基于PLC的果蔬采摘机械手系统控制设计

【目的】随着人们对绿色安全果蔬需求量的增加以及果蔬种植面积的扩大,及时高效采摘成熟果蔬成为重要研究课题。为实现对成熟果蔬的高效采摘,文章提出了一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的果蔬采摘机械手系统。这一系统的设计旨在通过技术手段提高果蔬采摘的效率和及时性。【方法】所设计的系统以PLC控制器为核心,利用程序命令控制机械手的移动、夹持、切割等操作。系统的自动化设计能够完成果蔬的采摘和储存工作,同时提供自动和手动不同的操作功能。为了确保系统高效运行,对果蔬采摘机械手进行了细致的调试和优化。【结果】相对于传统人工采摘方式,基于PLC的果蔬采摘机械手在多方面具有显著优势。该果蔬采摘机械手系统工作效率高,能够实现24 h不间断工作,及时采摘当季果蔬。【结论】高效的工作模式能够为果蔬农户创造更大的经济效益,因此,智能机械手在现代果蔬采摘领域具有巨大的应用潜力和价值。     

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。     

果蔬采摘机器人的研究

果蔬采摘机器人是实现农业自动化的一项重要技术.为了掌握果蔬采摘机器人的最新研究动态,将其尽早应用到生产实际,根据近年来国内外最新的研究资料,简要阐述了果蔬采摘机器人的特点和国内外的研究进展,结合当前在此领域的一些研究实例进行比较分析;从采摘机器人的移动机构、机械手、识别和定位系统、末端执行器4部分介绍了其结构组成与设计技术,并在此基础上重点分析了果蔬采摘机器人研究中存在的问题,提出了未来研究开发的技术关键与方向.     

基于滑觉检测的农业机器人果蔬柔性抓取控制研究

果蔬采摘是水果蔬菜生产种植中最繁琐、最耗时间、最费精力的部分之一,直接影响果蔬日后的价值和销售。随着经济的快速发展、外出务工人员增多及农业劳动力减少,劳动力在果蔬种植成本所占比例越来越大。实现果蔬自动化采摘是降低成本、释放农业劳动力的重要举措。20世纪80年代,美国成功生产了世界上第1台西红柿采摘机器人。近年来,随着信息技术和自动化技术的高速发展,农业采摘机器人的研究和开发取得了很大进步,但对果蔬柔性抓取的研究进展较慢。为此,基于滑觉传感检测技术与果蔬损伤机理,以农业机器人采摘控制系统为研究平台,运用离散小波变换算法,从传感器和抓取力控制着手,深入研究和设计了农业机器人柔性无损采摘控制系统。试验表明:系统运行稳定,可靠性强,对实现果蔬柔性采摘具有十分重要的应用意义。     

果蔬自动化采摘机的机械结构设计与试验

在农业发展的很长一段时间以来,由于机械化程度一直处于较低水准,果蔬收取主要依靠人工收获。新世纪以来,自动控制技术在农业上得到较为普遍的应用,计算机技术也在农业领域取到长足进步,当代农业发展呈现出高度自动化,同时也更加符合人工智能时代的发展要求,技术应用更加紧密。在农业发展的大背景下,收取机器人应运而生,不仅能解决劳动力不足的问题,而且有效地降低劳动强度,从根本上提高果蔬收取效率。为此,主要描述了农业果蔬自动化收取机样机的结构和工作原理,并以西红柿为例,在大棚环境下进行了试验性收取尝试。对试验数据分析处理后显示:西红柿作为收取目标,机器整体正确识别率已接近90%,无损伤收取达成比率约为68.5%,果实收取过程,平均需要消耗时间约为10s。在周围场景较为复杂的田间大棚里,收取机能够顺利完成收取作业并取得可靠的实验数据,证实针对西红柿等茄科植物研制的果蔬自动化收取机,自动化控制设计可靠性,能够适应各种复杂条件的实际生产工作。     

一种椰子抓取采摘机械手设计及其工作空间仿真分析

针对两种目前常用于椰子采摘的采摘方法—人工攀爬采摘和采摘机刀具切割采摘出现的劳动强度大、作业危险及效率低等问题设计了一种抓取采摘机械手。采摘机械手底座固定在椰子采摘机上,通过旋转功能组件实现采摘手抓的左右摆动,依靠气压升降、摆臂功能组件实现采摘手抓的升降和俯仰,利用机械手外手抓抓住果蒂,内手抓抓住椰子旋转采摘。为此,介绍了采摘机械手总体结构设计及工作原理,对其关键结构进行了建模,并进行了工作空间仿真分析。仿真结果表明:所设计的椰子采摘机械手工作点分布密集对称,满足工况需求,为进一步实际采摘实验提供了理论支撑。     

杨梅采摘机械手研究展望

介绍了杨梅果实收获存在挂果密集、分批采摘和成熟期短等特点,以及人工采摘杨梅存在效率低和质量下降等缺陷,分析了国内外果蔬收获机械研究现状,发现对于挂果密集与果面易损伤的杨梅缺乏研究.研究杨梅采摘机械手,对提高生产效率、提升杨梅品牌地位和在国内外市场的竞争力、增加我国外汇收入、提高果农收入具有重大的现实经济意义.     

菠萝采摘机械手的设计

由于菠萝树和果实的特殊结构,以及考虑到菠萝叶中叶脉纤维的经济价值,目前国内绝大多数的菠萝采摘都还是纯手工操作,不仅效率低,而且由于菠萝叶比较坚硬、菠萝果实上带有芒刺,对手的伤害程度很大。为此,针对菠萝的结构特征和生长特点,设计了一个纯机械式的采摘机械手,该机构操作简单、方便、可靠、快捷。工作时,通过锯齿型剪对菠萝果柄进行剪断,配合上人手腕的左右掰动将果实采摘下来。此设计的成功应用能够方便有效地解决果农对菠萝采摘难的问题,促进了菠萝产业的发展。     

基于PLC三轴伺服控制系统的果蔬采摘机械手设计

为了提高果蔬采摘机械手的工作效率和定位精度、降低果蔬采摘机械手在采摘过程中造成的破碎率,以及简化机械手的结构和控制方式,设计了一种新的基于PLC的三轴伺服控制果蔬采摘机械手。该机械手可以灵活地实现移动、升降和夹紧与放松。为了测试机械手的有效性和可靠性,通过苹果采摘试验对机械手的性能进行了测试。测试发现:机械手的位置和摆角调整时间较少、超调量较低,符合设计需求。其准确定位率较高,最高达到了98.56%;且具有较好的定位性能,单次定位时间耗时较低,机械作业效率较高,能够满足大规模果蔬采摘的设计需求。     

菠萝采摘机械手结构设计

根据菠萝的物理特性,设计了一种菠萝采摘机械手结构,并运用三维数字化软件SolidWorks,对设计机构进行三维建模。在此基础上,对机械手的运动特性与动力学特性进行了相应分析。     

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。     

基于RBF网络的果蔬采摘机器人运动轨迹控制研究

为了提高果蔬采摘机器人机械手运动的精确性,提高机器人移动的效率,提出了一种基于遗传算法和RBF网络的机器人运动轨迹控制方法,并对果蔬机器人机械手的活动和整体的移动轨迹进行优化,有效地提高了果蔬采摘机器人的工作精度和作业效率。为了验证设计的采摘机器人的可靠性,在大棚内对机器人的采摘性能进行了测试,包括机器人移动路径规划和机械手路径规划。通过测试发现:使用RBF神经网络算法可以有效地控制机械手在三维空间内的运动;在遗传算法控制下,机器人可以通过较少的计算次数利用神经网络算法搜索得到最优路径,计算精度达到了99%以上。其计算精度及效率高,为高效果蔬采摘机器人的设计提供了较有价值的参考。     

气动球果采摘柔性手爪设计与实验

针对球形果实采摘问题,采用气动多向弯曲柔性驱动器设计了2种规格带有回转腕部功能的多自由度3指采摘柔性手爪.该采摘柔性手爪采用中心对称结构,其柔性手指与驱动器复合一体,在气压下可产生贴合球果表面的弧状变形,3指协同配合运动抓取球果,并通过腕部旋扭分离方式完成采摘.研究了“刚-柔耦合”驱动器的材料和制造工艺,建立了柔性驱动...     

果蔬采摘机器人系统的应用与发展

尽管果蔬采摘机器人技术发展迅速,但果蔬采摘机器人商业化的程度不高,很多仍然处于研发阶段.本文针对现有的果蔬采摘机器人系统进行了介绍,并分别从采摘机械臂、末端执行器、移动机构、视觉系统和算法等方面对国内外采摘机器人的发展现状进行论述,分析和讨论了果蔬采摘机器人现阶段面临的挑战和潜在的发展趋势.     

基于ADAMS的果品采摘机械手运动学仿真分析

机械手作为机器人的重要组成部分,具有一定的研究价值.为此,基于人机协作思想,对果品采摘机械手的结构及相关参数进行了设计,并对其进行了详细的运动学分析,利用代数法对机械手逆运动学进行求解,得到了机械手的运动学方程,为实现机械手的控制奠定了基础.最后,通过机械系统仿真软件ADAMS进行仿真分析,验证了运动学方程的有效性.     

水果无损采摘机械手工作空间分析及参数确定

水果采摘机器人在我国起步晚、发展缓慢,没有系统的方法用以设计采摘机械手,特别是机械手参数确定方法不成熟,造成工作空间浪费、影响机械性能等问题。为此,提出了一种蒙特卡洛法结合控制变量确定摆动关节范围的设计方法,利用D-H参数法对机械手臂进行正运动学分析,在MatLab平台下用蒙特卡洛法计算机械手的工作空间,并结合控制变量法,求出不同参数下的工作空间范围,根据相对较合理的工作空间范围,确定机械手臂的合理参数。以水果无损采摘机械手为例,根据具体设计要求,确定了手臂长度,利用蒙特卡洛法确定了摆动关节的转角范围,并验证参数的正确性。结果表明:该方法可以迅速有效地确定摆角范围,解决了以往摆动关节转角范围靠设计经验确定而存在的空间浪费的问题。     

果蔬采摘机器人自主定位与导航设计——基于RFID和WSN信息融合

将RFID与WSN技术的信息融合后应用于采摘机器人的自主定位与导航中,结合两者的优势,使采摘机器人在与外界交互上更加精准快速。RFID射频识别技术是一项新兴技术,对于采摘机器人在复杂及障碍物比较多的环境,采用RFID模块对物体的识别具有使用寿命长、识别标签多等优点,但同时也存在抗干扰性差、通信距离过短、过于依赖读写器采集信号且成本高等缺点。WSN技术能感应周围各种的信号,具有辐射范围广、可无人值守且成本低等优点,但对于识别传感器标节点、使用寿命及能耗上不太理想。两项技术之间的完美互补使智能识别与定位更上一个台阶,必将推动RFID和WSN在智能采摘机器人方面的应用和发展。     

光固化果蔬采摘气动软体抓手设计与试验

针对目前软体抓手的制造方式(如软体平板印刷、失蜡铸造等)存在成型工艺复杂、粘结不牢靠、接缝处易撕裂等问题,设计了一种光固化成型软体采摘抓手一体式结构,通过正、负压驱动,可实现果蔬的自适应抓取。首先,基于Yeoh模型,研究了软体驱动器弯曲变形运动中的非线性力学特性,得出腔体内部压强与驱动器弯曲角度之间的非线性关系模型。然后,通过Abaqus有限元软件分析软体驱动器的弯曲特性,得到各主要结构参数对弯曲角度的影响规律,并结合正交试验法得到最佳的结构参数组合：软体驱动器的腔体壁厚为1.6 mm、腔体个数7、腔体间隙3 mm、底层厚度3 mm。最后,根据最佳的结构参数组合制造软体采摘抓手样机,并将其安装在试验平台上进行果蔬抓取试验,验证了光固化一体成型软体采摘抓手的实用性。