番茄收获机械手运动学优化与仿真试验

为分析并改善番茄收获机械手运动学特性,采用Denavit-Hartenberg坐标系,通过齐次变换建立了7自由度番茄收获机械手运动学模型。利用冗余度机械手的自运动特性,综合考虑可操作度和避关节极限两个性能指标进行运动学优化和仿真试验。试验表明,运动学优化后,机械手各关节速度变化均匀平缓,位置曲线过渡平滑,无关节越限现象,具有较高的灵活性,能够满足末端执行器的运动要求。     

番茄收获机械手机构型综合研究

基于番茄收获作业要求与工作特点,结合番茄生物学特性与栽培方式,遵循机构设计原则和仿生学原理,将番茄收获机械手分为手臂和手腕两部分分别进行选型设计.通过旋转能力分析,确定了番茄收获机械手机构型式为七自由度冗余度机械手,该机械手具有较好的工作空间、运动学特性,能够满足番茄收获工作要求,为其它收获机械手机构型式设计提供了依据.     

果实采摘机械手机构设计与工作性能分析

采摘机器人是农业机器人的一种类型，在农业生产中具有广阔的应用前景。为此，从型综合和尺寸综合两方面介绍了果实采摘机器人机械手的机构设计，并分析了机械手机构的工作空间、可操作度、避障能力、冗余空间和姿态多样性等工作性能指标以及各指标的计算方法，为果实采摘机械手的机构没计与工作性能评价提供了理论依据。     

番茄采摘机器人机械臂避障路径规划

以关节型机械臂避开垂直茎秆或撑杆采摘番茄为研究对象,提出了一种基于构形空间的关节型机械臂避障路径规划方法.利用空间映射原理,将关节型机械臂工作空间的三维避障问题转换为平面R-R机械臂避开障碍圆的问题,用临界碰撞关节角建立C-障碍空间的映射计算模型,将工作空间的位置避障转换为构形空间连杆关节角的计算.以能量最优函数优选避障规划的关节终点角度,利用A*算法计算平面R-R机械臂的避障关节角路径,获得一系列表示空间连杆位置的相交竖直面,并在竖直面内进行其余关节角的规划.避障采摘番茄的试验表明,机械臂带动夹持器能成功绕过直线状障碍物,引导夹持器到达果实目标位置,证明对平面R-R机械臂的空间映射建模是正确的,验证了提出的避障路径规划方法是可行的,可以应用于番茄的自动收获.     

七自由度番茄收获机械手运动学求解

番茄收获机械手能够提高劳动生产率和作业质量,降低劳动强度,改善工作环境,实现收获作业机械化、自动化和智能化。为此,采用Denavit-Hartenberg坐标系,通过齐次坐标变换建立了7DOF番茄收获机械手的运动学模型,并对正运动学及逆运动学进行了求解。     

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。     

基于改进人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法

针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、结构简单等优点的基础上,针对其存在的局部极小点、陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点,从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障;将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的采摘机器人机械手实时避障任务中,仿真和实验研究结果表明此方法简单,实时性好,能够有效地避开障碍物,成功到达目标位置,适合自然生长状态下苹果的自动采摘。     

番茄采摘机械手的三维设计与试验研究

采摘机械的末端执行器作为果蔬收获类机器人的重要组成部分,其采摘机械手的设计是收获机器人研发的重要环节。为此,分析了当前采摘机械手在国内外的发展现状,结合番茄果实的生物学特征,以保护番茄果实不受损伤为设计目标,利用NX12.0三维制图软件设计出了一种将作用力施加于番茄桔梗生长节点的番茄采摘机械手。同时,通过三维软件的仿真模块对机械手的关键零件进行有限元分析,进而对整体机构进行模拟仿真,仿真结果验证采摘机械手的设计合理性,旨在为下一步番茄采摘机械手的研发奠定基础。     

番茄枝叶修剪机械手视觉伺服控制系统研究

为解决番茄枝叶修剪机械手无法准确找到番茄侧枝修剪点的问题，保证番茄枝叶修剪机械手工作效率，提出基于不同边缘类型的番茄侧枝特征点识别方法。在粒子群算法优化的神经网络(PSO-BP)的基础上设计“眼在手上”视觉伺服控制系统。通过对番茄植株横纵边缘分割，分别进行横向边缘和纵向边缘的提取，用阈值分割除去番茄叶片的短边缘，并记录其交点横纵坐标，限制交点分别在横向边缘的上边缘和下边缘，得到对偶的番茄侧枝点。试验结果表明，所设计的视觉伺服系统能成功的识别番茄侧枝点，仿真试验测试得到图像特征的实际值和期望值误差在3~5个像素之间，五自由度的机械手能在4 s内移动到期望位置，为农业修剪枝叶机器人进一步研究提供参考。     

棉花采摘机械手机构设计及参数优化

针对国内棉花采收存在的问题,提出了运用棉花采摘机械手代替人工和采棉机采收的方法。在对棉花农业特性及收获特性分析的基础上,结合新疆棉花种植模式以及棉花采摘要求,遵循机械手设计原则,设计了一种5自由度多行采收的关节型棉花采摘机械手。为使机械手能够高效灵活地收获目标空间棉铃,尽可能减小机械臂的操作空间和结构尺寸,结合采摘对象棉铃的生长分布空间和作业要求,分析了在给定空间下的设计变量、优化目标和约束条件,建立了优化设计的数学模型,并利用MatLab优化工具箱进行编程,实现了棉花采摘机械手的机构参数优化。     

基于VS-IRRT算法的采摘机械臂路径规划

针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题,提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing, VS-IRRT),具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进的RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略,增加树拓展的目的性,减小了树的采样密度,提高路径规划效率;引入贪心思想和B样条曲线,剔除多余节点,对剩下折线进行平滑处理,优化路径在机械臂上的实施效果;结合基于平移控制器的视觉伺服控制,减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟试验,结果表明,改进的RRT算法的采样点数较RRT^*-connect算法减少92.9%,规划时间较RRT^*-connect算法减少86.1%,路径成本较RRT算法也减少35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验,VS-...     

茄子收获机器人机械臂避障路径规划

提出了一种茄子收获机器人机械臂在笛卡尔空间的避障方法.将空间障碍物等效为可以用数学建模的圆柱扇环,将三维空间的路径规划简化为二维,提高了控制的实时性;将障碍从工作空间转换到C-空间中,使对机器人的控制直接作用于关节,避免了使用雅可比逆阵进行复杂的坐标转换.将C-空间映射到图像矩阵中,通过对图像进行适当的处理,规避了在使用A*算法寻优时可能出现的失败.实验结果表明,该避障路径规划方法计算量小,实时性好,适合自然生长状态下茄子的自动收获.     

番茄采摘机器人非颜色编码化目标识别算法研究

为了实现番茄采摘机器人在非结构化环境下对目标番茄的准确识别,提出了一种基于非颜色编码的番茄识别算法。通过Haar-like特征及其编码的方法,结合AdaBoost深度学习算法可以获得用于识别成熟番茄的分类器;并研究了Haar-like特征类型和AdaBoost学习训练次数对分类器性能的影响。所得强分类器对测试集中的番茄进行在线识别试验。试验结果表明,测试集中93.3%的成熟番茄能够被正确识别;同时该分类器还对光照变化、果实粘连以及枝叶遮挡等干扰具有较强的自适应性和鲁棒性,满足采摘机器人对目标识别的技术要求。     

基于Java3D和VRML技术的采摘机械手运动仿真研究

为了实现采摘机器人机械手臂运动虚拟仿真过程的交互性,基于Java3D和VRML虚拟现实技术,提出了一种机械臂交互式三维场景生成及运动仿真系统。为了验证系统的可行性,以采摘机器人机械臂为研究对象,设计了基于采摘机器人机械臂运动仿真系统,并基于网络的特征,通过接口导入机械臂关节的造型文件,实现了采摘机器人机械臂仿真三维虚拟场景创建。对仿真系统进行了实验,结果表明:开发的采摘机器人机械臂三维运动仿真系统可以对采摘路径进行合理的规划,得到和实验基本吻合的轨迹,能够实时地显示关键力矩的变化,为关节结构的优化提供了数据参考。将仿真目标位置和预设位置进行对比发现,最大位置偏差不超过1 mm,从而验证了运动模型和算法的可靠性。     

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。     

基于单片机的仿人多指番茄采摘机械手设计

为了降低番茄采摘过程的破碎率,提高采摘效率,实现自动化采摘过程,利用单片机和PID控制技术,设计了一种新型的仿人多指采摘机械手,并采用反馈调节控制方案设计了仿人多指机械手的控制系统。基于AT8 9 S5 2单片机构建了单手指控制器,来对机械手手指夹紧力信号进行采集和处理,并发出夹紧指令。为了测试机械手的有效性和可靠性,首先对番茄的质量尺寸相关性和电压产生的夹紧力进行了测试,通过参数调整后得到了番茄夹紧力随时间变化曲线和破碎率随时间变化曲线,最后对果实采摘的采摘时间和漏采率进行了8次试验。由测试结果可以看出:对于单颗番茄的采摘最高用时仅为2.32s,最高漏采率仅为0.42%,采摘作业效率和采摘精度均较高。     

果实采摘机器人的研究综述

分析了果实采摘机器人工作对象特点,从采摘机器人机械手的设计、末端执行器的设计、行走装置的设计、果实的识别和定位方面分析了果实采摘机器人的国内外发展现状,并探讨了采摘机器人存在的关键技术问题。