营养钵茄苗嫁接机器人控制系统设计

根据研制的营养钵茄苗嫁接机器人的机构及嫁接工作流程,设计了嫁接机器人的单片机控制系统。采用2个单片机分别控制砧木处理机构和穗木处理机构,开发了相应的硬件系统和软件系统,实现了砧木处理和穗木处理流程的并行操作。2个单片机之间利用通信方式完成嫁接作业,并且进行了整机调试实验。实验表明,设计的控制系统稳定可靠、成本低,提高了嫁接的速度和效率。     

葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人设计与试验

基于葫芦科营养钵苗的“贴接法”嫁接技术,设计了由穗木夹持搬运机构、穗木切削机构、砧木夹持搬运机构、砧木旋切机构、嫁接夹自动排列输送机构、嫁接钵苗自动排列摆放机构组成的葫芦科营养钵苗单人操作嫁接机器人。通过试验得出,该机器人的理论嫁接速度可达440株/h,实际操作嫁接速度达到285株/h,嫁接成功率为92%,与同类型的双人操作营养钵苗嫁接机相比,人均作业效率提高36%。增加了嫁接钵苗的后续自动排列摆放机构,提高了嫁接生产自动化程度。     

棉花营养钵苗机械移栽技术重难点分析

棉花是我国的重要经济作物,在国民经济和人民生活中占有重要地位.20世纪80年代以来,我国纺织工业迅速发展,棉花消费量急剧增加,据有关部门测算,内销纺织品折纱1980年为1098万件,1993年就增长至1764万件,随着我国人民经济收入的增长,人口的增长以及喜欢纯棉制品等方面的考虑,这一需求在近期内已大幅增加.     

茄类蔬菜嫁接机拢苗机构的设计与性能试验

采用贴接法进行机械嫁接时,对接穗与砧木的创口贴合度要求较高。在对比不同拢苗方案的基础上,根据贴接法作业原理以及创面贴合的要求,提出了一种交错拢苗方案,并在现有茄果类蔬菜嫁接机上设计了一种拢苗机构,并进行了拢苗试验。根据试验的目的要求,拟定了多因素正交试验方案,分析了不同夹口间距、竖直拢苗距离、水平拢苗距离对对接成功率的影响程度,建立了各部件位置参数与对接成功率之间的三维关系,为拢苗机构的设计提供了依据。     

钵苗移栽机器人控制系统设计研究

钵苗移栽是温室穴盘育苗生产中的重要环节。为实现穴盘钵苗智能化移栽作业,设计了一种高速钵苗移栽机器人。该机器人主要由穴盘定位输送系统和平动二自由度钵苗移栽系统构成,基于准确定位抓取、快速移动栽植的作业要求和系统工作原理,以PLC为核心,结合传感器和伺服控制技术对移栽机器人运动控制系统进行了设计。控制系统首先基于穴盘钵苗位置坐标信息,规划出取苗爪移栽路径;然后根据并联机构运动学逆解模型,对并联机构两主动关节伺服驱动电机的转动规律进行控制,并通过系统间的运动协调,实现钵苗从高密度盘到低密度盘或营养钵的连续高速移栽作业。以育苗期28天、钵体含水率为60%左右的黄瓜苗为对象,在移栽动平台最大加速度为45m/s2、移栽频率为45次/min的条件下,进行128孔穴盘到50孔穴盘的连续钵苗移栽运行试验。试验表明,该钵苗移栽机器人控制系统设计合理,系统间运动协调可靠,移栽成功率平均达91.4%,单爪移栽速率可达2 700株/h,满足了自动化移栽作业要求。     

茄科钵苗高速嫁接机结构设计

为实现降低嫁接生产成本,提高作业速度的目的,本文针对生长在营养钵内的茄科砧木设计了一款新型茄科钵苗高速嫁接机,对嫁接机的砧木部分、穗木部分、整体结构以及作业流程进行了详细介绍。通过对作业工位的合理布局,实现了作业流程循环往复的营养钵培育的茄科蔬菜嫁接的流水线作业。     

蔬菜嫁接机器人切削装置设计与试验

根据“贴接法”的嫁接机理,采用旋转切削作业方式,设计了蔬菜嫁接机器人的切削装置,包括接穗切削装置和砧木切削装置,实现接穗苗茎部、砧木苗单子叶和生长点的快速切除.试验结果表明:当切削气缸转速ω=120r/min、输入空气压力P=490.3 kPa时,接穗和砧木的削成功率均值达93.2％,接穗和砧木的切口长度为5.8 ～7.3mm,切削效果满足嫁接要求.     

秧苗嫁接机器人视觉与识别的研究

研制了一套应用于瓜果秧苗嫁接机器人的视觉系统，该系统能判别秧苗品质和秧苗方向，使得瓜类秧苗嫁接机器人在保证质量情况下实现全自动嫁接成为可能。     

葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人设计与试验

为提高葫芦科穴盘苗嫁接机器人的人均操作效率,在原先机器的基础上优化改进,设计了葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人,并进行了效率提高的理论分析,通过分析得出,所设计的葫芦科穴盘苗单人操作嫁接机器人的人均操作效率与操作者的操作熟练度呈负相关的关系,理论上,设计的单人操作嫁接机器人人均操作效率比改进前提高1倍。通过试验得出,在种苗质量有保证的前提下,机器嫁接成功率可达95%,嫁接速度可达455株/h,实际作业的人均操作效率提高了50%以上。     

开放式茄子采摘机器人设计与试验

根据茄子生长的空间分布,利用优化设计方法进行了机器人本体结构参数设计,开发了4自由度关节式采摘机器人机械本体.采用基于直方图的固定双阈值法对G-B灰度图像进行分割.根据果蔬采摘机器人对视觉系统的要求,提取了果实目标的轮廓、面积、质心、外接矩形以及切断点等特征.整机性能测试结果表明:以单摄像头两步法测距,当测量距离在275～575mm范围内,测量误差基本都在±18mm之内;整机试验系统运行稳定可靠,抓取成功率为89%,平均耗时37.4s.     

西红柿嫁接机控制系统的设计

为实现西红柿苗嫁接的自动化,进行了西红柿嫁接机器人控制系统的开发设计。在对系统整体功能需求分析的基础上,进行了软硬件的合理分工,开发出了西红柿嫁接机器人控制系统的硬件电路和应用软件。实验表明,该控制系统工作可靠,操作方便,成本较低,能很好地完成嫁接机器人整个工作过程的控制,具有较好的市场前景。     

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.     

茄科蔬菜多株同步自动嫁接机设计与试验

以茄科蔬菜穴盘苗为作业对象,开展了多株蔬菜同步自动嫁接技术及关键机构研究。提出了基于劈接法的茄科蔬菜六株同步自动嫁接机的整机结构方案,该机可连续实现穴盘苗自动进给、砧穗木的切削与插接、嫁接夹的定向排序与持送上夹等功能。重点设计了嫁接机的砧木平切机构、砧木劈切机构、穗木推切机构、砧木与穗木插接机构、振动排序供夹装置及持送上夹机构等关键机构,确定了各机构的主要结构参数。以辣椒苗为嫁接对象,开展了六株同步嫁接机切削质量正交试验,试验结果表明,提高对苗株的夹持精度和切削速度及较小的茎秆纤维硬度有利于提高切削质量。当切削速度为1.5 m/s时,嫁接期辣椒苗样机性能验证试验结果表明,砧穗木切削合格率98.6%、嫁接合格率97.1%、嫁接成活率96.2%、嫁接效率720株/h,达到了设计要求。     

自动嫁接机运动控制仿真系统设计

为了避免自动嫁接机设计过程中的机械干涉问题,提高对机器设计的预见性,采用先进的视景仿真软件——OpenGVS,并结合面向对象技术,设计开发了蔬菜嫁接机运动控制仿真系统。测试结果表明,所建立的仿真系统能够直观的观察到由于设计失误所造成的静、动态机械干涉,仿真效果逼真,能满足嫁接机运动控制仿真的需要。     

茄子采摘机器人末端执行器设计

为了满足茄子采摘机器人的可靠性和安全性需要,设计研制了一种茄子采摘机器人的末端执行器。该末端执行器主要由传动机构、切割机构和抓取机构等几大部分组成,具有节省动力源、结构简单、体积小、质量轻等特点。设计的抓取机构对指定有效范围内(直径3～6.5cm)的茄子收获比较可靠,不伤果实;切割机构能够高质量地完成切割。经实验测定表明:对不同位置和不同大小的茄子进行抓取的成功率为92.76%,证实所研制机构能够顺利完成茄子采摘。     

油茶果采摘机器人机械臂伺服系统选型设计

油茶是我国重要的经济林,然而人工采收油茶效率低、作业条件差等缺陷严重制约着我国油茶产业的发展,实现油茶果采摘的机械化与自动化成为急需解决的问题。为此,根据油茶果生长环境与采摘特性,设计了一种能够有效采摘油茶果的采摘机器人,并对采摘机器人机械臂的伺服系统进行了选型设计。     

水稻钵体育秧智能补种决策方法与试验

针对水稻工厂化育秧播种中普遍存在空穴和单粒穴的问题,运用播种质量视觉检测技术,设计了一种高效智能补种决策系统。采用视觉采集和图像处理系统对播种质量进行检测,建立种群分布数据库;采用卷积计算方法对空穴和单粒穴的补种方案进行智能决策;对吸种相关参数进行设计计算,以确保吸种可靠;通过伺服电机驱动和气动组合吸针相结合的方式组成伺服补种机构,实现了精准、高效、连续的动态补种过程。试验表明：当每个钵体盘的补种率为2%时,平均每穴补种时间为1.51s,智能补种系统生产率达到420盘/h。说明智能补种决策大大提高了补种系统的工作效率。