基于机器视觉定位的家禽屠宰净膛系统设计与试验

针对国内家禽屠宰净膛作业中存在的劳动强度大、工作效率低、作业环境差等问题,设计了一种基于机器视觉定位的家禽屠宰净膛机械手系统。系统由家禽胴体悬挂输送装置、双直角坐标式机械手本体、机器视觉系统和PLC控制系统组成。通过视觉系统在线采集家禽胴体和膛口图像,采用中值滤波和灰度增强对胴体图像进行预处理,然后用全固定阈值法进行图像的二值化,设定面积阈值后通过闭运算以及孔洞填充得到分割掉家禽翅膀和腿部的二值图像,计算二值图像轮廓,获取质心坐标;采用最大内接圆法对家禽膛口进行定位,得到膛口中心坐标;坐标变换后将数据传输到PLC控制器中,指导机械手完成净膛工作。试验结果表明,该系统对家禽外形轮廓质心坐标、膛口中心坐标的重复定位精度分别达到±1.6、±1.52像素,净膛机械手能够准确抓取内脏,内脏平均残留率为7.63%,内脏平均破损率为23%。     

六自由度解耦机械臂的逆运动学通解

为求解六自由度解耦机械臂逆运动学通解,提出一种基于欧几里得范数的位姿分解逆运动学求解方法。先推导前3个关节角的解析解,快速、准确的获取机械臂的腕心位置;再利用已知的执行器姿态,计算后3个关节角,经六自由度机械臂的正逆运动学仿真互验,验证了方法的有效性。     

果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究

随着社会经济水平的不断提高,我国农林业取得长足发展,果农在种植水果时开始逐渐引进机械化、自动化设备,以提高种植效率。传统收获时果农最为繁忙的季节就是成熟季,果农常需要花费大量人工采摘果实,不仅效率低,且有一定危险性,采摘机器人便在这样的背景下诞生了。为此,针对采摘机器人的工作原理、工作空间,结合采摘作业实际需求,进行采摘机械手的结构设计及工作能力评价,旨在为相关产业发展提供理论依据。     

基于PLC的穴盘苗移栽自动控制系统设计

移栽技术可以促使蔬菜再生新根,提高产量和品质及土地利用率,在清除杂草、苗期浇水施肥和病虫防治方面也有着重要的作用。育苗移栽工作量大,效率低,增加了种植户的成本,也影响植株的生长发育,在移栽育苗中引入采用PLC系统的自动穴盘苗移栽技术,则可以克服这些缺点。为此,基于PLC技术设计了穴盘移栽控制系统。移栽试验发现:该系统协调性好,可以进行自动取苗和送苗,取苗成功率98.2%,植苗成功率98.8%,移栽时间短,能够达到育苗移栽的标准。     

2-PUR-PSR并联机构尺度综合多目标优化

针对由外副驱动的三自由度两转一移并联机构运动学性能优化问题，提出一种尺度综合多目标优化设计方法。首先，运用螺旋理论分析机构的运动学性能；其次，将可达工作空间离散为n层，采用极坐标方法计算每层高度的最大内切圆，通过数值方法计算由每层最大内切圆构成的规则圆台工作空间体积；然后，以规则工作空间体积和全局运动/力传递指标为目标函数，以驱动限制和关节转角限制为约束条件，以机构参数为设计变量；最后，采用多目标粒子群优化算法得到目标函数的Pareto最优解集。结果显示，两个目标函数之间存在相互冲突，Pareto前沿的全局运动/力传递性能(GTI)最优值比优化前提高了57.57%，规则工作空间体积（Vr）最优值比优化前提高了37.59%，证明了优化方法的有效性。     

含约束支链的冗余驱动并联机构动力学性能优化

全驱动并联机构可以通过增加约束支链或关节实现机构驱动冗余。为了研究约束支链与关节对冗余驱动并联机构动力学性能的优化问题，分析对比了冗余驱动并联机构6P-US+UPU与非冗余驱动并联机构6P-US机构的动力学特性，研究了约束支链对冗余驱动并联机构动力学性能的优化机理。基于虚功原理建立了6P-US机构和6P-US+UPU机构的动力学模型，提出具有明确物理意义的冗余驱动并联机构动力学性能指标，分析了约束分支对机构动力学性能的影响，并结合数值算例对两种机构动力学性能进行了对比分析。结果显示，支链约束提高了机构动力学性能，而支链质量会降低机构动力学性能。     

基于3D打印的柔性机械手研制及试验研究

果实采摘是农业种植生产过程中最耗时费力的环节。为了实现果实的良好抓取,本研究设计了一款结构精简、具有自适应性的柔性机械手。该机械手由柔性手指、气动元件、手腕和底座组成,基于3D打印制作,装配简单。其中,气动元件和柔性手指由柔性材料TPU和PLA打印而成,手腕为具有柔性的一体件打印而成;利用气动元件的伸缩功能实现对手腕的驱动,带动柔性手指自适应变形抓取果实。结合常曲率变形和D-H坐标法建立了单手腕的运动学模型。在此基础上,进行了柔性机械手功能性验证试验和安全测试试验。试验结果表明,柔性机械手具有适应果实的形状进行自适应抓取的功能,对表皮较为脆弱的果实没有损伤;气动元件满足使用要求,可以完成对手腕的动作驱动。研究结果将为机械手柔性抓取结构的设计提供参考价值。     

果实采摘机械手机构设计与工作性能分析

采摘机器人是农业机器人的一种类型，在农业生产中具有广阔的应用前景。为此，从型综合和尺寸综合两方面介绍了果实采摘机器人机械手的机构设计，并分析了机械手机构的工作空间、可操作度、避障能力、冗余空间和姿态多样性等工作性能指标以及各指标的计算方法，为果实采摘机械手的机构没计与工作性能评价提供了理论依据。     

水稻钵苗机械手取秧有序移栽机的改进

提出了一种人机结合的全自动2自由度机械手式穴盘水稻钵苗有序移栽机械的设计方案，由人驾驶操作实现机器作业的路径规划，由单片机控制的机械手自动地完成穴盘水稻秧苗的有序抛栽作业。该文讨论了该机械的结构和工作原理，给出了利用光电式传感器和磁电式传感器自动检测秧苗到位的两种方案并作了室内试验，结果表明在一定的工作距离范围内，两种传感器均可准确地检测到穴盘秧苗的到位。对机械手整体工作方式和秧夹开启方式进行了改进设计，将2个独立工作的、运动轨迹相似的机械手改进设计为合用一个水平运动机构，将原来利用电磁铁开启秧夹的方式改为利用24VDC电机驱动凸轮来开启秧夹，使设计更加合理。分秧滑道是所设计的有序行抛移栽机械的另一关键部件，对其实物模型进行了室内土槽台车试验，结果表明所设计的一组7条曲线型分秧滑道完全可以满足水稻秧苗有序抛秧移栽的农艺要求。     

林木伐根清理机器人设计与试验

林木伐根用途很广,但采掘相当困难。为了提高采掘伐根的效率,减小对地表的破坏,研制了林木伐根清理机器人。该机器人采用SDWY-60型履带式液压挖掘机底盘作行走机构,卸下铲斗换装上伐根清理旋切头,构成了具有6个自由度的伐根清理机械手,可对伐根的侧根进行旋切,然后夹紧并拔出归堆。机械手采用全液压驱动、单片机系统控制,作业半径4～8m,最大可清理伐根直径550mm。使用表明,该机器人每天(以6h计)可清理直径500mm以上落叶松伐根100个左右,而人工每天只能清理同样伐根4～5个(6h),机器人的效率约为人工清理的20～25倍