直流电机驱动农用履带机器人轨迹跟踪自适应滑模控制

为了提高农用履带机器人轨迹跟踪控制的性能,将履带机器人模型视为由电机驱动方程和运动方程组成的级联系统,在考虑了履带机器人运动学模型和电机驱动模型动态特性的基础上,构建了一种变倾斜参数的自适应积分滑模切换函数,基于这个函数设计了由等效控制和切换控制组成的自适应滑模控制,将机器人的位姿误差以及在线辨识的驱动电机时变不确定参数反馈至控制器中,计算出左右轮驱动电机的期望角速度,控制履带机器人运行。田间试验结果表明,当机器人分别以1,3,4 m/s速度运行时,在运动方向距离误差、侧向距离误差和航向角的误差分别在-0.04~0.04 m,-0.09~0.07 m和-0.03~0.05 rad范围内。因此,基于电机驱动的机器人自适应滑模控制具有良好的控制精度,能够满足田间实际作业的要求。     

永磁变刚度机构柔性机器人力学特性研究

提出了一种柔性机器人用永磁变刚度机构。由于电动机转矩有限,在不用增加绳索拉力的情况下,通过该机构实现了柔性机器人关节更强的变刚度能力。该永磁变刚度机构主要由磁弹簧单元和滑轮绳索单元构成。通过虚位移法建立了弹簧磁力和绳索拉力解析模型,通过实验对永磁体间磁力和绳索上的拉力进行测量,测量结果和模型计算结果基本吻合。其结果表明,永磁体间磁力、绳索拉力和刚度随永磁体间气隙减小呈非线性增加,随永磁体长度和平均半径的增加而增加,保持三角形结构高不变,绳索拉力和刚度随着三角形结构底长的增加而增加,减小滑轮半径,可以进一步增加绳索刚度变化范围。     

水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展

传统水产养殖的水下作业任务主要依靠人工完成,劳动强度大,危险性高,水产养殖水下作业面临严峻的人工危机。随着技术进步和制造成本的降低,将水下机器人应用于水产养殖作业有着巨大的需求空间。机器人水下捡拾作业强耦合、多干扰、时变、多体、多环节、作业目标规格形状不一,且作业的精度和速度要求高,机器人水下精准作业是困扰水产养殖界多年的公认难题。本文在对水下机器人-机械手系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)进行了系统分析的基础上,从弱光照、强耦合、非结构化海洋环境下UVMS的精准捕捞作业目标识别、时变多体捡拾作业条件下水下机器人-机械手系统动力学模型、多扰动条件下目标动物位置识别与定位模型、多约束条件下浅海养殖精准捡拾作业的优化控制等4个方面,对UVMS捕捞作业所涉及的关键技术的地位、国内外研究现状展开分析与讨论,并对所述关键技术的研究前景进行了展望,以期为水产养殖水下作业机器人软件开发提供理论依据和综合性参考。     

荔枝采摘机器人双目视觉的动态定位误差分析

扰动引起的随机误差成为采摘机器人视觉定位的难题。为了探索荔枝采摘机器人视觉定位误差,首先用双目视觉系统和模拟扰动的震动平台对荔枝结果母枝采摘点的三维坐标进行定位试验,检测其实际位置,获得误差数据;然后,提出了一种动态定位误差分析方法,根据误差变化规律将动态定位误差划分为系统误差和随机误差;最后,用统计方法对2类误差分别进行定量分析和评价。结果表明,定位距离为600~1 000 mm时,系统误差与动态定位误差的变化趋势基本一致,视觉深度方向、水平方向最大动态定位误差分别为58.8和17.3 mm。系统误差置信区间较窄,视觉深度方向系统误差与定位距离呈较强的线性相关性,水平方向则表现为非线性。扰动下的随机定位误差服从正态分布,视觉深度方向、水平方向间的随机误差相关性较弱。视觉深度方向受扰动的影响较大,随机误差远大于水平方向,且不确定度较高。研究结果为荔枝采摘机器人视觉定位系统校准和动态定位方案设计提供依据,为机构容错纠错提供理论依据和实践指导。     

基于视觉里程计和自然信标融合的移动机器人定位算法

针对未知室内环境下移动机器人的定位问题,提出了一种基于单目视觉和自然信标融合的移动机器人定位算法。该方法采用普通摄像头和全景摄像头结合的方式进行定位。采用普通摄像头提取天花板特征,进行视觉里程计定位。全景普通摄像头提取周边环境及天花板信息,采用Harris-SIFT构建自然信标库,并且进行自然信标检测与识别。在两者的基础上,移动机器人进行实时定位。利用自然信标定位时,提出方向滤波器结合视觉里程计和惯导系统估计旋转角度,利用自然信标求取定位特征点,两者结合进行定位。该方法有效地结合了相对定位的快速性和绝对定位的准确性。在室内环境进行试验,其中自然信标定位在x,y方向的平均误差分别为38.66和31.54 mm。相比视觉里程计而言,结合自然信标定位的平均误差分别减小了32.53%和68.68%。融合视觉里程计的自然信标定位运算速度相比仅靠自然信标定位而言提高了约6倍左右,同时与视觉里程计定位处于同一数量级。试验结果表明相对于视觉里程计而言,所提算法大大提高了定位精度,同时不影响算法的实时性。     

五自由度混联机器人优化设计与运动学分析

为提高农业自动化程度,拓宽并联机构在农业工程领域的应用,提出一种存在连续转轴、关节数目少、易于控制的两移一转运动冗余平面并联机构,该并联机构任意位置的转轴均为相互平行的连续转轴,使其具备良好的灵活性。基于此平面并联机构,构造出了多种五自由度混联机器人,首先建立了五自由度混联机器人的运动学模型,并对其进行了奇异分析,给出了减少机构奇异位型的条件;然后基于灵活性指标,对并联机构进行了尺寸优化,绘制了用于选取结构尺寸的性能图谱,且借助有限元软件对基于优化所得结构尺寸绘制的具有运动冗余特性的平面机构进行了结构拓扑优化,,完成了整体结构优化前后的静力学分析与对比,结果显示优化前后整体变形仅增大0.51%,优化前后机构优化部分的质量减少33.02%,满足机构变形要求。该混联机器人具有结构简单、运动学模型简单、结构刚度高和模块化程度高的特点,且其结构的变胞性有助于实现机构运动和驱动冗余模式的切换,增强了机器人的可研究性。该文可为混联机器人运动学分析及优化设计提供参考。     

移动机器人目标图像识别技术研究

针对设施移动机器人工作环境的复杂性,如光照多变性等,提出了基于L模型的一种新的目标识别方法。L模型是一种新的颜色模型,能够在一定程度上克服光照变化带来的影响。通过对不同光照下的作物果实等目标物进行分割识别结果的实验比较,表明该方法相对于其他常见的识别方法,在各种光照变化条件下均能保持较好的识别效果。     

农业机器人在新疆兵团农业生产中的应用前瞻

针对当前新疆生产建设兵团(以下简称新疆兵团)实际情况及高科技农业发展要求,提出了在新疆兵团发展农业机器人的必要性;简要地介绍了农业机器人的技术特点和国内外研究现状,详细阐述了未来农业机器人在新疆兵团的应用领域;最后,指出了新疆兵团发展农业机器人的优势以及目前还存在的一些问题。     

喷漆机器人喷枪轨迹离线优化方法

介绍了喷漆机器人喷枪轨迹离线优化方法问题的数学模型，建立了评价喷涂效果的目标泛函，确定了具体的算法．并以圆锥面工件为例对整个喷涂过程进行计算机仿真，得出优化仿真结果。     

农业机器人移动平台的研究现状与发展趋势

简要介绍了农业机器人在农业信息化智能化中的重要地位以及机器人移动机构的类型,综述了当今农业机器人移动平台的研究现状,展望了今后这一领域的发展趋势。