水果采摘机械臂神经网络自适应反演控制研究

针对水果采摘单连杆柔性机器臂系统,提出一种基于RBF神经网络动态面反演自适应控制算法。该算法通过动态面控制技术,有效解决由于反演设计带来系统"计算膨胀问题",并通过RBF神经网络对系统中未知或不确定函数进行逼近,实现神经网络自适应反演控制。最后,通过Lyapunov稳定理论证明闭环系统的一致最终有界。仿真结果验证了该控制器的有效性。     

水果采摘机械臂末端执行器设计

为实现机械臂采摘红心猕猴桃,设计了一套采摘机械臂末端执行器。测定红心猕猴桃的抗压特性,提出一种机械臂采摘方案,设计了末端执行器的机械部件、控制系统。提出利用带有绝对值编码器的伺服电机实时检测卡爪坐标位置,通过伺服电机负载电流变化来反映猕猴桃夹紧受力状态。试验结果表明,设定保持1.3 A负载电流可完全可靠夹持住红心猕猴桃,夹持成功率为100%,完成一次机械臂末端执行器抓取猕猴桃动作用时8 s。     

水果采摘机械臂避障运动规划优化算法

避障运动规划是水果智能采摘研究中的一个重要方向,其目标是在复杂多变的非结构化果园环境中找到机械臂实时避障的最优路径.本文根据相关优化算法提出的时间先后顺序,介绍了几种避障运动规划的优化算法,包括基于图搜索的A*算法、基于最优化理论的人工势场算法和蚁群算法、快速随机树搜索算法和深度强化学习算法;重点介绍了几种算法的原理及...     

六自由度水果采摘机械臂结构设计与试验

首先从数学模型建立、正运动学和逆运动学几个方面对水果采摘机械臂总体设计状况进行分析,随后重点分析六自由度水果采摘机械臂的主要结构及参数设计计算,对六自由度水果采摘机械臂的运动和任务进行设计规划,最后分析机具的实际效果及创新点,通过搭建采摘试验平台,对规划设计结果进行综合分析。研究中选取3kg六自由度机械臂作为研究对象,构建机械臂采摘运动模型,随后使用第五关节分离法解决机械臂自适应调整问题,并计算验证机械臂运动中的轨迹,最后使用试验分析方法对采摘效果和时间进行验证分析,采摘机械臂可以直接利用双目识别以及定位系统所提供的坐标,实现运动规划并完成果实采摘。采摘试验分析发现,单果采摘时间为25.5s/个,多果实采摘中使用关节角加权最小设定连续采摘任务,能够促进果实采摘时间的逐渐降低,提升采摘效率,降低生产成本与能耗。     

柑橘采摘机械臂控制算法研究

对3自由度柑橘采摘机械臂控制算法进行研究。调用OpenGL相关函数建立3D仿真模型,利用DH参数法与雅克比矩阵求逆法对机械臂进行运动学正解与逆解建模,并使用robotic toolbox对所获得的运动学逆解结果进行验证。利用拉格朗日法进行动力学计算,并模拟机械臂实际工作中的受力情况。结果表明,控制算法控制效果良好,能满足柑橘采摘机械臂运动控制的要求。     

智能水果采摘机械手臂的研究

农业是国民经济的基础,是经济社会发展中的头等大事。改革开放以来我国农业发展水平大幅提高,但同时也面临着诸如农业产业化程度低、劳动力短缺等问题。如何在资源紧缺的同时稳步提高农业发展水平,实现农业可持续发展,成为我国经济社会发展中面临的重大命题。技术创新和变革将是解决农业问题并推动农业走向现代化的有效途径。本文主要研究了机械手智能采摘水果的装置,分析了机械手臂的设计结构与工作原理。该装置在一定程度上为解决采摘季节劳动力短缺等问题,突破传统人工采摘效率低、成本高的局限性以及实现农机结合提供了一个思路。     

基于RBF的水果采摘机器人关节伺服自适应滑模控制

针对水果采摘机器人关节伺服存在不确定性及其上界值无法测量等问题,提出了一种基于RBF网络的滑模变结构控制策略,通过RBF神经网络实现对不确定性的上界进行自适应预测,进一步改进了控制器的效果。在Mat Lab中进行仿真试验,结果表明:与传统的基于上界已知的滑模控制器相比,本文所提出的基于RBF网络的滑模变结构控制策略具有位置控制精度高、收敛速度快及抖动抑制能力强等特点,控制效果得到了进一步的提高。     

六自由度采摘机械臂系统设计

以Atmel公司的Atmega1280芯片为核心控制器,以六自由度关节型果蔬采摘机械臂为研究对象,设计了采摘机械臂的软硬件系统。运用D-H法对六自由度机械臂进行数学建模,并通过Mat Lab构建运动仿真模型,验证了其设计的可行性;通过软件编程实现了采摘机械臂单自由度运动、多自由度协调运动和运动规划等功能模式;同时完成了Labview上位机监控界面的设计;最后通过系统调试,实现了采摘机械臂的单自由度、多自由度及基本的运动规划功能。系统整体运动灵活,协调性较好,在精度和性能上都得到了很大的提高。     

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。     

基于农业采摘的机械臂结构设计研究

为提高农业采摘机械手整体的工作效率和机械臂采摘工作的灵活性与准确性,针对农业采摘机械手的结构特征问题,根据农业采摘器具机械臂的运动学原理,在保证臂体整体结构紧凑、适应作业场所的前提下,对机械臂进行结构优化,并在可操作性的理论模型的基础上,通过对机械臂进行建模、仿真分析及关键运动构件参数的优化,验证此机械臂结构设计的可行性与合理性。同时,结合其相关运动控制参数设定及要求,实现农业采摘机械臂的准确采摘定位化与轨迹化控制与反馈调节控制,达到机械臂结构的优化目标,为后续机械臂轨迹规划控制奠定良好的基础,亦可作为其他农机结构优化的参考。     

机械臂神经网络非奇异快速终端滑模控制

针对多自由度机械臂轨迹跟踪控制系统存在收敛速度慢、跟踪精度低的问题,提出了一种基于径向基神经网络(RBFNN)的非奇异快速终端滑模(NFTSM)自适应轨迹跟踪控制方法。首先,该方法采用非奇异快速终端滑模超曲面,切换控制项引入连续终端吸引子,使得系统能在有限的时间内收敛到平衡点。其次,采用RBFNN逼近系统未知非线性动力学,并结合逼近误差的自适应补偿机制,实现无模型控制。利用Lyapunov理论证明闭环系统的全局渐进稳定性和有限时间收敛性。最后,将该控制方法应用于Denso串联机械臂进行实验验证,并分析系统传输延时对实验结果的影响,提出解决方法。仿真和实验结果表明,该控制方法能有效地提高系统收敛速度和跟踪精度,增强对外部扰动的鲁棒性,削弱系统抖振。     

农业采摘机多自由度机械臂设计研究

【目的】保证农业采摘设备能够稳固地抓取不规则农作物,提高农业机械化收获效率和质量,促使农业生产向信息化、智能化、高效化的方向不断发展。【方法】设计了一种先进、新型的农业采摘机多自由度机械臂。从机械臂的运行原理入手,分别设计了加固板、加强板、限位板、滑动装置、稳定槽、挡板等组成部分,完成了对机械臂结构的科学化设计,最后仿真验证了机械臂的抓取精度。【结果】该机械臂与移动平台所对应的抓取误差被控制在0.01 mm以下,该机械臂可以实现对目标物体的精确采摘。【结论】该机械臂具有定位精确度高、抓取自由灵活等特点,能够满足农业采摘机对水果、蔬菜等农作物的抓取需求,应用前景广阔。希望本研究能为农业生产人员和农机科研人员提供有益的借鉴和参考。     

采摘机械臂路径规划算法研究现状综述

随着农业智能化时代到来,机器人技术在农业、林果业智能采摘领域的应用愈发广泛,路径规划算法作为采摘作业的核心技术,其先进程度对采摘作业的效率和质量起着决定性作用。为此,针对采摘机械臂路径规划算法的特点,将其划分为群优化算法、图搜索算法、概率地图算法(PRM)和快速扩展随机树算法(RRT)四大类,并基于上述分类,介绍近年来国内外学者具有代表性的研究成果,重点分析各类路径规划算法应用在采摘作业时的优缺点,通过对比,系统的总结各类算法的可行性、适用性以及局限性。最后,对采摘机械臂路径规划算法未来发展方向进行展望,提出算法优化的具体意见,为采摘机械臂路径规划研究提供一定的思路。     

基于SimMechanics机械臂自适应模糊PID控制仿真研究

针对传统PID控制机械臂在运动中存在跟踪精度低、响应速度慢、动态性能差等问题,提出采用自适应模糊PID控制。通过用Sim Mechanics搭建二自由度机械臂模型,分别运用传统的PID控制和自适应模糊PID控制方案进行仿真并比较上述两种方案控制效果。仿真结果表明,所设计的自适应模糊PID控制器相比传统的PID控制器对控制机械臂运动有更好的控制效果。     

果蔬采摘机器人机械臂研究现状与展望

农业生产中果蔬采摘是其中的重要环节,且依赖于大量劳动力的参与,采摘机器人的发展与应用将会极大地改善采摘作业的劳动力依赖问题。采摘机械臂是采摘机器人的关键部分,是采摘机器人研究的一大重点。以采摘机械臂自由度进行分类,梳理总结国内外采摘机械臂研究的发展过程和研究现状。针对相同栽培模式下同一果蔬,在采摘机械臂的自由度和构型的选择上缺少标准化方案的问题,提出采摘机械臂研究与农艺的深度结合是未来解决问题的关键。同时,对于刚性本体难适应采摘环境以及关节驱动方式单一的问题,提出采摘机械臂本体的柔性设计以及驱动方式的组合使用将是未来的发展趋势。     

柔性机械臂控制研究

文章针对国内外关于柔性机械臂的研究进行了总结与分析,指出了各研究方向取得的成果与不足。为关于柔性机械臂领域的研究做了系统的梳理,有助于该领域的科研工作者更好地认识这一领域的发展概况,具有积极意义。     

一种自动水果采摘机械的设计

农业机械一直以来都是机械领域的研究方向,采摘的便捷、水果的包装也一直都随着科技的发展在不断更新,机械手的采摘采用剪切力夹紧力并用,方便可靠。整个机械的设计都尽可能用简单的材料以及机械结构来达到实用的目的。     

基于MatLab的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究

分析了猕猴桃棚架式生长环境,设计了一种在棚架栽培模式下工作的猕猴桃采摘机械臂;同时,并以猕猴桃采摘机械臂为研究对象,采用D-H法建立各杆件坐标系,应用齐次变换矩阵建立运动学方程。在Mat Lab的环境下,使用Robotics工具箱建立该机械臂的数学模型,并对其进行工作空间仿真及轨迹规划。实验数据表明:所建模型可以实现猕猴桃自动化采摘;仿真函数可以准确、有效地获得机械臂的运动参数和运动轨迹,为进一步的研究提供了重要的理论依据。     

草莓采摘机械臂精准化控制算法分析

为了适应高架草莓生长分散的特点,方便采摘,设计了4自由度采摘机械手。采用空间坐标转换的方法,进行运动学分析,实现关节舵机角位移、小臂推杆长度与采摘执行机构坐标之间的关系;进行逆运动分析,将目标坐标用对应关节角位移与推杆长度表达出来。采用B样条曲线法进行路径规划,提高采摘速度,并采用神经网络的方法,进行误差补偿。对采摘机械手进行定位精度和采摘速度测试,结果表明:系统具有较高定位精度与采摘速度,且在不同环境中采摘速度相近。     

青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。