基于TRIZ的割草机器人功能设计方法研究

为进一步提升适用于草坪园艺管理的割草机器人整体作业效率,引入TRIZ发明问题解决理论针对其系统功能设计方法展开研究。根据割草机器人进行割草作业的运动学机理与系统实现功能构成,以TRIZ解决问题理论为基点,搭建割草作业核心解决问题模型,以降低其运行故障率。将TRIZ理论中的设计问题分析与冲突分析进行耦合,通过系统构件设计与功能实现后展开系统功能性试验,结果表明:在各功能模块协同运行良好的条件下,割草机器人的割草高度稳定性与割草覆盖率均可提高至90%以上,整机运行故障率较设计优化前改善了62.5%,整机割草作业效率较设计优化前可提高10.35%。该设计方法正确可行,能够为类似农业机器人的结构或系统功能优化提供一定的参考。     

休闲园林割草机器人设计及性能测试

目前,国内外应用于草坪绿化的割草机器人技术不断向智能化、高效化方向发展。为此,从对休闲园林割草机器人的产品设计开发及优化角度出发,通过确定割草机器人的整体结构布局和关键控制装置(包括软件及硬件组成)等,对识别、传递、通讯、执行、反馈等环节提出相适应的设计功能要求和性能参数方案。同时,结合电子计算机多项智能控制算法、驱动程序及割草机器人功能部件选型,实现休闲园林割草机器人的整机设计,并通过性能试验进行验证。结果表明:测试结果与期望性能吻合较好,具有一定的可实施性和推广性,对休闲园林割草机器人的进一步发展和性能优化控制具有参考价值,可为相关学者进行割草机器人设计和改进提供一定的借鉴。     

抚育机器人优化性设计——基于MatLab

以当前广泛应用于森林抚育采伐的抚育机器人作为研究对象,对其核心动作部件-机械臂进行优化性设计。根据运动部件的抚育原理及所要达到的育林效果,建立理论数学动力学模型,通过对各机械臂构件进行机械优化,绘制三维动作部件物理模型,并结合机械臂的协作运动控制机理及轨迹方案,对主要控制参数对比计算并选取。同时,利用MatLab分析工具,在核心控制算法理论支撑下开展试验仿真。针对抚育机器人的核心动作部件—机械臂系的软硬件系统进行改进优化,研究抚育机器人在抚育过程中的运动轨迹及部件动作变化情况,为进一步优化抚育机器人整机结构及协调性提供了改进思路和方法,并可为提升抚育机器人装置的整体工作效率提供理论参考。     

割草机器人路径规划研究--基于改进蚁群算法和计算机视觉

首先,从设计需求、结构体系和控制系统设计了割草机器人总体方案;然后,设计了草坪边界提取算法和割草机器人路径规划系统,实现了一套基于改进蚁群算法和计算机视觉的割草机器人路径规划系统。试验结果表明:割草机器人能够实现草坪边界提取和规划出最优路径,割草机器人路径规划具有一定的可行性。     

基于物联网的智能割草机器人运动控制系统研究

以智能割草机器人为研究对象,首先基于物联网技术介绍和实现了割草机器人的定位功能,然后介绍了其运动学模型、控制系统架构和动力牵引装置,最后介绍了智能割草机器人驱动模型,实现了智能割草机器人的运动控制系统。试验结果表明:智能割草机器人能够对障碍物进行自主避障,且路径规划路线最优,实现了目标区域的全区域覆盖割草作业。     

基于卷积算法的自动割草机目标检测应用研究

为进一步提高我国自动割草机的目标检测准确度与整机作业效率,采用卷积算法理论针对其检测系统展开设计应用研究。在整机结构组成及作业原理基础上,根据卷积算法执行规则流程,建立目标函数与检测核心模型,并针对检测系统进行软件设计与硬件平台搭建,并进行自动割草机目标检测作业试验。结果表明:经卷积算法应用,自动收割机检测系统可实现目标的快速分类,目标识别准确率平均可达96.33%,图像识别清晰度可提高至95.90%,漏割率大幅度降低,作业效率可提升10%以上,可为割草装备的精准深度优化提供一定的改进思路,且对农业图像视觉识别学科的拓展好具有重要的现实意义。     

智能轨迹控制割草机器人设计——基于FPGA神经网络

为了提高割草机器人自主导航和定位的精确性和智能性,设计了一种新型的基于FPGA神经网络算法的割草机器人。该设计采用FPGA可重构技术,以3层误差反向传播神经网络作为典型的模型来展开;利用成熟的BP算法公式,设计了割草机器人智能控制的模型;利用FPGA技术,设计了割草机器人的硬件系统;最后采用文本输入的设计方法,利用田间试验的方式,对机器人的轨迹规划能力和控制精度进行了验证。试验结果表明:利用FPGA和神经网络模型可以有效地穿越5个障碍物,并可得到满意的轨迹规划结果。将普通的PID控制器和神经网络PID控制器得到的控制结果误差进行了对比,结果表明:神经网络PID控制器得到的割草机器人控制误差明显比传统的PID控制器误差小。该方法为神经网络的硬件实现提供了可靠的理论基础。     

割草机器人的导航系统控制仿真研究

为进一步优化割草机器人的导航系统控制的精度与效率,以智能化的导航融合技术及核心控制算法为导向,对其导航系统展开深入仿真研究。以割草机器人的构件组成和运动原理为平台,结合当前符合实际的运动学理论与PID实时调控机理,建立了割草机器人的导航控制理论模型,同时对导航系统的硬件接口及核心配置进行合理选型,对系统的图像信息识别与处理进行软件程序关键步骤调整与智能导航算法融入,并展开导航系统的控制仿真试验。试验结果表明:在一定的基准站参考坐标下进行导航数据的获取与实时输出,得到割草机器人行驶路程与平均跟踪误差间的关系曲线,误差可控制在±0.15m范围内;导航仿真过程可实现最大横向控制误差为0.133 8m的良好效果,价值平均运行稳定率保持在90.54%以上,整体运行稳定可靠。该研究对于农用其他装备的导航控制板块改善具有一定的参考意义。     

智能种树机器人核心部件创新设计与应用

为了进一步提升植树作业的精准化及智能化水平,以智能型种树机器人为研究对象,基于机械设计与应用机理展开研究。从当前的种树机器人作业特点及结构组成角度入手,通过准确的参数设计与结构优化布局,设计出全新的可旋转式种树机器人。整机运行与控制试验验证结果表明：以机械设计为引导理念,系统地分析种树机器人结构特征,以自动控制与CAD/CAE协同设计为开发手段,对核心组件进行正确设计配合,显著提升了种树机器人的控制与动作衔接效果,目标种植准确率可达92.50%,且系统运行稳定,可为智能化种树机器人的深度改进与实践应用提供参考。     

JP90-330淋灌型卷盘式喷灌机主机部分的改进设计

本文重点阐述了此综合调速系统的研究对JP90-330淋灌型卷盘式喷灌机主机部分进行重新设计并优化,采用优化了整机结构、水涡轮/齿轮箱一体部件重新设计、优化了传动机构,并改进了智能监测系统和整机外观的设计。该设计提高了传动效率,降低了驱动能耗,提升了智能化水平,提升了外观美感,推广应用前景广阔。     

一种智能采摘机器人的电控系统设计研究

为进一步提升我国农业采摘的作业效率及实现采摘装备的深度智能化,针对通用型采摘机器人的电控系统展开研究。以采摘机器人的作业原理及核心部件组成为设计基础,搭建电控系统输入参数与机构组件执行之间的数学模型,进行电控系统的软件功能优化与硬件配置实现。同时,展开基于电控系统设计优化的采摘机器人整机作业试验,结果表明：采摘机器人的系统动作响应迅速,系统响应率与采摘成功率分别可达98.53%及96.40%,结构协调度良好,实现了综合采摘效率相对提升5.69%的设计目标,且各采摘机构及装置运行稳定,具有较强的实践与推广价值。     

割草机器人工作原理及试验研究—基于GPS/DR组合导航系统

随着国民经济不断发展,我国人民生活水平不断提升,多种人工作业逐渐被机器所取代。GPS/DR组合导航系统能够有效提升割草机器人定位精度,克服传统割草机器人固有弊端,提高工作效率。为此,对GPS/DR组合导航系统原理展开了分析,进行了GPS/DR组合导航系统割草机器人研究,并进行了相关试验研究,验证了GPS/DR组合导航系统割草机器人相对于传统割草机器人的优势。     

采摘机器人的路径规划系统动态性优化研究

为进一步改善采摘机器人的工作性能，提出以动态调控为主导的理念，针对整机的路径规划系统展开优化研究。以当前果园采摘机器人的通用性结构组成为前提，将云平台数据处理与路径规划核心算法有效融合后搭建动态控制模型，分别针对路径规划系统的硬件配置与软件控制进行合理设计，得到可应用于采摘实践且布局完整的路径规划系统。展开动态性优化下的采摘作业试验，结果表明：优化后采摘机器人路径规划系统的整体路径搜索率与路径平滑性得到明显提升，相对提升度分别为10.93%和9.71%,路径偏离率相对降低了50%左右，很好地优化了机器人的避障能力，满足系统稳定性需求，具有较高的实用价值。     

割草机器人路径规划的研究——基于机器视觉和人工势场算法

首先建立了割草机器人环境模型和传感器系统,然后利用OTSU算法和Faster R-cnn对图像进行分割和障碍物识别,最后根据割草机器人和周边环境搭建了一个人工势场,实现了对割草机器人路径规划。试验结果表明:割草机器人能够自行躲避障碍物目标,对预设路径进行局部重新规划,证明了该系统的可靠性和可行性。     

三维数字艺术在现代拖拉机外观设计中的应用

为了提高农机造型和外观设计的效率,提升农机产品的外观艺术设计效果,将三维数字艺术设计技术引入到了拖拉机外观和造型设计中,并采用Maya软件设计了三维模型,利用软件提供的材质对模型进行了渲染和装饰,设计出三维造型和艺术效果。以拖拉机发动机盖板的造型和外观设计为例,对盖板进行了三维造型和外观设计,设计出了较好的艺术效果,为拖拉机造型和外观的研究提供了一种新的方法。     

五自由度混联机器人尺度与结构优化设计

串联机器人具有较大的工作空间且易于控制等优势,与并联机构的高刚度有着良好的互补性。因此,五自由度混联机器人兼具串、并联机器人的优点而成为主要研究方向。本文对五自由度混联机器人构型进行阐述,该混联机器人的并联部分为存在2条连续转轴的两转一移并联机构2RPU/UPR;较系统地对该五自由度混联机器人关键尺寸进行了优化设计;对混联机器人的关键部件的机械结构进行了设计与分析,并对其进行了结构优化;对优化前后整机进行有限元静力学仿真,并对优化前后仿真结果进行了对比分析。结果显示,优化后该五自由度混联机器人的整体刚度得到提升,且整机的质量进一步减轻,有助于节约机器人的制造成本,提高机器人的动态性能。     

基于微积分理论的玉米收获机作业效率优化

为提升玉米收获机的作业效率,提出以微积分控制理论为优化主导,针对其核心结构与作业控制展开应用性研究。以通用型玉米收获机的主要作业流程为依据,结合整机作业过程特点,搭建用于收获机各环节的微积分控制优化模型,针对机体的核心结构及执行部件进行相适应性设计,给出微积分算法下的导向控制执行系统与干扰控制系统设计,并展开针对性的收获作业试验。试验结果表明:基于微积分理论的玉米收获机结构与控制设计,收获含杂率与籽粒破碎率明显降低,系统运行准确、平稳,整机的作业效率相对可提升9.26%,对于我国类似农用收获机械的持续创新有重要的参考价值。     

基于视觉导航的割草机器人运动控制

以割草机器人为研究对象,重点进行了草地识别和非接触避障两方面的研究,提出了基于视觉导航的割草机器人运动控制策略。并对割草机器人进行了场地试验,试验测试表明各控制方案相对有效,能够有效解决实际问题,对于智能割草机器人控制应用领域具有重要价值。      

基于多路由协议的株间锄草机器人结构和控制优化设计

为获得理想的苗间机械锄草效果,提出了一种新的锄草机器人结构优化方法.该方法主要采用多目标优化模型对锄草末端结构进行设计,采用多路由协议对多锄草机器人进行协同控制,大大提高了田间锄草机器人的工作效率.在建立了机械锄草齿运动轨迹数学模型的基础上,结合现代农艺对机械锄草参数的限定及要求,建立了多目标优化模型,并利用MatLab优化工具箱得到最优解,将其应用在多机器人系统控制的多路由协议框架中.为了验证优化方法的有效性,在田间对多锄草机器人协同作业进行了试验,结果表明:优化后的多路由锄草机器人不仅大大提高了作业速度和锄草效率,而且降低了作物苗损失率,为大型中耕除草机的设计提供了理论依据.     

农业割草机器人全区域覆盖路径规划研究——基于计算机视觉技术

首先，采用运动控制、能源、传感器、核心处理器和割草等5个模块设计了农业割草机器人试验平台；然后，利用纹理特征对障碍物图像分割算法进行分析研究；最后，基于CCD^*实现了割草机器人的全区域覆盖作业。实验结果表明：使用研究的CCD^*算法大大提高了割草机器人全区域覆盖作业的能力和作业效率。