基于计算机视觉的高速机器人芒果分选系统设计

针对目前芒果的外观品质分级采取人工方法所存在的不足,基于机器视觉、并联机器人等先进技术,构建了用于芒果品质动态、实时检测及分选的高速机器人系统,设计了芒果分拣的计算机视觉硬件系统,开发了高速分拣计算机视觉软件系统。工作时,芒果输送带将芒果按机器人动作节拍输送至图像采集区域由工业相机采集图像,识别系统对图像信息进行特征提取,建立图像特征与国家标准中的三级芒果的对应关系,将具有相应图像特征的芒果其所处位置信息及其级别对应的位置信息,通过单片机控制系统输送给高速分选机器人,从而完成芒果的高速分选。测试结果表明:高速分拣机器人系统可以高速、准确地完成芒果的分选工作。     

基于水下机器人寻物追踪检测系统

水资源是地球的宝贵资源财库,在不同的生产条件下,对水质是有一定要求的。同时也有比较多的工程是建立在水下,例如水下管道、海底隧道以及桥墩等,因此水下作业需要一系列的水下检测控制系统来支撑。基于此,笔者设计了一款水下机器人控制检测系统,该系统由上位机和下位机共同组成,通过WiFi通讯,下位机搜寻数据,上位机显示、分析、储存数据,从而实现对水环境实时检测以及水下资源进行探测,对水环境的保护、水下工程监测以及水下资源的探索有很大积极的作用。     

基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统设计

采摘机器人作业环境复杂,视觉系统往往不能准确对待采摘的果树或者果实进行准确的定位。为了提高采摘机器人视觉系统的定位精度,引入了图像边缘检测技术,通过提取待采摘果树或者果实的边缘,计算果实的位置坐标,为采摘机器人的自主行走定位和采摘作业提供可靠数据支持。为了验证方案的可行性,以待采摘果树的特征边缘提取为例,对系统的果树边缘提取的可行性及定位准确性进行了实验。实验结果表明:采用基于图像边缘检测技术的采摘机器人视觉系统可以成功地对果树进行定位,并输出果树的位置坐标,将位置坐标和实测位置坐标进行对比发现,其结果基本吻合,具有较高的定位精度。     

海洋牧场水下巡检机器人耐压舱力学特性分析

耐压舱作为水下机器人主要元件的安装空间和水下压强的承压部件,需保证力学性能满足规范要求。课题组基于有限元法对已设计完成的海洋牧场水下巡检机器人进行力学特性分析。在考虑强度和刚度的同时,对耐压舱振动特性进行分析,防止产生共振效应。结果表明:此海洋牧场水下巡检机器人耐压舱设计满足规范要求,可安全使用。     

采摘机器人视觉伺服策略研究——基于回归数据挖掘的

为了实现采摘机器人的准确抓取控制、路径识别和自主导航功能,提出了一种基于回归数据挖掘计算模型的机器人视觉伺服控制系统。首先利用双目相机获取果实图像,然后利用拉普拉斯变换和高斯滤波方法对图片进行平滑和增强处理,并利用Canny算法对图像边缘进行检测和分割处理,完成图像的预处理。对图像进行目标识别,提取图像的特征,并采用回归数据挖掘方法对滤波图像进行检验,最终通过计算得到果实图像的中心位置,将中心位置利用控制器反馈给控制中心,控制中心发出指令,控制末端执行器完成果实的采摘作业。对机器人视觉伺服系统进行了测试,结果表明:利用采摘机器人视觉伺服系统可以准确地计算果实的中心位置,实测位置和计算位置的吻合程度较高,视觉伺服系统的计算的稳定性较好。     

蠕虫形植物采样机器人设计

因自然环境的不确定性,使人类活动受到一定限制,以及部分野外植物具有短期生长和不便采集的情况,该文设计了一种蠕虫形植物采样机器人进行处理。蠕虫形植物采样机器人由驱动系统、采样系统、识别系统三部分组成,通过识别系统和驱动系统的配合使其在自然环境中进行植物探测。通过卷积神经网络结合YOLOv7算法训练,识别到需要采样的植物后,超声波传感器检测机器人与植物间的距离,并由执行机构调整机械装置至适合位置,之后采样系统开始运作。固定爪夹合下方物体使机器人位置固定,电动推杆伸出后电动夹爪两个滑台闭合,通过切装头完成切割和植物样品储存。实现了对小型洞穴及陡峭斜坡环境下的野外植物采集,通过对机器人的远程操控避免探索人员进入危险环境,实现了保护探索人员安全的目的。     

面向柔软物体抓取的遥操作工程机器人位置反力控制

为改善工程机器人系统的操作性,并提高在抓取和搬运柔软物体过程中的安全性,对主从遥操作系统的控制进行了研究,提出了位置速度/位置反力混合控制的方法。工程机器人在自由移动时,采用位置速度控制,工程机器人与环境间产生反馈力时,切换到位置反力控制。利用反馈力作为反馈信号,实现对力的间接控制。设计并开展了抓取与搬运柔软物体的实验,并对抓取和搬运过程中的物体最大变形量以及活塞杆平均位移进行了统计分析及配对t检测。结果表明:相比传统的位置速度控制方法,位置反力控制方法能够改善主从遥操作系统的操作性,确保在抓取和搬运过程中柔软物体的安全性。     

基于单片机灭火机器人的设计

以STM32F103T8B6单片机为核心处理器,设计了一款灭火机器人,完成硬件原理图绘制,电路板的制作及程序的调试。实验表明,设计的灭火机器人能准确寻找火源位置并成功灭火,在寻找火源位置的过程中实现避障功能,系统性能稳定达到预期效果。     

基于Kinect的机器人抓取系统研究

智能抓取搬运机器人能够高效、可靠地完成各种搬运任务,降低工作人员的劳动强度,精准的物体定位是机器人执行搬运任务的基础。本文研究了基于Kinect的机器人抓取系统,可实现物体的类别检测、物体定位及机器人抓取任务。抓取系统由3个子系统(物体检测系统、物体定位系统及机器人抓取系统)组成。首先利用Kinect采集的物体图像信息训练单次多盒检测(Single multi-box detection,SSD)模型,然后根据SSD模型对物体的类别进行检测,得到物体在图像中的边框,并获取边框中物体像素坐标和深度,接着通过Kinect相机手眼标定法将像素坐标和深度转换到机器人基坐标系中,实现物体的定位,最后通过机器人逆运动学求解关节角,驱动机器人运动完成抓取搬运任务。对机器人进行了物体的定位和抓取实验,实验结果表明,物体的定位误差较小,物体抓取搬运实验的平均成功率达到97%,满足物体的抓取搬运需求。     

基于混沌控制的采摘机器人防碰撞系统设计

针对采摘机器人在作业过程中遇到障碍物导致路径规划出现混沌现象的问题,基于混沌控制对采摘机器人防碰撞系统进行设计,并采用模糊自适应控制算法和滑模变结构控制算法结构的方式对系统进行控制。为了验证防碰撞系统的有效性,对采摘机器人进行了防碰撞和采摘仿真试验,结果表明：采摘机器人在作业过程中可以避开障碍物,按照规划路线到达预设位置,完成果蔬的采摘。     

籽瓜挖瓤机设计与试验

基于矩形循环图法,设计了一种籽瓜挖瓤机。上瓜机构采用改进的摆动凸轮机构,插瓜架转位机构选择两圆销四槽轮机构,挖瓤刀升降机构选取平底式直动从动件盘形凸轮机构与改进的杠杆传动。以试验机为基础进行籽瓜挖瓤正交试验,确定了适合籽瓜挖瓤的工艺参数:挖刀类型为半圆形挖刀、挖刀转速为240 r/min、挖刀安装角度为15°。重复试验表明:该挖瓤机挖净率在98%以上,籽粒洁净率在98%以上,损失率在2%以内,破碎率小于1%。     

TRIZ理论在深根茎类作物挖掘机构中的应用

针对目前我国深根茎类作物挖掘机械中没有成熟的产品以及产品设计方法较为传统、落后的现状,运用一种解决发明问题的新型创新理论-TRIZ理论中的40个发明原理、39对矛盾矩阵及诸多相关理论,对深根茎类作物挖掘装置中的关键部件-挖掘铲的多种设计方案进行分析、比较和研究,最终得出较为理想的设计方案.采用该方案设计的挖掘铲在挖掘过程中可以实现不壅土,并能顺利地切断根茎,能使作物的根茎与土块、石块在挖掘铲上上升过程中高效地分离,且能实现减少根茎损伤的目标,从而达到降低挖掘阻力的目的.最后,运用Pro/E软件将最终设计的挖掘铲在计算机中进行虚拟仿真,并对仿真模型进行仿真分析,结果表明,挖掘铲的设计方案达到了预期目的.     

基于聚类算法对象提取的快速定位采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的定位速度,对机器人的机器视觉系统进行了改进,设计了一种基于聚类算法和视频对象提取技术的快速定位机器人。该机器人视频对象图像提取过程中,在完成图像进行滤波后,引入了Lab彩色空间聚类算法,有效地降低了图像的色彩数和噪声,实现了图像对象的量化处理,大大提高了果实定位和采摘的效率。为了验证设计的快速定位采摘机器人的可靠性,对机器人的采摘性能进行了测试,测试项目主要包括图像处理和果实定位。通过测试发现:快速定位机器人可以有效地实现图像聚类中心的提取,并对聚类中心进行编码,每次定位用时少、定位速度高且果实采摘的准确性累计概率较高,符合高精度、高效率果实采摘机器人的设计需求。     

基于信息融合的智能推料机器人设计与试验

饲料的定期推送是奶牛饲喂过程中的重要环节,针对现有推料机器人功能单一,无法满足奶牛饲喂需求的问题,开发了奶牛智能推料机器人。构建奶牛、饲料和牛栏参照物识别与分割的YOLACT模型,融合掩膜图像、深度图与ORB-SLAM3定位信息,实现觅食奶牛的快速定位与机器人导航信息的提取;基于信息融合提出智能推料算法,根据觅食奶牛的定位信息、投料时间信息、机器人的导航信息,自动选择工作模式,控制机器人沿着预定的轨迹,实现推料、集料送料、清料等多模式推料功能,满足奶牛个性化自由采食需求,提升饲料利用率。试验结果表明：觅食奶牛的位置识别定位精度为±0.1 m,奶牛识别率为100%,机器人导航精度为±0.8 cm,智能推料准确率为100%,算法运行速率为12 f/s,满足复杂环境下机器人智能推料的要求。     

切削加工机器人刚度模型研究

通过对机器人臂杆的分析研究,把机器人臂杆当作一个柔性杆进行处理,分别求出其拉伸、扭转和弯曲的挠度,运用误差参数建立运动学模型,从而求得臂杆末端挠度的映射模型,并结合机器人各关节传动误差在机器人操作末端上的挠度误差映射,最终在机器人操作末端叠加关节挠度和臂杆挠度,通过刚度的定义求解出机器人总的操作空间刚度。建立的机器人刚度模型可为机器人切削加工过程中刀具的误差补偿提供依据。     

马铃薯仿生挖掘铲片及其减阻特性研究

设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,研究其在土壤运动过程中的减阻性能。运用仿生手段对蝼蛄前爪第一趾进行仿生信息的提取,设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,利用EDEM对挖掘铲片进行挖掘土壤过程仿真。在EDEM仿真过程中,根据铲片对土壤的扰动情况分析可知:仿生挖掘铲片对土壤应力较分散,铲面具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力为118.212N;普通挖掘铲片对土壤应力较集中,铲面不具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力值为159.508N;仿生挖掘铲片较普通挖掘铲片所受平均阻力减小近35%,仿生挖掘铲更具优良的挖掘性能。     

FS03N通用机器人运动学分析与仿真

以FS03N通用机器人为研究对象,根据FS03N的结构特点,采用D-H法建立了机器人连杆坐标系,列出连杆参数,计算得出了以关节角度为变量的正运动学方程。通过选用z-y-z欧拉角来描述川崎FS03N通用机器人末端的方位。在机器人运动学反解问题上,采用了反变换法来求解。最后,使用SolidWorks软件建立了FS03N的三维实体模型,用motion对其进行仿真,验证位置正反解的正确性。     

马铃薯挖掘铲仿生减阻技术研究概况

本文介绍了仿生技术在农业机械触土部件设计中的应用现状,在此基础上,重点分析了仿生技术在马铃薯挖掘铲设计中的应用概况,并对马铃薯仿生减阻挖掘技术内容进行了概述,通过上述分析,对我国甘薯、木薯等薯类收获机挖掘铲的设计提供参考。      

半自动谷物播种机设计与仿真试验

为解决复杂地形条件下不宜使用大型播种机,而使用传统农具播种存在播种效率低、劳动强度大等问题,利用旋转拖把原理,设计一种半自动谷物播种机。通过脚蹬驱使转动装置驱动内筒管转动,内筒管转动带动刀片在旋转的状态下挖土。该播种机还通过连杆机构将挖土与覆土功能结合在一起,实现播种的半自动化。利用ANSYS软件对固定环和连接杆组件进行静态、疲劳、模态仿真试验和分析,说明该播种机结构设计符合力学性能要求。该播种机操作简易,能够提高劳动效率和播种质量,而且该播种机体积小、轻便、成本低,适宜推广使用。     

农业物料挖掘收获机研究现状及展望

农业物料挖掘收获机是农业机械的重要组成部分,被广泛应用于各类农业物料的收获作业中。为此,在大量查阅相关文献的基础上,综述了国内外农业物料挖掘收获机的研究现状,主要介绍了铲栅一体式、铲链组合式、铲筛组合式3种常见挖掘收获机的结构与工作原理,分析了存在的问题并给出了建议,旨在为农业物料挖掘收获机的优化与改进提供参考