菠萝采摘机械手的设计与试验

摘要：为实现菠萝自动化收获,以减轻劳动负担、降低收获成本、提高收获效率,该文根据菠萝的生长特性,确定采用2个步骤将菠萝摘取的方案：首先,手爪从水平方向将菠萝抓稳,然后通过旋转将菠萝掰断。按照本方案,设计的菠萝自动采摘手爪包括手部抓取机构,手部驱动机构和手部旋转机构3部分,分别实现对菠萝的抓取和掰断功能,并设计了以AT89C51单片机为核心的控制系统,控制2个步进电机。通过采摘试验,表明该机构和控制系统能够实现对菠萝的采摘,确定手部旋转机构的旋转角度为180°,抓取时间为21～24 s。该研究可为田间菠萝采摘机器人关键部件研发提供参考。     

茄果类嫁接机砧木上苗装置设计

针对国内外嫁接机性价比偏低的问题,该文以华南农业大学的高速嫁接机2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机为基础,分别在砧木上苗工位和接穗上苗工位增设嫁接用苗输送链和转接手,实现砧木和接穗均单人上苗,成倍提高了嫁接机作业人员的上苗生产率。通过分析传递过程中带土坨砧木的受力情况,确定转接手结构尺寸,并且研制了具有较好拾苗性能的交叉闭合式送苗夹,其拾苗容偏能力可达5 mm。为防止在输送过程中砧木由输送链的苗座内脱出,选用高弹性橡胶贴合在苗座槽口上夹持砧木,以砧木弯曲度、苗座槽口深度及苗座槽口橡胶厚度作为影响因素,考察苗座槽口对嫁接用苗的夹持性能,试验结果表明当苗座槽口深度为8 mm、苗座槽口所用橡胶厚度为3 mm时,苗座可保证95%以上的砧木不脱出苗座,增设上苗装置后,可保证2JT-1600型流水线式茄果类嫁接机在2 000株/h的生产率条件下,实现1 000株/h的人均嫁接生产率,综合上苗成功率达到92%以上。     

机械手采摘黄瓜的振动特性试验

为研究黄瓜在被采摘时的振动特性，减少采摘机械手对黄瓜造成的振动损伤，选择中国普遍种植的华北型刺黄瓜，模拟采摘机械手抓握黄瓜的姿态进行黄瓜弯曲振动试验，得到不同外形黄瓜的共振频率和振动变形量的试验数据。分析了试验参数之间的相关性，拟合了黄瓜的受力与变形之间的对应关系曲线。结果表明，以1～1000 Hz的频率范围对模拟弹性机械手爪采摘的状态的新鲜黄瓜激振，能检测到二阶共振频率，且两阶共振频率之间显著相关。黄瓜体长与二阶共振频率皆呈显著负相关；瓜柄长与第一阶共振频率呈显著负相关；而黄瓜质量与第二阶共振频率呈显著负相关。黄瓜的弯曲变形表现出明显的非线性特性。     

棉花采摘机械手机构设计及参数优化

针对国内棉花采收存在的问题,提出了运用棉花采摘机械手代替人工和采棉机采收的方法。在对棉花农业特性及收获特性分析的基础上,结合新疆棉花种植模式以及棉花采摘要求,遵循机械手设计原则,设计了一种5自由度多行采收的关节型棉花采摘机械手。为使机械手能够高效灵活地收获目标空间棉铃,尽可能减小机械臂的操作空间和结构尺寸,结合采摘对象棉铃的生长分布空间和作业要求,分析了在给定空间下的设计变量、优化目标和约束条件,建立了优化设计的数学模型,并利用MatLab优化工具箱进行编程,实现了棉花采摘机械手的机构参数优化。     

水产养殖水下机器人研究进展

水产养殖是世界范围内食品领域发展最快的行业之一,为人类提供了超过一半的水产品。但是,水产养殖目前面临机械化、自动化程度较低以及产量及效率不高等问题,因此迫切需要转型升级。水下机器人是一种机动灵活的水下作业装备,与传统的水下作业手段相比,在作业方式、范围、适应能力等方面具有明显的优势,应用于水产养殖监测及作业后,有望改变现有养殖模式,推进水产养殖业向机械化、工程化、智慧化、智能化转型,缓解水产养殖业的发展危机。尽管水下机器人近年来得到了蓬勃发展,但是目前在水产养殖业的推广应用仍非常有限,而且尚有诸多技术瓶颈未得到解决。本文面向水产养殖水下机器人的应用实际,对水质监测、视频监控及传输、目标识别与定位、高精度水下导航、智能规划与控制、机器人-机械手系统精准作业等关键技术进行了详细分析,并展望了未来的发展方向,以期为水产养殖水下机器人的研究和应用提供综合性参考。     

带有触觉系统的家禽屠宰净膛机械手的设计

对家禽屠宰净膛智能机械手系统中的触觉系统部分进行改进设计,该触觉系统采用薄膜压力传感器检测机械手爪机对家禽内脏的压力,LabVIEW软件实时显示采集的压力数据,并对其进行处理分析后向单片机发送串口指令.单片机产生PWM信号控制机械手手臂舵机运动.当检测压力值大于设定的内脏最大承受压力时,自动控制爪机张开;反之,自动控制爪机合拢,同时爪机向前进并运动至腹腔底部夹紧内脏旋转,剥离内脏与腹腔之间的粘膜,将内脏取出.试验结果表明,对比传统的净膛机械手,具有触觉系统的机械手在掏取内脏的过程中对内脏的破坏更小,对家禽个体差异性要求更低,且自动化程度更高,该系统可实现手动掏膛和自动掏膛2种模式.     

苹果采摘机械手的逆运动学求解研究

为了提高苹果采摘机械手的采摘成品率,保证采摘后苹果质量,提出一种引入采摘综合因素的苹果采摘机械手的逆运动学求解方法。首先,采用Denavit Hartenberg模型对苹果采摘机械手进行建模,并将逆运动学求解问题转化为规划问题,其中,目标函数为所求得逆运动学参数对应的机械手末端中心坐标与待求坐标欧式距离。然后,在遗传算法选择、交叉、变异算子进行全局搜索的基础上,结合非线性规划对目标函数进行局部搜索。最后,借助随机森林算法将逆运动学求解结果分为3个姿势等级。试验表明,非线性遗传算法在苹果采摘机械手的逆运动学求解上相比遗传算法精度提高了8～25 mm,随机森林算法可以很好地对其求逆结果进行优化,从而提高苹果采摘成品率。     

基于虚拟样机技术的四自由度机械手设计与仿真

四自由度机械手广泛地应用于工业、农业等领域中,发挥着重要的作用.为此,提出了基于虚拟样机技术的机械手设计思想和总体设计方案,并利用三维设计软件CAXA2007进行了机械手零部件的设计.在此基础上,利用动力学仿真软件ADAMS2004对机械手进行了虚拟样机建模与仿真,分析机械手设计中存在的缺陷.为了便于机械手的数控加工,利用CAXA2007软件中的数控加工模块对机械手零部件进行了数控加工编程.     

水果采摘机器人实时避障方法的研究

针对采摘机器人采摘作业时易受障碍物阻挡而影响其工作效率的弊端,提出了将避障问题转化为基于位置力控制问题的解决办法,采用弹簧阻尼模型实时计算机械手臂进入障碍物区域产生的虚拟力,通过采用外在力控制回路来调节手臂位置控制系统,达到消除虚拟力的目的,实现机械手避障.     

林木采伐机工作臂的工作轨迹

分析了林木采伐机工作臂的结构组成.在Solidworks环境下建立工作臂三维模型,绘制液压控制系统原理图;通过动臂动作优先规划对工作臂三维运动进行仿真,确定工作油缸行程范围及工作臂运动轨迹,并准确反映工作臂实际运动情况.