面向机器人柑橘采摘的控制系统设计与试验

面向柑橘采摘,构建以上位机、RealSense Camera R200深度相机、VS-6556垂直多关节工业用机械臂、三指柔性手爪等组成的采摘机器人硬件平台。以Windows10为开发环境,采用librealsense相机软件开发工具包、OpenCV计算机视觉库、TensorFlow-GPU和Keras深度学习框架、ORIN2机械臂控制软件开发工具包、Arduino IDE函数库以及SerialPort串口通信软件开发工具包等,研究基于深度相机、机械臂二次开发的采摘控制系统设计,包括视觉识别定位、手爪动作控制、机械臂运动控制以及采摘控制等模块的程序设计。采摘控制系统柑橘定位试验和柑橘采摘试验的测试结果显示,在实验室环境下面对随机布置的柑橘,视觉识别定位模块的平均定位精度误差为1.22 cm,采摘过程中柑橘识别成功率达到100%,平均识别时间约为47 ms,机器人柑橘采摘成功率达到80%,平均采摘时间约为15.2 s,验证了采摘机器人平台控制系统程序的可行性,表明所开发的采摘控制系统能够正确、高效地完成整个柑橘采摘作业流程。     

番茄采摘机器人夜间照明系统设计与试验

基于试验设计方法实现了番茄采摘机器人夜间照明系统设计。提出了一种基于前景与背景类间方差和类内方差比值F的图像可分割性评价指标作为确定最佳试验方案即最佳照明系统的评价指标;考虑了光源种类、光源布局及图像采集距离3个试验因子;采用正交试验表L_(18)(6×3~6)安排试验。试验结果表明:光源种类和光源布局是影响番茄采摘机器人夜间照明系统的显著因子,图像采集距离为不显著因子;光源种类因子各水平中,荧光灯照射时图像的F最大,为2.159;光源布局因子各水平中,对角布局时图像的F最大,为2.234。因此,所设计的番茄采摘机器人夜间照明系统的最佳组合为:荧光灯、对角布局。将试验结果与基于归一化R-G色差的OTSU自动阈值图像分割算法的分割效果进行了对比,对比结果验证了基于该图像可分割性评价指标F的夜间照明系统设计方法的有效性。     

设施番茄采摘机器人设计与研究

针对设施番茄采摘存在用工难、用工贵、劳动强度大等问题,文章设计了一种温室番茄采摘机器人。该番茄采摘机器人主要由视觉系统、末端执行器、机械臂、底盘和辅助照明机构等组成,并基于各设计结构完成温室番茄采摘的工作流程设计。该采摘机器人通过ZED 2i双目立体相机对番茄果实进行识别与定位后,机械臂引导末端执行器完成番茄果实的采摘。试验结果表明,视觉系统与各模块之间运行良好,单果采摘耗时约为18 s,采摘成功率达88%。     

日光温室番茄采摘机器人设计与试验

针对目前日光温室中番茄采摘主要靠人工且费时费力的问题,设计并制作了一种可以应用于日光温室的番茄采摘机器人.该机器人能够在大棚垄道间巡检并自动识别成熟番茄,完成采摘、收集.本设计以STM32微控制器为主控制器,使用麦克纳姆轮全向移动平台作为机器人的移动底盘,采用由Raspberry Pi 4B控制器驱动的深度相机作为成熟...     

番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验

为实现番茄采摘机器人作业时将目标果实从果束中分离,设计了以微型静音空气压缩机和集成式真空发生器为主体的真空吸盘装置,并依据供气压力-负压关系、吸盘拉脱力和真空吸着响应时间测定结果,确定了其控制策略.试验表明,真空吸盘装置平均单次作业的时间和空气消耗量分别为1.5 S和0.6 L,拉动果实实现35 mm水平位移的成功率达92%,空气压缩机功率可以满足采摘效率360个/h的需要.     

番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验

为实现番茄采摘机器人作业时将目标果实从果束中分离,设计了以微型静音空气压缩机和集成式真空发生器为主体的真空吸盘装置,并依据供气压力-负压关系、吸盘拉脱力和真空吸着响应时间测定结果,确定了其控制策略。试验表明,真空吸盘装置平均单次作业的时间和空气消耗量分别为1.5s和0.6L,拉动果实实现35mm水平位移的成功率达92%,空气压缩机功率可以满足采摘效率360个/h的需要     

采摘机器人视觉伺服控制系统设计

分析了采摘机器人目标位置与机器人关节角度之间的运动学关系,给出了两者之间的坐标变换公式.根据伺服控制特点,在机器人伺服控制中引入模糊PID控制方法,利用模糊控制策略在线自适应整定PID参数,提高了控制系统的动、静态性能.仿真和实验结果验证了设计的合理性和有效性.     

田间果蔬采摘机器人视觉传感器设计与试验

针对田间果蔬采摘机器视觉识别与定位的需求,设计嵌入式采摘视觉传感器,内嵌130万像素CMOS图像传感器和开放性MCU,配置亮度处理模块和室外光自适应控制专家库,解决室外光变化影响视觉检测的难题.用主从传感器构造双目视觉系统,配置图像分割和测距算法,进行采摘目标的识别与定位.经试验和测试,在采摘臂长范围内,对成熟西红柿的识别有效率为96%,位置误差±12 mm.     

智能移动式水果采摘机器人设计——基于机器视觉技术

自动化和计算机智能控制行业的不断发展,使得智能机器人在各个领域的应用已经十分普遍。目前,我国绝大部分水果采摘工作依然靠人工完成,随着工人工资不断攀升,人工采摘水果增加了果农的经济成本,机器人在农业领域方面的需求越来越迫切。为此,基于机器视觉技术设计了智能移动式水果采摘机器人,集可移动载体、机械手臂、夹持器、横向移动机构及智能控制模块于一身,采用双目立体视觉技术,实现了水果采摘机器人移动行走路径的规划、果实成熟度自动判断及对成熟果实定位识别的功能。试验表明:所设计的采摘机器人采用视觉技术,机械结构简易,能够克服气候环境影响因素,运行过程中性能稳定、效率高、可靠性高、适应能力强。     

草莓收获机器人采摘执行机构设计与试验

设计了一套针对地垄栽培模式下草莓的无损伤自动采摘执行机构.该执行机构可在一定范围内对成熟草莓进行自主识别和精确定位,并以夹持、剪切果柄的方式摘取果实,从而实现草莓的无损伤采摘;所采用的控制方法对视觉传感器精度和机构重复定位精度依赖性较小,利于在进一步推广中控制成本.试验结果表明,该执行机构在实验室环境下对草莓的无损伤采摘成功率可达90％.     

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。     

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。     

基于冗余控制策略的采摘机器人设计

针对采摘控制系统精度较低、采摘效率不高的问题,基于冗余控制策略设计了采摘机器人,主要由传感器模块、远程控制模块、控制器模块、执行器模块和中央控制器组成。从冗余度机器人自运动的角度、构造性能指标和自运动变量,对机器人的运动功能变量进行优化和控制,提高对机器人的关节控制。对采摘机器人进行试验,结果表明:机器人可以完成对果蔬的采摘,且保证果蔬表皮的完整性。     

基于DSP和μC/OS-Ⅱ的采摘机器人视觉系统设计

近年来,国内机器视觉发展速度较快,应用广泛。由于视觉系统需要处理视频图像信息,计算量较大,因此当前该系统多采用计算机系统进行搭建。为此,提出将嵌入式与视觉系统结合应用的思想,并利用视觉系统和嵌入式智能系统易于信息集成的特点,设计了一种基于DSP和uC/OS-Ⅱ的视觉系统。该方案主要包括硬件软件及操作系统的设计,大大提高了生产的效率和自动化程度,对实现视觉系统在采摘机器人中的应用具有重要意义。     

果实采摘机器人设计与导航系统性能分析

设计了一种果实自动采摘机器人,主要包括自动导航系统、采摘系统、运动系统、控制系统及动力系统。自动导航系统主要包括激光雷达导航和GNSS定位导航,可用于建立地图和规划工作路径;采摘系统通过双目立体视觉相机进行果实识别,再通过由六自由度机械臂和两指末端执行器(机械手)组成的执行机构抓紧果梗并剪断,完成果实采摘。试验结果表明,设计开发的机器人可以通过激光雷达导航完成室内工作,剪断并抓取果梗的两指末端执行器可适用于多种果实,上位机软件可以完成图像采集、机械臂控制和机器人工作路线图建立等操作。激光雷达导航试验结果表明,在1m/s的行驶速度下,导航绝对误差小于3.5cm,可满足温室果实采摘的需求。     

基于云平台和计算机控制系统的采摘机器人仿真设计

为了提升采摘机器人定位系统的效率及定位准确性,将云平台技术和计算机控制系统引入到了定位系统的设计上,在进行果实定位时,通过云平台和计算机技术对图像进行实时滤波,并对曝光图像进行融合,以提高图像的质量,进而提高图像特征提取和定位的准确性.模拟采摘机器人的作业环境,以机器人定位系统的定位效率和定位误差作为研究对象,对基于云...     

草莓收获机器人末端执行器的设计

我国草莓种植面积广大,人工收获作业繁重,草莓的自动化收获问题亟待解决.为此,结合相关领域的研究现状,设计了一款草莓收获机器人的末端执行器.该末端执行器集成了目标识别定位、自身姿势调整和果柄夹持剪切等3个功能,具有体积小巧、成本低廉、使用安全和便携等特点,并且所有传感器和执行部件均采用低压直流供电.经样机实验证明,该末端执行器能够较好地完成预定任务.     

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。     

番茄收获机器人视觉系统标定的研究

番茄收获机器人在番茄收获中是靠其视觉系统来获得目标位置信息的,而在定位过程中,首先遇到的就是摄像机的标定问题。为此,主要研究了番茄收获机器人双目视觉系统的标定,标定出了番茄收获机器人双目视觉系统的内部参数和外部参数,为番茄收获机器人双目定位系统提供了系统参数。