六自由度农业采摘机器人驱动控制仿真研究

农业采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一,利用仿真技术分析机器人的运行情况和合理的优化机器人是未来机器人的研究的重点.为此,采用Matlab/Simulink环境下的Simulink工具箱、SimPowerSystems模块库和powerlib模块库三者相结合的方法,建立了通用型六自由度机械手农业采摘(GMFS-360)机器人仿真模型并进行了仿真分析,利用Matlab的函数模块对机器人的运行性能进行了优化设定.然后,建立了农业采摘机器人的驱动控制系统仿真模型、定位控制系统仿真模型、速度和惯性矩系统仿真模型,实现了虚拟环境下机器人的各个旋转轴的驱动运行,通过仿真分析证明了控制算法和仿真模型的正确性.通过对农业采摘机器人仿真分析,可以直观地了解采摘机器人的构造原理及其运行状况,为农业采摘机器人的调试和具体实际操作提供理论依据和模型.     

陆空两栖农业信息采集机器人设计

针对农业信息采集过程的越障需求,设计了一种陆空两栖的农业信息采集机器人,主要包括外部信息采集系统、内部信息采集系统、运动控制系统、控制器及数据收发系统。该机器人通过飞行机构提高机器人的越障能力,实现农业信息的全方位采集,采用PID控制算法实现陆地和飞行姿态的控制,提高了机器人的运动稳定性。试验结果表明:机器人可以实现陆地和飞行的控制,且可实现对农业信息的传输,能够满足农业人员对于农业信息采集的要求。     

农业机器人声源目标搜寻协作控制系统研究

随着农业现代化技术的不断发展,农业机器人被使用到了农业生产作业过程中。当作业机器人较多时,需要采用控制系统实现机器人之间的协作,通过对不同的机器人发布不同的控制指令,实现多机器人的高效作业。语音信号是最快捷、高效的控制指令,机器人通过对声源目标信号的识别,可以执行远程控制端发出的控制指令,实现自动化协同作业。为此,将DTW算法引入到了声源目标搜寻识别算法的设计上,研制了采摘机器人自动化语音控制系统,并对系统进行了测试。结果表明:采摘机器人语音识别系统可以成功地识别在干扰条件下发布的控制指令,且识别的准确率较高,可以满足多机器人协同自动化作业的需求。     

温室移动机器人驱动与控制系统软件设计

为实现机器人移动控制系统的控制功能,讨论在DSP（TMS320LF2407）控制芯片上实现控制系统编程的原理和方法。在机器人的复杂控制过程中,应用主程序对TMS320LF2407的事件管理器初始化,发挥其中断功能,可实现上位机的通信,实现了机器人的驱动控制。     

基于蓝球比赛运动的农业机器人避障系统设计

农业机器人面临的作业环境越来越复杂,为保证机器人在复杂环境中正常工作,机器人需要拥有可自主避障的行为控制系统来适应作业环境中未知障碍物避开的需要。在基于篮球比赛运动的农业机器人避障系统研究中,通过动态窗法建立工作控制,模拟了篮球运动中的动态避球行为,并为以模糊控制方法实现自主避障,使移动机器人的避障行为通过模糊逻辑控制和基于优先度的决策程序来实现。仿真实验表明:该机器人的避障系统有效、实用性好且具有实时性。     

农业采摘机器人机械臂结构设计

【目的】农业采摘机器人是一种集机械、电子、传感、计算机于一体的多功能农业机械设备,被广泛应用于水果、蔬菜采摘领域。但其在对果实的识别和抓取方面仍存在很大的不足。【方法】机械臂是农业采摘机器人重要的组成部分之一,也是其主要执行机构。笔者根据机械臂结构特点与功能需求,设计了一种六自由度、关节运动灵活且可更换的采摘机器人机械臂,该机械臂通过控制系统调节3个平动关节在工作空间中的位置和角度,从而获得末端执行器能够完成采摘任务所需的最小工作空间,通过六自由度变换得出6个关节在工作空间中坐标系之间运动轨迹关系。该机械臂由视觉模块、驱动模块及控制模块构成。基于D-H参数法对采摘机器人机械臂进行运动学分析,并进行仿真验证。【结果】该机械臂具有较好的定位精度,能够满足农业采摘机器人对果实的抓取要求。     

箱式农作物搬运机器人的设计

为实现农业生产管理的智能化,设计一种在仓储物流中搬运箱式农作物的机器人。以西门子1200型PLC为核心搭建机器人运动控制系统,由带编码器的直流减速电机驱动机器人行走,选用步进电机驱动机器人各关节运动,通过蓝牙建立手机APP软件与机器人的交互,利用安装在机器人前端的传感器完成寻迹、避障和定位,最优化分析该机器人在运行速度、轨道宽度、地面粗糙度等方面的影响。试验表明:在光滑和粗糙地面上,分别以每4 000脉冲和6 000脉冲为单位运行时定位最准;而机器人在运行速度为5 m/min、直线方向轨道宽度为20 mm时,偏离度为8 mm;运行速度为5 m/min、转弯方向轨道宽度为30 mm时,偏离度为10 mm,此时机器人运行稳定性最高。     

基于无线网络安全的农业机器人自动避障系统

农业机器人能够感测其周围环境,解释感测到的信息,以获得其当前位置和周边环境信息;并规划实时轨迹,以到达目标对象。在整个过程中,自动避障是一个需要挑战的基本问题。为了实现农业机器人的避障功能,提出了一种基于无线网络安全的农业机器人自动避障系统。系统采用无线网络安全技术与嵌入式控制技术,引入机器人自动避障策略,并通过差动驱动农业机器人的数值模拟和实验结果验证了系统的有效性、准确性和可行性。     

采摘机器人执行器气动柔性关节安全性设计

针对气动柔性关节易发生气体泄漏、失压等安全问题,设计了使用多个气囊驱动的安全柔性关节,从而提高了气动柔性关节在实际使用中的安全性.建立了安全柔性关节的静态数学模型,设计了相应的控制系统.并且设计了具有2个安全柔性关节的机器人单根手指.     

并联机器人中柔顺关节代替传统关节可行性分析

在3-RRR平面并联机器人中,驱动杆和连杆之间的传统关节被柔顺关节代替,形成含有柔顺关节的并联机器人。基于含有柔顺关节的并联机器人动力学模型和传统关节并联机器人动力学模型,从理论上求解并对比了在并联机器人中加入柔顺关节前后动平台的轨迹、驱动力矩以及驱动杆的转角变化,同时通过实验对比了两者的动平台轨迹,验证了大范围宏观运动的3-RRR并联机器人中柔顺关节代替传统关节的可行性,为柔顺关节并联机器人的进一步研究打下了基础。     

基于DSP和图像处理的农业机器人视觉导航研究

确定了间歇式行走的农业机器人视觉导航方案,设计了计算机图像采集单元、计算机图像处理模块和视觉导航参数提取算法,实现了一套基于DSP和图像处理的农业机器人视觉导航系统.试验结果表明:农业机器人移动速度增加时,导航误差会增大,且机器人的平均横向偏移在10 cm之内,能够满足农业机器人的导航需求.     

自主导航农业机器人全方位视觉目标识别与跟踪研究

随着我国信息化技术的逐渐提高,机械自动化、集成电路、智能控制系统和测试计量等行业得到了快速发展,使得移动机器人达到了一个全新的高度,农业机器人也因此被广泛应用。在机器人众多研究问题中,全方位视觉的目标识别与跟踪一直是比较复杂并较难解决的问题。为此,基于全方位的自主导航技术,根据农业机器人工作特点和运动特性,建立了机器人工作空间的环境模型,提出了一种陆标导航和运动目标跟踪系统的视觉伺服方案,开发了以DSP控制器为核心的全方位视觉图像处理系统。试验结果表明:所设计的农业机器人全方位视觉目标识别与跟踪系统精准度高,可靠性和实时性强,各项性能指标优。     

农业智能巡检机器人轨迹跟踪控制

设计了一种农业智能巡检机器人,可以巡检农作物生长环境和生长状况。机器人的实时位置通过GPS定位获取,通过事先设定好的轨迹运行;轨迹跟踪控制算法采用自适应鲁棒滑模控制算法,并通过Matlab软件进行了仿真验证,证明了算法具有较好的实时性和鲁棒性;最后,将算法写入TI公司的TMS320F28335处理器,并进行了田间试验。试验表明:基于该算法的智能巡检机器人运行稳定,可以较好地实现农业田间巡检功能,解放了劳动生产力。     

基于嵌入式监控的双差速驱动果蔬采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的转弯性能和自动寻迹能力,利用双差速驱动系统建立了速度协同约束的非线性运动模型,并进行了线性优化,提出了一种基于嵌入式监控图像采集反馈信息的闭环控制模型,提高了采摘机器人移动和转弯寻迹的灵活性。针对采摘机器人双差速的路径寻迹问题,建立了机器人输入、输出的非线性运动模型,并分析了冗余运动约束和系统运动约束条件,通过控制姿态偏差和距离偏差,结合嵌入式监控系统的反馈信息,实现机器人移动和寻迹的反馈调节。对采摘机器人的采摘性能进行了测试,测试项目主要包括寻迹能力和路径规划的耗时。通过测试发现,机器人可以实现较高精度的路径寻迹功能,路径规划耗时短,系统稳定性好。     

基于无线传感网络的采摘机器人通信系统设计

随着机器人技术的逐渐成熟,机器人在农业生产中的应用也越来越广泛,但机器人通信系统大多采用有线通信方式,数据传输缺乏实时性,同时不利于数据信息的远距离传输。为此,设计了基于无限传感网络的采摘机器人通信系统,完成了采摘机器人通信系统总体方案的设计,并对通信系统的硬件电路、协调器选型和电机驱动电路进行设计,同时完成了通信过程中控制信号和传感信号的通信协议的设计。通信系统数据传输试验结果表明:基于无线传感网络的采摘机器人通信系统具有较好的稳定性,数据传输准确性高,传输速度快,能够保证农机信息存储的安全性和连续性。     

武术飞脚启发作用在采摘机器人智能化设计中的应用

为了提高采摘机器人的智能化水平,基于武术飞脚动作的连续性,参考飞脚动作的前馈特征,在智能化控制系统的设计上引入了神经网络前馈算法和PID控制算法.通过对误差的修正和期望与实际输出结果的反馈,提升了机器人的智能化水平和采摘作业动作的精确性,实现了采摘机器人的类人化设计.为了验证该方法的可行性,模仿生菜采摘机器人的作业环境...     

基于YOLOv3算法与3D视觉的农业采摘机器人目标识别与定位研究

为解决目前农业采摘机器人目标难以识别与定位的问题,在原有农业采摘机器人的基础上,提出一种改进YOLOv3算法和3D视觉技术相结合的方法,实现目标的准确识别和精准定位,并利用标定完成目标坐标系和机器人坐标系的转换。通过试验分析改进YOLOv3算法的性能,并与之前的YOLOv3算法、Fast RCNN算法和Faster RCNN算法进行综合比较,研究表明所采用的改进YOLOv3算法和3D视觉具有较高的识别准确度和定位精度,识别准确率分别提高55%、9%、1.4%,最大定位误差分别降低0.69、0.44、0.28 mm,可以较好地完成后续采摘工作,对于农业机器人的发展具有重要的参考价值。     

农业并联机器人同步滑模控制

农业并联机器人的多支链相对末端执行器运动的协调性、耦合性成为并联机器人运动控制的难题,鉴于此,提出一种将同步控制与滑模控制相结合的控制方法。仿真和实验结果表明,该控制方法跟踪性能好,响应速度快,系统误差小,具有较强的鲁棒性,能够满足并联机器人的控制要求。     

果园远程机器人数字视频光纤传输系统——基于DWDM

随着设施农业的发展和农业机械化的要求,对作物的种植管理和收获模式的要求也越来越高。在规模化种植背景下,随着种植面积迅速增长,种植、管理和收获的劳动量也越来越大。研究开发果实收获机器人,实现机械化、自动化与智能化,是现代农业工程的重要课题。在果园采摘机器人自动化作业过程中,远程监控是关键,其不仅可以观测到采摘机器人的作业状态,对于机器人的远程控制也发挥重要的作用。为此,提出了一种基于DWDM光纤传输的采摘机器人远程监控系统,并对系统的性能进行了测试,包括数据传输性能和采摘机器人的作业性能。测试结果表明:采用DWDM光纤传输系统可以成功地将白天和夜间的作业场景图像传输到远程控制终端,在远程控制终端的协同控制作用下,采摘机器人具有较高的果实识别效率和采摘准确率。     

基于PLC的农业机器人电气控制系统设计

随着自动控制技术和农业现代化的发展,农业机器人的应用越来越多.为此,以基于PLC的农业机器人电气控制系统为研究方向,对农业机器人主要的软硬件设计进行了分析.试验结果表明:农业机器人能顺利地完成水果的采摘,且系统具有一定的可靠性、稳定性和抗干扰能力,对现代农业的发展具有一定的积极意义.