浅析采摘机械臂的国内外研究现状

采摘作业约占整个果蔬生产作业量的40%,自动化程度仍然很低,目前国内采摘作业基本上都是手工进行,因此研究采摘机械臂具有巨大的应用价值。     

四自由度采摘机械臂坐标系的建立

为便于处理机械臂复杂的几何参数,机械臂各杆件的运动可在总体坐标系中描述,在每个杆件处建立一个附体坐标系。运动学问题便归结为寻求联系附体坐标系和总体坐标系的变换矩阵。     

基于SA-PSO算法采摘机械臂参数优化

当前油茶果的采摘方式为人工采摘,采摘方式落后,采摘效率低,导致生产成本高,严重制约油茶产业的健康发展。为解决这一问题,实现油茶果机械化和自动化采摘,设计了一款振动式油茶果采摘机。油茶果采摘机工作过程中采摘机械臂的结构尺寸将会限制其工作的范围。为确保采摘机能高效率的采摘油茶果,对采摘机械臂进行参数优化,寻找最优参数。结合实地考察的结果,确定优化设计的变量为举升液压缸行程Sj、伸缩液压缸行程Ss、俯仰液压缸行程Sf,建立目标函数,确定约束条件。基于SA-PSO算法,对油茶果采摘机械臂进行结构参数优化,得到最优参数解:举升液压缸行程为Sj=154mm,伸缩液压缸行程为Ss=320mm,俯仰液压缸形成为Sf=166mm,为采摘机的优化设计了提供了理论数据支持。     

采摘机械臂的自适应神经网络滑模控制

针对采摘机械臂的位置终端的精确控制问题,提出了一种将自适应神经网络与滑模控制相结合的控制策略.首先通过神经网络来估计系统模型中的不确定性,提出了一种具有神经网络补偿作用的滑模控制器,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性,并改善了系统的动态性能.仿真试验表明,该控制方法能够有效地削弱抖振现象,具有很好的鲁棒性和动态特性.     

五自由度机械臂的番茄智能采摘机器人

为实现温室大棚内番茄的自动采摘工作,通过模拟人工采摘番茄的过程设计了基于五自由度机械臂的番茄智能采摘机器人,主要由定位导航系统、双目视觉系统和五自由度机械臂等组成。首先,通过对五自由度机械臂进行建模,求解出各关节的角度与目标点坐标的关系;然后利用双目视觉系统对植株上番茄的大小和颜色扫描来判断成熟程度,并定位目标中心点的三维坐标,再将其转化到机械臂坐标系下,最终通过控制各关节的舵机将末端执行器送到成熟番茄的位置完成采摘任务。对五自由度机械臂的控制精度进行测试,结果表明:在9个不同高度和不同方向的目标点中最大的距离偏差仅为6. 71 mm;在实际作业试验中,采摘成功率高达94. 82%,而单颗平均采摘耗时仅为9. 94 s,完全满足设计的要求,能够胜任温室内大规模番茄采摘的工作。     

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。     

油茶果采摘机采摘机械臂的机构设计及运动仿真

油茶是我国重要的林业经济植物,是我国食用油的重要来源之一,随着品种的优化和种植的规范化,油茶果机械化采摘成为必然,研制油茶果采摘机成为林业机械的一个新领域。在实地考察研究油茶果植物特性和采摘方式的基础上,设计了油茶果采摘机采摘臂的机构,并应用三维软件pro/e,针对采摘臂的液压驱动方式,对采摘臂进行了运动仿真。     

基于滑模控制的多自由度采摘机械臂振动抑制方法

针对机器人末端柔性负载的残余振动问题,提出了一种多自由度采摘机械臂振动的滑模控制方法。考虑到组成结构、运动原理、动力方式等因素,构建了多自由度采摘机械臂数学模型。获取采摘机械臂的振动信号,并对其进行特征分析,计算机械臂振动控制量,生成采摘机械臂全局滑模面,设计了具有自动调节系数的滑膜控制器。对比实验显示,优化后的滑膜控制器由于工作时机械臂的运动参数会根据采摘任务产生动态变化,机械臂振动幅值明显减小,振动频率下降,而且能够消除轮廓误差,振动抑制效果明显,能够适合采摘需要。     

基于深度强化学习的柑橘采摘机械臂路径规划方法

【目的】为解决非结构化环境下采用深度强化学习进行采摘机械臂路径规划时存在的效率低、采摘路径规划成功率不佳的问题,提出了一种非结构化环境下基于深度强化学习(Deep reinforcement learning, DRL)和人工势场的柑橘采摘机械臂的路径规划方法。【方法】首先,通过强化学习方法进行采摘路径规划问题求解,设计了结合人工势场的强化学习方法;其次,引入长短期记忆(Longshort term memory,LSTM)结构对2种DRL算法的Actor网络和Critic网络进行改进;最后,在3种不同的非结构化柑橘果树环境训练DRL算法对采摘机械臂进行路径规划。【结果】仿真对比试验表明：结合人工势场的强化学习方法有效提高了采摘机械臂路径规划的成功率;引入LSTM结构的方法可使深度确定性策略梯度(Deep deterministic policy gradient,DDPG)算法的收敛速度提升57.25%,路径规划成功率提升23.00%;使软行为评判(Soft actor critic,SAC)算法的收敛速度提升53.73%,路径规划成功率提升9.00%;与传统算法RRT-connec...     

番茄采摘机器人机械臂结构设计与参数优化

农业采摘机器人属于非结构环境下作业的特种机器人,果实的采摘易受环境变化的影响,机械臂的结构特点直接决定机器人作业范围。根据番茄的特点及其植株的生长分布,设计了具有平行结构关节的四自由度机械臂,建立了机械臂运动学模型,完成了机械臂的结构参数优化设计,并使用MATLAB平台进行了仿真验证。在满足番茄采摘要求的前提下,实现了实际采摘无效空间最小化,证明了该机械臂结构设计合理。     

六自由度解耦机械臂的逆运动学通解

为求解六自由度解耦机械臂逆运动学通解,提出一种基于欧几里得范数的位姿分解逆运动学求解方法。先推导前3个关节角的解析解,快速、准确的获取机械臂的腕心位置;再利用已知的执行器姿态,计算后3个关节角,经六自由度机械臂的正逆运动学仿真互验,验证了方法的有效性。     

视觉技术在农业采摘机器人中的应用及发展

介绍了农业采摘机器人的视觉技术及其工作原理,并进一步探讨了农业采摘机器人视觉技术的应用及其发展前景。     

5R机器人运动分析

本文应用几何方法推出了5R机器人正、反问题的速度,加速度解算方程。成功地解决了运动学变量之间的耦合问题。     

PLC在机械手中的应用研究

利用PLC对机械手进行控制，详细地叙述了系统的软、硬件设计以及自动操作流程.     

大兴区观光采摘园发展的探讨

近年来,北京市大兴区观光采摘园发展迅速,但仍存在着缺乏系统规划、基础和服务设施不完善、开发深度不够等问题。今后大兴区观光采摘园的发展还应合理规划,精心设计;提高建设品位,强化解说系统;丰富园区内涵,开发多种旅游项目;合理搭配果树品种,营造丰富景观结构;采用先进果业技术,推进绿色果品生产;强化品牌意识,加大营销力度;吸纳人才,重视乡土型人才队伍建设;保护环境,实现采摘园的可持续发展。     

农业机器人触觉技术在土地开垦中的应用

阐述了农业机器人触觉技术在土地开垦中的应用,展示了其广阔的发展前景。     

慧鱼模型在森林工程专业机器人技术教学中的应用

慧鱼模型提供了机器人搭建和软件设计平台,操作简单,降低了机器人的制作难度,是培养学生动手制作能力,提升学习能力的有效途径。结合森林工程专业机器人技术课程的教学目标,根据机器人运动学设计的基本要求,通过采用慧鱼模型构建寻光避障机器人模型,对其机构创新设计进行探索研究,并使用慧鱼模型专用软件ROBO Pro模版化语言,对模型编写控制程序,分析并验证了寻光避障机器人的控制方法,建立了实物模型。该方案可以应用到森林工程专业机器人技术课程教学改革中,提高学生的参与兴趣与创新精神。     

城市边缘区土地利用总体规划创新探讨

鉴于城市边缘区特殊而复杂的土地利用环境,从规划理念、规划理论与方法、规划评估机制等方面对城市边缘区土地利用总体规划进行了创新探索,以期为城市边缘区土地管理及城乡建设提供有益参考。     

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。     

蔬菜自动嫁接机器人系统--旋转切削机构的设计

对贴接法蔬菜自动嫁接机器人系统中的关键部件－－旋转切削机构进行了研究,通过计算机模拟和反复试验,给出了旋转切削的切削半径和切削角度。针对试验中出现的问题,增加了砧木和穗木的切削支点,从而改善了切削效果。