基于咬合型末端执行器的柑橘采摘机器人采摘姿态研究

针对采摘机器人视觉系统在复杂自然环境中无法准确提供柑橘果实生长姿态,进而导致采摘成功率下降的问题,基于柑橘采摘机器人咬合型末端执行器提出了一种最佳采摘姿态确定方法。该方法依据末端执行器构型参数,建立其采摘姿态对果实中心位置影响的性能评价函数,并使用该函数计算得到执行器最佳采摘姿态。通过搭建采摘实验平台和设计采摘实验,对计算出的最佳采摘姿态进行验证。实验结果表明,与一般的水平采摘姿态相比,采用最佳采摘姿态评价方法优化后的采摘姿态,在进行柑橘采摘时采摘成功率提高26.32%。     

柑橘采摘机器人末端执行器设计与试验

作为采摘机器人的重要组成部分,末端执行器是与采摘对象直接接触的最后执行部件,由于其采摘对象的特殊性,末端执行器的研制成为了农业机器人尤其是果蔬采摘机器人的关键技术之一,它的性能优异程度直接影响机器人的收获效率。基于仿生学理念,以蛇的吞咽动作和上颚结构为构型设计原型,提出末端执行器设计的机构构型,并完成末端执行器的初步模型设计。完成其控制系统设计与气压驱动系统设计,实现下位机控制器Arduino与PC上位机的通信。根据柑橘果实的生长情况与该型末端执行器作业状态分析,设计了末端执行器采摘试验,完成其采摘成功率分析与采摘执行系统优化。     

一种多用途采摘机器人末端执行器的设计

我国水果种植面积广大,采摘任务繁重,急需机械代替人工。目前出现的末端执行器均为一对一采摘,为此,设计了一种适合采摘两种水果、且有一定自适应能力的收获机器人末端执行器。该末端执行器采用三指对中定心外夹持采摘方式,预设采摘对象为苹果和梨,具有体积小巧、操作简单、安全可靠、适应性强、成本低廉等特点。研究证明,此末端执行器能够很好完成采摘任务。     

柑橘采摘软体末端执行器的设计与试验

为实现柑橘的无损采摘,本文设计了1款采摘软体末端执行器。基于Yeoh本构模型建立软体手指弯曲变形力学模型;借助有限元仿真进行中心组合设计试验,最终取最优组合参数为：气囊高度为7 mm、限制层厚度为3.5 mm、气室厚度为3 mm;通过MATLAB拟合ANSYS有限元仿真结果,进行了力学模型修正;制作软体手指进行弯曲试验,验证了力学模型与有限元仿真可靠性;通过ANSYS有限元仿真得到软体手指充气压强为0.035～0.07 MPa,软体机械手即满足刚度要求又不损伤柑橘。搭建试验平台,得出最大气压下最大挤压力为18.13 N,试验证明采摘软体末端执行器无损夹持柑橘成功率为96.67%,平均采摘1个柑橘需要耗时3.54 s。     

类球果蔬采摘末端执行器设计及分析

根据一般类球果蔬采摘特点,设计了一种基于改进对称双摇杆机构的类球果蔬采摘末端执行器。在ADAMS中建立其虚拟样机,并对其受力关键部位作柔性体处理,得到其运动评估参数的变化曲线,得出该执行器机构运动特性,可知该执行器结构简单、运动关系简易,具有良好的可靠性保证。     

柑橘机器人夹持损伤有限元预测及试验验证

【目的】研究作业机器人不同夹持条件下柑橘的内部应力变化,预测并分析柑橘的夹持损伤。【方法】测定柑橘各组分的力学参数;根据柑橘结构建立其所对应的有限元模型,模拟机器人不同指面夹持柑橘的过程;利用自行设计的末端夹持平台对柑橘实物进行夹持验证试验。【结果】柑橘的纵向果皮和果肉的弹性模量分别为11.408和0.277 MPa,极限应力分别为1.250和0.048 MPa。模拟试验中,得到柑橘果皮和果肉的等效应力分布图;柑橘果皮应力大于果肉;由于果肉的极限应力小于果皮,果肉的损伤先于果皮;相同夹持力下,弧指比平指对柑橘果皮和果肉作用应力小;平指夹持力为23 N时,果肉出现损伤,但弧指夹持力为45 N时,果肉才出现损伤;当夹持力分别为12、23、34、45、56、67 N时,平指比弧指夹持的柑橘果肉损伤率分别大0、10%、30%、40%、20%、20%。夹持试验结果验证了模拟预测试验。【结论】可实现柑橘夹持损伤预测和评估,可为柑橘作业机器人的减损结构设计提供依据。     

关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响

影响机器人末端执行器位姿的因素很多,其中关节间隙的影响历来为人们所关注。本文讨论了关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响,推导出了由关节间隙引起的机器人末端执行器位姿误差的精确计算公式,且给出了算例,本文的工作为提高机器人的工作精度及有效地控制机器人,提供了理论依据。     

基于S7-200 PLC的苹果采摘机器人控制系统研究

通过对采摘机器人控制系统要求的分析,以PLC控制器为核心,对末端执行器、物料收集装置、采摘机械大臂和小臂、移动平台和横向滑移机构等设备的控制,实现苹果采摘的全自动化控制。     

柑橘采摘机器人末端执行器结构设计与仿真分析

针对目前柑橘室外采摘作业难度大、人工采摘效率低,以及对柑橘本身和柑橘果园破坏性大、破坏范围广等问题,提出了一种改进优化柑橘室外采摘末端执行器。通过对柑橘采摘末端执行器采摘机构进行设计和运动学仿真分析,以及对整体结构仿真分析和运动学仿真分析,得到了最优柑橘采摘末端执行器采摘机构部分模型,并在自然环境下对其进行了柑橘采摘试验,试验成功率高达80%,成功实现对室外柑橘自动化采摘,具有较大的应用和推广价值。     

基于欠驱动原理死鸡捡拾末端执行器设计与仿真分析

为解决规模化养殖场人工识别捡拾死鸡劳动强度大、效率低等问题,以3～7周周龄笼养肉鸡为操作对象,基于欠驱动理论设计3关节4指死鸡捡拾机器人末端执行器.在肉鸡体尺测量、力学特性测量基础上,采用ADAMS建立机械指参数化模型与肉鸡模型,并依据目标函数、设计变量和约束条件开展机械指结构优化,优化结果显示目标函数增大28.6％....     

基于三维重建的柑橘采摘机械臂避障研究与实验

利用机器人采摘柑橘果实需要解决机械臂运动过程中对障碍物的感知与避障问题。根据枝干的特征对枝干进行分段标记,使用深度学习Mask R-CNN神经网络进行训练、识别,然后与Kinect v2相机得到枝干障碍物关键点的三维信息进行重建。应用快速扩展随机树（rapidly-exploring random trees,RRT）的改进算法进行机械臂的避障运动规划。搭建了仿真及控制平台,并在实验室环境下通过课题组自行研制的柑橘收获机器人进行了验证,结果表明,样机避障成功率为90.7%,平均规划时间为1.5 s。上述结果为进一步进行实际环境采摘奠定了基础。     

马铃薯机械化收获损伤机理研究现状及进展

从收获、贮运和加工方面对马铃薯损伤机理的研究现状及进展进行阐述,为马铃薯收获机械与技术的研究提供参考。     

基于机器人采摘的柑橘果柄切割力学特性研究

为了给柑橘采摘机器人切割装置设计提供依据,根据采摘时被切割果柄弯曲的工作状态,设计了果柄切割夹持试验架,对柑橘果柄进行了不同切割条件的切割试验。结果表明:切割过程中,柑橘果柄发生弯曲,随着滑切角增大,果柄产生的起始裂纹从外侧转移到内侧,同时果柄切口更光滑;切割速度、刀具形式和滑切角均显著影响柑橘果柄的切割力学参数;随着切割速度的增大,峰值切割力、切割功率和切割位移均先快速减小,然后缓慢减小;随着滑切角的增大,峰值切割力减小,但切割位移先减少后增大;当滑切角为0°时,相比平刀和齿刀,弧刀对柑橘果柄的峰值切割力和切割位移最少;采用平刀切割,滑切角不应太大,以免切割位移过大,降低采摘速度;使用齿刀切割,滑切角应大于30°,不但峰值切割力大大减小,而且切割位移增加也较小。     

机采棉技术的试验与推广

机械收获是制约棉花(Gossypium hirsutum L.)生产全程机械化的主要因素之一,机采棉技术的应用能有效解决这一难题。介绍了新疆生产建设兵团机采棉技术的背景,阐述了机采棉生产的试验,对机采棉技术的推广应用进行了总结与分析。     

一种芦笋采摘机机械手的设计

为了实现芦笋机械化采摘,降低人工劳动强度,提高芦笋种植经济效益,设计了一种小型芦笋采摘机,重点对采摘机构和三轴运行机构进行了设计、计算和分析。通过计算,确定了X/Y/Z进给机构丝杠的选型,并对其受力和刚度进行校核;同时对采摘机械手的结构进行了设计,确定了采摘机械手的尺寸,液压缸的行进距离,并对其关键零部件进行仿真分析,结果表明设计强度均满足要求。按照实际工作状况,对关键零部件进行三位建模,进行模拟组装后最终建立整机的三维模型。芦笋采摘机在劳动强度大的蔬菜采收环节能够大幅降低人工成本,在农村劳动力老龄化问题日益突出的情况下,具有一定的市场前景。     

柑橘冻害保险气象理赔指数设计

 【目的】设计柑橘冻害保险气象理赔指数,为开展柑橘政策性农业保险提供技术支撑。【方法】根据多年生果树柑橘产量与树龄、大小年和环境因子的关系,分离出相对气象产量。运用风险评估技术确定气象灾害导致的柑橘减产率,设计低温冻害指数,确定严重冻害的气象指标和减产率,综合区域产量指数保险和气象指数保险优点,设计柑橘严重冻害保险气象理赔指数。【结果】通过风险分析确定了柑橘严重冻害保险气象理赔指数。浙江沿海地区低温冻害指数大于-7.0℃、其它地区低温冻害指数大于-9.0℃,理赔指数为0,赔付率为0;浙江沿海地区低温冻害指数-7.0～-7.9℃、其它地区低温冻害指数-9.0～-9.9℃,理赔指数为1,赔付率为50%;浙江沿海地区低温冻害指数-8.0～-8.9℃、其它地区低温冻害指数-10.0～-10.9℃,理赔指数为2,赔付率为70%;浙江沿海地区低温冻害指数小于等于-9.0℃、其它地区低温冻害指数小于等于-11.0℃,理赔指数为3,赔付率为90%。【结论】气象理赔指数保险针对政策性农业保险经营需求设计,可以避免逆选择和道德风险问题,解决农业保险中赔付时效低及成本高的问题。     

柑橘气象指数保险合同费率厘定分析及设计

目的设计柑橘气象指数保险合同,为开展柑橘政策性农业保险提供技术支撑。方法根据柑橘减产率与气象因子的关系,应用极值理论分析导致巨灾结果的气象风险的尾部分布,确定保险费率,综合区域产量指数保险和气象指数保险优点,设计柑橘气象指数保险合同。结果确定了浙江省西部地区各县的纯保险费率和气象灾害赔付金额。淳安、兰溪、金华市区、丽水市区气象灾害纯保险费率为1.8%—3.0%,建德、常山、江山、龙游、衢州市区气象灾害纯保险费率为5.5%—6.6%。结论气象指数保险合同针对政策性农业保险经营需求设计,可以有效解决传统农业保险和国外指数保险存在的问题,设计成气象衍生品进入金融市场。