棉花采摘机械手机构设计及参数优化

针对国内棉花采收存在的问题,提出了运用棉花采摘机械手代替人工和采棉机采收的方法。在对棉花农业特性及收获特性分析的基础上,结合新疆棉花种植模式以及棉花采摘要求,遵循机械手设计原则,设计了一种5自由度多行采收的关节型棉花采摘机械手。为使机械手能够高效灵活地收获目标空间棉铃,尽可能减小机械臂的操作空间和结构尺寸,结合采摘对象棉铃的生长分布空间和作业要求,分析了在给定空间下的设计变量、优化目标和约束条件,建立了优化设计的数学模型,并利用MatLab优化工具箱进行编程,实现了棉花采摘机械手的机构参数优化。     

5自由度机械臂的结构设计及参数优化

机械手采摘成功率与采摘范围不仅取决于机械手臂结构尺寸和特点,还与控制精度有关。文章结合棉花采摘的作业要求,对一种5自由度机械手臂进行了结构设计,并运用Matlab软件的Optimization Tool对机械手的变量进行了参数优化。     

名优茶采摘机器人机械手结构参数优化与仿真

为提高名优茶采摘机器人采摘效率,减小机械手的操作空间和结构尺寸,基于名优茶特性、采摘要求以及结构化茶园种植模式,设计一种4自由度关节型名优茶采摘机械手。根据名优茶生长分布空间以及采摘机器人移动平台结构,确立机械手几何工作空间,然后以机械手工作空间主截面包络面最优为目标函数,以轨迹区域约束、杆件尺寸和关节角度限制为约束条件,建立机械手结构参数优化模型,采用MATLAB优化工具箱来求解。最后通过蒙特卡洛法以及MATLAB机器人工具箱对机械手工作空间进行仿真验证。结果表明:优化后的机械手能包容名优茶采摘所要求的全部目标空间。该研究为名优茶采摘机械手进一步分析奠定基础。     

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。     

采摘机械手结构和控制系统优化——基于神经网络武术套路训练

采摘机器手在农业生产中具有广阔的应用前景,其采摘效率和采摘质量主要受机械手结构的影响。为了提高采摘机器人的作业性能,将武术套路训练的勾拳动作引入到了采摘机器人的机械手结构设计中,根据勾拳手形对采摘机器人的动作进行了优化,并结合神经网络武术动作误差训练方法,对机械手控制系统进行了改进,从而有效地提高了机械手作业的灵活性。为了验证该方案的可行性和可靠性,对采摘机械手进行了实验验证。结果表明:对机械手进行结构和控制系统进行优化后,其采摘范围较大,可以满足三维空间作业需求,采摘机械手动作响应较快,误差较小,满足高精度快速采摘的需求。     

苹果采摘六自由度机械手设计——基于迭代学习和智能轨迹规划

为了提高苹果的采摘效率、降低采摘过程的漏采率和破碎率,设计了一种新的六自由度的采摘机械手。该机械手可以完成夹紧、旋转、俯仰、摇摆及回转动作,通过神经网络迭代学习算法,可以有效地控制机械手的运动轨迹,提高采摘过程的自动化程度。为了验证六自由度机械手对苹果采摘的有效性和可靠性,对机械手进行了苹果采摘测试,并使用脉冲神经网络PID调节的方式调节轨迹控制误差。通过测试发现:该机械手的误差较小,可以有效地完成采摘作业,且漏采率和破碎率都很低,是一种高效的苹果采摘机械手,可以在其他果蔬采摘作业中进行设计和推广。     

移栽机曲柄滑槽式栽植机构设计与试验

为了提高膜上移栽机的钵苗栽植直立度并减少破膜程度,提出了一种曲柄滑槽式栽植机构,阐述了移栽工作原理及结构组成,并建立了机构的运动数学模型。基于该模型采用Matlab软件编写了栽植机构的仿真分析与优化程序,分析了主要参数对机构运动轨迹特性的影响规律;以钵苗栽植直立度较高且破膜程度较低为优化指标(即鸭嘴栽植点出、入土轨迹尽量垂直垄面,且出、入垄面点和栽植点间距尽量小),利用程序优选出了一组最优的机构参数组合:在移栽机组作业速度v=500 mm/s时,L_1=150 mm、L_3=120 mm、L_4=310 mm、L=680 mm、θ_1=10°、θ_3=15°、θ=20°;在此组合下栽植器鸭嘴端的绝对运动轨迹在出入垄面时呈显著"γ"型轮廓,利于钵苗直立与穴口较小撕膜。提出了一种破膜程度检测方法,以烟草钵苗为对象进行了整机田间试验,结果表明:钵苗栽植直立度较高,优良率超过93%,较现有七杆式栽植机构提高10个百分点;栽植器鸭嘴的破膜程度有效减小,最低可降至8%。     

从机采棉谈棉花机械化种植的策略及意义

棉花是新疆经济作物种植中的主导产业,棉花种植在犁、耙、播、中耕、化控及追肥等单项机械作业中实现了机械化,然而在采摘过程中对人工采摘的依赖性较大,每年组织大量拾花大军进疆作业,需要大量的人力物力,脱离了棉花种植机械化的发展要求。本文从采棉技术角度分析采棉机械化操作应用的策略以及意义,希望能为棉花机械化种植作出理论贡献。     

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。     

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.     

采摘机器人机械手虚拟现实和仿真技术研究

为了提高采摘机器人机械手群体作业的效率和精度,基于蚁群算法,将机器人虚拟仿真平台引入到了采摘机器人机械手的设计上,并利用C语言流程图编程,对采摘机械手、待采摘果实等进行了建模,在虚拟现实环境中对机械手的作业情况进行了仿真模拟。通过模拟结果对采用蚁群算法和不采用蚁群算法时机器人机械手的作业效率和采摘定位精度进行了对比,结果表明:采用蚁群算法可以明显提高机器人机械手的作业精度和作业效率。     

果园采摘机械手研究现状综述

果园采摘机械化是实现解放劳动力,提高作业效率的有效手段。为此,阐明了水果采摘机械的意义,介绍了国内外机械手采摘的发展现状,总结分析了机械手的分类方法。同时,对比不同类型机械手优缺点,对果园采摘机械手的发展进行展望。     

4MZ-5梳齿式采棉机采摘头工作参数的确定

通过介绍4MZ-5型采棉机采摘过程中各影响因子对采摘效果的影响,确定工作在不同种植模式下的最佳入地角度;同时,对梳齿倾角、形状、材质、压棉辊等因素对棉花采摘输送的影响也进行了分析,进而提出了合理的工作参数,为4MZ-5型采棉机进一步研究做理论支撑。     

新闻广角

山西省农机推广总站引进自走式采棉机进行适应性试验考核从建国以来,山西省棉花收获一直靠人工采摘,劳动强度大、生产效率低。为尽快解决我省机械化采棉的空白环节,2006年秋季,省站从新疆引进4MJ-4型双效点触式快手牌采棉机,在运城市盐湖区进行田间采棉试验,经实地考核,该机具有以下特点:①棉花开到八成以上,采摘干净、迅速、效果好,清选率可达85%￣90%;②机械采棉是人工的3￣4倍,机械作业比人工每1d节约作业成本120元;③该机较适宜株高70cm以下棉花作业;④机具轮距为可调式,可适应不同行距的棉田作业。不足方面:一是受当地农户在棉花还未…     

果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究

随着社会经济水平的不断提高,我国农林业取得长足发展,果农在种植水果时开始逐渐引进机械化、自动化设备,以提高种植效率。传统收获时果农最为繁忙的季节就是成熟季,果农常需要花费大量人工采摘果实,不仅效率低,且有一定危险性,采摘机器人便在这样的背景下诞生了。为此,针对采摘机器人的工作原理、工作空间,结合采摘作业实际需求,进行采摘机械手的结构设计及工作能力评价,旨在为相关产业发展提供理论依据。     

约翰迪尔7260牵引式摘棉机

约翰迪尔7260牵引式摘棉机在中亚地区、中国新疆已经连续数年进行了田间棉花采摘作业。实践证明．该机完全适合在小规模棉花种植时对棉花机械化收获的需求。该机主要技术参数如下：     

手持式名优茶嫩梢采摘机械手设计与试验优化

针对名优茶机械化采摘难的问题,根据茶叶采摘农艺要求和手工采摘动作的分析,设计了一种手持式名优茶嫩梢采摘机械手,模拟人手指夹住茶叶并通过提拉进行采摘。通过采摘机械手的运动分析,得到了影响采摘效率的因素磁钢距离、主动手指角速度和主动手指转角的参数变动范围。采用Box-Behnken响应面分析方法,研究影响因素对采摘成功率的交互影响,以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为：主动手指角速度、磁钢距离、主动手指转角;运用Design-Expert 11.0软件的优化模块,以采摘成功率为优化目标对各因素进行优化,得到优化参数为：磁钢距离40.04 mm、主动手指转角153.0°、主动手指角速度3.38 rad/s。以优化后的参数进行采摘试验,结果表明采摘成功率为74.3%,3次采摘平均速度为25.2个/min,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。     

基于最优空间的猕猴桃双臂并行采摘平台设计与试验

为使多关节双臂并行采摘空间与猕猴桃棚架空间相适应,以保证双臂间采摘区域连续无漏果且采摘面积最大化,采用理论与试验相结合的方法对双臂并行采摘平台进行设计。首先,结合机械手工作空间和棚架空间等效模型,分析确定了双臂空间布局方案;然后,通过对双臂并行采摘效率进行理论分析确定优化设计变量,以采摘面积最大和公共区域占比最小为指标建立目标优化函数,利用粒子群算法求解得最优双臂相对安装位置870mm、最优双臂安装高度1020mm和移动平台最大间歇式前进步距450mm;在此基础上,建立了双臂开链运动模型及其位置层约束关系;最后,为验证采摘空间适应性及整机作业性能,搭建双臂并行采摘平台样机并进行了果实定位误差试验和双臂并行采摘试验。结果表明：果实平均水平和深度定位误差分别为5.0mm和8.3mm,基本满足猕猴桃采摘要求,平均果实位置遍历成功率为92.09%,双臂能够遍历除奇异点外所要求的目标果实点,平均果实采摘成功率为82.10%,平均单果采摘时间为5.86s,通过位姿调整双臂在共享空间可以改善运动冲突问题,验证了猕猴桃双臂并行采摘平台的作业可行性。     

轨道平移式果蔬采摘机器人的作业质量测试方法研究

基于轨道平移式果蔬采摘机器人作业原理,建立了果蔬柔性采摘机器人作业质量测试方法,确定了采摘效率、果实采摘尺寸范围、最大抓握输出力、抓取成功率及果实破损率等作业指标的测定方法。依据提出的方法对FHR-2型柔性果蔬采摘机器人进行了作业质量测试。结果表明：产品的采摘效率为8个/min,果实采摘尺寸范围为30mm～92mm,最大抓握输出力2.3kg,抓取成功率72.9%,果实破损率为0%,能够满足大果番茄的采摘要求。建立的测试方法能够对番茄采摘机器人进行作业质量测试,产品的图像识别系统参数需进一步优化,以提高机器人作业质量。     

基于蒙特卡洛方法的采摘机械手工作空间分析

机械手的工作空间是一个重要的运动学指标.利用基于随机抽样的蒙特卡洛方法,对4自由度采摘机械手的工作空间进行了分析.根据分析过程编制算法程序,借助计算机图形显示功能,得到机械手工作空间仿真图形和主剖视图.结果显示,该机械手的工作空间紧凑,没有空腔和空洞,取得了较好的效果.