电磁诱导式喷雾机器人导航系统

针对喷雾机器人的工作要求,研制了电磁诱导式导航系统,系统由机械本体、电磁感应传感器、单片机控制系统和直流电机PWM驱动系统组成。机器人行走轨迹的诱导信号由埋设在田间的通有高频电流的导线产生,利用一对电磁感应传感器的信号电压差值判断机器人位置。AT 89C 52单片机根据传感器提供的信息,采用P ID算法规划行驶路径,由PWM系统驱动直流电动机完成机器人的行走。试验结果表明,10 m范围内直线导航精度±1 cm;转弯半径0.5 m时导航精度±2.5 cm。     

移动机器人自主寻路避障启发式动态规划算法

用启发式动态规划算法解决移动机器人自主寻路、避障问题。提出了传感器检测环境状态的方法,以及对传感器检测信息进行归一化处理的方案。对输入、输出量以及学习系统的强化信号进行定义,设计了机器人自主学习寻路、避障的控制策略。定义了连续型强化信号,使机器人通过学习,对优先寻路还是优先避障做出决策判断。为验证启发式动态规划算法在移动机器人寻路、避障问题上的学习能力,设计了3种不同的寻路、避障仿真实验:同目标、不同起始点,同起始点、不同目标,和移动目标仿真实验。仿真结果表明,对于不同的寻路、避障要求,基于启发式动态规划算法的移动机器人具有良好的学习及适应能力。     

基于虚拟仪器的温室远程监控自动滴灌系统

基于虚拟仪器技术和CAN总线技术,设计了温室远程监控自动滴灌系统,分别对系统的硬件和软件做了说明.以STM32单片机为核心的CAN智能节点采集土壤湿度传感器的信号上传到LabVIEW监控平台,根据监控系统计算的结果和压力传感器的反馈信号驱动电磁阀完成滴灌工作.通过相关实验,结果表明系统能够实现滴灌过程的远程自动监控.系统硬件简单、可靠性高并且可以大大降低成本.     

温室移动机器人轨迹控制系统的设计

以温室移动机器人的轨迹控制为主要目标,研究了线性控制算法在机器人轨迹控制中的具体实现,论证了其可行性,并分析了算法的稳定性约束条件,通过仿真分析了控制参数对运动轨迹的影响.将该算法应用到实际的机器人控制中,设计出基于陀螺仪和光电编码器的温室移动机器人控制系统.     

基于模糊控制的温室灌溉控制系统的研究

针对温室灌溉受多因素影响难以建立精确控制模型的特点,开发了基于LabVIEW平台的温室节水灌溉模糊控制系统。该系统由土壤湿度传感器、数据采集卡、LabVIEW软件平台等组成,以土壤湿度偏差以及偏差变化率为输入量,以灌溉时间长度为输出量,采用MATLAB Fuzzy Logic工具箱设计模糊控制器,实现了温室灌溉需水量的模糊决策系统。试验结果表明,该系统能够根据土壤水分适时、适量的灌溉,对节水灌溉技术的发展起到了一定的作用。     

基于LabVIEW的温室番茄雾培控制系统设计

针对雾培对智能控制的技术需求,以LabVIEW为开发平台,采用功能模块化与虚拟仪器结合的设计思想,以雾培根域环境与温室环境多因子协调控制为核心,研发了基于LabVIEW的温室番茄雾培自动控制系统。系统由远程计算机、控制现场计算机、数据采集卡、传感器和执行机构等部分组成,使用LabVIEW工具包和MySQL实现关联数据库管理,并通过WEB服务器实现远程监控。该系统具有人机界面友好、功能全面、操作简便的特点,可广泛用于温室番茄雾培的自动化管理。     

基于虚拟仪器的温室光控系统的设计

利用光照度传感器、LabVIEW软件程序以及控制元件设计了温室光控系统。该系统主要由两大部分组成:一部分是检测部分,主要由传感器和计算机及软件程序组成。传感器检测温室内外的光照度,计算机首先对传感器采集的数据进行预处理,然后对温室内种植物所需的光照度进行了分析判断。另一部分是电气控制部分,主要由一些开关、按钮、继电器、接触器等元器件组成。电气控制部分可以直接由计算机实现控制,控制信号由控制软件根据检测部分的分析结果产生。电气部分也可以由操作人员操作相关控件来实现控制。试验证明,该系统操作灵活简单,能够实现对温室光照度的准确控制。     

农业移动机器人远程监控系统的研究

随着计算机技术的发展和网络技术的成熟,用农业移动机器人代替传统的人工劳作势在必行,目前使用无线通信设备和计算机实现对机器人的远程监控、图像采集以及数据传送等工作是一种可行性高、性能优异的方法。为此,对农业可移动机器人远程监控系统的设计进行研究,通过控制效果的测试数据表明:使用无线设备对农业移动机器人进行监控所需响应时间短,机器人能够及时完成控制命令,因此基于无线通信设备的远程监控系统可以满足对农业机器人监控的实时性及可靠性要求。     

设施农业无线传感器网络系统设计与实现

结合无线传感器网络自身特点,针对设施农业的具体需求和特点,提出在温室大棚、节水灌溉等农业领域应用无线传感器网络的方案与思路,设计并实现了基于设施农业的无线传感器网络系统.文章介绍了设施农业传感器网络系统的整体设计,设计与实现了传感器节点硬件、网络支撑软件、信息决策技术、终端用户监控平台等功能,并通过在温室大棚中试验,验证了系统的有效性.系统的成功设计与实现,对于发展我国设施农业自动化、提高农业生产水平具有重要意义.     

虚拟仪器技术在温室测控系统中的研究

利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW，对温室测控系统进行了虚拟化设计。此系统由温度传感器和土壤湿度传感器将温室的空气温度、土壤含水量变化转化为电压变化，然后用虚拟仪器对输入到数据采集控制卡的电压信号进行实时采集。数据以spreadsheet类型文件格式存储起来，同时进行初步统计分析，最后通过数据采集控制卡输出开关信号，控制电动机实现温室天窗的开启，以调节空气温度和控制电磁阀，实现喷水的控制，调节土壤湿度，同时将反馈信号显示在操作平台上。     

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。     

采摘机器人位置校正方法研究——基于无线传感网络和超带宽调频方法

超带宽雷达是新近出现的一种高分辨率雷达,当信号带宽和其发射中心频率的比大于0.25时,就被称作超带宽,带宽越大,雷达对目标的分辨能力越高。超带宽雷达具有高分辩能力,如果将其使用在采摘机器人定位导航系统中,可以有效地提高采摘机器人的定位导航精度和效率。为此,提出了一种基于无线传感网络和超带宽调频技术的采摘机器人位置校正方法,并以实际采摘环境作为研究对象,对采摘机器人的位置校正过程进行了测试。测试结果表明:采用超带宽调频无线传感网络方法,定位校正精度要高于传统的定位算法,且定位效率高,对于新型自动化采摘作业机器人的研究具有重要的指导意义。     

基于单片机和智能监测的采摘机器人调速系统设计

由于采摘机器人的移动非常频繁,因此其速度控制是影响工作效率的主要因素,在机器人的移动过程中会产生较大的惯性和时延,在控制信号的输出和电机响应过程中也会有一定的延迟,采摘机器人的惯性会使采摘机器人不能很好地在预定的果实采摘位置停下。为了解决这个问题,提高机器人的采摘效率,设计了一种新的机器人调速系统。该系统速度由传感器进行采集,通过电机的变频调节实现移动速度的控制。为了使机器人的控制平稳,以STC89C52单片机为控制核心,设计了采摘机器人的闭环控制系统。最后,对采摘机器人的性能进行了测试,通过测试发现:采摘机器人可以准确地识别成熟果实,控制算法运行良好,可靠性高,实现了采摘机器人的自动调速功能。     

温室移动机器人驱动与控制系统的硬件设计

在温室的三维干涉环境中,应用硬件技术实现移动机器人的实时响应性、鲁棒性和对复杂作业环境的适应能力,以及多电动机协调驱动算法和高效智能控制算法等。采用面向数字控制应用的DSP芯片TMS320LF2407作为主控芯片,由DSP发出电动机PWM控制信号,将其他传感器及数控接口集成到CPLD芯片EPM7128上,由CPLD输送到DSP,完成驱动系统的闭环控制。在提高性能的前提下,整个控制器硬件结构变得简单、经济、可靠。     

温室机器人道路识别与路径导航研究——基于红外测距

针对温室内移动机器人的应用需求,提出了一种基于红外线测距的温室机器人自主导航算法,并使用模糊算法对导航误差进行控制,实现了温室机器人的精确自主移动功能。温室机器人导航过程中,当红外线接收管接受到红外线信号时,会产生一个光强电流,电流放大后可以输出一个模拟电压;根据电压值,通过编程计算,利用电压和距离的对应关系,可以得到机器人和标志物的距离误差;距离信息通过串口传输到PC机上,PC机利用模糊控制原理对距离误差进行判断,发出控制指令。实验测试发现:机器人导航的距离偏差平均值为-1.28cm,均方差为2.68,超调较小,可以实现较为精确的导航。     

西红柿温室内无线传感器网络2.4 GHz信道传播特性

针对西红柿温室环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以2.4 GHz为载波频率,研究了无线射频信号传播特性和通信距离、天线高度、传输路径等影响因素间的关系。结果表明,无线传感器网络信号在西红柿温室中的衰减符合对数模型;当天线高度固定时,接收信号强度随通信距离的增加总体呈递减趋势,丢包率随通信距离的增加总体呈递增趋势;西红柿温室中天线最宜部署在日光温室中央一列的位置,且西红柿顶部略高于它的位置为放置天线高度的首选,其次为西红柿顶部距地面1.5 m以上的部分,越接近西红柿顶部越好;在上述试验研究的基础上,建立了天线高度、通信距离和接收信号强度之间的关系模型,模型参数A与天线高度、衰减系数n与天线高度之间均呈二次多项式关系。验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同天线高度不同通信距离的接收信号强度,为西红柿温室无线传感器网络的部署提供技术支持。     

基于OFDM信道和远程监控的果园采摘机器人设计

随着网络和远程控制技术的发展,基于移动互联网的智能机器人成为未来机器人的发展方向。到目前为止,采摘机器人还很少采用移动互联网进行远程监控,如果将移动互联网应用到果园采摘机器人的设计上,将会大幅度地提高采摘机器人的实时在线控制水平,提高多机器人编队控制能力。为此,提出了一种基于OFDM信道估计和远程监控网络的果园采摘机器人设计方法,并结合果实图像的分割、归一化、细化和增强技术,提高机器人果实图像的识别能力。通过夜间对采摘机器人平台的测试发现:机器人在加入信噪比的干扰信号情况下,采用OFDM传输系统的机器人信号发送端和接收端的信号吻合程度很高,误码率很低,为新式智能远程控制采摘机器人的研究提供了较有价值的参考。     

温室采摘机器人技术研究进展分析

采摘是温室作物生产中劳动力耗费最大且最难以实现机械化作业的关键环节,近几十年来采摘机器人技术得到了迅速发展,特别是日本以番茄、草莓等主要作物为对象的机器人采摘研究得到了持续和深入的开展。这些年中国温室的采摘机器人技术发展迅猛,已成为全球研发最为活跃的国家。本文按作物品种对日本、中国、欧盟、韩国等的温室采摘机器人技术研究的发展进程进行分析,梳理出了全球该领域的主要研发主体、技术特征、发展水平和演进脉络。在此基础上总结了温室采摘机器人技术发展的复杂非结构环境的适应能力、复杂机器人系统的融合能力两大技术关键,认为环境工厂化、结构标准化、多机共融化和人机共融化将成为其发展的未来趋势。     

温室草莓采摘机器人设计与试验

为实现温室草莓采摘机械化和自动化,设计并制作一种应用于日光温室的草莓采摘机器人。该机器人能实现自主路径规划,行走过程中识别成熟草莓并完成采摘。设计以ROS分布式计算系为主控制网络,以激光雷达进行移动机器人的地图构建与定位,双目深度相机实现对成熟草莓的识别和定位,搭载柔性仿生夹爪6自由度机械臂实现目标草莓抓取和放置。设计机器人软件平台,使用改进A*算法实现自主路径规划和导航避障;利用R-FCN目标检测网络和双目视觉技术实现成熟草莓检测及定位。结果表明：该草莓采摘机器人可实现目标检测及定位,检测到的草莓坐标与机器人手爪坐标的误差在4 mm以下,成熟草莓识别率为95%,满足采摘要求。