农业机器人腿部运动单元的运动学性能分析与结构参数设计

农业机器人通常采用履带式或轮式机构作为下肢运动单元,这类农业机器人实现跨越障碍的能力较弱。为了克服这类农业机器人存在的缺点,扩大农业机器人的应用范围,本文提出一种基于3分支6自由度腿部运动单元作为农业机器人的下肢运动单元。该腿部运动单元采用3-UPS机构作为原型,它与履带式、轮式的下肢运动单元相比,具有良好越障能力;对腿部运动单元进行运动学性能分析和结构参数设计,首先推导腿部运动单元的运动学传递方程,利用范数理论定义了腿部运动单元的运动学性能评价指标,分析了运动学性能评价指标的分布情况,采用空间模型理论对腿部运动单元进行了结构参数设计,应用基于全域性能图谱的蒙特卡罗的参数优选方法选取了结构参数。分析结果表明:农业机器人腿部运动单元的运动传递性能指标呈对称分布,腿部运动单元结构参数设计的范围为:上平台半径为120～130mm,下平台半径为40～50mm,上下平台初始姿态的高度为650～700mm,根据优化的结构参数,设计了腿部运动单元的虚拟样机,为农业机器人下肢运动单元的研究提供了理论基础。     

农业机器人移动平台行进方式综述

农业机器人移动平台主要应用于环境复杂的农田场景中,因此对机器人平台的作业稳定性和环境适应性提出了更高的要求。而农业机器人移动平台的行进方式是影响其稳定性和适应能力的关键因素,主要论述了农业机器人的常见行进方式,并对各种行进方式的优缺点和控制方法的稳定性进行了分析。农业机器人移动平台行进方式主要包括轮式、履带式、腿式以及混合式等。轮式农业机器人行走灵活,技术成熟,控制和驱动简单,是最常见和研究最多的行进方式,但是其对复杂农田环境的适应能力较弱;履带式农业机器人主要用于相对复杂的地形,擅长应对田垄等不平整地面场景,对地形的适应能力更强,但对履带的材质和构型要求较高;腿式农业机器人尽管可以适应大部分地形,但是其关节处自由度过高,控制复杂;混合式农业机器人可以结合多种行进方式的优点,但是须要考虑面对复杂地形时各行进方式的合理配合等因素,需要有稳定的机械结构和精确的控制算法作为支撑。通过对机器人各种行进方式的分析,以坐标的形式(农田环境复杂度为纵轴,机器人工作效率和控制复杂度为横轴)对其进行综合比较,结果显示,目前对农业机器人的研究主要集中在轮式和履带式结构上,对腿式或带有腿式结构的混合式机器人研究较少;并指出为了适应更复杂的农田环境,未来应该更加注重腿式结构机器人的研究。     

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。     

温室智能装备系列之一百一十七 复杂环境下农业移动作业机器人的驱动控制方法

<正>农业机器人的工作环境是农田或温室,不可控自然因素相对较多,作物自身生长也在不断变化。农业机器人在这样的复杂环境下要实现移动作业,还要精准的控制施肥和喷药等动作,这些都为农业机器人的发展提出了较高的技术要求~([1])。驱动控制方法的研究成为移动作业机器人的一个关键难题~([2])。如何通过合理的硬件搭建和恰     

调平式果园作业平台设计与仿真分析

基于河北农业大学研制的果园作业平台设计了一种调平式果园作业平台,能够在调节工作台面倾斜角度的同时对车身载荷转移情况进行调整,有效提高作业平台坡地作业时的稳定性和搭载人员及物品的安全性,增强作业平台对不同作业环境的适用性。本研究采用最大侧倾稳定角和横向载荷转移率即值作为作业平台倾翻稳定性评价指标,利用ADAMS软件对作业平台虚拟样机在多工况下车身稳定性进行运动学及动力学分析。基于传统力学和运动学理论建立了仿真模型的动力学数学模型,经验证计算结果与仿真结果误差不超过0.5%,验证了仿真模型有效。仿真结果表明:调平后,作业平台最大侧倾稳定角度值提高,横向载荷转移率值降低,有效提高了作业平台抗倾覆性和行走稳定性;通过运动学仿真得到工作台围栏内测量点的运动学参数,为日后电液控制系统设计提供了技术理论参考。     

嵌入式GPRS远程传输技术在精准农业中的应用研究

论述了采用嵌入式系统在精准农业作业过程中的空间数据采集与处理方法。该系统采用三星公司的S3C2410微处理器芯片,以嵌入式μC／OS-Ⅱ（Micro-Controller　Operating　System）为操作系统,通过使用全球定位系统GPS（Global　Positioning　System）与GPRS（General　Packet　Radio　Service,通用分组无限业务）模块进行数据通信与消息传输,实现农业耕作作业实时位置信息的采集,并控制农田的施肥、灭虫、灌溉、收割等决策。     

嵌入式GPRS远程传输技术在精准农业中的应用研究

论述了采用嵌入式系统在精准农业作业过程中的空间数据采集与处理方法.该系统采用三星公司的S3C2410微处理器芯片,以嵌入式μC/OS-Ⅱ(Micro-Controller Operating System)为操作系统,通过使用全球定位系统GPS(Global Positioning System)与GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无限业务)模块进行数据通信与消息传输,实现农业耕作作业实时位置信息的采集,并控制农田的施肥、灭虫、灌溉、收割等决策.     

基于μC/OS-Ⅱ的三维运动平台设计

μC/OS-Ⅱ是开放源代码的嵌入式实时操作系统。介绍一种基于μC/OS-Ⅱ的三维运动平台控制系统的实现方案,该系统采用ARM7处理器作为主体,由嵌入式控制系统控制显示、检测、运动等任务。重点对系统的软硬件结构进行详细阐述,给出系统的设计流程,并对系统功能进行简要说明。     

温室移动作业平台自主换轨方法设计与试验

文章针对连栋温室轨道式种植工况环境特点,设计了一种在温室内可实现自主行走-定位-转向-上下轨-换轨作业的移动作业平台.该文阐述了自主移动平台整体结构和工作原理,提出融合视觉导航技术和射频识别定位技术实现移动平台在温室内的自主行驶作业,并设计了自动控制方案.样机优化后测试结果表明:①优化前后轨道轮设计直径差为5 mm差值...     

智能除草机器人研究现状与展望

杂草控制是农业生产中必然面临的重要问题,随着机器人技术、自动化技术融入农业生产,各类除草机器人应运而生,有效地减少了化学药剂对环境的污染。本文综述了除草机器人的智能感知技术、机器人平台和除草装置3个部分的研究现状,分析了作物行与杂草识别技术、除草机器人平台结构和机械除草装置智能化控制方式等存在的不足,并从智能化感知、精准化除草、高效化作业和智慧化管理等4个方面对智能除草机器人的未来发展趋势进行了展望。     

温室生长信息和环境信息多传感检测系统设计

我国设施农业发展迅速,目前对作物长势信息检测主要依靠传统判别方法,但是传统长势信息判断存在主观性强、费时费力等弊端,因此设计了适用于温室高架栽培作物的轨道式移动检测平台,该平台通过搭载作物生长和环境信息多传感检测装置,可实现对高架植物的茎、果、叶长势和冠层-空气温差等生长信息,以及环境温湿度、光照强度等气象环境因子进行监测.为了适应温室行走环境,提高行走的稳定性,移动检测平台采用轨道式移动机构设计,即利用温室加热管道作为轨道,以确保机构的稳定行走,对平台的运动功能进行验证,绝对误差最大值为7.2 mm,相对误差为0.72％.移动检测平台采用高举升升降机构,结合5自由度机械臂系统将传感器放到所需位置,将实际测量高度值与标准高度位置值进行数据对比分析,绝对误差最大值为0.83 mm,相对误差为0.78％,因此能精准地将所要使用到的传感设备放到所需的高度和预定位姿.     

两轮自平衡机器人控制系统设计

为了使两轮机器人在更加复杂和多变的环境中灵活快捷的执行任务,本文设计了一种两轮自平衡循迹机器人控制系统,系统基于STM32F103C8T6单片机开发与实现,采用MPU6050采集角度和加速度信息,并结合光电码盘采集到的速度,反馈给处理器,经分析处理后调整左右电机转速来维持机器人平衡以及其他运动方式。采用模拟灰度传感器识别跑道中央黑色的引导线,以达到机器人寻线的目的。测试结果表明两轮平衡机器人控制系统具有可行性,提高了两轮机器人的平衡性和抗干扰能力。     

基于ARM和CAN的电动汽车电池管理系统

介绍了利用嵌入式技术和CAN总线技术设计的电动汽车电池管理系统.电池监控节点以AVR单片机为核心,包括电池参数采集模块、CAN通讯模块、串口通讯模块等.各电池监控节点之间通过CAN总线进行通讯,主节点与上位机之间通过串口通讯.利用S3C44B0X开发板搭建了上位机管理平台,移植了实时操作系统uC/OS-Ⅱ,并将uC/GUI应用于触摸屏,实现了良好的人机交互.电池管理系统可以实现对各个电池电流、电压和温度的实时采集,并在触摸屏上显示,同时可通过触摸屏发送控制指令给各监控节点.经过电池标定试验验证系统是可行的.     

Design of Online Monitoring System for Low Voltage Alloy Electric Cable Running Status

低压合金电缆由于其极好的强度和传导率已逐步应用于低压配电网,为验证其导电能力、连接性能及发热量等,设计了合金电缆运行状态在线监测系统。系统由测温终端、电参数测量模块、环境温湿度监测模块、通信管理模块及监测计算机等构成,测温终端连续监测电缆接头温度并通过ZigBee无线网络发送到通信管理模块;通信管理模块基于uC／OS-Ⅱ操作系统设计,接收测量点温度数据、监测电缆运行电参数及环境温湿度,并采用无线分组业务GPRS（GeneralPacketRadioService）通信网络实现数据的远距离传输;监测计算机实现温度负荷曲线的实时显示、温度越限报警及数据分析等功能。介绍了ZigBee网络参数配置、测温终端软硬件的低功耗设计、通信管理模块设计中任务分配及调度等。所设计系统具有成本低、可靠性高、可扩展性强等特点。     

农业多机器人系统的支撑技术与研究进展

根据农业生产的任务特点,从共性角度分析农业多机器人实施的关键技术,定位作业与群体运移的控制策略,提出规则作业任务与不规则作业任务的组织与控制规划,考察不同组织方式下的多边协商通信质量,提出开发无线蓝牙技术的载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的广播通信模式,提高通信质量。分析动态环境的运移、定位作业的感知避碰、系统死锁、辅助机具与多机器人执行部件模块化更换等技术,以增强农业多机器人的生产任务的适应力,提高农业多机器人的应用广度与深度。     

农业工程文摘

正农用车辆自主导航控制系统设计与试验【作者】张美娜;吕晓兰;陶建平;尹文庆;冯学斌【机构】江苏省农业科学院农业设施与装备研究所;南京农业大学工学院【摘要】集成软硬件系统搭建了一套农用车辆自主导航系统并进行了试验研究。硬件系统包括传感器、执行器和CAN-Bus通信网络;软件系统基于Windows操作系统、Visual Studio 2005开发环境,采用多线程编程技术开发。依据运动学规律建立了车辆运动模型,依据转向机构闭环响应曲线辨识了转向系统闭环模型,综合2个模     

果园喷药机器人的创新设计

提出了一种伸缩杆式果园喷药机器人的总体结构方案,并重点设计了机器人的行走机构和升降机构。在UG环境下建立了机器人的三维模型,然后利用ADAMS对关键构件进行了运动学仿真分析。该机器人可以实现果园喷药作业的自动化,大大提高了喷药效率,同时还可以降低劳动强度,在一定程度上避免了喷药作业对劳动者的伤害。     

江西省农产品质量安全监管与追溯系统设计与实现

农产品质量安全事关群众身体健康和生命安全。面对日益复杂的饮食供给环境，为了提升江西农产品的价值和品牌效应，江西省农业厅建设123+N智慧农业系统的重要组成部分，保证质量安全监管与可追溯的实时性、准确性和可靠性，在借鉴国内外农产品质量安全方面的研究基础上，运用互联网、移动互联网、现代通信、物联网（包括RFID、NFC等）技术，构建了一套方便易用广覆盖的农产品安全监管及追溯系统。系统采用Java和SQL Server 2005开发平台并结合WinXp/2000/2003/Vista/7/10、Linux等多种用户操作系统研发而成。消费者可以使用电脑或者移动智能设备查询农产品溯源信息，最终实现农产品质量安全过程管控和溯源。     

面向黄鳝养殖的自主移动投喂机器人研制

研制一种面向黄鳝养殖的自主移动投喂机器人系统,主要包括AGV搬运小车、XYZ数控电动同步带滑台直线导轨模组、投喂蠕动泵、运动控制器等组成部分。AGV搬运小车通过传感装置实时检测导向磁条确定工作路径。运动控制器对XYZ三维数控电动同步带滑台直线导轨模组的步进电机输出脉冲信号,实现机器人投喂位置的空间定位。通过控制蠕动泵驱动电机的转速,实现饵料的精准投喂和投喂过程的稳定性。针对三层立体结构黄鳝养殖池样进行9次样机性能测试,每次目标投喂量为9.5 g。结果显示,机器人空间定位精度的平均误差为（2.1,1.8,2.1） mm,标准偏差为（2.6,2.3,2.5） mm。机器人的平均投喂速度为1.85 g/s,平均投喂量为9.3 g,投喂量的误差小于5%。为评估系统的稳定性和可靠性,机器人以0.5 km/h的移动速度连续运行50 h,未发生技术故障和系统中断。综上所述,该自主移动投喂机器人运行稳定可靠、投喂精度高,投喂效果良好,具有较强的实用和推广价值。     

全膜双垄沟覆膜机镇压装置与种床土壤动态互作有限元分析

为深入研究全膜双垄沟覆膜机作业时的镇压性能,结合全膜双垄沟种床构建农艺要求,探讨作业机镇压部件与种床土壤间的相互作用规律及影响。利用ABAQUS/Explicit分析软件建立镇压装置轮组与种床土壤相互作用的三维有限元模型,并进行镇压过程数值模拟。仿真结果表明,前进速度为1 m/s时,应力云图结果显示,镇压装置轮组与种床土壤之间的最大接触应力为1.20×10~(-2) MPa,在镇压轮作用下,大垄垄面土壤下沉16.61 mm;经由打孔轮作业所形成的的渗水孔在机具前进方向上偏移6.62 mm,渗水孔平均深度为31.84 mm,相邻渗水孔相距225.75 mm;垄体对镇压轮的最大阻力发生在接触后第1.15 s,且最大土壤阻力为137.156 N;打孔轮在垄沟内运动时所受最大阻力为51.38 N;镇压轮及打孔轮整个过程中受平均土壤阻力大小为104.78和15.02 N。田间验证作业效果对比表明,该三维有限元模型可用于预测镇压装置工作过程中的工作情况。