多媒体武术系统在智能采摘机器人中的应用

智能采摘机器人广泛应用于农业生产中,其协同作用直接影响采摘效率。为了提高智能拣选机器人的生产效率,在采摘机器人的设计和制造中引入了FDM技术。为提高智能采摘机器人的生产设计水平,设计出一种基于多媒体武术教学系统的开放式、协同化、智能化的采摘机器人机械部件设计控制平台。基于FDM和WEB的智能远程协作技术,采用远程多媒体技术,实现远程CAD制造和零件制造的功能。以采摘机器人的机械臂和快速制造为实验对象,对其研发周期和返工数量进行检测,结果表明:采摘机器人机械部件返工率降低,设计研发周期明显缩短,可为采摘机器人的设计及加工提供参考。     

基于VR场景设计的采摘机器人协同作业分析

以进一步提高采摘机器人协同作业的可视性与效率为目标,将VR设计理念与采摘机器结合,针对VR场景下采摘机器人协同作业展开研究。通过考虑环境信息、植物成像、动态交互功能等基础条件,以采摘机器人各部件作业运动机理为依据,搭建采摘机器人VR场景,将采摘系统划分为多个子系统进行采摘作业的动作实现与路径调整,在数据、模型、知识等多部件协同控制支撑下进行VR场景采摘作业试验。结果表明:经系统协同感知与核心算法控制,采摘机器人各部件在自由度协调、对象及位置闭环调控条件下,得到理论计算定位与实际仿真误差控制在0～8mm范围内,机器人协同采摘的作业耗时最短为1.89s,平均耗时为2.06s,采摘成功率可达到96.8%,设计可行。VR场景设计下的采摘机器人整体协同作业分析保证了采摘机器人作业的柔韧度与协调性,对于采摘机器人部件结构改善及类似农机化设备的可视化开发具有很好的参考价值。     

采摘机器人作业行为虚拟仿真与样机试验

为开展采摘机器人智能防碰损作业行为及规划算法的仿真试验与验证,设计了一种基于虚拟现实的采摘机器人仿真试验系统。以葡萄采摘机器人为对象,先构建虚拟现实环境下采摘机器人及其作业场景模型,用于模拟设施果园试验环境;然后对虚拟采摘机器人进行运动学建模,运用D-H参数法解算机械臂运动学正解和逆解;再依据葡萄串形状等特性设计一种夹-托-剪式的采摘机器人末端执行器及其采摘过程控制模型;建立机械臂末端连杆与执行器之间的空间位姿变换关系,并对机械臂运动进行轨迹规划;设计并定义仿真系统各模块间的数据接口,最终基于虚拟现实平台EON开发出采摘机器人虚拟仿真系统。基于该系统进行18次葡萄防碰损采摘路径规划及夹剪行为试验,成功率达88.89%;将相关算法移植到物理样机进行43次室内试验,成功率为86.05%。结果表明,开发的仿真系统可为采摘机器人智能行为算法的测试及改进提供虚拟试验平台。     

基于VUE的智能采摘机器人前端开发框架研究

以智能采摘自动识别定位方式为研究对象,对葡萄自动采摘前端的图像采集和分析处理过程进行分析,利用VUE自底向上逐层构建的方式,设计一种能够对目标进行自动识别定位的智能采摘机器人识别定位算法。采用高清相机对采摘目标图像进行采集,将原始图像进行二值化处理,获取图像灰度等级,并采用葡萄图像分割的方式获取葡萄采摘点,最后通过最小角度拟合的方式确定葡萄果梗采摘点。试验结果表明:智能采摘机器人前端识别定位方法平均运行成功率高于90%,平均运行时间0.65s,能够快速准确地进行采摘对象识别定位,可为智能采摘机器人技术的推广提供理论基础。     

高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验

为提高我国蓝莓果实采摘效率,设计了一种高丛蓝莓采摘机。分析了采摘机设计要求与工作原理,估算了蓝莓树枝采摘频率和采摘惯性力。按照确定的设计要求,采用给定行程速比法设计了铰链四杆机构,运用图解法设计了双摇杆机构,并加工制造了采摘系统。为评价采摘系统果实采摘质量和机采与人采效率比,进行了蓝莓采摘试验。试验结果表明,机器采摘效率为829 g/min,是人工采摘效率的12.67倍;采摘果实破损率为8.3%,采净率为96.9%,未成熟果实脱落率为9.7%,该采摘机采摘蓝莓果实的质量和效率较高。     

基于机器视觉的机器人智能采摘实验平台开发

针对如何实现快速、高效的采摘,提出机器人智能采摘实验平台系统,该采摘机器人依靠视觉反馈控制来识别采摘物的位置。研究机器人手臂的运动控制,构建机器人的运动学模型。分析机械手的视觉伺服控制问题,直接将图像位置误差矢量映射到所需的末端执行器速度矢量。对机器人智能采摘进行试验分析,试验任务进行171次,准确率94.67%。试验结果验证该视觉伺服控制方法在实际场景中对采摘物识别效率,提高视觉伺服系统的鲁棒性和有效性。     

基于DTN算法的采摘机器人控制系统可行性研究

为进一步提高我国采摘机器人的智能采摘水平,以优化系统数据采集与传送效能参数、确保控制系统运行稳定性为目标,针对采摘机器人的控制系统进行设计研究.利用DTN算法体系与DTN网络层级数据处理算法,实现网络信息拥堵控制,建立DTN算法模型,设计采摘机器人控制系统整体架构并展开控制试验.试验结果表明:该采摘机器人控制系统应用D...     

猕猴桃采摘机器人末端执行器设计与试验

进行了棚架式栽培模式自然生长条件下簇生猕猴桃无损采摘机器人末端执行器的研究。基于果实与果柄的分离特性,提出面向机器人的果实采摘方法和简化几何模型,进行了果实与果柄分离试验的可行性验证;基于果实采摘方法设计了从底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取、向上运动分离果实的末端执行器,并试制样机,进行了现场评价试验。结果表明,采摘模型能够实现果实与果柄的分离,末端执行器解决了毗邻果实分离问题,能够实现单个果实稳定抓取、无损采摘和采后抓持,成功率达到96.0%,平均单果耗时22 s。     

基于Softmax的采摘机器人目标识别技术研究

首先,介绍了目标水果的形态、采摘机器人识别技术与试验平台;然后,设计了双目视觉系统,并基于Softmax分类模型设计了苹果的目标识别算法,实现了一套基于Softmax的采摘机器人目标识别模型。试验结果表明：采摘机器人对无遮挡的苹果目标识别率为94%,对部分遮挡的苹果目标正确识别率为88.7%,稳定性较好,精度较高。     

番茄采摘机器人系统设计与试验

为了提高鲜食番茄采收的自动化水平,减轻人工采摘劳动强度,设计了一种番茄智能采摘机器人。该采摘机器人包括视觉定位单元、采摘手爪、控制系统及承载平台,并基于各部件工作原理制定了采摘机器人的工作流程。基于HIS色彩模型进行图像分割,提高了果实识别的准确度;通过气囊夹持方式确保果实采摘过程中对果实的柔性夹持。试验结果表明:视觉定位、采摘手爪等模块运转良好,采摘单果番茄耗时约24s,成功率可达8 3.9%以上。     

基于足球比赛命中率远程采摘机器人监控设计

为更深层次对我国采摘机器人的结构与控制进行改进优化,结合足球比赛的命中率机理,对采摘机器人的远程监控系统进行了设计。明确足球命中机理的核心控制概念,将足球比赛命中率与远程采摘机器人监控有效融合,建立采摘监控理论模型,并进行基于足球命中率的远程采摘监控试验。试验结果表明:选择步进电机转速范围为250～300r/min内,采摘作业的采摘损伤率由设计前的0.53%降至0.26%,降低约50%以上;采摘的综合效率由97.14%提升至98.83%,整体设计合理可行,可为其他类似监控系统优化提供一定的思路与参考。     

一种智能采摘机器人的电控系统设计研究

为进一步提升我国农业采摘的作业效率及实现采摘装备的深度智能化,针对通用型采摘机器人的电控系统展开研究。以采摘机器人的作业原理及核心部件组成为设计基础,搭建电控系统输入参数与机构组件执行之间的数学模型,进行电控系统的软件功能优化与硬件配置实现。同时,展开基于电控系统设计优化的采摘机器人整机作业试验,结果表明：采摘机器人的系统动作响应迅速,系统响应率与采摘成功率分别可达98.53%及96.40%,结构协调度良好,实现了综合采摘效率相对提升5.69%的设计目标,且各采摘机构及装置运行稳定,具有较强的实践与推广价值。     

手持式名优茶嫩梢采摘机械手设计与试验优化

针对名优茶机械化采摘难的问题,根据茶叶采摘农艺要求和手工采摘动作的分析,设计了一种手持式名优茶嫩梢采摘机械手,模拟人手指夹住茶叶并通过提拉进行采摘。通过采摘机械手的运动分析,得到了影响采摘效率的因素磁钢距离、主动手指角速度和主动手指转角的参数变动范围。采用Box-Behnken响应面分析方法,研究影响因素对采摘成功率的交互影响,以采摘成功率为响应值建立二次回归模型,各因素对采摘成功率的影响显著性主次排序为：主动手指角速度、磁钢距离、主动手指转角;运用Design-Expert 11.0软件的优化模块,以采摘成功率为优化目标对各因素进行优化,得到优化参数为：磁钢距离40.04 mm、主动手指转角153.0°、主动手指角速度3.38 rad/s。以优化后的参数进行采摘试验,结果表明采摘成功率为74.3%,3次采摘平均速度为25.2个/min,试验值与预测值的相对误差小于5%,优化模型结果可靠。     

智能芒果高空采摘车的有限元仿真设计与试验

针对芒果果形的特点及广西等地芒果高空采摘强度大、效率低的问题,设计出一种智能芒果高空采摘车。主要分析了采摘车的机械结构,采用人工辅助定位的方法,借助电动机实现采摘车的提升旋转与夹持动作,不需要人力驱动,果农使用更加省力。同时,着重介绍其关键部件的力学性能,通过有限元分析软件Ansys Workbench对其关键部件进行有限元分析,观察其生成的应力及应变云图,并通过Ansys计算其最大和最小安全系数,来验证智能芒果高空采摘车的关键部件满足刚度和强度要求。制作出物理样机,进行实地试验,结果表明:智能芒果高空采摘车具有优良的工作性能和稳定性,能够解决果农在芒果采摘旺季对芒果采摘机械的需求。     

基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统优化

为进一步提高我国采摘机器人的综合采摘效率，减轻人工作业劳动强度，针对当前采摘机器人的执行系统进行优化研究。以采摘机器人作业控制原理为切入点，选取模糊控制算法为优化核心，在合理分配权重的基础上，根据采摘作业特点搭建采摘执行系统的模糊控制算法模型，通过硬件配置与软件设计形成可执行的模糊控制体系，并进行优化试验。结果表明：基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统较一般控制算法而言，轨迹跟踪精确度与平均避障准确率均可保持在96%以上，整机采摘成功率与综合效率分别相对提高了9.25%与8.94%;系统运行稳定且性能优越不仅可实现高效率的智能采摘，而且可为类似采摘或收获机械装备优化提供参考。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

基于HER-TD3算法的青皮核桃采摘机械臂路径规划

针对青皮核桃和树枝等障碍物无序生长导致机械臂采摘环境复杂、训练任务量大、稳定性差等普遍存在的问题,本文设计了一种同步带模组与机械臂协作的采摘装置,并采用基于事后经验回放的双延迟深度确定性策略梯度算法（Twin delayed deep deterministic policy gradient with hindsight experience replay,HER-TD3）对采摘机械臂进行路径规划,通过HER算法提高智能体的探索能力,缓解稀疏奖励的问题;通过TD3算法提高智能体的稳定性,减少了训练中出现的震荡现象。为了证明HER-TD3算法的可行性和泛化能力,引入TD3、HER-DDPG算法进行对比,采用降维训练方法对3种深度强化学习智能体进行训练,结果表明HER-TD3算法模型在完成路径规划任务中成功率达到98%,与HER-DDPG算法相比提高4个百分点,与TD3算法相比提高19个百分点;在CoppeliaSim软件中搭建三维模型仿真环境,设计初始姿态和碰撞检测,使用YOLO v4识别青皮核桃,通过该算法模型能够引导虚拟采摘机械臂避开树枝障碍物达到目标位置,完成无碰撞路径规划,无障碍物和有障碍物时路径规划成功率分别为91%和86%;利用物理样机进行青皮核桃采摘试验时,仍能较好地完成路径规划任务,无障碍物时采摘路径规划成功率为86.7%,平均运动时间为12.8s,有障碍物时采摘路径规划成功率为80.0%,平均运动时间为13.6s,验证了HER-TD3算法对复杂环境具有较好的适应性和稳定性。     

基于3D打印技术的采摘装置结构优化设计

通过对果实采摘过程进行分析,设计了一种结构简单、能够对采摘对象外形进行自适应的柔性采摘装置。采用D-H坐标变换的方式建立采摘装置运动学模型,基于3D打印技术进行三维结构设计制造,并对采摘装置进行性能安全测试试验。结果表明：所设计的自适应柔性采摘装置能够在保证采摘对象无损伤的条件下自适应采摘对象外形,并完成抓取动作。研究结果可为柔性机械采摘装置的设计制造提供参考。     

云南山地核桃振动采摘机的设计与试验研究

为了解决云南省山地核桃收获机械化作业率低、人工劳动强度大、采摘成本高的问题,通过对云南山地核桃物理特性进行分析,设计了一种新型山地核桃振动采摘机。通过理论分析设计了核桃采摘机的关键部件,建立了三维模型,并运用ADAMS对采摘机构进行仿真。运用ANSYS Workbench对核桃收获过程进行模拟分析,结合正交试验确定了采摘机的最优工作参数,为采摘机设计提供了理论基础,并以此为设计参数进行样机试制,进行了田间试验。仿真结果表明：核桃采摘机在汽油机转速为2500r/min(即振动频率为20Hz)时,树体伤害最小。根据正交试验可知：汽油机转速为2480r/min、夹持位置为1038mm、连杆长度为55mm时,性能最优。田间试验表明：仿真试验结果正确,核桃采摘机采摘率为85.58%,满足核桃采摘需求,且对核桃树枝几乎没有损伤。     

水平摘锭式采棉机采摘机构运动特性研究与试验

为探究速比系数对采棉机采摘特性的影响,本文建立采摘头采摘机构的运动模型,得出摘锭末端点运动轨迹方程,并结合新疆机采棉种植模式分析了摘锭运动轨迹对棉花采摘质量的影响。利用SolidWorks软件建立采摘机构三维模型,导入Adams软件对采摘机构进行运动学仿真分析,仿真结果为:当速比系数1.15<λ<1.3时,采摘机构形成的运动轨迹较好,有利于采棉机采摘。使用棉花采摘性能试验台进行采摘试验验证,试验结果表明,当速比系数1.15<λ<1.3时,棉花采净率均大于93%,撞落棉损失率均小于2.5%,采摘质量均满足棉花收获技术要求,试验结果验证理论分析和运动仿真的正确性,可为采棉机速度匹配和采摘机理提供理论依据。