崎岖山地环境履带机器人降维变系数控制方法研究

针对崎岖山地环境下自走式履带机器人自走姿态波动大、跟踪精度低等问题,研究了三维崎岖路面履带机器人控制方法。通过分析机器人在二维平整路面与三维崎岖路面的运动学模型,建立了降维运动学几何模型;设计了一种基于降维变系数的滑模控制方法,实现三维崎岖路面履带机器人的运动控制,并进行了平整路面与崎岖路面的路径跟踪仿真与试验。仿真结果表明,平整路面仿真中,行驶方向误差逐渐减小并趋近于0,侧向位置误差在±0. 2 m内波动,并可在1 s内完成姿态调整;崎岖路面仿真中,三轴位置误差均控制在±0. 1 m范围内,同样可在1 s内完成姿态调整。路径跟踪田间试验结果表明,平整路面和崎岖路面机器人跟踪稳定后的横向误差分别为-2. 9～8. 8 cm、-14. 3～21. 5 cm,姿态误差分别控制在±2°、±5°内,能够满足实际跟踪需求。     

一类6自由度Delta型机器人运动学分析

为满足工业机器人多角度操作需求,提出了一类具有3组耦合分支,且对称分布的6自由度Delta型机器人。首先,将每组耦合分支拆分为独立运动单元,并等效为串联运动链,基于旋量理论求出等效后的运动自由度;其次,利用闭环矢量回路法分别计算耦合分支中每条主动链的位置逆解,建立机器人的逆运动学模型;在此基础上,提出一种搜索算法,用于描绘满足边界条件的机器人运动空间,并与相同尺度参数的3自由度Delta机器人进行对比。结果表明,3自由度Delta机器人的运动空间是所提机器人工作空间的子集。最后,根据理论分析,完成了工程样机的搭建与运动实验,实验结果表明,该Deta型机器人具有6个自由度运动能力,且所提运动空间搜索算法具有较高的计算精度。     

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。     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业，限制了机器嫁接生产效率，存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题，设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构，能够实现上苗、切削和对接工位同步作业，以及秧苗柔性夹持与快速搬运，有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法，分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性，得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型，分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律，得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚，夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象，柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%，比弧形夹持手提高4.5个百分点，伤苗率降低3.5个百分点，柔性夹苗效果显著；该机构嫁接平均速度为1052株/h，是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍，嫁接成功率为96.67%，大幅提高了嫁接机器人生产效率，能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

机器学习及其在农业中应用研究的展望

机器学习是一种面向机器的数据分析方法,自动化机器学习的研究促进了人工智能的发展。大数据的快速积累,促进了机器学习算法的井喷式发展。如何选择合适的机器学习算法解决行业问题,成为了当前应用的难点。笔者整理了机器学习新材料,对各种机器算法的特点和算法之间的差异,进行了仔细的梳理,总结了各种算法的需求背景和优缺点,以及主要的应用场合。在此基础上,分析了机器学习在农业应用的案例,综述了机器学习在农业应用,指出了目前存在的发展瓶颈,并提出了进一步研究应用的建议。     

林木采伐及木材精深加工机器人研究进展

林木采伐及木材精深加工与木材生产的效益息息相关，机器人在木材生产中的应用促进了木材生产质量和效率，为木材工业发展提供了新的增长动力。针对机器人在林木采伐及木材精深加工领域的应用，文中从林木采伐、人造板生产、家具制造3方面详细论述了采伐机器人、旋切定心机器人、喷涂机器人、码垛机器人、弯曲木机器人、雕刻机器人等机器人研究现状，提出未来林木采伐及木材精深加工机器人的发展方向应集中于仿生移动机构、多功能集成机器人、智能算法及柔性制造系统等方面。     

基于记忆模拟退火和A*算法的农业机器人 遍历路径规划

【目的】解决农业机器人大田作业时遍历路径规划的问题。【方法】提出一种记忆模拟退火与A*算法相结合的遍历算法。首先通过记忆模拟退火算法搜索出任务最优目标点行走顺序,然后使用A*算法进行跨区域衔接路径规划。【结果】仿真试验结果表明,该算法规划的遍历路径曼哈顿距离比传统模拟退火算法减少了9.4%,遍历路径覆盖率能达到100%,重复率控制为4.2%。【结论】记忆模拟退火通过为传统模拟退火算法增加记忆器,增强了跳出局部最优陷阱的能力,提高了算法所得解的质量。该研究结果可为农业机器人遍历路径规划提供理论基础。     

爬壁机器人翻越焊缝过程动力学建模研究

用于远洋渔船外板除锈的爬壁机器人在进行壁面作业时需要翻越焊缝，采用充气轮的爬壁机器人在翻越焊缝后会出现轮胎压缩量的减小，导致磁铁气隙增大、磁铁吸附力减小，从而削弱爬壁机器人的负载能力，降低了壁面行走可靠性，为此对爬壁机器人翻越焊缝的动力学过程进行研究。首先，将驱动轮轮胎简化为弹簧阻尼器，建立爬壁机器人翻越焊缝过程的动力学模型，并将驱动轮的翻越焊缝过程划分为不同的阶段；其次，利用数值方法求解该动力学模型，分析不同胎压下驱动轮翻越焊缝过程中爬壁机器人的运动状态；最后，进行了爬壁机器人翻越焊缝过程试验，结果表明，机器人翻越焊缝过程的试验结果与数值仿真结果基本一致，验证了本文所建动力学模型的正确性与合理性。     

焊接机器人三维防碰撞力传感器的设计

设计了一种三维防碰撞力传感器,其可利用一个输入实现x、y、z三个方向的碰撞力测试,用在6-D.O.F串联焊接机器人末端时,既可以实现对机器人本身的保护,也可以安装在其他设备的末端执行器上实现对设备的保护.     

农业机器人并联视觉云台研究

针对智能农用机器人对机器视觉工作范围的需求,提出了一种用于农业机器人的并联视觉云台设计方案。基于双摇杆的输入输出特性,提出了一种运动支链设计方法,用于构建二自由度全球面工作空间解耦并联机构。在此基础上,衍生出两种可行的运动支链P5R和PRR,基于这两种运动支链,设计了2种二自由度全球面工作空间并联视觉云台RRP5R和RRPRR。通过运动学分析,分别建立了2种机构的位置关系表达式;通过尺寸优化,得到了2种机构的最优杆长比;通过对比得出,RRP5R型并联视觉云台具有更好的输入输出性能;通过有限元分析,研究了载荷对RRP5R型并联视觉云台运动精度的影响。结果表明,RRP5R机构强度满足要求,但杆件的累积弹性变形导致运动副的位移偏差较大。