自动循迹小车控制系统设计

针对智能汽车复杂道路识别和控制的问题,笔者基于全国大学生智能汽车竞赛设计了自动循迹小车的控制系统.首先多传感器结合采集识别道路信息,然后设计循迹算法控制小车的转向,最后设计速度控制算法控制小车的运行速度,完成智能小车的软硬件设计.在循迹小车控制系统设计的基础上,通过多次现场调试获得优化参数.结果表明:设计的小车可以自动...     

大型温室地面移动式喷灌机导航控制系统设计

针对悬吊轨移式喷灌机的缺点以及目前大型温室领域AGV研究的不足,设计了一种用于新型温室地面移动式喷灌机的导航控制系统.喷灌机底盘采用差速转向方式,六轮系结构,两驱动轮对称中置,前后两端对称安装4个万向轮;以STM32F103ZET6单片机作为主控芯片,采用磁带导航方式,建立了喷灌机差速转向运动数学模型,并根据模糊控制理论设计了喷灌机模糊运动控制器,完成了导航运动控制子程序设计.样机调试运行试验表明,喷灌机相对磁带偏移角在25°以内时,能够自动调整到磁导航传感器中心与磁带中心再次重合,其调整时间随其偏移角度增加而增大,当偏移角过大时,样机将完全驶离磁带路径.为确保喷灌机初始工作时能够自动调整偏差及跟踪路径行驶,喷灌机与磁带间初始偏移角度不宜过大.该研究能够为大型温室地面移动式喷灌机的设计和应用提供参考.     

连栋温室分段变距喷雾机器人设计与试验

针对国内连栋温室缺乏植保喷雾机、机械走直定位与换轨转向精度低等问题,设计了一种连栋温室分段变距喷雾机器人,在实现无人化喷药的同时提高作业精度。为满足连栋温室机械作业路轨结合、精准切换的要求,提出一种通用型移动底盘,并确定其关键设计参数;为减少底盘上下轨时的偏移量,设计轨上矫正装置,通过分析计算及试验验证,确定其安装余量为4 mm;针对底盘对轨误差大的问题,提出一种二维码融合陀螺仪及光电传感器双向垂直寻迹的路面关键点定位与转向控制方法。设计分段变距喷雾装置,提出一种丝杆滑台驱动的喷杆变距方案,分析校验其驱动参数以满足工作要求;基于滚针轴承设计喷杆辅助防抖装置,减小因喷杆剧烈抖动带来的滑台与喷杆损伤。开发底盘运动及分段变距喷雾控制系统,实现喷雾机器人在连栋温室内的全程自动化作业。最后,对样机进行底盘性能与喷雾效果试验。底盘作业时直线行走与对轨误差平均值分别为4.8、5.8 mm,满足控制精度要求;避障距离为34 cm,满足安全性要求;防抖装置的安装使喷杆行进方向的抖动量从-1°～1.3°降低到±0.4°内,喷头方向的抖动量从±0.5°降低到±0.3°内,防抖效果显著;分段变距喷雾作业后,盛...     

基于PLC的碟式太阳自动跟踪控制系统研究

由于太阳辐射方向的时刻改变和太阳辐射能的不稳定性,导致碟式太阳能发电系统利用率始终较低。为了解决这个问题,本文提出了一种基于PLC控制的全天候自动跟踪方式,利用光照强度与光照强度阈值的差值作为跟踪方式切换的判据,不仅消除了程序跟踪造成的累积误差,而且避免了光电传感器在阴天或多云时无法工作的问题。为保证系统在任何天气情况下均可稳定运行,信息反馈元件增加了风速传感器、温度传感器及倾角传感器。另外,在设计系统硬软件时,采取了一系列措施来进一步降低系统运行成本。     

基于单片机的智能玩具小车的设计

本文设计的这款智能玩具小车以STC89C52单片机作为控制核心,具备红外检测功能,能够识别周围环境信息,并将接收到的信息通过传感器发送给单片机,单片机下达命令,命令智能玩具小车能够沿提前设定的路线前进、循迹等,能躲避障碍,同时在进行工作时可以播放音乐。     

水田环境下水稻直播机自动驾驶控制方法

为了解决无人化水稻直播机在水田里应用时精度不高的问题,本文提出了一种在不平整泥泞水田环境中的水稻直播机自动驾驶控制方法。本文首先建立了水稻直播机的运动学模型,基于横向偏差和航向角偏差,提出了一种用于直线作业段的非线性转向控制算法。为了避免水田路面不平坦对定位系统的影响,通过倾角传感器获取车身姿态,修正定位误差。通过检测计算位置与地边的相对距离,实现了地头自动转弯。实验表明,本文控制方法的路径跟踪平均绝对误差为0.027m,具有较好的跟踪精度和稳定性,且自动转弯算法切实有效,提供了一种在水田环境下可行的自动驾驶控制方法。     

温室大棚温湿度模糊控制系统及PLC程序设计

温室大棚环境系统是一个具有非线性、时变和大惯性等特点的复杂系统,难以建立精确的数学模型进行控制。为此,以显著影响温室作物生长的温湿度为研究对象,构建了一个温湿度模糊控制系统方案,应用模糊控制系统理论设计了温湿度模糊控制器,编写了模糊控制算法的PLC程序,并对温湿度的模糊控制效果进行了实际观测。系统运行结果表明:当温湿度值设定为22℃和70%RH时,控制过程平稳、超调量小、运行稳定,能够满足温室作物对生长环境的要求。     

蔬菜大棚恒温恒湿控制系统设计

蔬菜大棚的恒温恒湿控制系统是一种为蔬菜提供适宜环境、避免各种棚外环境变化对其影响的控制系统。该系统采用TM200CE40RS系列的PLC为核心部件,采用温度和湿度两类传感器采集现场信号,将采集到的模拟信号经PLC转化为数字信号,PLC将测量结果与预设温湿度进行逻辑运算后发出相应的指令控制输出系统使风扇、加湿器等设备动作,这样大棚内的温湿度就能实现自动控制。其控制技术可以使大棚运行于经济节能状态,实现大棚的无人化和智能化管理,减轻人们的劳动强度,降低温室能耗和运行成本。经过反复试验和商议,该设计系统具备性能稳定、操作简单、价格低廉、服务便捷等特点。     

基于两级预测的温室WSN系统数据传输方法

为了减少温室WSN系统传感器节点数据传输次数,提出基于两级预测的温室WSN系统数据传输方法。首先,引入莱特准则进行序列异常值检测,研究并提出了便于节点实时计算的序列方差滑动递推计算方法。其次,分别在传感器节点和服务器建立一阶分段线性回归方程并结合自适应加权算法形成两级预测模型,设定传感器节点仅在预测误差超过设定阈值时上传实际采集值,其他时刻服务器自动触发线性回归模型预测填充该部分数据。同时,结合温室环境自动控制的特点,研究了一种基于抛物线的可变误差阈值确定方法。试验表明:分段一阶线性回归模型能够在规定误差阈值内逼近系统原始数据曲线,利用两级预测算法无线传感器节点数据发送次数可减少93%(误差阈值为0.9)。     

果园升降平台自动调平控制系统设计

针对目前丘陵山区果园作业生产中采摘、运输等升降平台通过性不强、调平不稳定等问题,设计一种自动调平果园作业升降平台调平控制系统。设计平地作业和坡地作业两种工作模式,平地作业时升降平台利用自身平行四边形结构实现升降平台平稳升降;坡地作业时机器通过两级调平模式实现精准调平;通过仿真分析确定一级调平误差为2°以内,为二级调平设定界限。根据升降平台几何结构关系,通过位移传感器测量调平油缸伸长量实时调整升降平台倾斜度实现一级调平;调平误差达到二级调平允许范围内利用角度传感器通过模糊PID控制系统进行二次调平实现精准调平。对试验台进行调平性能测试,试验结果表明:在不同负载和爬坡角度下升降平台一级调平误差均在2°以内,经过二次调平以后升降平台最终误差在0.5°以内,调平响应快,调平性能好,操控简便,适合丘陵山区果园作业环境。     

无轨电动采摘车的研究与应用

我国温室内作物采摘收获主要是人工作业,没有辅助的配套设施设备,劳动消耗大、效率低。虽然目前相继推出有轨道的采摘车,但由于温室种植面积大,轨道的成本占比重较大。针对以上问题,开发了无轨道电动采摘车,实现了温室作业通道内无轨道采摘。该无轨采摘车主要由行走转移底盘、液压升降机构、工作平台、液压举升及控制部分等构成。该采摘车在温室狭窄的作业通道内运行,进行无轨道采摘作业,具有结构简单、操作容易、零排放及无污染等优点。经过实际生产试验,相对人工作业,工作效率可提高6~7倍。     

智能草莓采摘机器人设计及试验

设计了一套针对地垄栽培模式下的草莓智能采摘机器人.该草莓采摘机器人可在一定范围内基于机器视觉识别成熟草莓位置和精准定位,并以夹持、扭转果柄的方式摘取果实,从而实现草莓的无损伤采摘.设计的采摘机器人由三轴精确运动同步滑台机构,三菱fx3n PLC控制系统,视觉识别系统组成,并采用面向对象编程工具C#编写了控制终端及视觉自...     

视觉传感器在采摘机器人目标果实识别系统中的应用

目标果实的识别和定位是准确采摘的核心,是采摘作业的必要条件。为此,首先从硬件和软件两方面对采摘机器人总体框架进行了介绍,然后搭建了双目视觉系统,并建立了摄像机标定模型,最后实现了对目标果实的识别和定位功能。试验结果表明:采摘机器人目标果实识别系统对目标果实的识别定位误差在8mm以内,成功采摘率在96%以上,系统精度高,采摘效果良好,能够满足采摘机器人的作业要求,对实现水果采摘的自动化、无人化具有重要现实意义。     

单驱双夹式草莓末端执行器设计

针对温室高架栽培草莓自动化采收需要,设计了一种单驱双夹式采摘末端执行器。该末端执行器采用单气缸驱动,通过在剪短果柄的同时夹持近果实端果柄的方式完成草莓果实采摘,结构紧凑、控制方便、且通用性好。通过对草莓果实生长形态参数和果柄力学参数的测量分析,优化设计了采摘末端执行器结构模型,并对其果柄夹持和剪切性能进行力学模型验证。     

采摘机器人移动果实目标跟踪研究——基于云存储和无线传感器网络

提高采摘机器人对运动目标的定位能力是提高机器人采摘精度的重要途径,但对于运动果实目标的跟踪和识别需要实时处理大量的图像数据。为有效处理并利用无线传感器实时采集待采摘果实图像,提出了一种基于Hadoop云平台的图像并行处理方案。为了验证方案的可行性,设计了具有运动图像采集和无线传感网络传输功能的采摘机器人,并搭建了基于云存储并行计算的图像抓取平台,利用无线传感器采集的果实图像资源作为原始数据集,对运动待采摘目标进行了图像识别。实验结果表明:采用该方案可以成功地获取运动果实的位置信息,且采摘机器人成功采摘率较高,对于高精度采摘机器人的设计研究具有重要的意义。     

基于改进纯追踪模型的温室采摘运输自动跟随系统

基于Kinect体感感应技术,设计了一套温室果蔬采摘运输自动跟随平台。通过体感感应系统获取图片上像素点的深度信息,结合图像处理算法,逐行扫描确定人体图像并实时获取人体骨骼信息,计算了人体当前的三维坐标并记录人体走过的路径轨迹。系统采用自调整函数对路径进行优化,避免了剧烈转向行为,并对优化后的路径以模糊算法动态确定纯追踪模型的前视距离,从而实时调整转向和转角,实现了精准跟随和稳定跟随。试验结果表明,该跟随系统能在避免剧烈转向的前提下以较高的精度跟随,横向最大跟踪偏差不超过10.0 cm,最大深度偏差为5.5 cm,且系统性能不受光照条件影响,满足温室采摘运输要求。     

精密草莓采摘机器人优化设计——基于光程调节结构

在机器人草莓采摘过程中,由于草莓果实比较脆弱,加上其体积较小,因此存在较高的破碎率和漏采率,这都与草莓采摘机器人的定位精度有关。为了提高草莓采摘过程的定位精度,在采集机器人定位系统的引入了一种新的光定位结果,并提出了一种用于真空怀特池光程调节的机构,利用该机构的反馈源信号,实现了对采摘机构的优化设计。为了验证设计的精密草莓采摘机器人的可靠性,设计了机器人的草莓采摘试验,并对其破碎率和漏采率进行了测试。通过测试发现:该装置可以有效地降低草莓采摘的破碎率和漏拾率,且采摘耗时低、效率高,可以满足草莓采摘实际生产的需要。     

蔬菜大棚墒情传感器垂向埋设位置研究

针对当前国内外墒情传感器分层布置的习惯及降低传感器埋设量的愿望,研究了蔬菜大棚墒情传感器在垂向上的代表性问题。以江苏省宿迁市宿城区番茄大棚为例,利用Hydrus-1D模型分别模拟番茄苗期、开花坐果期和盛果采摘期灌水之后15 d内的根系层内含水率分布变化的情况。根据模拟结果,将40 cm的主要根系层平均分为10个土层,通过对灌水后各个土层含水率与根系层平均含水率进行显著性检验,进一步将无显著性差异土层内各测点的含水率与根系层平均含水率进行比较。结果表明,10~16 cm深度区域的土壤含水率基本能够代表根系层的平均含水率。因此,蔬菜大棚内单个墒情传感器应当埋设在10~16 cm的深度范围。     

基于趋近律滑模控制的智能车辆轨迹跟踪研究

针对目前已有智能车辆轨迹跟踪控制存在跟踪精度低、鲁棒性弱等问题,结合滑模控制响应迅速、抗干扰能力强的优点,提出一种基于趋近律的滑模控制方法。提出的趋近律通过特殊幂次函数和反双曲正弦函数的组合,提高了系统状态的趋近速度并且平滑和限制了抖振现象,可实现控制车辆平顺快速跟踪参考轨迹。在Simulink软件上搭建了车辆运动学模型并进行轨迹跟踪仿真实验,通过与双幂次趋近律滑模控制进行对比验证了控制效果。仿真实验结果表明,相对于双幂次趋近律滑模控制,提出的趋近律滑模控制的车辆能更快地跟踪到参考轨迹,横向和纵向误差收敛速度明显增快,航向角抖振现象减弱,系统具有更快的趋近速度,并且抖振现象被削弱。     

温室草莓采摘机器人设计与试验

为实现温室草莓采摘机械化和自动化,设计并制作一种应用于日光温室的草莓采摘机器人。该机器人能实现自主路径规划,行走过程中识别成熟草莓并完成采摘。设计以ROS分布式计算系为主控制网络,以激光雷达进行移动机器人的地图构建与定位,双目深度相机实现对成熟草莓的识别和定位,搭载柔性仿生夹爪6自由度机械臂实现目标草莓抓取和放置。设计机器人软件平台,使用改进A*算法实现自主路径规划和导航避障;利用R-FCN目标检测网络和双目视觉技术实现成熟草莓检测及定位。结果表明：该草莓采摘机器人可实现目标检测及定位,检测到的草莓坐标与机器人手爪坐标的误差在4 mm以下,成熟草莓识别率为95%,满足采摘要求。