘果园破坏性大、破坏范围广等问题,提出了一种改进优化柑橘室外采摘末端执行器。通过对柑橘采摘末端执行器采摘机构进行设计和运动学仿真分析,以及对整体结构仿真分析和运动学仿真分析,得到了最优柑橘采摘末端执行器采摘机构部分模型,并在自然环境下对其进行了柑橘采摘试验,试验成功率高达80%,成功实现对室外柑橘自动化采摘,具有较大的应用和推广价值。     

基于积分I+模糊PD并行的果蔬高速抓取控制

为实现农业机器人高速无损抓取和采摘果蔬,提出基于积分I+模糊PD的并行抓取控制算法.该算法将设定力和抓取果蔬实际力的偏差作为力控制器的输入,控制器生成末端执行器系统的位置控制指令,随着力偏差减小,实现末端执行器抓持果蔬过程的自适应变速控制,可以快速稳定地控制果蔬和末端执行器之间的接触夹持力,克服果蔬抓取变形和刚度变化对力控制器的影响.试验证明:积分I+模糊PD并行控制算法可以使力控制器借助人类抓取果蔬的经验和知识确定合适的控制量对抓持力偏差进行在线补偿,使控制器获得响应快速、超调量小和调节时间短的控制性能,减小果蔬抓取损伤,是适合番茄等软果蔬高速抓取的一种控制方法.     

仿生无损吸取式苹果采摘装置的设计与试验

为解决苹果在采摘过程中机械化程度低的问题,根据人手采摘苹果的机理,借鉴章鱼吸盘吸附猎物的方法,研制一种仿生无损吸取式苹果采摘装置。该装置主要由气吸式末端执行器、摆位支撑机构、送果机构、实时在线采摘监控系统以及计重系统等组成。对采摘装置的关键部件进行有限元静力学强度分析和动力学模态分析,以确保设计方案的合理性。模拟采摘和吸取损伤试验结果表明:1)该苹果采摘装置可以采摘3 m高度以下,直径60～90 mm、果梗直径3.3～4.8 mm的苹果。2)该苹果采摘装置采用3关节万向节的气吸式末端执行器便于调整转动,在苹果采摘过程中可以调整末端执行器的采摘位姿与果实的生长姿态保持一致,并避开树叶、树枝造成的障碍,从而以最优位置和最佳角度实现采摘。3)对同一批次大小、质量相近,表面完好的30个苹果进行吸取损伤试验,吸盘吸力不会对苹果表皮造成损伤;对放置了7 d的试验苹果削皮处理后也未发现其内部果肉组织有损伤情况。     

基于咬合型末端执行器的柑橘采摘机器人采摘姿态研究

针对采摘机器人视觉系统在复杂自然环境中无法准确提供柑橘果实生长姿态,进而导致采摘成功率下降的问题,基于柑橘采摘机器人咬合型末端执行器提出了一种最佳采摘姿态确定方法。该方法依据末端执行器构型参数,建立其采摘姿态对果实中心位置影响的性能评价函数,并使用该函数计算得到执行器最佳采摘姿态。通过搭建采摘实验平台和设计采摘实验,对计算出的最佳采摘姿态进行验证。实验结果表明,与一般的水平采摘姿态相比,采用最佳采摘姿态评价方法优化后的采摘姿态,在进行柑橘采摘时采摘成功率提高26.32%。     

一种多用途采摘机器人末端执行器的设计

我国水果种植面积广大,采摘任务繁重,急需机械代替人工。目前出现的末端执行器均为一对一采摘,为此,设计了一种适合采摘两种水果、且有一定自适应能力的收获机器人末端执行器。该末端执行器采用三指对中定心外夹持采摘方式,预设采摘对象为苹果和梨,具有体积小巧、操作简单、安全可靠、适应性强、成本低廉等特点。研究证明,此末端执行器能够很好完成采摘任务。     

基于S7-200 PLC的苹果采摘机器人控制系统研究

通过对采摘机器人控制系统要求的分析,以PLC控制器为核心,对末端执行器、物料收集装置、采摘机械大臂和小臂、移动平台和横向滑移机构等设备的控制,实现苹果采摘的全自动化控制。     

一种基于纵弯模态复合的新型两自由度直线超声电机的研究

提出了一种基于两个弯曲振动模态与一个纵向振动模态复合的新型两自由度直线超声电机。介绍了这种电机的结构特点。阐述了电机实现两个自由度直线运动的原理，并从理论上证明了电机驱动点的运动轨迹为椭圆运动。在此基础上，利用有限元方法设计了电机，并制造了原理性样机。利用PSV-300F多普勒激光测振仪对电机的工作模态进行了测试，实验结果表明，电机的工作振型和工作频率等均满足设计要求。电机的试运行表明了其工作原理和设计结果的正确性，并给出了电机的输出性能。最后指出了该样机存在的问题和改进措施。     

步进电机变量施肥系统及施肥方案研究

[目的]为了提升我国农业的现代化、电气化、自动化地位,把变量施肥的理念应用到农业生产中,以提高化肥利用率.[方法]以步进电机作为变量施肥系统的执行机构,选用一台两行精密播种施肥机,4种肥料,4组试验.[结果]确定步进电机变量施肥系统最佳方案.[结论]采用获得最佳排肥轮转速和排肥轮长度的方式,可实现按所在地块测土施肥的目的.     

关于农业机械平面和空间机构多余自由度的研究

针对传统平面、空间机构自由度计算公式存在计算不准和自由度计算公式及概念过多的缺点,提出用一个新的公式替代传统平面、空间机构115个公式,用1个多余自由度λ替代平面机构局部自由度和虚约束2个概念,新公式比传统公式简单,从而说明新公式揭示了机构运动的本质和规律,并为平面、空间机构自由度计算提供了科学可靠的公式。     

空调制冷系统多级断续调温的计算机控制方案探讨

对计算机控制的空调制冷系统提出一种新的多级断续调温控制方案．它除了具有较高精度、执行器简单、造价低等优点外，还能减轻启动造成的供电电源过载，并能延长机组使用寿命     

用极坐标研究点的复合运动

对点的复杂运动，通常把它视为两种简单运动的复合。建立静、动两个坐标系，先求出动点对这两个不同参考系的运动特征量，然后用点的速度、加速度合成定理获得其运动规律，本文别开蹊径，利用极坐标来研究点的复合运动，这种方法在理论和实践上都有一定的意义，特别是对动点沿矢径运动的问题，显得更为简捷和方便。     

实用新型收割机切割机构的运动分析与仿真

针对传统切割器传动装置采用齿轮机构和平面曲柄摇杆机构相结合方式的缺点,提出了采用实用空间连杆机构,对机构进行了三维建模和运动分析,得到了输出的位移、速度、加速度运动方程,并通过仿真得到了运动曲线.仿真结果显示,该机构可以实现割刀的平稳输出,为以后的机构尺寸综合打下了基础.     

玉米秸秆和青贮揉搓加工试验研究

介绍了作者设计并研制的双轴卧式全混合日粮混合机的揉搓部分的主要结构。为了优化其结构与运动参数,采用二次回归正交旋转组合试验设计对5个试验因素进行了物料揉丝率及物料碎粉率作为综合评价指标的试验研究,得出了其结构与运动参数的合理组合。     

一类不确定线性系统圆盘极点鲁棒可靠配置

考察了上海股票市场A股的回报率与人民币汇率的关系首先,经过单位根检验发现：股票回报率与人民币名义汇率是一阶单整。接着,利用EngleGranger协整检验得到：在5%的显著性水平下,股票回报率与人民汇率没有长期均衡关系,但不能够拒绝短期单方向的Granger因果关系,即人民币名义汇率是股票回报率的Granger原因     

改进和提高电液调节阀的运行可靠性

新试制的ＺＤＹＺ２２／８０电液执行机构，选用了国外先进的基础器件，液压系统增加了失电保护措施，实现了伺服放大器与执行器的一体化。采用该电液执行机构改造ＺＤＹＺ－１００电液伺服调节球阀，提高了可靠性和工作性能，为新老输油管道实现密闭输油所需的出站调节阀提供了一种可选择的国产化产品。     

垂直激振下压实系统的动力学过程及响应特性

针对智能振动压路机垂直激振的特点,根据压实进程中土壤参数的变化,按工况分阶段建立二自由度动力学模型,研究接地振压、接地跳振、跳振3种工况下振动轮与土壤相互作用的动力学过程.以XG6133D型智能振动压路机为算例,分析压实系统的幅频特性及响应特性.结果表明：一阶、二阶共振频率及共振幅度随减震器参数、土壤参数的变化而发生相应变化;压实进程中振动轮运动呈现从单周期到倍周期的变化,其时域波形的波峰、波谷出现简谐波式削平,频谱除基波外含丰富的分数倍亚谐波和高次倍谐波.