果蔬采摘机器人研究现状与进展分析

新型城镇化建设不断加快和农村生产劳动力的不足,致使果蔬产业中人工成本占比较大。为此,研究果蔬采摘机器人以减少果蔬生产成本和降低劳动力的依赖性,具有十分重要的现实意义。课题组通过介绍果蔬采摘机器人的国内外研究现状,对目前果蔬采摘机器人作业时存在的问题进行了分析,提出了增强采摘机器人的可靠性、提高识别率和定位精度、扩展设备的通用性以及降低维护和生产成本等发展趋势,为果蔬采摘机器人的发展提供借鉴。     

基于OBE理念的“机器人操作与编程”课程项目贯穿式教学设计

【目的】“机器人操作与编程”课程具有与实践联系密切的特点,传统的教学方式不适合该课程的讲解与传授,需有效提高“机器人操作与编程”课程教学效果。【方法】根据“机器人操作与编程”课程特点,结合OBE教学理念开展项目贯穿式教学的项目设计,考虑企业实际和学生能力选取实际加工案例,对案例进行简化拆解,形成符合教学进度和课程知识点的小项目,通过小组合作对真实案例项目的功能实现,模拟实际工作场景和流程开展项目实践,包括编写任务计划书、项目报告书等流程,让学生在学习中接触到企业实际生产情景,培养学生实践能力、团队合作能力和职业素养。【结果】将项目化教学法融入“机器人操作与编程”课程,由传统教学的以老师为中心转向以学生为中心,提升了学生的动手能力和解决工程实际问题的能力。     

基于Arduino板控制的智能消毒测温机器人

传统的测温机器人不可以移动也不可以消毒杀菌,存在性能低、性价比低、效率低、占地面积大、成本高等问题。基于此,研究小组开发了一款基于Arduino板控制的智能消毒测温机器人,该医用机器人的核心器件为Arduino控制板,利用红外探测器、显示屏、喷雾模块、水箱,实现自动测量温度、显示温度以及消毒杀菌等功能。仿真结果表明,该智能消毒测温机器人可以在人员集中的地方使用,在工作过程中可以有效预防人们交叉感染,还可以对病毒细菌起到很好的消杀作用,实现全程自动化控制,结构巧妙,操作方便。     

基于FAST的智能化水下投饵机器人设计

【目的】现有投饵机械主要集中于水上自动化投饵,但根据经验判断投饵量以及饵料的不定向移动容易造成资源浪费和环境污染,需对饵料投喂技术进行智能化改进。【方法】课题组基于物联网背景下的水产养殖,设计了一款立体监控智能化水下投饵机器人,该产品搭载定位器、传感器、水质监测装置和饵料投放装置。采用FAST分析法分析了淡水养殖户的用户需求,构建了投饵机器人的功能系统;以鲤鱼为试验对象,利用BP神经网络建立了智能化投喂模型,该网络经过43轮重复训练后选取了7组测试样本送入模型测试,分析了投喂模型定量投喂的真实程度;通过人机协同试验,系统性地研究了人机协同方式。【结果】该设计可以完成航行器自主避障巡航、水质监测和饵料定量投喂等任务,可以实时反馈水质监测信息和航行器行进路线。【结论】1）基于FAST的智能化水下投饵机器人可以达到科学养殖、健康养殖的目的,有助于减少养殖人员的工作任务、有效节约资源并改善环境,对智能化水下养殖机械和环境友好型水产养殖行业具有一定的研究价值;2）该产品目前仅适用于雾化饵料投喂,在普及方面还存在一定的局限。     

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。     

AGV小车引导方式的发展趋势分析

在物流的过程中,工业机器人广泛应用于仓储、分拣、运输等诸多环节。线上电商已然成为大众认可的新型商业模式,与之相辅相成的物流业产生了巨大的人才需求。而当下中国用工难、用工贵的问题日益严峻,物流产业进行数字化、智能化的转型已迫在眉睫。而AGV小车凭借可自动驾驶、工作时间长、安全可靠等优势成为物流过程中的重要帮手。笔者罗列AGV小车的多种引导方式,分析了各自适用的场所与优缺点,并根据小车在运行过程中可能遇到的问题,对其导航的发展趋势进行归纳与建议,总结了其存在的缺陷。AGV搬运小车已经初步实现了智能化、自动化搬运来取代人力搬运,缩减了企业对人力的需求,降低了一线工人的工作强度,有效缓解了相关企业用工难、用工贵的难题。当各项技术缺陷被逐步完善之后,它将在工业生产中发挥出无可替代的作用。     

垄作草莓采摘机器人行走机构设计与仿真

【目的】现有的平铺于地垄表面的草莓采摘机械装置往往不能用于日光温室垄作草莓果实的采摘,故针对垄沟栽培环境,设计一款合理的行走机构对于草莓采摘机器人实现平稳移动和跨垄作业意义重大。【方法】研究小组提出了一种能够跨垄移动的行走机构,针对垄沟距离较长的采摘现场,可自动跨至下一垄沟进行采摘。利用运动学分析软件ADAMS对行走机构的一组支撑装置进行运动性能仿真实验,共得到了5组分析曲线。【结果】1）支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ在所设阶跃函数的驱动下,曲线变化比较平稳;2）线加速度和角加速度曲线在运行时,由于支撑底座受重力、负载等因素影响会产生突变,但在中间过程阶段受力稳定后,加速度变化也会趋于稳定。【结论】支撑底座在给定的轨迹中运行稳定,没有明显冲击,可以满足实际工作的任务要求,配合采摘机械手能够实现跨垄连续作业,从而高效率低成本地完成垄作草莓的自动化连续采摘。     

码垛机器人转盘结构拓扑优化设计

【目的】在转盘质量不增加的情况下,通过拓扑优化对材料合理布置以达到提高转盘刚度的效果。【方法】笔者以某型码垛机器人转盘为研究对象,运用HyperWorks软件对转盘进行静力学分析,得到转盘在最危险工况下的应力云图、位移云图,再利用OptiStruct根据静力学分析结果以最小柔度为目标函数进行结构拓扑优化,得到拓扑优化云图,寻求其最佳材料分布及传力路径对转盘进行局部重构,并将优化模型通过HyperWorks软件与初始模型进行对比分析。【结果】优化后机器人转盘的质量减轻了1%,转盘最大应力下降了38.6%,转盘最大变形位移下降了19.2%,且前3阶模态和振动性能也有一定的提升。【结论】优化后码垛机器人转盘可以在重量不增加的前提下达到提高刚度的目的,同时在强度和振动性能方面也有所改进,本研究可为机器人其他部件的结构优化工作提供一定的理论依据。     

直流电机驱动农用履带机器人轨迹跟踪自适应滑模控制

为了提高农用履带机器人轨迹跟踪控制的性能,将履带机器人模型视为由电机驱动方程和运动方程组成的级联系统,在考虑了履带机器人运动学模型和电机驱动模型动态特性的基础上,构建了一种变倾斜参数的自适应积分滑模切换函数,基于这个函数设计了由等效控制和切换控制组成的自适应滑模控制,将机器人的位姿误差以及在线辨识的驱动电机时变不确定参数反馈至控制器中,计算出左右轮驱动电机的期望角速度,控制履带机器人运行。田间试验结果表明,当机器人分别以1,3,4 m/s速度运行时,在运动方向距离误差、侧向距离误差和航向角的误差分别在-0.04~0.04 m,-0.09~0.07 m和-0.03~0.05 rad范围内。因此,基于电机驱动的机器人自适应滑模控制具有良好的控制精度,能够满足田间实际作业的要求。     

水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展

传统水产养殖的水下作业任务主要依靠人工完成,劳动强度大,危险性高,水产养殖水下作业面临严峻的人工危机。随着技术进步和制造成本的降低,将水下机器人应用于水产养殖作业有着巨大的需求空间。机器人水下捡拾作业强耦合、多干扰、时变、多体、多环节、作业目标规格形状不一,且作业的精度和速度要求高,机器人水下精准作业是困扰水产养殖界多年的公认难题。本文在对水下机器人-机械手系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)进行了系统分析的基础上,从弱光照、强耦合、非结构化海洋环境下UVMS的精准捕捞作业目标识别、时变多体捡拾作业条件下水下机器人-机械手系统动力学模型、多扰动条件下目标动物位置识别与定位模型、多约束条件下浅海养殖精准捡拾作业的优化控制等4个方面,对UVMS捕捞作业所涉及的关键技术的地位、国内外研究现状展开分析与讨论,并对所述关键技术的研究前景进行了展望,以期为水产养殖水下作业机器人软件开发提供理论依据和综合性参考。