基于逆运动学降维求解与YOLO v4的果实采摘系统研究

为提高采摘设备的执行效率，采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统，该系统可自动识别不同种类的水果，并实现自动采摘，可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止，并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程，从而避免了大量的矩阵运算，使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真，验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中，为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调，采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位，在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集，分别对不同种类的果实进行识别模型训练，在GPU环境下进行测试，结果表明，每种果实识别的准确率均在94%以上，单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试，该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。     

基于ADAMS的油茶果采摘机械臂试验设计及优化

针对目前我国油茶采摘主要以人工为主,劳动强度大、采摘效率低等问题,设计了一种适合园艺化栽培的履带式油茶果采摘机,并在Adams软件中对机械臂进行试验设计和优化仿真。试验数据表明:油茶果采摘机工作区间与各机械臂的长度和液压缸安装距离呈线性相关,最佳组合处的机械臂长度总和减小25.67%,可为油茶果采摘机的机械臂设计提供参考。     

基于RBF网络的果蔬采摘机器人运动轨迹控制研究

为了提高果蔬采摘机器人机械手运动的精确性,提高机器人移动的效率,提出了一种基于遗传算法和RBF网络的机器人运动轨迹控制方法,并对果蔬机器人机械手的活动和整体的移动轨迹进行优化,有效地提高了果蔬采摘机器人的工作精度和作业效率。为了验证设计的采摘机器人的可靠性,在大棚内对机器人的采摘性能进行了测试,包括机器人移动路径规划和机械手路径规划。通过测试发现:使用RBF神经网络算法可以有效地控制机械手在三维空间内的运动;在遗传算法控制下,机器人可以通过较少的计算次数利用神经网络算法搜索得到最优路径,计算精度达到了99%以上。其计算精度及效率高,为高效果蔬采摘机器人的设计提供了较有价值的参考。     

基于单片机的仿人多指番茄采摘机械手设计

为了降低番茄采摘过程的破碎率,提高采摘效率,实现自动化采摘过程,利用单片机和PID控制技术,设计了一种新型的仿人多指采摘机械手,并采用反馈调节控制方案设计了仿人多指机械手的控制系统。基于AT8 9 S5 2单片机构建了单手指控制器,来对机械手手指夹紧力信号进行采集和处理,并发出夹紧指令。为了测试机械手的有效性和可靠性,首先对番茄的质量尺寸相关性和电压产生的夹紧力进行了测试,通过参数调整后得到了番茄夹紧力随时间变化曲线和破碎率随时间变化曲线,最后对果实采摘的采摘时间和漏采率进行了8次试验。由测试结果可以看出:对于单颗番茄的采摘最高用时仅为2.32s,最高漏采率仅为0.42%,采摘作业效率和采摘精度均较高。     

关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机设计

为解决中国蔬菜育苗播种后人工摆放穴盘劳动强度大的难题，设计了关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机，并对机器的关键部件进行了理论分析及设计计算。确定了以关节式机械手作为摆盘执行机构，对其进行了数学建模并得到了摆盘机械手运动学方程。在单因素试验的基础上，进行Box-Behnken Design响应面优化试验设计，探求了穴盘输送高度、输送角度、输送速度3个关键参数对穴盘间距合格率、穴盘摆正率、穴盘排齐率3个评价指标的影响规律，利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析，建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型，并进行响应面分析，得到了影响摆盘效果的3个关键参数的最佳组合为：穴盘输送速度为60 mm/s，穴盘输送角度为31°，穴盘输送高度为40 mm。并对优选出的最佳摆盘参数组合进行了试验验证分析，试验结果为：穴盘间距合格率97.6%，穴盘摆正率96.5%，穴盘排齐率95.7%，试验结果与理论预测值的误差绝对值均低于5%，表明摆盘执行机构在最佳工艺参数组合下工作平稳可靠，满足穴盘摆放技术要求。该研究可为全自动化、智能化穴盘摆放机的设计提供参考。     

采伐联合机机械手运动学分析及雅可比矩阵求解

介绍了采伐联合机的基本结构和工作原理，分析其关节式机械手各杆件之间的位置关系，建立了机械手坐标系统及运动学模型，并求出了运动学正解和逆解。在此基础上推导了雅可比矩阵及笛卡尔空间与关节空间的坐标变换关系，为机械手运动控制系统的设计提供了依据。     

2自由度夹子式水稻穴盘钵苗拔抛机械手设计与试验

根据2自由度机械手拔抛穴盘钵苗的特点和机理,设计了一种2自由度夹子式机械手,简述了其工作对象特征,主要结构组成及控制电路,对关键部件夹秧机构进行了设计,通过Pro/E建模及虚拟装配对秧夹的开闭合过程进行仿真,保证开闭合运动的精度和可靠性。在试验平台上,进行了不同穴盘类型、不同钵土含水率、不同秧夹弹簧拉伸力以及不同穴盘进给模式对机械手拔秧效果影响的试验研究。试验结果表明:穴盘类型和钵土含水率对拔秧成功率有显著影响(P0.01),采用红色穴盘育秧或保持钵土含水率大于30%可以提高拔秧成功率;夹秧机构上复位弹簧拉伸力在15 N和22 N间变化对拔秧成功率没有显著影响;采用自动进给穴盘模式不会对拔秧成功率产生显著影响,秧苗自动输送进给机构的性能满足钵苗行输送进给的要求。     

基于虚拟样机技术的虚拟轴机床工作空间研究

提出了一种利用虚拟样机技术求取虚拟轴机床工作空间的简单实用方法,并且利用该方法得到了三立柱分层式6UPS型虚拟轴机床的位置工作空间。在已知尺度参数和关节变量变化范围的条件下,先对位置工作空间作y轴方向的离散分层处理,然后在xOz平面中进行角度离散处理,利用虚拟样机的Sensor技术,把所有影响位置工作空间的约束条件转换成Sensor,通过运动学分析求得约束起作用的工作空间边界点数据,通过Matlab工具软件描绘出三维位置工作空间。     

基于蒙特卡洛方法的采摘机械手工作空间分析

机械手的工作空间是一个重要的运动学指标.利用基于随机抽样的蒙特卡洛方法,对4自由度采摘机械手的工作空间进行了分析.根据分析过程编制算法程序,借助计算机图形显示功能,得到机械手工作空间仿真图形和主剖视图.结果显示,该机械手的工作空间紧凑,没有空腔和空洞,取得了较好的效果.     

3—PTT串并联数控机床构型设计与位姿分析

设计了一种5自由度3-PTT串并联数控机床机构.采用分解与综合的分析方法,分析了机构构型及自由度等问题,分析与计算表明设计的3-PTT机构符合串并联数控机床设计要求、构型合理.在充分考虑奇异约束条件和位姿影响因素的基础上,分析了机构的工作空间及位姿极限,并利用Matlab进行了仿真分析.仿真结果表明:此分析能较好地反映3-PTT串并联数控机床的完全工作空间,为工作过程的数字化控制提供了理论依据.