基于图像处理的河蟹分级系统设计

【目的】传统的河蟹分拣方法主要依靠人眼识别,误差率大,耗时耗力,且易对河蟹造成损伤。随着机器视觉技术和人工智能的高速发展,基于视觉识别技术的河蟹分拣方法效率高、准确度高。【方法】课题组设计了一种基于品质智能分级技术的河蟹高效分级系统,通过使用不同等级的雌雄河蟹各20只进行分级试验,利用视觉模块的图像采集与图像处理技术采集河蟹图像,经过图像的灰度化、滤波、增强、图像分割和形态学处理消除环境干扰,结合河蟹雌雄判别技术和河蟹肥满度公式,计算得到河蟹公母与肥满度识别准确率指标。【结果】该系统的河蟹雌雄平均识别准确率为97.5%,肥满度平均识别准确率为97%,证实了分级装置的可靠性。【结论】该系统采用视觉识别技术进行河蟹无损检测,可以实现低损伤、高效率、高准确度识别河蟹,与传统人工相比提高了判别准确度,提升了分拣效率,大幅节省人力、物力,具有广泛的应用前景。     

基于机器视觉的采摘机器人分拣控制研究

随着自动化技术在农业生产中应用的逐渐推广,农业生产智能化、自动化水平越来越高,采摘机器人在果蔬采摘过程中的应用逐渐广泛。果蔬采摘完成后的分拣作业是较为繁重的工作,为克服传统分拣作业分拣效率低、分拣精度差等问题,在深入研究机器视觉工作原理的基础上,进行了机器视觉系统的数学建模,完成了采摘机器人分拣控制系统总体方案的设计。同时,将机器视觉技术应用到采摘机器人的分拣作业中,完成系统硬件模块的设计、选型及软件流程设计,并对该系统进行了仿真实验。实验结果表明:基于机器视觉的采摘机器人分拣控制系统结构简单,目标识别和分拣精度高,系统安全性和稳定性较高,具有较大的推广价值。     

异型烟设施设备调度管理系统模型构建与应用

【目的】异型烟是指和标准条烟尺寸规格有区别的异型包装卷烟。近年来,客户对异型烟的需求不断增多,地市级烟草物流配送中心在未来会面对越来越多的异型烟分拣任务,需要针对异型烟包装特点以及卷烟的订单结构,来调整异型烟设备分拣调度系统模型。传统的异型烟分拣方法采用人工分拣,劳动强度较大、分拣率低、错误率高,难以盘点。【方法】首先,课题组从目前大多物流中心的异型烟分拣方案出发,分析分拣方案、分拣流程以及异型烟的分拣问题;其次,针对异型烟设备分拣调度系统模型进行研究,分析机械结构、控制系统、数据库;最后,构建出全自动的异型烟分拣模型。【结果】全自动的异型烟分拣模型彻底解决了传统异型烟分拣方法错误率高、分拣效率低、人力资源消耗大、盘点难度系数高等问题,该系统可以弥补人工分拣作业的不足。【结论】全自动的异型烟分拣系统市场应用前景广阔。     

基于机器视觉系统的机械手设计

为解决机器人手爪在夹持各种不同形状零件时存在的问题,课题组以机器视觉系统中分拣机械手为研究对象,并以常见的典型零件为夹持案例,运用NX12.0软件建立了夹持机械手三维模型,对机器人识别零件、切换机械手爪、夹持过程以及搬运过程进行了运动仿真。仿真结果表明：机械手能够在视觉识别零件特征之后,快速切换所需要的手爪,并抓取零件完成搬运工作,从而节省更换手爪的时间,提高生产效率。     

基于农业搬运机器人的障碍物视觉识别技术研究

【目的】随着农业自动化水平不断提升,研究农业搬运机器人如何优化搬运目标信息、定位及图像检索等功能具有重要现实意义。【方法】课题组提出了一种基于机器视觉的内容图像检索视觉识别技术,采用特征提取方法将图像纹理作为机器视觉障碍物特征识别的重要信息,通过实时更新障碍物信息,利用相似度距离计算,将采集的图像数据与数据库中的图像距离进行对比,并利用MATLAB仿真平台验证了CBIR系统对搬运机器人障碍物识别的精确度。【结果】利用小波滤波器优化的CBIR系统的对比结果优于其他方法的平均检索率,且前20张图像的检索率均能保持在98%以上。【结论】该方法有效提升了CBIR系统的障碍物检测性能及识别系统的精确度,可为系统数据库中障碍物图像特征对比提供高质量图像数据。     

基于视觉与激光雷达融合的棚内农业机器人定位和检测研究分析

【目的】探究视觉与激光雷达融合在棚内农业机器人中的应用,解决复杂环境下机器人自主导航的关键问题,提高机器人的感知能力和环境适应性。【方法】首先,采用高精度的视觉传感器捕捉棚内农业场景,通过图像处理技术提取关键特征,建立视觉地图以支持机器人的定位。同时,引入激光雷达传感器获取场景的三维点云数据,从而实现对环境深度和形状的准确感知。视觉与激光雷达信息的融合构建了综合感知系统,为机器人提供了更全面、可靠的定位信息。其次,针对棚内农业作业中常见的障碍物,设计了基于深度学习的障碍物检测算法。通过训练神经网络,机器人能够在实时环境中快速而准确地识别障碍物,并进行相应的避障决策。【结果】本研究提出的基于视觉与激光雷达融合的农业机器人定位和障碍物检测系统在不同棚内环境中表现出卓越的性能。【结论】机器人能够实现高精度的定位,并对障碍物做出及时准确的响应,为棚内农业的自动化精准作业奠定了坚实的技术基础。     

基于RobotStudio的码垛机器人控制系统设计

【目的】通过对码垛机器人的控制系统进行优化设计,提高码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性,使码垛系统协调、合理地流畅运行。【方法】课题组选取智能制造系统中执行单元码垛机器人的控制系统为研究对象,依据智能制造体系中码垛机器人的作业任务,设计了码垛系统的布局和控制流程,采用RobotStudio软件中的Smart组件设计了系统的I/O信号控制逻辑、传送带控制逻辑以及吸盘工具的控制逻辑,并对码垛系统进行搭建与仿真,通过码垛系统仿真运行可得机器人末端执行器的运动轨迹和轨迹点坐标值,验证码垛机器人控制系统功能的合理性、高效性和便捷性。【结果】该控制系统能够较好实现左右码垛任务,具有稳定性、安全性和高效性。【结论】将优化后的码垛机器人控制系统应用于智能制造生产体系中,可实现高品质和高效率的智慧生产,系统应用前景广阔。     

搬运机械臂液压系统计算和元件选型研究

【目的】液压传动技术具有易于控制、使用方便、系统设计优化、配置参数高、工作效能高等优势,对搬运机械臂液压系统进行计算和元件优化选型研究具有重要的现实意义。【方法】课题组采用模块化设计理念,在相关最优参数的控制指标下完成了一种搬运机械臂液压系统的计算和元件选型设计。在以往传统液压传动装置的基础上,利用液压传动的理论及实践成果,综合考虑负载机械臂的热处理特性,确定了搬运机械臂液压缸的主要参数、液压泵的规格和电机的驱动功率等,最后对机械臂液压系统进行了压力损失和温升的验算。【结果】搬运机械臂液压系统的总压力损失符合系统的假定设定,元件选型在安全许可范围内,规格符合设计要求。【结论】通过液压系统的计算和元件选型,可以很好地满足工业实体化设计中轻便、移动灵活、结构简便等要求,减轻重体力作业人员的劳动强度,实现自动化电气控制,机、电、液一体化生产。     

番茄采摘机器人数字孪生仿真系统的开发研究

【目的】实现番茄采摘机器人的快速开发设计与调试,避免大的返工和浪费,降低开发和调试成本,缩短开发周期。【方法】课题组开发了一种虚拟仿真调试系统,应用到番茄采摘机器人的开发研究中。该系统主要由数字孪生仿真软件搭建虚拟样机模型,虚拟样机模型能够赋予物理属性运动关系以及逻辑信号,通过利用基于PC的运动控制卡和低代码的SmartACS编程软件,采用OPC UA通信方式,实现硬件控制卡控制虚拟模型,这样就构建了番茄采摘机器人的数字孪生仿真调试模型。【结果】该数字孪生仿真模型能够很好地验证设备的机械结构和控制程序的合理性,并能够在设计阶段快速且低成本地发现问题并加以改进。【结论】通过对虚拟样机模型进行虚拟的机电联调,能够在不做出物理样机的前提下实现对所设计的机械结构及控制程序的联合调试和验证,从而大幅缩短了开发周期,降低了开发成本。本研究能为其他农业机械的设计研发提供一定的参考,有利于提高我国农业机械化水平。     

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...     

基于视觉识别的自动收获分拣机器人设计与实验

设计了一种自动化球型模拟果蔬收获机器人,该机器人主要由轮式可移动底盘、STM32主控系统、超声波避障系统、陀螺仪姿态调整系统、视觉识别系统和收获分拣机构等组成。采用C语言编写自动控制模块,Python结合OpenMV编写视觉识别控制模块。样机测试结果显示：该机能完成指定路线运动,规避果园垄等障碍,正确识别应收果实,按分拣条件进行正确分拣,可自主完成果实采摘和收集功能。混合光照条件下果实收获成功率为85.4%,果实分拣成功率为88%,收获总时间为1′30″,通过5条垄,收获并分拣果实18个,验证了本系统的实用性和可靠性。     

基于水果无损糖度检测结果的分拣技术研究

【目的】为了解决传统水果糖度检测装置体积庞大、造价昂贵、不易推广、检测过程中需要破坏样品等问题。【方法】课题组设计了一款基于安卓手机进行苹果无损糖度检测并结合柔性分拣技术进行苹果多级分拣的系统,分析了该系统的创新点及软硬件设计,并选取80个无外部机械损伤和缺陷的红富士苹果进行了系统调试与试验,通过手机对每个苹果拍摄4次照片,在手机App中将光谱信息转化为数字信号,再进行模型分析和处理,最终将测量糖度数值显示在手机App上。【结果】经过多次测量,该系统检测误差为0.64%～8.37%,精度较高,能够较好地与模型拟合。【结论】1）该系统能够很好地实现苹果糖度无损检测,并且通过糖度和大小两项指标对苹果进行多级柔性分拣可以提高苹果质量,收获口碑,提高区域知名度,以点带面,带动地方经济发展,推动乡村振兴;2）目前试验中所采用的水果均为无外部机械损伤和缺陷、无病害的苹果、梨等薄皮水果,针对内部有损害或表面有破损的苹果或其他类型水果的糖度检测模型还需要进一步研究。     

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。     

基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统研究

【目的】提高林果采摘机器的综合采摘效率,减轻人工作业强度,优化系统数据收集与传输性能,提升系统稳定性。【方法】课题组设计了一款基于滤波算法的林果采摘机器智能控制系统。该系统利用滤波算法实现了网络信息拥堵控制,其工作原理为：通过高分辨率相机收集林果图像发送至总控系统,使用滤波算法识别目标林果后检测位置信息;由传感器收集林果与机械爪的距离进行位姿计算,运动控制设备发送指令后机械臂到达采摘位置;末端执行设备控制电机运转后操控机械臂完成采摘。【结果】测试表明,系统应用滤波算法的适应性良好,与应用灰狼算法相比,整体运行稳定率达到了92%以上,各项参数指标符合预期。【结论】该林果采摘机器智能控制系统可实现高效智能采摘,推广前景较为良好,本研究可为类似采摘或收获农机装备的优化设计提供参考。     

基于DWT的彩色图像分量的红枣分拣机器人定位系统

将DWT彩色图像分量算法和视觉定位算法一起应用于分拣机器人的优枣识别作业中,建立了分拣对象和托盘定位数学模型,并设计了红枣分拣机器人定位系统,实现了优质红枣的分拣任务。试验结果表明:机器人分拣成功率均在88.5%以上,能够实现对目标红枣的精确定位,可以完成对符合要求红枣的分拣作业。     

物料分拣机器人视觉定位系统研究

物料分拣系统是工业化领域生产的一种新型系统,该系统在运作的时候需要着重确定分拣对象的参数、机器人参数等。借助机器人视觉定位系统能解决物料分拣系统运作的难点。为此,文章结合实际就物料分拣机器人视觉定位系统设计问题进行探究。     

基于Gazebo虚拟世界的草莓采摘机器人仿真研究

【目的】提高草莓采摘的自动化水平,解放劳动力并降低采摘成本。【方法】研究小组设计了一种基于曲柄连杆机构的三爪同步夹持式采摘机器人,分析了其主要部件Kinect深度相机、六轴机械臂以及三爪夹持式采摘机械手的结构设计,并在Gezebo虚拟世界中构建了采摘机器人的模型,生成了草莓采摘机器人的末端运动轨迹,完成了该草莓采摘机器人的前期开发试验和算法验证。【结果】该草莓采摘机器人可精准地夹持草莓,减小了采摘过程中对草莓表皮的损伤,同时机械臂末端运动半径最大可达770 mm,完全满足小型辅助采摘设备的基本需求。【结论】Gazebo能真实地还原草莓采摘的自然环境,充分验证了该草莓采摘机器人的可行性,同时还可以在虚拟环境中模拟不同的任务场景,可为六轴机械臂或其他多轴运动机械的运行轨迹设计提供准确的实验数据,并为机器人的实际应用提供指导。     

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。     

基于PLC的水果分拣机器人动作控制优化

随着水果产量的不断扩大,水果分拣带来的劳动力剧增形势也越发严峻。传统水果分拣作业主要依赖人工进行,分拣方式单一,分拣效率低、速度慢,且分拣精度不高。为解决这一难题,设计了一种基于PLC的水果分拣机器人,利用机器人的动力学数学模型,对机器人动作控制进行优化,完成了机器人控制系统的总体方案设计。分别对系统的硬件和软件进行设计,硬件设计主要包括硬件模块选型及确定各执行模块运行参数,并完成了PLC内部I/O地址分配以及梯形图的编制。最后,通过试验验证了该水果分拣机器人动作控制系统的安全性和稳定性,结果表明:机器人可有效地完成水果分拣作业,分拣效率高,速度快,且分拣精度高,具有较大的推广价值。     

基于UG和ANSYS的机械手应力仿真研究

【目的】机器人在工作时机械手的强度与效率至关重要。【方法】课题组根据机械手夹持物体的特点,设计了一种齿轮式的末端作业机械手。先利用UG NX软件对末端机械手进行三维建模,在ANSYS Workbench模块导入相应模型,借助ANSYS软件进行有限元静力学仿真分析。采用铝合金材质的机械手,在机械手的齿轮舵盘施加一定转矩,在机械手的末端各施加两个方向相反的法向推力,分不同载荷进行仿真分析。【结果】结合总变形图和应力分布图,仿真结果表明,机械手末端薄壁部分有较大变形,最危险的区域出现在齿轮安装螺栓孔中心及其周围区域,最后调整材料类型或优化机械手的结构。优化后的机械手能够满足材料刚度要求,满足合理的夹持作业要求。【结论】此研究对简化机械结构设计工作,提高设计效率具有重要意义。