水下管道清污机器人舱体及清理机构设计

针对浅水区域水下管道外壁人工清理成本高、传统水下机器人清理效果不佳的问题,课题组使用SolidWorks软件对机器人舱体及清理机构的结构进行了研究,设计了一款通过改变自身重力实现上浮下潜,利用机械爪夹持管道外壁,再使用毛刷清理水下管道的清污机器人。通过ANSYS Workbench软件进行仿真分析,验证结构的合理性。仿真结果表明,该机器人结构简单,便于制造,具有较高的实用价值。     

一种葡萄苗木嫁接机器人的结构设计

【目的】传统的人工嫁接方式或少数育苗企业采用的半自动嫁接机均存在自动化程度低、工作过程费时费力等问题,增加了人工成本,技术人员流失也比较严重,因此果木育苗行业亟需研制自动嫁接装备。【方法】课题组以葡萄苗木自动嫁接方案为研究对象,提出了一种嫁接机器人的设计方案,对其机械结构进行了研究,并采用三维数字化软件SolidWorks对嫁接机器人进行三维建模。该装置的总体结构主要包括砧穗匹配系统、切削接合装置、蜡封收集装置,三台装置在同一工作平台上协调工作。其中,砧穗匹配系统包括砧木供苗装置和穗木供苗装置,两装置均设有视觉检测系统,可对砧木、穗木进行特征信息的采集,并完成两者之间的自动匹配;切削接合装置用于对匹配好的砧木与穗木进行切削和快速接合,并将接合完成的嫁接苗转移至蜡封收集装置,以进行后续的操作;蜡封收集装置可对嫁接苗进行蜡封、降温、收集处理。【结果】该装置具有自动化程度较高、可节省大量时间与人力等优点,能较好地解决传统人工嫁接及半自动嫁接机存在的问题,有利于促进我国未来葡萄种植产业的发展。     

模糊PID控制在水下机器人运动控制中的应用

随着时代的不断发展,科技的不断进步,随之而来的资源匮乏问题,不得不向我们敲响警钟。陆地上的大部分资源都在日益枯竭,面对那些不可再生的资源,我们除了尽可能的节约以外,寻找资源也变得非常的关键。在无边无际的浩瀚海洋,里面蕴藏着的丰厚资源,是陆地上的几十倍甚至几百倍之多,如果可以开采出来对于人类的未来发展具有非常重大的意义。     

模块化自动升降式深海网箱设计与仿真

为了提高深海养殖网箱抵抗强风暴袭击的能力,同时解决在海区缺少大型工程安装设备的情况下,完成大型深海网箱的高效组装及后期部件便捷更换等问题,设计了一种模块化自动升降式智能化深海网箱。以1.5×104m3型网箱为研究对象,通过理论论证、实体建模和仿真计算,系统研究了深海网箱在风暴海况时的升降状态、主要组件的受力及升降过程中平衡技术的实现。仿真分析表明,在遭遇风暴不升降时,网箱最大应力为2.58×108N/m2,超出了钢材的屈服强度,在网箱降至海面以下10m时,应力仅为在海面时的13%,大幅降低了网箱的受力变形;通过多层多节智能控制能够实现网箱的平衡升降。该网箱克服了传统网箱普遍存在的抗风浪能力差、制造运输不方便、网箱容积受限、使用稳定性不足以及智能化程度低等问题,在制造成本、运输、组装、维修和使用等方面满足深海规模化养殖的需求,为复杂海况、深海大型网箱的设计提供了设计依据,为实现规模化深海养殖工程提供了合理的设计方案。     

水下机器人推进器动密封自修复技术

水下机器人研制过程中十分重要的一种技术就是推动器密封技术,尤其是对轴的密封,会对机器人在水下的运行效果产生十分直观的影响。文章介绍了水下机器人工作环境,并给出四种不同的推动器密封方式,对其结构和工作原理进行介绍,供有关工作人员参考,希望能提供启发。     

新型水下负压-电磁吸附清洗机器人结构方案设计

为了解决海洋结构物水下清理作业成本高、风险高、人力资源耗费量大等问题,设计一种新型水下负压-电磁吸附清洗机器人,其主要由基板、转动机构一、转动板、空化射流喷头、抽气管、转动机构二、移动机构和电磁吸附块等结构组成。该新型机器人有众多优点,如重量较轻、无需船舶进入船坞便可对船体进行清洗,因此能够较为高效、智能地完成船体表面的清理工作,还可以根据不同船型的不同表面进行调整,以达到更契合船体表面的目的,从而大幅度减少由船舶清理所导致的收入损失,并提高船舶水下清理的效率和安全性。     

一种树生水果采摘机器人的结构设计

【目的】像苹果、梨子、桃子这类树高3 m左右的树生水果的采摘仍主要采用传统的手工作业方式,劳动强度大、劳动成本高,人工采摘作业不仅效率低下还具有一定的危险性。而目前研究开发的农业采摘机器人多采用刚性关节型机械臂,难以满足某些地方果树生长密集、枝条随机生长等情况的采摘需要,为了解决这些问题,亟需设计一款柔性采摘机械臂。【方法】课题组根据仿生学原理,模仿大象鼻子的运动机理,设计了一种拉绳驱动的仿象鼻柔性采摘机械臂,并基于该机械臂设计了一种树生水果采摘机器人。采用三维数字化软件SolidWorks对树生水果采摘机器人进行三维建模,树生水果采摘机器人的整体结构主要由机械爪部分、机械臂部分、收集装置部分、车身部分组成。【结果】机械爪部分可以夹裹目标果实;机械臂部分可实现多自由度、较大幅度的柔顺弯曲运动,用于实现机械爪在抓取、采摘过程中所需的各种柔性运动,配合可升降的收集装置部分,能有效缩短机械臂的运动行程,进一步提高采摘效率;车身部分带有水果收集箱,采摘后的水果能暂时储存在车身部分中。【结论】该采摘机器人具有工作空间更大、灵活性更强、安全性更高等优点,可以满足枝条密集、作业空间狭窄环境下的采摘作...     

牛舍清洁机器人研究进展与设计

分析了牛舍粪便清洁工艺及相关设备的发展现状,设计了一种牛舍清洁机器人,确定清洁机器人主要参数,完成其关键零部件机械结构及控制系统的设计,对清洁机器人的性能进行了试验检测.试验结果显示,清洁机器入主要参数均达到设计要求,且可按照预先规划好的路径行走,当遇到障碍物时,可以有效避障继续清扫,直到完成清扫任务.     

一种用于水下激光成像的光学系统设计

根据水下激光同步扫描成像的原理,深入分析水下激光成像光学系统的难点和特点,提出了克服水对光线的后向散射、光学窗口对光线的折射、旋转反射镜对光线的偏转等难点的解决方法,设计了满足要求的光学系统。     

一种自动化柑橘采摘机器人设计

目前,我国柑橘果实采摘方式多为人工采摘,存在劳动强度大、人工易受伤等问题。针对以上问题,结合现阶段研发的柑橘采摘机器人存在的不足,设计了一种全自动柑橘采摘机器人。该机器人由圆筒式末端执行器对果实进行捕获,由锯刀片将果梗切断,使得果实滑落进输送软管直至储存箱,能有效降低对果实机械损伤的风险。根据实际采摘需求,运用D-H法建立了采摘机械臂坐标变换矩阵,给出了运动学正解并进行仿真,仿真结果验证了采摘机械臂结构设计的科学性和合理性。     

一种果树攀爬仿尺蠖机器人设计

【目的】利用机器人完成农业高大果树采摘,以便短时间、高效率、低成本地完成采摘任务,进而满足智能农业建设需求,课题组设计了一种果树攀爬仿尺蠖机器人。【方法】仿尺蠖机器人由曲柄滑块机构、弹簧单向锁紧机构、齿轮减速装置三部分构成,夹持装置是两对靠弹簧机构夹紧的“X”型夹持器,齿轮减速装置减速后连接到凸轮和曲柄,曲柄连杆机构使机器人躯干产生伸缩动作,三部分机构互相配合实现机器人爬升。与此同时,设计了传动装置动力参数,计算了曲柄滑块的速度和加速度,并利用动力学仿真软件ADAMS验证了仿尺蠖机器人结构的可行性和运动的平稳性。【结果】仿真结果表明,该结构设计可以实现机器人在30 mm～35 mm变化直径的果树直杆上进行爬行,能够保证果树攀爬的稳定性。【结论】在进行爬升的基础上简化了电动机驱动机构,与多电机机器人相比,结构较为紧凑,有利于提高结构可靠性。     

一种果蔬采摘竞赛机器人的设计

针对果蔬自动化、智能化采摘的技术需求,中国机器人及人工智能大赛推出了采摘机器人子项目。在此背景下,课题组设计了一款用于果蔬采摘机器人竞赛的智能机器人。机器人采用轮式移动底盘与关节型机械臂结合的形式,能够利用视觉导航按照规划路径移动,可通过视觉方式检测沿途中固定和随机的作业对象,确定目标后实施采摘作业,并且根据竞赛规则搭建了场地,进行了实际测试与调试。试验结果显示,机器人性能稳定,作业可靠且效率高,而且最终在比赛过程中得以验证,取得了良好成绩。     

基于FAST的智能化水下投饵机器人设计

【目的】现有投饵机械主要集中于水上自动化投饵,但根据经验判断投饵量以及饵料的不定向移动容易造成资源浪费和环境污染,需对饵料投喂技术进行智能化改进。【方法】课题组基于物联网背景下的水产养殖,设计了一款立体监控智能化水下投饵机器人,该产品搭载定位器、传感器、水质监测装置和饵料投放装置。采用FAST分析法分析了淡水养殖户的用户需求,构建了投饵机器人的功能系统;以鲤鱼为试验对象,利用BP神经网络建立了智能化投喂模型,该网络经过43轮重复训练后选取了7组测试样本送入模型测试,分析了投喂模型定量投喂的真实程度;通过人机协同试验,系统性地研究了人机协同方式。【结果】该设计可以完成航行器自主避障巡航、水质监测和饵料定量投喂等任务,可以实时反馈水质监测信息和航行器行进路线。【结论】1）基于FAST的智能化水下投饵机器人可以达到科学养殖、健康养殖的目的,有助于减少养殖人员的工作任务、有效节约资源并改善环境,对智能化水下养殖机械和环境友好型水产养殖行业具有一定的研究价值;2）该产品目前仅适用于雾化饵料投喂,在普及方面还存在一定的局限。     

基于TRIZ理论的采茧机器人创新设计

针对采茧机采茧质量差、效率低等问题,基于TRIZ理论设计一种采茧机器人。采用九屏幕分析法、组件分析法和因果轴分析法,得出采茧机效率低、质量差等问题的根本原因：存在下茧、适应性不足、顶杆维修效率低等;运用技术矛盾法、物理矛盾法和物—场模型法对采茧机存在的问题进行求解,创新设计执行器、姿态转换器、仿形压头及剔茧装置等关键部件,并结合实际工况完成采茧机器人的整机设计。利用有限元仿真软件,进行顶杆与仿形压头采茧试验,分析蚕茧的变形和动力学响应,结果表明：采用仿形压头采茧,蚕茧总变形最大值减少96%,等效应力最大值减少91.7%,等效弹性应变最大值减少88.2%。     

一种轨道式农业大棚环境监测机器人设计

为实现实时监控及检测农业大棚内部的环境状态,课题组设计了一款包含环境参数检测单元、实时监控单元、驱动控制单元和线上APP操控单元的新型机器人,并使用Arduino2560PLC工控板作为其控制枢纽。同时,为该机器人开发了相应的APP用来更直观地查看相关数据,包括温湿度、CO₂、监控视频等。并针对该课题搭建实验环境,分别进行了多次数据检测传输、运行轨迹控制、实时监控等实验,验证其稳定性和安全性,最终实现了机器人全天候自动巡检及实时监控的功能。     

基于roboRIO控制器的排球陪练机器人设计

为了提高排球运动员的训练水平,设计了一种集自动捡球、发球功能为一体的排球陪练机器人,该机器人由捡球机构、储存机构、传球机构、投球机构、行走机构五个部分组成。提出了排球机器人硬件系统设计方案,搭建了电气系统连接,完成了硬件电路设计。为验证理论成果的正确性,加工了实验样机,进行了相关实验。     

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。     

一种可移动的餐具预清理及分拣装置

团队研发了一种可移动的餐具清理挑拣装置,该装置主要由机械系统和动力系统组成,机械系统主要包括有一定曲线的分离导轨,自适应凸轮清理机构,风车翻转机构,动力系统主要包括电动机和皮带等动力机构。整机长度为120cm,宽度65cm,有四个车轮,占地面积小且移动性好;同时,清理机构不需要额外接控制和电源,依靠传递的动力即可进行高度自适应的清理,具有良好的创新性和经济性。