蔬菜采摘机器人通用夹持机构设计——基于UG和ADMAS联合仿真

为了提高夹持机构的设计效率和精度,提出了一种新的采摘机器人通用夹持机构的同步设计优化方法,将UG和ADMAS软件引入到了夹持机构的设计过程中,并利用软件的联合虚拟仿真功能,实现了夹持机构的合理布局和夹紧力的计算与同步优化。利用夹持机构的加工工序,在UG软件中对夹持机构进行了布局,并通过运动约束的添加使夹持机构处于完全打开状态。将UG夹持机构模型导入到ADMAS软件中进行了动力学仿真,通过计算得到了影响弹簧夹紧力关键点变量的敏感度,取对弹簧夹紧力影响较大的点进行了优化,得到了弹簧产生最大夹紧力时变量点的弹簧位移,从而实现了夹持机构的优化设计。最后,对夹持机构的运动性能进行了仿真计算,为夹持机构的稳定性设计提供了理论依据。     

高空水果采摘器机构设计与Adams仿真

随着生活水平的不断提高,人们对各类水果需求量日益增长。我国是农业大国,水果产量和销量都位居世界首位。我国柑橘类高空水果种植多以家庭为单位的小面积种植为主,柑橘果园没有标准化的布局,难以采用大型采摘设备进行作业。本文针对柑橘类水果果形特点和高空采摘的难度大、效率低、危险系数高等问题,设计了一款适用于高空水果采摘的装置。该装置具备电动伸缩、高处裁剪、输送收纳和转运功能,能够辅助果农在树下采摘树上的水果,特别是高处的水果,避免登高作业的潜在风险。本文借助Adams软件对其关键零部件进行运动学分析,通过solidworks软件构建模型,载入adams运动仿真软件,加载材料属性、连接参数、载荷信息并进行仿真设置,最终生成运动仿真结果。通过与物理样机对比进行实地试验,结果表明：该高空采摘装置具有优良的工作性能。     

机器视觉技术在水果采摘机器人中的应用

近年来,学术界展开了将图像处理技术运用到水果机器人采摘过程中的研究,把图像处理技术和机器视觉技术结合运用于水果采摘的过程,可以实现自动化和智能化的采摘,对于降低劳动强度和提高采摘效率具有极其重要的意义.对此,文章主要分析了机器视觉技术在水果采摘机器人中的应用成果,并对机器视觉技术研究方向进行了展望.     

荔枝采摘机器人拟人指受力分析与夹持试验

阐述了采摘机器人的新型拟人夹指机构,分析了夹持的力封闭性,建立了扰动条件下的荔枝母枝夹持模型,导出了一种夹持力计算方法;用压力机对结果母枝进行了夹持试验,建立了夹持力、母枝直径等与抓举重力间的关系,给出了定量描述;用机器人在野外环境下进行动态采摘试验,验证了夹指的可靠性。结果表明:所设计夹指结构能适合不同直径母枝的稳定夹持,对母枝损伤小;所建立的回归方程有效,夹指在外力扰动情况下可以实现稳定夹持;野外环境下使用15N夹持力采摘荔枝果串,夹持成功率为100%。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

剪切夹持一体化水果采摘末端执行器的设计与分析

【目的】推进水果采摘机械化,同时减少机械采摘中水果的损耗。【方法】本研究设计了一种剪切夹持一体化的通用采摘末端执行器,该执行器采用直流减速电机推拉螺杆套接的法兰盘来改变连杆与导轨滑块间的角度,从而带动移动刀台的往复运动,实现剪切夹持与松开的动作;刀片下端配备硅胶材质的柔性夹持体,可以在剪切力增大时夹紧果梗,便于剪断;同时使用SolidWorks软件对该执行器进行了动力学分析。【结果】电机转矩与刀尖剪切力在连杆与导轨夹角最大处的比例系数为3.697,结合选定的电机型号,该末端执行器的剪切力大于小型水果的果梗剪切强度,满足一般水果的采摘要求。【结论】该末端执行器通过改变微动开关的位置及刀片夹持体的相对位置可适用于不同类型的水果剪切果梗采摘,具有轻便、操作简单、适用性强等优点。     

水果采摘机器人实时避障方法的研究

针对采摘机器人采摘作业时易受障碍物阻挡而影响其工作效率的弊端,提出了将避障问题转化为基于位置力控制问题的解决办法,采用弹簧阻尼模型实时计算机械手臂进入障碍物区域产生的虚拟力,通过采用外在力控制回路来调节手臂位置控制系统,达到消除虚拟力的目的,实现机械手避障.     

水果采摘机器人控制系统研究——基于英语语音识别技术

在人机交互模式中,语言沟通是最便捷、最直接的交流方式之一,语音识别技术在现代机器人上得到广泛应用,现已推广到农业机器上。采摘机器人作为现代比较新型的农业机械,语音识别的应用增加了机器人的实用性。为此,设计出基于英语语音识别的水果采摘机器人控制系统,利用TMS320VC5416DSK板为平台,实现了水果采摘机器人的英语语音识别。英语语音识别主要包括前处理、特征提取及特征匹配等。在安静环境下提取了不同英语语音数据,并采用MATLAB对语音特征参数进行了仿真语音识别实验,结果表明:本设计的识别率可以达到90%以上,具有较强的鲁棒性。水果采摘机器人采用4个自由度的机械臂和英语语音识别模块等硬件电路,实现了英语控制机采摘器人完成采摘作业。     

机器人技术在农业中的应用——水果采摘机器人

机器人技术的研究是当今发展最快的工程领域之一，巨额的资金花费在各应用领域机器人的开发研究上。机器人的使用比以往任何时候都更为普遍，它不再仅仅应用于重工业，还用于代替人们从事高强度的劳动或危险性工种。而计算机，作为机器人的大脑接收来自各种渠道的数据，以控制它的运动来完成具体任务。     

一种变截面攀爬机器人夹持机构的设计分析

为攀爬锥形杆状建筑物设计了一款新型的爬杆机器人的夹持机构,采用双弹簧和气动推杆结构和柔性体贴合壁面的设计实现了夹持功能。研究了夹持机构受力情况,并且建立了柔性体的变形方程。采用动力学仿真软件ADAMS完成夹持过程仿真,分析了机器人在夹持过程中柔性体应变和等效应力变化情况。分析结果表明：夹持机构柔性体最大应变量为0.226,夹持机构能够贴合建筑壁面,达到适应杆径变化的效果。     

基于超像素特征的苹果采摘机器人果实分割方法

针对苹果采摘机器人在自然环境下对着色不均匀果实的识别分割问题,提出了基于超像素特征的苹果采摘机器人果实分割方法。首先,采用简单线性迭代聚类算法将图像分割成内部像素颜色较为一致的若干超像素单元;然后,提取每个超像素的纹理和颜色特征,并采用支持向量机将超像素分为果实和背景两个类别;最后,根据超像素之间的邻接关系对分类结果进行进一步修正。实验表明,该方法能够对大部分超像素单元进行正确分类,平均每幅图像被错误分类的超像素约为2.28个。与采用像素级特征的色差法和采用邻域像素特征的果实分割方法相比,采用超像素特征的果实分割方法具有更好的分割效果。在进行邻接关系修正前,该方法图像分割准确率达0.9214,召回率达0.8565,平均识别分割一幅图像耗时0.6087s,基本满足实时性需求。     

仿蝗虫机器人运动形态的三维动态仿真

研究了黄胫小车蝗的形态结构,采用高速摄影技术对黄胫小车蝗的跳跃特征进行了分析,得到了黄胫小车蝗的跳跃特征参数。利用虚拟样机技术,建立了仿蝗虫机器人的虚拟样机模型,通过三维动态仿真,分析了跳跃运动状态下位移、速度、加速度、作用力和力矩的变化,讨论了仿蝗虫机器人的跳跃特性,获得了仿蝗虫机器人虚拟样机模型的最优结构参数。     

水果收获机器人避障路径规划

在综合分析路径规划研究的基础上,采用基于概率地图的路径规划方法,运用启发式搜索算法对水果收获机器人机械臂运动路径进行实时规划。在搜索过程中,以位姿点密度作为权重使路径向自由空间扩散,避免过度采样。为提高路径规划速度,采用延迟碰撞检测策略,可有效降低计算量。采用有向包围盒进行碰撞检测。最后利用虚拟现实技术,对水果收获时要绕过的支架和狭窄区域进行三维计算机模拟。结果显示,路径规划时间均小于0．15s,达到实时要求。     

白芦笋采收机器人视觉定位与采收路径优化方法

依据笋芽出土状态的选择性收获是目前白芦笋公认的最佳收获方式。针对采收过程中机器视觉识别笋尖存在笋尖与垄面纹理和颜色相近等识别难题,本研究提出了一种变尺度感兴趣区域（ROI）检测方法,融合图像色域变换、直方图均值化、形态学和纹理滤波等技术,研究了笋尖识别与精准定位方法;在定位多笋尖坐标基础上,提出了多笋芽的采收路径优化方法,解决了因采收路径不合理导致的采收效率低的问题。首先,通过机器人视觉系统实时采集采收区域图像并进行RGB三通道高斯滤波,采用HSV色域变换并进行直方图均值化处理。在此基础上,对笋尖、土壤进行特征聚类分析,根据笋芽抽发程度研究变尺度ROI检测方法,对采集图像中笋尖的形态学以及笋尖和土壤的纹理进行统计学分析,设定笋尖的似圆度阈值,并参考纹理特征参数,判定笋尖位置,计算其几何中心,获得笋尖轮廓中心坐标。其次,为实现白芦笋的高效采收,根据多目标点与集箱点的位置分布,本研究设计了一种基于多叉树遍历的采收路径优化算法,以获得多个目标笋尖的最优采收路径。最后,搭建采收机器人试验平台开展了笋尖定位与采收验证性试验。结果表明,视觉系统对白芦笋的识别率可达98.04%,笋尖轮廓中心坐标的定位最大误差X方向为0.879 mm,Y方向为0.882 mm,采收笋的个数在不同情况下,采用路径优化后的末端执行器运动距离平均可节省43.89%,末端执行器定位成功率达到100%,在实验室环境下的白芦笋采收率达到88.13%,验证了采用视觉定位的白芦笋采收机器人选择性采收的可行性。     

番茄收获机器人技术研究进展

简述了番茄收获机器人系统组成和技术研究进展，分析了各组成部分的功能与工作原理，并对番茄收获机器人通用性、可靠性、工作效率、采摘质量与机械手性能等方面的发展进行了探讨。     

多光谱视觉技术在收获机器人中的应用

分析了几种不同作物光谱反射特性；简要介绍了利用多光谱技术进行图像处理的软件、硬件系统及其处理方法；着重介绍了多光谱视觉技术在番茄收获机器人以及黄瓜收获机器人中的应用；最后，对多光谱视觉技术应用于收获机器人需解决的关键技术作了简要阐述。     

采摘机器人末端执行器研究现状与展望

简述了国内外末端执行器的发展现状,对非夹持与夹持类的果实获取方式和拉、折、剪、热切割等不同分离方式进行了分析与比较,对吸盘、推杆、安全杆等附加机构的功能与配置方式进行了归纳,并介绍了末端执行器中视觉、距离、接近等传感器的集成应用情况,进而指出了末端执行器研究中仍存在的问题。同时,对采摘机器人末端执行器的发展进行了展望。     

采摘机器人的研究进展与现状分析

随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用,农业机器人将成为农业生产的主力军.采摘机器人作为农业机器人的重要类型,具有很大的发展潜力.为此,在分析采摘机器人特点的基础上,通过对几种典型的采摘机器人的开发与应用介绍,分析了国内外采摘机器人的研究进展与现状;找出采摘机器人发展中存在的主要问题并提出相应的解决途径;指出人机协作思想和开放式结构思想应用于采摘机器人的研究具有实际应用价值.     

黄瓜收获机器人避碰轨迹规划

提出了一种基于机器视觉和关节空间的黄瓜收获机器人障碍避碰轨迹规划新方法,描述了算法的实现过程。该算法中,障碍分为球体、正方体和长方体3类;根据黄瓜果实图像信息,按照距离由近及远原则,规划成熟黄瓜的采摘顺序;根据障碍类型,进行障碍判断和归类,构造障碍保护圆和障碍保护点;采用过中间障碍点的三次多项式插值函数进行描述黄瓜收获机器人相应阶段关节空间的运动轨迹。