苹果采摘机械手的逆运动学求解研究

为了提高苹果采摘机械手的采摘成品率,保证采摘后苹果质量,提出一种引入采摘综合因素的苹果采摘机械手的逆运动学求解方法。首先,采用Denavit Hartenberg模型对苹果采摘机械手进行建模,并将逆运动学求解问题转化为规划问题,其中,目标函数为所求得逆运动学参数对应的机械手末端中心坐标与待求坐标欧式距离。然后,在遗传算法选择、交叉、变异算子进行全局搜索的基础上,结合非线性规划对目标函数进行局部搜索。最后,借助随机森林算法将逆运动学求解结果分为3个姿势等级。试验表明,非线性遗传算法在苹果采摘机械手的逆运动学求解上相比遗传算法精度提高了8～25 mm,随机森林算法可以很好地对其求逆结果进行优化,从而提高苹果采摘成品率。     

水果采摘机器人视觉系统的目标提取

在田间对作物的果实图像进行实时、准确地目标识别提取，是采摘机器人视觉系统的关键技术，而目标提取的实质是图像分割。大部分水(蔬)果处于采摘期时，表面颜色与背景颜色存在较大差异。而同一品种果实表面颜色相近，体现为在色彩空间果实表面颜色和背景颜色存在着不同的分布特性。根据这一特性，提出了一种基于色彩空间参照表的适用于水果采摘机器人视觉系统果实目标提取的图像分割算法。该算法先由果实样本图像建立色彩空间参照表，再根据色彩空间参照表采用一种类似于“卷积”的方法进行图像分割。与现有其他方法比较，本方法基于彩色的信息处理，可将背景除去得更干净；对背景不做分割处理、无复杂运算，有利于机器人实时图像处理。采用该算法分别对草莓、橙子、西红柿的图像在L^*n^*6^*，Hsv，YCbCr色彩模型下进行了实验，结果显示该算法在这些色彩模型下均可取得理想的图像分割效果。     

名优茶采摘机器人路径规划

提出一种直角坐标系双机械手名优茶采摘机器人。采用积分求和方法,按茶叶个数相等原则将采摘区域按左右两矩形区分配给2个机械手。使用蚁群算法进行机械手的采摘路径规划。以总采摘区域的路径半程作为目标,分别进行了2区和将2区再划分为4区的采摘路径规划和优化。为避免采摘过程中2个机械手的干涉,将每个机械手采摘区域分为2区,并约束各运动路径左下角处茶叶为采摘起点。计算结果表明,使每个机械手按"M"型路线采摘,具有较好效果。改变自适应调节信息素浓度值和迭代终止条件,可改善基本蚁群算法搜索时间较长和易陷入局部最优的缺陷,并提高全局搜索能力和计算效率。仿真结果表明提出的采摘策略和规划路径可提高名优茶采摘效率。     

机器人采摘荔枝的跌落碰撞损伤试验

【目的】减小机器人采摘荔枝时因回收放置不当产生的跌落碰撞损伤。【方法】对荔枝进行跌落碰撞试验,分析不同的跌落碰撞条件对荔枝失质量率及果壳褐变指数的影响。【结果】荔枝失质量率及果壳褐变指数随着采摘回收下放高度的提高和储藏时间的延长而分别增加;相同下放高度,碰撞接触材料为PVC板时,荔枝失质量率及果壳褐变指数最大;试验范围内,回收装置采用塑料框时,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为60 cm,储藏1周为30 cm;回收装置为瓦楞纸果箱,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为75 cm,储藏1周为45 cm;回收装置底层布满荔枝后,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度可提高到90 cm,储藏1周可提高到60 cm。【结论】该研究可为荔枝机器人采摘回收放置减损策略的构建提供指导。     

一种多用途采摘机器人末端执行器的设计

我国水果种植面积广大,采摘任务繁重,急需机械代替人工。目前出现的末端执行器均为一对一采摘,为此,设计了一种适合采摘两种水果、且有一定自适应能力的收获机器人末端执行器。该末端执行器采用三指对中定心外夹持采摘方式,预设采摘对象为苹果和梨,具有体积小巧、操作简单、安全可靠、适应性强、成本低廉等特点。研究证明,此末端执行器能够很好完成采摘任务。     

花椒采摘机器人视觉识别与定位求解

针对花椒市场需求量大、采摘困难的现状。笔者设计了自动识别花椒系统,通过对比4种识别算法的性能,采用识别效果最好的K-means聚类算法对花椒果实目标进行提取,针对花椒串生长具有离散性特点提出用平面内质点系模型求出花椒串质心。提出了Otsu算法与K-means算法结合图像相减的方法识别出花椒的结果母枝,然后根据小孔成像的基本原理和凸包理论得出单目视觉的花椒深度信息。最后以到花椒质心最短距离为限定条件确定母枝上采摘点所在的直线段,经过坐标转换求出直线段上采摘点的三维世界坐标。     

水果采摘机器人智能移动平台的设计与试验

【目的】基于三自由度水果采摘机械臂,设计一种轮式智能移动平台。【方法】根据农田工作环境,设计了转向机构和防撞梁机构;借助ANSYS对车架在3种工况下的变形情况进行仿真分析;使用Simulink模块对车载电机进行了基于最大转矩电流比矢量控制(MPTA)以及ID=0模式下的仿真;使用VC++语言编写了运动控制程序,开发人机交互界面;在南京市江浦农场进行样机行走试验。【结果】弯扭工况下车架变形量最大为14.1 mm,应力值小于材料屈服极限;基于MPTA控制下的电机约0.8 ms达到稳定;该平台最大爬坡角度约为10°,1.5 m·s~(-1)行进时跟踪路径的横向偏差约为0.22 m。【结论】该移动平台结构合理,强度和刚度较高,运动精度高,符合实际工作要求。     

苹果RAPD反应体系的研究

对苹果基因组 DNA的 RAPD扩增体系各参数进行筛选比较 ,建立的最佳反应体系为 :模板 DNA 1 .0 mg/L ,引物 1 .5mg/L ,Taq DNA聚合酶 0 .1 mol/(L· min) ,Mg2 +2 .5mmol/L,d NTPs0 .4mmol/L。     

基于BP-Adaboost算法的棉花采摘机预维修方法研究

[目的]尽早检测出棉花采摘机可能发生的故障,减少大型故障造成的巨大损失。[方法]提出了一种基于BPAdaboost算法的预维修方法用于检测棉花采摘机故障情况。首先采集棉花采摘机8个核心部件的工况参数信息作为故障特征参数,然后将故障特征参数作为BP神经网络的输入值,构造BP神经网络弱预测器,最后通过多个BP神经网络弱预测器构建Adaboost强预测器模型。[结果]用采集到的棉花采摘机实际工况数据验证Adaboost强预测器模型的性能,模型预测准确率达94.7%。[结论]该算法可以有效地对棉花采摘机的故障进行预测,而且与BP神经网络弱预测器相比,性能更好。     

苹果醋酿造工艺研究

以苹果为原料,采用单因素和正交试验,研究了以酵母菌、醋酸菌作为发酵菌种进行液体深层发酵获取苹果醋的最佳工艺参数。结果表明,酒精发酵最佳条件为:温度28℃,糖度16%,酵母菌接种量9%,发酵5d;醋酸发酵最佳条件为:温度36℃,酒精度7°,接种量8%,发酵6d。