农业喷雾机器人的机械结构创新设计

农业机器人是21世纪农业机械的发展趋势之一。为此,讨论了农业机器人的技术特点和基本特征,重点论述了一款可以自主行走且能避障的农业喷雾机器人机械结构创新设计。其主要包括载体移动系统和车载喷雾系统的创新设计,给出了具体的设计方案和部分结构图以及参数。该农业喷雾机器人一方面提高了农业喷雾作业的效率,实现作业的自动化;另一方面降低了作业对操作者的健康影响。     

果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人

为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR（Light Detection and Ranging）采集果树信息确定兴趣区（Region of Interest,ROI）,对ROI内点云进行2D化处理得到果树质心坐标,通过随机一致性（Random Sample Consensus,RANSAC）算法得到果树行线,并确定果树行中间线（导航线）,进而控制机器人沿导航线行驶。通过编码器及惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）确定机体速度及位置,IMU矫正采集到的果树分区冠层信息,最后通过程序判断分区冠层的有无控制喷头是否喷雾。结果表明,机器人自主导航时最大横向定位偏差为21.8 cm,最大航向偏角为4.02°,相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量及地面流失量分别减少20.06%、38.68%及51.40%。本研究通过单个3D LiDAR、编码器及IMU在保证喷雾效果的前提下,实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾,降低了农药使用量及飘失量。     

基于TRIZ理论的农用机器人底盘创新设计

针对四轮驱动式轮式农业机器人底盘在复杂农田等非结构化道路作业时转向不灵活、易困于湿软农田中以及生产成本较高等问题,运用TRIZ的理论对其进行改进设计,利用矛盾冲突解决理论找出了NO.05-合并与NO.34-抛弃或再生两个发明原理,据此创新设计了一种对角驱动式多功能农业机器人动力底盘,并从技术上、经济上、社会效益等方面对创新设计方案进行评价,发现该设计方案不仅有效降低了生产制造成本,更重要的是机器人转向更加灵活,多种转向方式使得农业机器人适应的户外复杂农田场景的能力显著增强,扩大了农业机器人的市场范围,对于农业机器人的研究与市场推广有重要的参考意义。     

喷雾机器人导航系统建模与控制算法设计

喷雾机器人是为适应设施农业的要求而发展起来的一种农业高新技术,自动导航技术是喷雾机器人研究的关键技术之一.为此,通过对喷雾机器人运动状态的分析,建立了控制系统的数学模型.以此为基础,进行了数字PID控制算法的工程实现.运行实验表明,控制系统工作稳定可靠,满足了喷雾机器人的功能要求.     

连栋温室分段变距喷雾机器人设计与试验

针对国内连栋温室缺乏植保喷雾机、机械走直定位与换轨转向精度低等问题,设计了一种连栋温室分段变距喷雾机器人,在实现无人化喷药的同时提高作业精度。为满足连栋温室机械作业路轨结合、精准切换的要求,提出一种通用型移动底盘,并确定其关键设计参数;为减少底盘上下轨时的偏移量,设计轨上矫正装置,通过分析计算及试验验证,确定其安装余量为4 mm;针对底盘对轨误差大的问题,提出一种二维码融合陀螺仪及光电传感器双向垂直寻迹的路面关键点定位与转向控制方法。设计分段变距喷雾装置,提出一种丝杆滑台驱动的喷杆变距方案,分析校验其驱动参数以满足工作要求;基于滚针轴承设计喷杆辅助防抖装置,减小因喷杆剧烈抖动带来的滑台与喷杆损伤。开发底盘运动及分段变距喷雾控制系统,实现喷雾机器人在连栋温室内的全程自动化作业。最后,对样机进行底盘性能与喷雾效果试验。底盘作业时直线行走与对轨误差平均值分别为4.8、5.8 mm,满足控制精度要求;避障距离为34 cm,满足安全性要求;防抖装置的安装使喷杆行进方向的抖动量从-1°～1.3°降低到±0.4°内,喷头方向的抖动量从±0.5°降低到±0.3°内,防抖效果显著;分段变距喷雾作业后,盛...     

面向室内养殖场的机器人自主导航技术研究进展

介绍了视觉导航、激光导航、卫星导航和路标导航等机器人导航技术,分析了不同类型的机器人导航技术在特定应用场景下的导航精度、实时性、适应性。根据这些导航技术的特点,结合在梅州市金绿现代农业发展有限公司室内养殖场开展的导航技术试验结果,指出了在室内养殖场内应用单一导航技术存在的问题,并展望多种导航方法信息融合的导航技术在室内养殖场的应用前景,期望为突破机器人饲喂、运输、采摘关键技术,解决制约农业智能化、无人化发展难题提供思路。     

农用机器人导航电子地图的研究

介绍了机器人导航电子地图的功能,阐述了在Visual C++环境下基于MapObjects组件开发农用机器人导航电子地图的方法,分析了电子地图更新的方法。     

喷雾机器人重喷漏喷问题研究

喷雾机器人在行走过程中由于两驱动电机的不一致性和地面不平整等因素,会偏离航线产生“跑偏”现象,从而造成重喷和漏喷区域。为了解决这一问题,运用模糊控制方法,在机器人偏离预定行驶轨迹时改变两轮的转速,以实时地控制机器人及时调整和消除“跑偏”现象。仿真结果表明,此方法的效果良好。     

基于DSP喷雾机器人直流电机控制应用与研究

传统的农药喷雾主要依靠人工喷洒完成,工作效率低、耗时耗力,且对作业人员造成了严重的健康威胁。随着农业现代化水平的不断提升,越来越多的高科技手段被应用在农药喷洒过程中。智能农药喷雾机器人通过自动控制技术,可以实现农药喷雾的全自动化作业。为此,设计了智能农药喷雾机器人,并将自动控制技术应用在喷雾直流电机中,完成了系统总体结构设计、硬件模块电路设计及系统软件流程设计,并进行了试验验证。试验结果表明:该直流电机自动控制系统能够提高农药喷雾机器人的作业效率,实现农药喷雾的精准控制,喷雾质量好,有效减少了农药的浪费,防止了对自然环境造成破坏,具有一定的推广价值。     

一种高精度自主导航定位的葡萄采摘机器人设计

为了提高葡萄采摘机器人自主导航能力,增强对葡萄成熟度的准确识别功能,降低漏采率和误采率,设计了一种新式的基于RSSI自主导航和颜色特征提取的葡萄采摘机器人。该机器人使用RSSI定位技术,首先对装有无线传感器的葡萄树进行定位,然后利用机器视觉系统对葡萄的成熟度进行判断,并对满足采摘条件的葡萄使用机械手进行采摘。对葡萄采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:机器人对装有传感器的葡萄树的准确识别率达到了95%以上,对葡萄成熟度的判断达到了98%以上,是一种相对高效的葡萄采摘机器人。     

果树快速定位采摘机器人设计——基于红外和激光扫描技术

为提高采摘机器人的自主导航能力和采摘效率,实现机器人的快速果树识别和定位,结合红外测距传感器与计算机图像处理技术,利用激光扫描传感器体积小、功耗低、速度快、抗干扰等特点,提出了一种非接触式测量果树深度信息的方法;并结合计算机图像处理对果树进行了标定,实现果树的快速识别与定位,为采摘机器人运动轨迹规划提供了自主导航的参数。为了验证该方法的可靠性,在采摘机器人试验样机上安装了红外线测距和激光扫描快速定位装置,并通过左右两侧果树的导航路径拟合,得到了机器人的行走路径,通过对比红外线测距和激光扫描的结果发现,其拟合路径基本吻合,从而验证了该方法测量数据的可靠性。根据不同的树高对应的枝叶密度,利用计算机图像处理对果树进行了标定,最后利用激光扫描方法对标定后的果树进行了快速定位,并将结果和全站仪的结果进行了对比,结果表明:激光扫描和全站仪之间的最大误差仅为20mm。这说明,激光测量的精度较高,可以满足设计的需求。     

蓝莓喷药机器人行走机构设计

行走机构是蓝莓喷药机器人的重要组成部分.因此,根据蓝莓喷药机器人的行走要求,设计出了其行走机构,论述了行走机构的总体结构,选择了合适的动力源,计算得出大小链轮齿数比和承载轴的最小半径;介绍了行走机构的相关参数,并建立起了其运动学方程.试验证明:在转弯半径足够大时,该行走机构运行良好,能够满足蓝莓喷药机器人的运动要求,为后续研究奠定了良好的基础.     

果树花药采集机的设计

果树有自花授粉不结实或结实率低的特点,严重影响北京地区果树生产。若实施果树人工辅助授粉需要进行花粉的制作,其中一个重要环节是花药的采集。为提高花药采集工作效率,节约采集成本,设计出一种构造简单、操作方便、花药采集率高和机械性能稳定的花药采集机。经过样机试验表明,机具可使花药的采集相对手工操作节省成本9 6.3%,工作效率提高9 5.8%。     

温室轨道施药机器人系统设计

针对温室人工施药效率不足,且容易中毒的现状,设计开发了温室轨道施药机器人系统。结合探测、限位传感器输入信号及输出执行元件的特点,系统采用三菱PLC作为控制核心,控制移动搭载平台、电机、电磁阀及药液泵等各个部分,通过探测传感器定位作物行,调控PWM波占空比实施变量施药作业,从而实现温室自动化精准施药。实验结果表明:机器人定位准确率高,喷头流量与PWM占空比呈正相关,随着施药距离的增加,药液沉积量呈递减趋势;系统操作简单,自动化程度高,可以有效提高温室施药工作效率和农药利用率。     

新型果树施肥机的设计

根据果树标准化施肥技术的要求设计了自走式新型果树施肥机.发动机驱动液压泵供油,电磁阀控制液压马达旋转,带动钻头转动,另一电磁阀控制升降液压缸,带动钻头竖直向下移动进行钻孔作业,挖出的土壤顺着钻头的螺旋向上进入土壤收集器,由单片机控制步进电机来驱动排肥器工作,实现定量施肥.改变钻头旋转方向,土壤收集器中的土壤和肥料顺着钻头的螺旋流入坑中,连续完成环绕果树钻孔、施肥和覆土作业.     

农业机器人充电系统的设计

通过对农业机器人充电系统的研究,设计了基于AT89S52的智能型充电系统,实现了农业机器人蓄电池最佳充电曲线跟踪技术,给出了系统的工作原理、硬件结构及软件流程。该系统可根据农业机器人蓄电池的状态自动改变充电电流大小,并通过全程窄脉冲放电消除充电过程中的极化现象,缩短了充电时间,提高了充电效率,并在一定程度上提高了农业机器人的工作时间和准确性。     

神经网络在果蔬收获机器人机械臂避障路径中的应用

果蔬收获机器人是机器人技术在农业中的具体应用,基于避障的路径规划是果蔬收获机器人主要的研究内容.由于农业机器人作业环境的复杂性和非结构性,神经网络将是其重要的研究方法.为此,介绍了神经网络的特点,重点分析了采用神经网络描述果蔬收获机器人工作环境的基本思路,最后给出了黄瓜采摘机器人的具体分析实例,对农业机器人工作环境的描述具有较高的参考价值.     

管外喷涂机器人的动作控制设计

管外喷涂机器人的行走系统采用步进电机驱动尼龙轮的动作方式,管外防腐喷涂是用步进电机作为动力源,通过不完全链传动系统中输出链轮的往复转动来带动喷枪绕管道轴线作一定规律的摆动,并随着管外机器人本体的行走系统沿管道轴线作间歇式直线移动而实现的,设计了管外喷涂机器人的行走系统和管外防腐喷涂系统动作的单片机控制方式.     

果树节水灌溉技术

生产上常规的果树灌水方法有树盘灌水、树行灌水和沟灌等。科学的灌水方法应以节省用水量、提高灌溉水的利用率并使土壤保持良好的理化性能为目的。为此，介绍了果树滴灌系统及技术。