基于玉米根系保护的株间除草机器人系统设计与试验

针对株间机械除草时末端执行器存在损伤玉米根系风险的问题,提出了一种基于玉米根系保护的除草铲土上避苗除草模式,并设计了一套智能株间除草机器人系统。该机器人系统由机器人移动平台、除草装置、视觉检测系统和控制系统组成。其中视觉检测系统采用YOLO V4网络模型来检测玉米苗和杂草;除草装置是基于除草铲空间立体运动轨迹设计,使得除草铲可以完成土上和土下2种避苗除草作业模式。田间试验表明,在机器人移动平台前进速度为1.2km/h时,玉米苗和杂草的检测率分别为96.04%和92.57%,且2种除草模式的除草率均高于81%。除草铲土上避苗除草模式的平均伤根率为3.35%,相较于除草铲土下避苗除草模式降低了36.40个百分点。结果证明该除草机器人系统运行稳定,且除草铲土上避苗除草模式具有较优的玉米根系保护性能。     

除草机器人机械臂运动分析与控制

研究了基于直接施药方法的除草机器人,计算机从地面图像中识别杂草目标,通过伺服控制器控制机械臂动作,末端执行器切割杂草并涂抹除草剂。本文着重分析了机械臂运动学问题,求得其逆解。进而转换成机械臂控制参数,并加以修正,软件编程实现机械臂的精确控制。     

基于直接施药方法的除草机器人

研究了控制农田杂草的直接施药方法,并研制了基于该方法的除草机器人。计算机从摄像头采集的地面图像中识别出杂草目标,然后通过伺服控制器来控制机械臂动作,末端执行器切割杂草并涂抹除草剂。田间和温室的化学除草试验表明,利用直接施药方法,极其微量的药物即可除掉杂草。该研究减少了除草剂用量并消除雾滴飘移现象,保护了生态环境。     

智能田间除草机器人发展现状研究

智能田间除草机器人是当代农业发展现代化、精细化、智能化的重要体现,对国家社会发展、环境保护等方面有着重要意义。为明确智能除草机器人关键技术与装备当前研究现状,从除草方式、苗草识别定位和智能导航方式等方面,总结梳理典型除草机器人的研究现状及作业方式;综述智能导航、苗草识别、除草执行系统关键技术的重要意义及研究进展;结合除草机器人具有作业环境复杂多变性、作业对象娇嫩性、使用对象特殊性、作业季节性的研究特点,指出当前关键技术的现存问题并阐释组合导航技术、复杂田间环境图像处理技术及杂草分类、株间除草末端执行机构研发及机械结构优化是未来发展趋势。     

基于 OpenCV 的除草机器人图像处理技术

为实现除草机器人视频图像实时处理,基于Intel 开源视觉库OpenCV 技术,提出了一种除草机器人视频图像处理方法,并给出了整体方案。利用该方案设计除草机器人视频图像实时处理系统,并在土槽实验室进行试验验证。试验结果表明,该系统能够完成视频图像高速处理与作物植株定位,从而为实现除草机器人末端执行机构精确运动控制打下了坚实基础。     

新型田间智能除草机器人设计

为提高田间除草机械化水平,提高除草作业效率,设计一种能够自动识别除草的智能田间除草机器人。该机器人采用轮式驱动,以STM32F103C8T6微控芯片为控制核心,基于LabVEW软件平台开发了视觉识别系统,可根据不同的地形特征设计行走路线,对杂草进行精准定位,实现机器人移动与除草功能,并能通过智能手机进行控制。采用垄间作业模式对不同农作物进行除草试验,结果表明：机器人的平均杂草识别率为95%,平均杂草清除率为83%,较之于以往研究提升了8%。能够应用于不同田间除草作业。     

交互式视音频在智能采摘机器人自动化系统中的应用

在采摘机器人自动化系统的设计过程中,为了提高采摘机器人的控制效率,引入了基于交互式视音频英语学习原理的采摘机器人交流交互系统,基于WiFi网络,采摘机器人可以将实时作业情况以视频的形式传输给远程端,远程端根据采摘机器人的实时作业情况,对采摘机器人发出语音指令,机器人识别语音指令后完成相关动作,实现远程端和采摘执行端的交流交互。为了验证方案的可行性,设计了采摘机器人机器和远程端自动化控制系统,并对WiFi网络的传输性能以及语音指令的准确识别率进行了测试,结果表明:WiFi网络的通信性能较好,采摘机器人可以准确的识别语音指令,实现自动化控制。     

果园株间机械除草技术研究进展与分析

传统的果园除草机主要进行行间除草,但果树株间为非连续区域,株间机械除草难度较大。果园株间除草机可对果树行间和株间同时进行除草,作业效率高,除草彻底。为此,主要对近年来国内外株间除草机研究现状进行介绍,对避障装置、除草装置、驱动方式、工作速度等几个关键技术进行分析和比对,强调高效稳定的避障装置是果园株间除草机的核心。在此基础上,提出了果园农机、农艺与信息技术深度融合发展,研究了高效稳定的避障装置。结果表明:小型化模块化设计将是果园株间除草机的未来发展趋势,适应稳定作业要求的株间避障技术和高速、高效的机械除草技术,是我国果园株间机械除草的研究重点。     

杂草自动识别除草机器人设计——基于嵌入式Web和ZigBee网关

为了提高除草机器人自主导航能力和杂草识别率,将嵌入式Web和ZigBee技术引入到了机器人的控制系统中,设计了一种新型杂草自动识别除草机器人。除草器人利用摄像头采集导航图像,利用作物颜色特征在RGB颜色空间对图像进行分割,使用OTSU方法检测作物的中心线,以农作物行中心线为基准线进行自动行走,实现了机器人的自主导航功能。机器人利用杂草识别摄像头识别杂草,使用ARM9处理器对图像进行处理,利用ZigBee发送控制指令,最后由执行末端刀盘去除杂草。为了验证机器人杂草识别和导航性能的可靠性,对机器人的性能进行了测试,结果表明:图像计算和实际机器人测试的位姿结果非常接近,杂草的识别率在99.8%以上,算法的性能可靠,杂草识别精度高,除草机器人的实时性较好。     

基于智能交流接触器的采摘机器人机械臂设计

在充分考虑机械臂伺服电机智能速度检测装置的结构和闭环运动过程控制的基础上,将智能交流接触器引入到了采摘机器人机械臂关节伺服电机的反馈控制中,并建立了PID闭环反馈调节回路,有效地提高了机械臂的控制精度。同时,将智能交流接触器以速度控制函数的形式嵌入到了PID控制环节,采用ADMAS和MatLab软件对机械臂的轨迹控制精度进行了测试,并利用Mat Lab软件计算得到了关节的控制变量,以Spline形式将变量导入到了ADMAS中对机械臂两关节进行控制。通过仿真得到了机械臂关节的输入和输出位移随时间变化曲线和机械臂末端的运动结果,结果表明:输入和输出的位移基本吻合,并且机械臂末端可以按照预定的圆环轨迹运动,从而验证了智能交流接触器PID控制的控制精度。     

番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计

设计的基于多传感器信息融合和开放式控制的智能型番茄采摘机器人末端执行器,其硬件主要包括执行系统、感知系统、控制系统和供电系统,执行系统中真空吸盘装置使果实从果束中分离,手指夹持机构对番茄可靠抓持,果梗切断装置利用激光对果梗进行切断.该末端执行器设计质量为1.2 kg,完成一次采摘动作只需3 s.只需更换联接板,即可与其他机械手顺利联接.     

高效型水田行-株间同步机械除草装置设计与试验

为了有效去除水稻行间、株间杂草,提高机械除草的作业效率,研制了一种高效型水田行-株间同步机械除草装置。该装置与水田插秧机底盘配套,分别配备株间和行间除草部件,可同时对株间、行间杂草及土壤进行剪切、翻耕,并采用二级仿形机构配合除草部件完成作业。田间试验结果表明:影响除草率和伤苗率的主次顺序均为前进速度除草轮类型;随着机具前进速度增加,除草率和伤苗率均先降后升。综合试验结果表明:伞状除草轮(A)平均除草率最高,在0.7m/s和1.0m/s前进速度下,株间平均除草率为74.6%,整机平均除草率为83.6%,平均伤苗率为1.6%,符合水稻田机械除草作业的技术指标。     

青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。     

凸轮摇杆式摆动型玉米株间除草装置设计与试验

为满足我国北方玉米苗间机械除草作业需求,设计了一种凸轮摇杆式摆动型玉米株间除草装置,阐述了除草装置的总体结构与工作原理,对其关键部件凸轮摇杆机构和除草刀进行参数化设计,通过对除草装置避苗过程的运动和受力分析,得到影响其作业效果的主要因素及各因素的取值范围。以前进速度、弹簧刚度和除草刀转速为试验因素,以除草率、伤苗率为试验指标,在室内土槽中进行L9(34)正交试验,以考察试验因素对除草装置工作性能的影响。结果表明,各因素对指标影响的主次顺序为弹簧刚度、前进速度、除草刀转速;最优水平组合为弹簧刚度60 N/mm、前进速度0.6 m/s、除草刀转速130 r/min。以最优水平组合进行验证试验,结果为除草率89.8%,伤苗率2.1%,证明其具有较优的作业性能。     

AMR果蔬自动收获机器人动力学建模与实时控制

现代农业的高速发展促使我国农业向精细农业、精准农业的方向深入发展,由此果蔬自动收获机器人的发展进入快车道。为此,设计研发了带有6自由度机械臂的果蔬自动收获机器人AMR1。该机器人为通用型果蔬自动收获机器人,可改装各种专用末端执行器以实现专用采摘。为了验证本机器人结构的合理性与实用性,通过利用SolidWorks软件进行了实体建模,并建立了相关的运动学、动力学模型,进一步设计了6自由度机械臂的PID-SMC控制算法,实时控制机械臂末端的轨迹跟踪。通过试验仿真,验证了所提出的动力学和控制模型,为果蔬自动收获机器人AMR1的进一步应用提供了参数数据。     

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。     

串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究

工作空间的体积可以反映串联机器人运动灵活程度.研究了一种串联机器人机械臂的工作空间问题.首先,提出机械臂的基本结构,进行简化,得到其运动模型;在此基础上对机械臂进行了运动学分析;然后,采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,得出了机械臂末端的工作空间点云图;提出了自适应划分网格方法,并用该方法计算了该工作空间的体积;最后,分析了机械臂结构参数对工作空间体积的影响,为机械臂的参数优化提供了理论依据.     

大豆机械除草技术发展现状及对策建议

大豆除草技术的发展,为减少大豆的草害,提高大豆田的产量和质量有举足轻重的作用。通过调研和查阅相关资料,总结提出了大豆除草的几种方法：大豆化学除草剂技术、大豆人工除草技术和大豆机械除草技术。提出了大豆除草技术存在问题,分析后,提出了相应的对策,并且从政策上助力智能化大豆除草机发展、化学污染减量化和培养大豆除草技术相关的技术型和管理人才等方面提出合理化建议。未来除草技术的趋势更趋向于智能除草机器人技术,机械化与智能化的有机结合,会更加促进农业大豆除草现代化技术的发展。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1 m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3. 5 cm,可满足温室果实采摘的需求。     

往复摆动式水田机械除草机的设计

目前水稻除草作业主要以化学除草为主,通过植保喷雾机械完成,防治效果较好.但大量使用除草剂对农田土壤造成严重污染,同时也带来了食品安全问题.人工除草劳动强度很大,且效率低.如何既有效控制杂草,又能减少除草剂的施用并且提高作业效率,成了目前水稻耕作业急需解决的问题.文章设计了一种往复摆动式水田机械除草机,整体结构由往复摆动...