苹果采摘机器人仿生机械手静力学分析与仿真

提出了一种应用于苹果采摘机器人末端执行器的仿生机械手。采用腱传动式仿生机械手取代了简单的夹具,提高了末端执行器在复杂环境中抓取苹果的适应性。建立了腱传动式机械手开环控制的驱动力和抓握力间的力学模型。仿真结果表明,在相同的驱动力下,腱传动仿生机械手的抓握力与其机构参数相关。其中,有效抓握力由手指的长度和厚度决定;抓握力的分布由各指节的长度比例决定;手指的初始张角决定了其可抓取苹果的半径范围;随着苹果半径的增大,有效抓握力将减小。摩擦力能够改善抓握力在各指节的分布,使抓握力分布均匀化,同时使有效抓握力变大。     

多末端苹果采摘机器人机械手运动学分析与试验

提出了一种多末端采摘机器人机械手结构方案,设计了机械臂、末端执行器及其控制系统。机器人机械臂采用主从两级结构,从臂前端可挂接多个末端执行器。末端执行器能进行果实连续采摘,其结构紧凑、驱动简单、通用性好,可适用于苹果、柑橘、梨等球形水果的自动化收获。针对设计的采摘机械手具有多末端的特点,提出了果树分区采摘作业策略,一个采摘区内各个末端执行器同时连续采摘、果实集中回收。在此基础上建立了机器人机械手运动学模型,采用D-H法推导了运动学方程,运用Matlab Robotics Toolbox进行了运动学仿真验证。制作了机械手物理样机并在实验室环境下进行了机械手运动学及采摘试验,结果表明,机械手各从臂末端位置误差小于9 mm,采摘成功率为82.14%。     

圆形水果采摘机械手运动学分析与仿真

针对目前水果采摘劳动强度大、作业效率低及危险等问题,设计一种六自由度圆形水果采摘机械手。采摘机械手采用液压和气动系统相结合的方式实现升降、俯仰及快速采摘,且采用D-H法建立了各连杆坐标系,并对其进行运动学正解和反解分析;最后,运用Adams和Matlab对采摘机械手进行运动轨迹、夹紧力及工作空间的仿真分析。结果表明:机械手采摘的高度范围为230~5 100 mm,末端执行器关节的旋转角度为0°~280°,弧形手抓最大夹紧力为22 N,工作空间内的工作点分布均匀对称且水平方向上可360°旋转。通过仿真可有效地看出各连杆之间运动平稳,验证运动学分析的正确性,为进一步的研究提供理论基础。     

基于ADAMS的果品采摘机械手运动学仿真分析

机械手作为机器人的重要组成部分,具有一定的研究价值.为此,基于人机协作思想,对果品采摘机械手的结构及相关参数进行了设计,并对其进行了详细的运动学分析,利用代数法对机械手逆运动学进行求解,得到了机械手的运动学方程,为实现机械手的控制奠定了基础.最后,通过机械系统仿真软件ADAMS进行仿真分析,验证了运动学方程的有效性.     

收获采摘机器人的运动学分析及仿真——基于ADMAS

为了对五自由度关节式收获机器人五自由度关节机器人末端执行器的位姿和运动进行描述,运用传统的D-H法建立各关节运动学数学模型,进行运动学正、逆解,求得末端执行器的位置关系式。基于UG软件建立了该机械手的三维立体模型,并通过ADMAS软件对机械手抓取、采摘和放下过程进行仿真分析,确定其运动轨迹。结果表明:所建立的运动学方程正确,设计的机械手满足工作要求,有较强的操作性,为收获采摘机械手的设计制造奠定了基础。     

气动柔性果蔬采摘机械手运动学分析与实验

采用气动弯曲型柔性驱动器设计了一种带有柔性机械臂的多自由度果蔬采摘机械手。基于分段常曲率理论,根据柔性驱动器形变规律,建立了多关节串并联的采摘机械手运动学模型和抓持力模型,研究了机械手采摘作业时抓取模式、工作空间和手指输出力与气压的关系,并进行了相关实验验证。制作了机械手样机,并在实验室环境下进行了多种果蔬模拟采摘实验,结果表明,该果蔬机械手具有多种抓取模式,且动作灵活、柔顺可靠、易于控制,适用于球形和圆柱形果蔬自动化采摘作业。     

基于改进人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法

针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、结构简单等优点的基础上,针对其存在的局部极小点、陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点,从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障;将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的采摘机器人机械手实时避障任务中,仿真和实验研究结果表明此方法简单,实时性好,能够有效地避开障碍物,成功到达目标位置,适合自然生长状态下苹果的自动采摘。     

智能型采棉机器人中单机械手运动学建模与仿真

针对我国采棉方式严重制约着采摘效率和收获成本的现状,提出了基于单机械手的智能型采棉机器人构想.根据D-H法则和机械手的结构参数,建立了单机械手的运动学模型,采用反变换法求解运动学逆问题,利用MATLAB仿真,验证了所建模型和所有连杆参数的正确性,保证了机械手各关节的准确运动,实现了棉花的实时、高效采摘,并且可以在上述机械手运动学模型基础上开展轨迹规划和避障等技术研究.     

菠萝采摘机械手结构设计

根据菠萝的物理特性,设计了一种菠萝采摘机械手结构,并运用三维数字化软件SolidWorks,对设计机构进行三维建模。在此基础上,对机械手的运动特性与动力学特性进行了相应分析。     

基于Matlab的采摘机械手运动学仿真研究

结合人机协作思想,确定了采摘机械手自由度数目,并对其进行了结构设计,讨论了该机械手的运动学问题,并在Matlab环境下建立了采摘机械手的三维仿真图.同时,通过控制滑块驱动机械手运动,运动情况满足预定要求.编制简单的算法程序,对规划好的轨迹进行了运动学仿真,从而验证了连杆坐标系的正确性和连杆参数的合理性;在运动过程中各关节角连续变化,末端执行器可以实现预期的运动.     

苹果采摘机器人果实识别与定位方法

提出了利用归一化的红绿色差(R-G)/(R+G)分割苹果的方法.对不同光照情况下拍摄的苹果图像进行了识别,并对识别后的图像进行预处理后,获得苹果的轮廓图像.对轮廓图像采用随机圆环法进行果实圆心、半径提取.通过建立基于面积特征与极线几何相结合的匹配策略实现双目视觉下的果实定位,对于搜索区域内面积相似的果实,通过计算垂直投影的互相关函数最大值的方法,得到排序基准线,然后根据顺序一致性原则进行匹配.实验结果表明:识别算法可以较好地消除阴影、裸露土壤等影响,识别率达到92%.采用随机圆环法,可以准确地提取果实的圆心、半径.在60～150 cm的距离范围内,测量误差小于2 cm.     

FS03N通用机器人运动学分析与仿真

以FS03N通用机器人为研究对象,根据FS03N的结构特点,采用D-H法建立了机器人连杆坐标系,列出连杆参数,计算得出了以关节角度为变量的正运动学方程。通过选用z-y-z欧拉角来描述川崎FS03N通用机器人末端的方位。在机器人运动学反解问题上,采用了反变换法来求解。最后,使用SolidWorks软件建立了FS03N的三维实体模型,用motion对其进行仿真,验证位置正反解的正确性。     

基于BP神经网络的苹果图像分割算法

针对目前苹果采摘机器人图像分割运算量大、耗时多等问题,通过分析选取3×3邻域像素色度值作为苹果图像的特征,选取40幅图像作为训练样本,以人工分割后的图像作为教师信号,采用BP算法对神经网络的权值进行训练.经过100次循环后,获得有效的网络权值,误差为0.001.结果表明,利用BP神经网络能够较好地实现苹果与背景的分离,后续操作中,经过腐蚀、膨胀等算法的进一步处理后,得到了更加理想的效果.     

基于解析法的管道清灰机器人操作臂分析及仿真

以管道清灰机器人为研究对象,建立了该机器人操作臂机构简图。利用解析法对机器人操作臂位置、速度、加速度进行了分析,给出了末端操作器的位置、速度、加速度解。利用Matlab编制计算程序,基于Simulink建立了仿真模型,对管道清灰机器人进行了动态仿真,验证了运动分析的正确性。     

采摘机器人的研究进展与现状分析

随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用,农业机器人将成为农业生产的主力军.采摘机器人作为农业机器人的重要类型,具有很大的发展潜力.为此,在分析采摘机器人特点的基础上,通过对几种典型的采摘机器人的开发与应用介绍,分析了国内外采摘机器人的研究进展与现状;找出采摘机器人发展中存在的主要问题并提出相应的解决途径;指出人机协作思想和开放式结构思想应用于采摘机器人的研究具有实际应用价值.     

浅谈采摘机器人在农业中的应用

采摘机器人技术处于农业机械化研究的前沿领域,一些发达国家已取得了较大的成果。文中对国外采摘机器人的研究现状进行了综述,列举了国内采摘机器人的研究进展,并分析了国内外采摘机器人的发展趋势。     

猕猴桃采摘机器人的研究与设计

设计了一种针对规范化种植的猕猴桃采摘机构,它能够在果实成熟期的果实分布平面内对果实进行识别与定位,以夹持和扭转的方式摘取果实,实现果实的自动化采摘。所采用的传动方式简单有效,有利于在实际中推广,也为后续研究提供了基础。     

果蔬采摘机器人的研究

果蔬采摘机器人是实现农业自动化的一项重要技术.为了掌握果蔬采摘机器人的最新研究动态,将其尽早应用到生产实际,根据近年来国内外最新的研究资料,简要阐述了果蔬采摘机器人的特点和国内外的研究进展,结合当前在此领域的一些研究实例进行比较分析;从采摘机器人的移动机构、机械手、识别和定位系统、末端执行器4部分介绍了其结构组成与设计技术,并在此基础上重点分析了果蔬采摘机器人研究中存在的问题,提出了未来研究开发的技术关键与方向.     

采摘机器人开放式控制系统设计

在采摘机器人控制系统设计中引入开放式控制思想,采用分层控制作为控制系统的体系结构。硬件平台由PC104工控机和PMAC2—104多轴运动控制卡构成。控制软件划分为任务层、系统层和伺服层。在6自由度机器人平台上,以腕关节的旋转自由度为例,进行初步测试。测试结果表明,当比例增益为34000,微分增益为4200、速度前馈增益为680、加速度前馈增益为1000时,系统具有良好瞬态响应特性、定位精度和速度控制性能。     

茄子采摘机器人末端执行器设计

为了满足茄子采摘机器人的可靠性和安全性需要,设计研制了一种茄子采摘机器人的末端执行器。该末端执行器主要由传动机构、切割机构和抓取机构等几大部分组成,具有节省动力源、结构简单、体积小、质量轻等特点。设计的抓取机构对指定有效范围内(直径3～6.5cm)的茄子收获比较可靠,不伤果实;切割机构能够高质量地完成切割。经实验测定表明:对不同位置和不同大小的茄子进行抓取的成功率为92.76%,证实所研制机构能够顺利完成茄子采摘。