基于机器视觉黄瓜果实自动分级方法

为实现黄瓜果实快速准确分级,以摄像头为视频采集模块、DSP核心处理器为主控制模块、机械手为执行模块,并借助质量控制、电机传送等辅助单元,构建了自动化分级平台。参照国家标准NY/T1587-2008,利用图像处理方法对黄瓜果实图像的瓜长、把长、横径差、弓形高度进行了提取和计算。选取长春密刺、龙杂黄七号、露秋一号3个品种240根黄瓜果实作为试验样本,抽取每个品种的20个样本作为图像提取数据分析,其余60个样本作为自动分级平台测试。测试结果显示:该平台的平均分级精度为96.7%,每分钟约检测35根果实,相较人工分级具有快速、无损、准确、客观的特点,为机器视觉技术应用于椭长形果实自动化分级提供了重要依据。     

收获采摘机器人的运动学分析及仿真——基于ADMAS

为了对五自由度关节式收获机器人五自由度关节机器人末端执行器的位姿和运动进行描述,运用传统的D-H法建立各关节运动学数学模型,进行运动学正、逆解,求得末端执行器的位置关系式。基于UG软件建立了该机械手的三维立体模型,并通过ADMAS软件对机械手抓取、采摘和放下过程进行仿真分析,确定其运动轨迹。结果表明:所建立的运动学方程正确,设计的机械手满足工作要求,有较强的操作性,为收获采摘机械手的设计制造奠定了基础。     

禽蛋自动捡拾系统结构设计及机械手运动规划

针对目前国产自动集蛋设备自动化程度低,无法满足自动化禽蛋生产需要的问题,设计了包括禽蛋运输装置、震动矫正装置和捡拾执行装置的禽蛋自动捡拾系统,开发了禽蛋捡拾控制系统,实现了传送带上禽蛋的自动捡拾装盘功能;分析确定了捡拾机械手提升舵机输出力矩和吸盘吸气压力参数,优选了捡拾机械手的提升舵机和抽气泵,研究了机械手路径规划、追踪路线预估及取蛋-放蛋方案,加工了禽蛋自动捡拾系统样机,开展了样机捡蛋成功率、捡拾速率和取蛋-放蛋方案优化试验。试验结果表明:该装置操作简单、定位可靠,捡拾机械手捡蛋成功率达到98.3%,捡蛋入盘操作速率每次最快达2.4 s;禽蛋自动捡拾系统采用从传送带远离机械手一侧开始同向取蛋与蛋托左端靠近机械手一侧开始同向放蛋的组合,捡拾30枚鸡蛋平均所用时间最短为73.2 s。该研究为禽蛋自动化生产中的捡拾系统结构设计提供了参考。     

多末端苹果采摘机器人机械手运动学分析与试验

提出了一种多末端采摘机器人机械手结构方案,设计了机械臂、末端执行器及其控制系统。机器人机械臂采用主从两级结构,从臂前端可挂接多个末端执行器。末端执行器能进行果实连续采摘,其结构紧凑、驱动简单、通用性好,可适用于苹果、柑橘、梨等球形水果的自动化收获。针对设计的采摘机械手具有多末端的特点,提出了果树分区采摘作业策略,一个采摘区内各个末端执行器同时连续采摘、果实集中回收。在此基础上建立了机器人机械手运动学模型,采用D-H法推导了运动学方程,运用Matlab Robotics Toolbox进行了运动学仿真验证。制作了机械手物理样机并在实验室环境下进行了机械手运动学及采摘试验,结果表明,机械手各从臂末端位置误差小于9 mm,采摘成功率为82.14%。     

荔枝采摘机械手视觉定位系统设计

建立了基于双目立体视觉的荔枝采摘机械手视觉定位系统.通过对成熟荔枝颜色特征的分析,选取YCbCr颜色模型进行处理,利用Otsu算法结合模糊C均值聚类法(FCM)对荔枝果实和果梗进行了分割,实验结果表明:有效识别果实和果梗的正确率为94.2％.通过计算果实质心与果梗的距离最大值确定荔枝采摘点,利用基于色调空间的彩色图像匹配法和极限约束法进行果梗采摘点的立体匹配,实现了采摘点的空间定位.通过定位误差分析,采用直线插值法进行定位误差补偿,定位实验结果表明:定位的深度误差小于10 mm,能满足荔枝机械手视觉精确定位的要求.     

基于离散单元分析与物场分析的盆花移栽手爪优化

该文针对盆花移栽作业过程中出现的移栽手爪提取基质不完整的现象,基于离散单元分析方法,利用EDEM(enhanced discrete element method)软件建立起机构(移栽手爪)、作用对象(带有根系的盆花基质)、作用条件(花盆)间的离散元仿真模型,对手爪钢针的插入和提离过程进行离散元仿真分析,确定基质断层为提取基质不完整的原因,并通过对基质提离过程进行受力分析发现,导致基质发生断层现象的根本原因是基质提离总阻力大于基质内部所能提供的最大凝聚力。鉴于如上分析,利用物场分析方法提出在原有系统中添加揉盆机构的解决方案,通过对揉盆机构工作过程进行离散元仿真分析发现,在揉盆机构的作用下基质与花盆之间产生了缝隙,使花盆对基质由于粘附作用产生的摩擦阻力降低,减小了基质提离总阻力,证明在工作过程中揉盆机构可以通过减小基质提离总阻力来解决基质断层问题。分别对添加揉盆机构前后的样机进行3组100盆的花苗移栽试验,移栽手爪完整提取基质成功率从84.67%提升到97.67%。该研究将EDEM离散单元分析与物场分析方法结合应用在机构优化设计过程,可以为盆间自动化移栽领域的设备研制与开发提供参考。     

椰糠培育叶菜种苗移植机械手设计与试验

针对椰糠与泥炭相比容重小、孔隙度大、颗粒间黏附性弱,现有移植机械手对椰糠培育种苗移植适应性不佳的问题,该文以椰糠培育芥蓝种苗为移植对象,设计了一种4伸缩针式移植机械手,伸缩针直径2.5 mm、入土角76°。在移植机械手移植过程中,仅依靠基质块的基质散落质量百分比难以说明移植部件对种苗根系的影响,该文提出了一种基质散落质量百分比结合基质散落区域评分的综合评价法。针对50穴盘椰糠培育芥蓝种苗,通过伸缩针拾取试验,在保证椰糠基质块移植过程中保持完整条件下,确定了移植机械手伸缩针间距为36 mm;通过移植作业性能试验表明,叶菜种苗根系状态对移植成功率影响最大,机械手作业移动加速度也有一定影响,对最优组合分析后补做试验,试验结果表明对于正常长势椰糠培育芥蓝种苗根系状态,在根系分布率大于80%、垂直加速度0.3 m/s~2、水平加速度1.5 m/s~2和基质含水率81.01%条件下,芥蓝种苗移植成功率可达100%。该研究可为移植椰糠培育种苗的移植机开发提供技术参考。     

番茄收获机械手机构型综合研究

基于番茄收获作业要求与工作特点,结合番茄生物学特性与栽培方式,遵循机构设计原则和仿生学原理,将番茄收获机械手分为手臂和手腕两部分分别进行选型设计.通过旋转能力分析,确定了番茄收获机械手机构型式为七自由度冗余度机械手,该机械手具有较好的工作空间、运动学特性,能够满足番茄收获工作要求,为其它收获机械手机构型式设计提供了依据.     

基于PLC的苹果采摘机械手运动控制系统设计

以苹果采摘机械手运动控制为研究对象,对机械手进行运动学分析与建模,设计了基于PLC的机械手硬件框架与运动控制方案、人机交互上位机和机械手轨迹规划的实验系统。实验结果表明:采用PLC控制器的苹果采摘机械手软硬件均能正常运行,该系统具有可靠性高、实时性和稳定性好等优点,对于农业采摘机器人快速识别目标并进行正确采摘作业具有很大帮助。     

插袋机械手研制及其在工程领域应用的现状与前景

我国90%以上的水泥厂的自动包装机采用的是人工插袋，由于工作现场粉尘污染严重，对取袋操作人员的身体会造成极大的危害。随着工业机器人的发展和普及，全自动插袋机器人逐渐从实验室走向生产车间，经济全球化的发展，世界范围内各类资源的整合，使得插袋机器人的研发和生产成本不断降低，工作效率也在不断提高，全自动插袋机器人已经逐渐向产业化发展。