高架草莓采摘机器人设计与试验

设计了一款针对高架栽培模式的草莓采摘机器人。该机器人由履带式行走机构、基于机器视觉的精密运动定位机构和一个可同步剪切夹持草莓果柄的末端执行器等机构组成,采用以ARM9为核心的分层式控制系统。温室内实地试验表明该机器人能够自主识别、定位并无损伤采摘高架栽培模式下的成熟草莓,采摘成功率可达88%,采摘单颗草莓时间为18.54 s。     

便携式剪夹一体草莓采摘器的设计研制

便携式剪夹一体草莓采摘器是一款辅助人工采摘的小型装置,主要协助草莓采摘工人以及游客完成草莓的采摘工作。该装置主要由金属和光敏树脂等材料构成,总长127 mm,宽度50 mm,高度138mm。装置操作方便省力、便于携带,仅用一只手控制即可实现剪切、夹取以及放置等工作,手部接触部分为掌心圆弧设计,可减轻因长时间剪切过程中手部的疲劳酸痛感。     

草莓采摘位置机器视觉与激光辅助定位方法

以地垄栽培模式下的草莓为作业对象,针对草莓果实娇嫩易损的特点,采用直接撷取果柄的采摘方案,提出了一种图像处理与激光辅助测距相结合的草莓采摘位置自动定位方法.采用镜像匹配法计算草莓果轴的平面位置信息,进而在扇形激光束的辅助下,利用几何光学计算采摘位置在深度方向的距离.对自然环境下生长的长圆锥型草莓进行了试验,结果表明,对于机器人锁定采摘位置所需的导航数据,该方法的平均计算时间为381ms,测距最大误差为1.6mm,平均误差为0.5mm.     

草莓采摘装盒系统设计

为提高草莓采摘过程的自动化程度、满足草莓采摘后的处理需求,研究小组设计了一种草莓采摘装盒系统。在分析传统方式草莓采摘装盒的基础上,对草莓自动装盒的工作原理进行了分析,设计的草莓采摘装盒系统包括装盒控制器、包装盒输送机构、堆放升降机构三部分。研究结果表明,本研究的草莓采摘装盒系统可达到采摘后草莓自动装盒、自动卸载的效果,无需另外设置收集容器和周转箱,无需另外安排人员进行周转、装盒,可最大限度地减少草莓中转次数,避免草莓堆积,降低草莓破损概率,同时间接降低了对采摘手的控制难度,提高了生产效率。     

草莓采摘机器人行走机构设计

针对现有草莓采摘机器人行走机构结构复杂的问题,研究出一种适合地垄式种植模式的草莓采摘的机器人行走机构。该行走机构采用电机驱动的轮式行走机构、四连杆转向机构,能够根据草莓采摘需要在地垄中精确启停和灵活转向。采用运动学分析软件ADAMS对草莓采摘机器人行走机构的直线行走和转弯性能进行了仿真分析。结果表明:行走机构运行平稳、转弯灵活。草莓采摘机器人行走机构上设置有采摘机构安装机构,且在工作过程中可与采摘机构精准配合,高效高质量完成草莓采摘作业。     

手持式草莓采摘收集一体化装置的设计

针对现有草莓采摘作业中劳动强度高效率低下的特点,设计了一种人工操作辅助采摘的小型手持机械装置。该装置主要由送料和传动结构、根茎切割机构、根茎夹持机构、操控机构,以及果实收集机构等部分组成,以微型电机为动力源,以刀片和同步带组合,实现草莓根茎的切断、果实夹持、输送、收集的一体化作业。现场测试结果表明:该装置可显著提高操作者的劳动效率,减轻工作强度,具有较好的推广和实用价值。     

草莓采摘手爪结构设计

随着草莓种植的推广,国内草莓种植面积迅速增加。草莓是最不耐贮藏的水果,成熟后必须及时采摘,因收获季节劳动力不足,严重制约了草莓的种植发展。为此,提出了一种草莓采摘机械手爪。首先对摄像头采集的画面进行图像处理控制手爪的动作,使得手爪处于采摘位置,手指上的传感器控制电机旋转,带动齿轮传递动力给丝杠,通过丝杠的动作使手指闭合,对草莓果柄进行切割和抓取,实现果实的自动化采摘。本机构简单、可靠,为后续的研究奠定了基础。     

草莓收获机器人采摘执行机构设计与试验

设计了一套针对地垄栽培模式下草莓的无损伤自动采摘执行机构.该执行机构可在一定范围内对成熟草莓进行自主识别和精确定位,并以夹持、剪切果柄的方式摘取果实,从而实现草莓的无损伤采摘;所采用的控制方法对视觉传感器精度和机构重复定位精度依赖性较小,利于在进一步推广中控制成本.试验结果表明,该执行机构在实验室环境下对草莓的无损伤采摘成功率可达90％.     

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...     

高架栽培草莓采摘机器人系统设计

为了提高草莓采收自动化水平,针对高架栽培草莓设计了自动采摘机器人系统,其采用无线遥控和语音提示相结合的人机交互方式,可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。该系统采用机器视觉和声纳测距相结合的方式实现了自主导航,通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位,由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用果实吸附、果柄夹持和电热切割的方式对果实进行柔性操作。针对系统控制方案,制定了采摘机器人系统作业流程,并对机械臂末端运动路径节点和时间节拍进行规划,防止与周围环境发生运动干涉,保证机器人作业效率。试验结果表明,草莓采摘机器人系统末端定位平均误差小于2.2mm,单次采摘作业平均耗时10.99s。     

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。     

草莓移动栽培架的设计与试验

为提高设施温室内草莓栽培种植密度和棚室空间利用率,设计了一种平滑式移动栽培架。首先对总体设计要求进行阐述,在此基础上提出总体设计方案,然后对该装置的关键部件进行选型、设计与分析,最后对样机开展台架试验研究。结果表明:该移动架总成能实现多组架体单元同时左右平动,各项参数达到设计要求,操作简单,省力轻便,能够满足草莓栽培生产实际需求。     

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。     

温室高架栽培草莓空间姿态识别与采摘点定位方法

采摘目标空间位姿信息缺失和目标定位精度低是影响草莓采摘机器人采摘效果的关键因素之一。为此,本文首先设计了基于颜色信息和卷积神经网络的草莓图像目标定位与分割以及目标点云分割模型;其次,实现了基于图像的草莓可采摘性和遮挡程度识别模型;最后,设计了草莓空间定位和姿态估计模型并实现草莓采摘点定位方法。基于本文方法对完整草莓位姿估计平均误差为4.03%,对遮挡草莓位姿估计平均误差为9.06%,采摘定位综合误差为2.3mm。在实际采摘实验中,采摘成功率为92.6%,平均每个草莓的计算耗时约为92ms,单个草莓采摘动作的执行平均耗时约为5.7s。实验结果表明：本文提出的方法可在温室条件下较准确地估计草莓空间位姿和采摘点,为草莓采摘机器人提供有效的目标定位信息,有效满足实际采摘场景下的需求。     

草莓收获机器人末端执行器的设计

我国草莓种植面积广大,人工收获作业繁重,草莓的自动化收获问题亟待解决.为此,结合相关领域的研究现状,设计了一款草莓收获机器人的末端执行器.该末端执行器集成了目标识别定位、自身姿势调整和果柄夹持剪切等3个功能,具有体积小巧、成本低廉、使用安全和便携等特点,并且所有传感器和执行部件均采用低压直流供电.经样机实验证明,该末端执行器能够较好地完成预定任务.     

果蔬采摘刚度增强型软体抓手设计与试验

针对目前软体末端执行器在果蔬采摘领域存在刚度低、指尖力小等问题,在多腔体型软体末端执行器的基础上,提出一种通过对发生层的腔体顶部及两侧增加限制性材料以增大夹持力的方法。建立数学模型分析执行器末端位置与输入气压之间的关系;采用Abaqus软件仿真分析执行器弯曲角度、支反力的变化规律;通过对比试验进行抓取验证。有限元仿真与试验结果表明:发生层限制性材料的增加在不影响执行器弯曲性能的前提下,不仅能很好地减小气球效应,而且能够承载更高的工作压强;弯曲角度和压强一定时,增强型执行器的支反力明显大于传统软体执行器,增强型软体抓手最大抓取重量约为414 g,传统型软体抓手最大抓取重量约为108 g,抓取重量约为传统抓手的4倍。     

草莓穴盘苗移栽末端执行器设计与试验

穴盘草莓的长苗、大苗株特点和弓背向外的特殊移栽要求,使其自动化移栽存在困难。首先进行了草莓苗坨的单指刺入力和拔苗阻力试验,进而提出并开展了有约束苗坨的双指夹拔破坏试验。试验发现双针取苗指的苗坨刺入阻力与刺入速度、深度、含水率相关,50 mm和100 mm深度的最大刺入阻力分别可达21.47 N和57.09 N。双指的夹茎拔苗阻力可达9.64 N,而当取苗针滑移量为20 mm和40 mm时约束夹拔力分别可达10.85 N和42.5 N,但过大滑移量对精准可靠移栽极为不利。根据草莓穴盘苗的物理特性、苗坨的力学特性,设计了带双爪可同步换向变距的四针式移栽末端执行器。以有效缩减取苗爪宽度和摆动传动角为双重目标进行了多连杆定角斜插式双指四针取苗爪的非线性规划,得到了优化的机构参数。换向变距装置通过微型行程开关与微型电磁吸盘配合,实现了双取苗爪的快速同步换向变距和可靠定位。验证试验表明,在加速度不大于0.20 mm/s2时取出率和取苗成功率分别在93%和90%以上,加速度过大则可能造成取苗针滑脱和苗坨下部断裂,换向变距装置有效解决了弓背朝外问题和相邻两列同时移栽的间距调整问题,栽苗试验中放苗顺利且直立度和深度均达到移栽要求,且移栽后10 d草莓苗完全成活,该末端执行器可满足草莓穴盘苗的移栽作业需要。     

基于双视觉系统的柑橘辅助采摘器设计

为减轻柑橘采摘过程中劳动强度大、效率低及传统采摘器易损伤果实从而影响果实保鲜及品相等问题,设计了一种可高效、安全、精准地实现快速采摘柑橘果实的采摘器.采摘器通过光学视觉、机械视觉双视觉辅助定位系统,对果实进行精准定位,由漏斗式捕捉口对果实进行捕获,由双圆盘滑切锯片将果梗切断,果实落入缓冲管道中.试验结果表明:柑橘采摘器...