高架栽培草莓采摘机器人系统设计

为了提高草莓采收自动化水平,针对高架栽培草莓设计了自动采摘机器人系统,其采用无线遥控和语音提示相结合的人机交互方式,可以对机器人本体两侧果实同时进行采摘。该系统采用机器视觉和声纳测距相结合的方式实现了自主导航,通过双目视觉相机对果实进行识别和空间定位,由关节型机械臂操纵末端执行器进行定位。系统末端执行器采用果实吸附、果柄夹持和电热切割的方式对果实进行柔性操作。针对系统控制方案,制定了采摘机器人系统作业流程,并对机械臂末端运动路径节点和时间节拍进行规划,防止与周围环境发生运动干涉,保证机器人作业效率。试验结果表明,草莓采摘机器人系统末端定位平均误差小于2.2mm,单次采摘作业平均耗时10.99s。     

基于机器学习的采摘机器人动作执行效率优化研究

为了提高采摘机器人动作的执行效率,提高动作执行的控制精度,将机器学习算法引入到了采摘机器人控制系统的设计上,利用机械学习和归纳学习设计了采摘机器人的机器学习方法,并利用PID反馈调节对学习过程进行了优化,从而得到了效率较高的机器人采摘动作执行系统.以相同时间内果实的采摘量为作业任务,对不同机器学习方法的机器人采摘果实数...     

球形水果采摘末端执行器设计与仿真

末端执行器的工作直接关系到采摘机器人整个采摘作业能否准确、高效。设计了一种能够完成多种球状果实采摘的机器人末端执行器。该末端执行器采摘作业时无需检测与果实的接触力,采用单个电机可实现整个采摘控制。采用Solid Works软件设计了末端执行器整体结构,并应用Adams构建虚拟样机进行运动仿真,验证了方案的可行性。该末端执行器结构简单、制作成本低,适合多种球状果实采摘。     

模糊控制在采摘机器人控制优化中的应用

为了实现果树果实的自动化采摘,基于视觉定位原理,设计了采摘机器人。采用模糊控制的方法,提高了机械手定位精度,进而提升果实采摘成功率。对机械臂进行运动学分析,建立采摘终端位置与控制舵机和推杆长度之间的关系。计算械臂末端果实采摘机构和目标果实在成像平面上的差值,采用小步长算法,将该差值调整为0,进而通过调整小臂长度实现采摘。采用模糊控制的方法,建立角位移偏差e和偏差变化率ec与3个模型调整量之间模糊规则,使舵机模糊控制模型具有自适应能力,提高控制精度,从而提高采摘成功率。     

基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统优化

为进一步提高我国采摘机器人的综合采摘效率，减轻人工作业劳动强度，针对当前采摘机器人的执行系统进行优化研究。以采摘机器人作业控制原理为切入点，选取模糊控制算法为优化核心，在合理分配权重的基础上，根据采摘作业特点搭建采摘执行系统的模糊控制算法模型，通过硬件配置与软件设计形成可执行的模糊控制体系，并进行优化试验。结果表明：基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统较一般控制算法而言，轨迹跟踪精确度与平均避障准确率均可保持在96%以上，整机采摘成功率与综合效率分别相对提高了9.25%与8.94%;系统运行稳定且性能优越不仅可实现高效率的智能采摘，而且可为类似采摘或收获机械装备优化提供参考。     

基于遗传迭代和模糊控制的采摘机器人目标追踪算法

为了提高采摘机器人目标追踪的效率和精度,在机器人视觉系统和控制系统的设计上引入了遗传迭代算法和模糊PID控制器,通过对图像处理过程和机械执行末端动作过程进行优化,可以得到更佳的采摘效果。在视觉系统对采摘图像进行处理时,可以通过遗传迭代算法对高质量图像进行筛选,并提高果实成熟度匹配的效率,果实识别后采用模糊PID控制算法对机器人执行末端进行控制,使其可以以更高的精度追踪到果实,执行采摘任务。     

猕猴桃果实相向运动采摘模式的研究

目前,国内外对于农业采摘机器人研究的关键仍是效率问题,猕猴桃果实的采摘模式决定了采摘机器人末端执行器的结构形式和工作原理,同时也决定了作业效率。现阶段的果蔬采摘机器人,大都是单个果实包络抓取,然后旋转折断或者切断实现采摘。猕猴桃单个果实抓取旋转采摘时间是22s,其实抓取果实到释放可以简化为一步采摘,对于猕猴桃的采摘作业可以抛弃用手指去夹持猕猴桃的动作。为此,提出了一种上行机构和下行机构相向运动的采摘模式,并采用正交试验以采摘力为评价指标研究了该采摘模式。结果表明:试验因素显著性居前两位的是上行机构作用位置和下行机构行进速度,采摘成功率为96.3%,单果采摘时间约为5.3s。该采摘模式的研究为今后末端执行器的设计提供了基础和依据。     

樱桃采摘机器人设计——基于PLC高速并联自动化控制

为了降低樱桃采摘机器人采摘过程中的樱桃破碎率,提高机器人的工作效率,设计了一款新的基于模糊控制和高速并联自动化控制的机器人。该机器可以利用PC上位机对樱桃图像进行采集,并可以对图像进行二值化、膨胀腐蚀处理,从而成功地识别成熟樱桃;同时,可以使用模糊PLC控制方法对采摘机器人的响应角度误差进行控制。为了验证机器人的性能,使用樱桃采摘试验的方法对樱桃采摘机器人的性能进行了测试。结果表明:高速并联自动化控制的樱桃采摘机器人总体采摘时间有了明显的缩短,工作效率有所提高;通过模糊控制可以使采摘机器人角度的响应平稳地达到指定角度,且没有出现大的超调量,有利于樱桃的采摘,降低了破碎率。     

采摘机器人运动目标逼近方法研究——基于分裂迭代和模糊算法

为了解决采摘机器人作业过程中果实振荡造成目标识别不准确的问题,提出了一种针对运动果实的帧间差分法的扰动识别方法,并在帧间差分方法中引入了分裂迭代和模糊控制算法,实现了帧间差分背景图像的分离和子图像的有效聚类。依据该识别方法,对采摘机器人的目标逼近方法进行了改进,从而得到了更加准确的目标空间位置获取方法。为了验证该方法对运动果实目标逼近的有效性,采用虚拟仿真和机器人样机试验相结合的方法,进行了运动果实空间坐标获取和果实采摘试验。结果表明:采用分裂迭代模糊聚类的帧间差分方法,可以有效地对运动目标进行识别,识别误差较低,获得的位置坐标较为准确,可以满足果实采摘机器人的设计需求。     

基于光学导航的采摘机器人系统设计及定位方法研究

为了提高采摘机器人的定位导航精度,将光学导航方法引入到了采摘机器人控制系统的设计上,通过激光扫描和机器视觉相结合的方法,提高了采摘机器人的作业质量和作业效率。在进行定位时,首先由激光扫描方法对采摘机器人进行定位,得到全局坐标中的位置,然后利用机器视觉系统得到采摘机器人和待采摘目标果实的距离,对果实精确定位后进行采摘。采摘测试结果表明:采用光学导航系统可以准确完成果实目标的定位,可有效提高采摘机器人的采摘精度和采摘效率。     

基于OFDM-MIMO移动通信模型的采摘机器人设计

为了提高果树采摘机器人的智能化和自动化水平,提高机器人的实时通信和在线控制能力,实现机器人作业过程的远程控制,在采摘机器人通信系统中引入了OFDM-MIMO模型,并将移动4G技术应用到了机器人的设计中,突破了机器人控制距离限制,实现了机器人的跨区域无线通信。机器人采用视觉传感器和4G网络采集并传输图像,图像数据可以在远程浏览器端实时显示,便于掌握机器人作业信息。当机器人碰撞传感器发出信号时,可以利用OFDM-MIMO信道模型进行图像的高效传输,并将视觉传感器采集的图像信息传送给远程控制端,在采摘出现失误时可以及时地调整机器人的状态,实现果实采摘的在线控制。同时,设计了机器人的实验样机,并对机器人的果实定位能力和通信能力进行了实验和仿真。实验和仿真结果表明:该种机器人可以有效地识别普通果实和套袋果实,并且通信实验测试和仿真测试的结果吻合,从而验证了结果的可靠性及OFDMMIMO模型在采摘机器人通信系统中的可行性。     

果蔬采摘机器手系统设计与控制技术研究现状和发展趋势

鲜食果蔬收获是难以实现机械化作业的生产环节,高效低损采摘也是农业机器人研发领域中的难题,导致目前市场化的自动化果蔬采摘装备生产应用几乎空白。针对鲜食果蔬采摘需求,为改善人工采摘费时费力、效率低下、自动化程度低的问题,近30年来,国内外学者设计了一系列自动化采摘设备,推动了农业机器人技术的发展。在研发鲜食果蔬采摘设备时,首先要确定采收对象和采收场景,针对作物的生长位置、形状和重量、场景的复杂程度、所需自动化程度,通过复杂度预估、力学特性分析、姿态建模等方式,明确农业机器人的设计需求。其次,作为整个采摘动作的核心执行者,采摘机器人的末端执行器设计尤为重要。本文对采摘机器人末端执行器的结构进行了分类,总结了末端执行器的设计流程与方法,阐述了常见的末端执行器驱动方式、切割方案,并对果实收集机构进行了概括。再次,本文概述了采摘机器人的总体控制方案、识别定位方法、避障方法及自适应控制方案、品质分类方法以及人机交互、多机协作方案。为了总体评价采摘机器人的性能,本文还提出了平均采摘效率、长期采摘效率、采收质量、损伤率和漏采率指标。最后,本文对自动化采摘机械的总体发展趋势进行了展望,指明了采摘机器手系统将向着采摘目标场景通用化、结构形式多样化、全自动化、智能化、集群化方向发展的趋势。     

基于模糊控制系统的采摘机器人避障系统研究分析

针对目前使用的采摘设备落后、工作量大、稳定性差等问题,为了提高采摘机器人的环境适应能力,对采摘机器人的避障控制系统进行了分析,拟采用模糊控制系统的方法,来加强采摘机器人避障系统的能力和效率,减少采摘机器人避开障碍物及规划出适当路径所用时间。模糊控制使用超声波检测前方障碍物距离,以控制转轮速度和方向作为输入量,速比作为输出量,控制移动的速度和方向。为使采摘机器人避障路径规划尽可能短,采用改进的遗传算法和模糊控制系统建立基本模型。对采摘机器人的避障性能进行仿真试验,结果表明:基于模糊控制的采摘机器人的避障系统可以成功地避开障碍物及规划出最短行走路径,且能够快速定位树上的果实和准确地完成采摘任务,具有效率高、易操作、采摘成功率高等特点。     

基于遗传算法和EDA技术的果蔬采摘机器人设计

为了提高果蔬采摘机器人的避障和路径规划能力,实现机器人智能化和轻量化的设计,将嵌入式系统引入到果蔬采摘机器人的控制系统中,并利用EDA技术对控制系统进行了封装,植入了机器人路径规划的遗传算法。对果蔬采摘机器人的机械手进行了改进,通过机械手结构设计实现了采摘机器人执行末端的避障功能,利用遗传算法智能控制设计实现了复杂环境中的路径搜索功能。对果蔬采摘机器人的性能进行了测试,结果表明:障碍物识别率高达99%以上,路径规划的准确率也在95%以上,满足智能化采摘机器人的设计需求,为现代化采摘机器人的设计提供了较有价值的参考。     

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。     

基于云计算技术的苹果采摘机器人系统

近年来,我国水果产业迎来快速发展期,苹果种植面积日益扩大,年产量明显增加,促使我国成为世界上最大的水果生产国家。水果进行种植过程中,成熟的水果采摘操作时必须消耗大量的时间和劳动力。由于进城务工人员日益增多,农村劳动力人口不断减少,此时劳动力成本有一定程度的增长,果农日常经营的成本也有所增加,因此智能采摘机器人顺势而生。为此,针对水果采摘机械研究的不足之处,提出了基于云计算的苹果采摘机器人系统,在机器人处于作业状态下设计了苹果采摘机器人软、硬件设计情况。为验证苹果采摘机器人的采摘效果,在果园中对其采摘性能展开试验,试验结果表明:所设计的采摘机器人运用视觉技术,能很好地克服气候环境等因素的影响,采摘作业中性能稳定,采摘效率高,值得在苹果生产地推广使用。     

果实采摘机械手的结构设计及工作能力研究

随着社会经济水平的不断提高,我国农林业取得长足发展,果农在种植水果时开始逐渐引进机械化、自动化设备,以提高种植效率。传统收获时果农最为繁忙的季节就是成熟季,果农常需要花费大量人工采摘果实,不仅效率低,且有一定危险性,采摘机器人便在这样的背景下诞生了。为此,针对采摘机器人的工作原理、工作空间,结合采摘作业实际需求,进行采摘机械手的结构设计及工作能力评价,旨在为相关产业发展提供理论依据。     

基于ARM的采摘机械手运动控制及避障研究

通过对采摘机械手位姿描述和运动学分析,以及对机械手运动控制和避障方法的深入研究,针对采摘机器人在作业过程中容易和树枝、非目标果实发生碰撞这一问题,设计了基于ARM的机械手运动控制及避障系统,并采用Mat Lab进行了机械手末端执行器的三维仿真实验。结果表明:该控制系统达到了预期的要求,并具有较好的实时性、稳定性和可靠性。     

果蔬采摘机器人系统的应用与发展

尽管果蔬采摘机器人技术发展迅速,但果蔬采摘机器人商业化的程度不高,很多仍然处于研发阶段.本文针对现有的果蔬采摘机器人系统进行了介绍,并分别从采摘机械臂、末端执行器、移动机构、视觉系统和算法等方面对国内外采摘机器人的发展现状进行论述,分析和讨论了果蔬采摘机器人现阶段面临的挑战和潜在的发展趋势.     

采摘机器人选择性作业信息获取研究——基于无标定视觉伺服系统

以采摘机器人采摘作业为研究对象,以选择性采摘成熟果蔬为研究目标,基于无标定视觉伺服系统,结合果蔬成熟特性判断目标果实是否适合采摘,设计了一套以MSP430F149为核心的智能检测控制系统,可以实时处理相机采集到的图像,并选择性采摘符合要求的果实。本文重点研究了视觉伺服原理与模型、果实成熟度判断、选择性作业信息获取,以及系统的硬软件设计,并对文中设计研究的系统进行了可行性验证。试验结果表明:该无标定视觉伺服系统判断准确,能够较大程度提高机器人的可靠性与稳定性,应用前景宽广。