智能草莓采摘机器人设计及试验

设计了一套针对地垄栽培模式下的草莓智能采摘机器人。该草莓采摘机器人可在一定范围内基于机器视觉识别成熟草莓位置和精准定位,并以夹持、扭转果柄的方式摘取果实,从而实现草莓的无损伤采摘。设计的采摘机器人由三轴精确运动同步滑台机构,三菱fx3n PLC控制系统,视觉识别系统组成,并采用面向对象编程工具C#编写了控制终端及视觉自动采摘算法。试验结果表明,该机具有精度好,自动化程度高、结构合理等特点。在试验环境下对草莓的平均判别速度为1 s,果实误判率为7%,采摘成功率为90%,达到设计要求。     

高架草莓采摘机器人设计与试验

设计了一款针对高架栽培模式的草莓采摘机器人。该机器人由履带式行走机构、基于机器视觉的精密运动定位机构和一个可同步剪切夹持草莓果柄的末端执行器等机构组成,采用以ARM9为核心的分层式控制系统。温室内实地试验表明该机器人能够自主识别、定位并无损伤采摘高架栽培模式下的成熟草莓,采摘成功率可达88%,采摘单颗草莓时间为18.54 s。     

基于机器视觉的草莓自动采摘机的设计

针对我国大面积高垄种植草莓存在的采摘效率低、损伤率高等问题,设计开发了一种基于机器视觉的草莓自动采摘机。该机基于机器视觉识别成熟草莓位置和精准定位,采用步进电机带动同步带运动,让末端执行器执行采摘动作的机构,可一次完成采摘、传送及收集等作业。该采摘机主要由采摘系统、传输系统和收集系统组成。试验结果表明:该机在试验环境下对草莓的采摘速度为403.4颗/h,无损伤采摘成功率可达90%。     

草莓采摘位置机器视觉与激光辅助定位方法

以地垄栽培模式下的草莓为作业对象,针对草莓果实娇嫩易损的特点,采用直接撷取果柄的采摘方案,提出了一种图像处理与激光辅助测距相结合的草莓采摘位置自动定位方法.采用镜像匹配法计算草莓果轴的平面位置信息,进而在扇形激光束的辅助下,利用几何光学计算采摘位置在深度方向的距离.对自然环境下生长的长圆锥型草莓进行了试验,结果表明,对于机器人锁定采摘位置所需的导航数据,该方法的平均计算时间为381ms,测距最大误差为1.6mm,平均误差为0.5mm.     

温室草莓采摘机器人设计与试验

为实现温室草莓采摘机械化和自动化,设计并制作一种应用于日光温室的草莓采摘机器人。该机器人能实现自主路径规划,行走过程中识别成熟草莓并完成采摘。设计以ROS分布式计算系为主控制网络,以激光雷达进行移动机器人的地图构建与定位,双目深度相机实现对成熟草莓的识别和定位,搭载柔性仿生夹爪6自由度机械臂实现目标草莓抓取和放置。设计机器人软件平台,使用改进A*算法实现自主路径规划和导航避障;利用R-FCN目标检测网络和双目视觉技术实现成熟草莓检测及定位。结果表明：该草莓采摘机器人可实现目标检测及定位,检测到的草莓坐标与机器人手爪坐标的误差在4 mm以下,成熟草莓识别率为95%,满足采摘要求。     

精密草莓采摘机器人优化设计——基于光程调节结构

在机器人草莓采摘过程中,由于草莓果实比较脆弱,加上其体积较小,因此存在较高的破碎率和漏采率,这都与草莓采摘机器人的定位精度有关。为了提高草莓采摘过程的定位精度,在采集机器人定位系统的引入了一种新的光定位结果,并提出了一种用于真空怀特池光程调节的机构,利用该机构的反馈源信号,实现了对采摘机构的优化设计。为了验证设计的精密草莓采摘机器人的可靠性,设计了机器人的草莓采摘试验,并对其破碎率和漏采率进行了测试。通过测试发现:该装置可以有效地降低草莓采摘的破碎率和漏拾率,且采摘耗时低、效率高,可以满足草莓采摘实际生产的需要。     

单驱双夹式草莓末端执行器设计

针对温室高架栽培草莓自动化采收需要,设计了一种单驱双夹式采摘末端执行器。该末端执行器采用单气缸驱动,通过在剪短果柄的同时夹持近果实端果柄的方式完成草莓果实采摘,结构紧凑、控制方便、且通用性好。通过对草莓果实生长形态参数和果柄力学参数的测量分析,优化设计了采摘末端执行器结构模型,并对其果柄夹持和剪切性能进行力学模型验证。     

温室高架栽培草莓空间姿态识别与采摘点定位方法

采摘目标空间位姿信息缺失和目标定位精度低是影响草莓采摘机器人采摘效果的关键因素之一。为此，本文首先设计了基于颜色信息和卷积神经网络的草莓图像目标定位与分割以及目标点云分割模型；其次，实现了基于图像的草莓可采摘性和遮挡程度识别模型；最后，设计了草莓空间定位和姿态估计模型并实现草莓采摘点定位方法。基于本文方法对完整草莓位姿估计平均误差为4.03%，对遮挡草莓位姿估计平均误差为9.06%，采摘定位综合误差为2.3mm。在实际采摘实验中，采摘成功率为92.6%，平均每个草莓的计算耗时约为92ms，单个草莓采摘动作的执行平均耗时约为5.7s。实验结果表明：本文提出的方法可在温室条件下较准确地估计草莓空间位姿和采摘点，为草莓采摘机器人提供有效的目标定位信息，有效满足实际采摘场景下的需求。     

基于Gazebo虚拟世界的草莓采摘机器人仿真研究

【目的】提高草莓采摘的自动化水平,解放劳动力并降低采摘成本。【方法】研究小组设计了一种基于曲柄连杆机构的三爪同步夹持式采摘机器人,分析了其主要部件Kinect深度相机、六轴机械臂以及三爪夹持式采摘机械手的结构设计,并在Gezebo虚拟世界中构建了采摘机器人的模型,生成了草莓采摘机器人的末端运动轨迹,完成了该草莓采摘机器人的前期开发试验和算法验证。【结果】该草莓采摘机器人可精准地夹持草莓,减小了采摘过程中对草莓表皮的损伤,同时机械臂末端运动半径最大可达770 mm,完全满足小型辅助采摘设备的基本需求。【结论】Gazebo能真实地还原草莓采摘的自然环境,充分验证了该草莓采摘机器人的可行性,同时还可以在虚拟环境中模拟不同的任务场景,可为六轴机械臂或其他多轴运动机械的运行轨迹设计提供准确的实验数据,并为机器人的实际应用提供指导。     

采摘收集一体化草莓收获机构的设计研究

目前我国草莓仍以人工徒手采摘方式为主,摘果效率低。在研究国内外草莓采摘机械现状及采摘机构原理特点的基础上,设计一种采摘收集一体化草莓收获机构,阐述该机构总体方案与工作原理,并加工出样机进行采摘试验,结果表明该机构适用于垄作草莓采摘作业。     

温室采摘机器人技术研究进展分析

采摘是温室作物生产中劳动力耗费最大且最难以实现机械化作业的关键环节,近几十年来采摘机器人技术得到了迅速发展,特别是日本以番茄、草莓等主要作物为对象的机器人采摘研究得到了持续和深入的开展。这些年中国温室的采摘机器人技术发展迅猛,已成为全球研发最为活跃的国家。本文按作物品种对日本、中国、欧盟、韩国等的温室采摘机器人技术研究的发展进程进行分析,梳理出了全球该领域的主要研发主体、技术特征、发展水平和演进脉络。在此基础上总结了温室采摘机器人技术发展的复杂非结构环境的适应能力、复杂机器人系统的融合能力两大技术关键,认为环境工厂化、结构标准化、多机共融化和人机共融化将成为其发展的未来趋势。     

智能移动式水果采摘机器人设计——基于机器视觉技术

自动化和计算机智能控制行业的不断发展,使得智能机器人在各个领域的应用已经十分普遍。目前,我国绝大部分水果采摘工作依然靠人工完成,随着工人工资不断攀升,人工采摘水果增加了果农的经济成本,机器人在农业领域方面的需求越来越迫切。为此,基于机器视觉技术设计了智能移动式水果采摘机器人,集可移动载体、机械手臂、夹持器、横向移动机构及智能控制模块于一身,采用双目立体视觉技术,实现了水果采摘机器人移动行走路径的规划、果实成熟度自动判断及对成熟果实定位识别的功能。试验表明:所设计的采摘机器人采用视觉技术,机械结构简易,能够克服气候环境影响因素,运行过程中性能稳定、效率高、可靠性高、适应能力强。     

采摘机器人SEMG手势识别研究——基于RNN循环神经网络

为了实现采摘机器人通过手势动作进行远程控制的目标,采用MYO手环采集人体手势动作信号,将信号进行滤波、放大和A/D转换等预处理后,通过无线通信模块发送给PC机;PC机提取右移、左移和采摘等动作的特征值,送入RNN网络中进行训练和识别,并将识别结果以指令的方式发送给采摘机器人,控制采摘机械手进行相应操作。实验结果表明:采摘机器人SEMG手势识别算法识别率较高,结果非常理想,验证了采摘机器人通过手势进行远程控制的可行性。     

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。     

基于模糊控制系统的采摘机器人避障系统研究分析

针对目前使用的采摘设备落后、工作量大、稳定性差等问题,为了提高采摘机器人的环境适应能力,对采摘机器人的避障控制系统进行了分析,拟采用模糊控制系统的方法,来加强采摘机器人避障系统的能力和效率,减少采摘机器人避开障碍物及规划出适当路径所用时间。模糊控制使用超声波检测前方障碍物距离,以控制转轮速度和方向作为输入量,速比作为输出量,控制移动的速度和方向。为使采摘机器人避障路径规划尽可能短,采用改进的遗传算法和模糊控制系统建立基本模型。对采摘机器人的避障性能进行仿真试验,结果表明:基于模糊控制的采摘机器人的避障系统可以成功地避开障碍物及规划出最短行走路径,且能够快速定位树上的果实和准确地完成采摘任务,具有效率高、易操作、采摘成功率高等特点。     

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。     

一种多机械手编码控制系统的果蔬采摘机器人设计

为了提高果蔬的采摘效率,对果蔬采摘机器人进行了改进,设计了一种新的多机械手的编码控制采摘机器人。通过对机器人功能和结构的设计,使机器人具有了利用机器视觉技术的图像边缘提取来划分每个机械手的作业区间的功能,并可以利用编码器对每个机械手进行编码,从而完成多机械手的协同作业。对机器人的采摘作业性能进行了测试,首先利用机器视觉模块完成了苹果采摘区间的划分,并预设了每个机械手的采摘作业轨迹,利用编码器对预设轨迹进行了追踪。通过测试发现:机器人多机械手的实际追踪轨迹和预设轨迹的误差很小,满足设计需求,多机械手的协同采摘平均速度可以达到80个/min以上,具有高效的果蔬采摘性能。