菠萝采摘机械研究进展

菠萝是我国特色热带水果品种之一,菠萝采摘是菠萝生产的重要环节,目前主要为人工采摘,生产效率低、劳动强度大、果实损伤严重,菠萝机械化采摘已成为菠萝采收处理机械化的发展瓶颈.通过介绍菠萝采摘机械关键技术,分析了菠萝采摘机械研究进展,并总结提出了我国菠萝采摘机械发展中存在的问题及对策,为菠萝采收处理机械化发展提供了参考.     

苹果采摘机器人的结构设计与分析

为适应复杂的果园采摘环境,本文设计了一款苹果采摘机器人,结构由麦克纳姆轮承重行走机构、Stewart六自由度并联平台、采摘机械臂、视觉传感器、末端执行器等组成。首先,对六自由度运动平台进行隐式动力学分析与仿真,验证了模型的正确性;其次,对主要部件六自由度平台和末端执行器进行结构及强度校核。结果分析表明,模型稳定,机械结构设计合理。     

基于TRIZ理论苹果采摘机器人的设计与分析

针对现阶段人工采摘苹果效率低、劳动强度大、采摘设备功能单一的问题,以TRIZ理论为基础,通过发明原理的启发,对苹果采摘机器人的末端执行器、运输装置、收集箱和其他结构进行了创新设计,设计出一款集采摘、收集、分拣功能于一体的机器人。建立采摘机械臂的D-H模型,运用Matlab对机器人的工作空间进行了分析;通过Adams对机器人采摘过程进行运动仿真,并制作1∶3实验样机,对各部分功能可行性进行了验证。结果表明,该机器人的各部分功能完善、设计合理、运行可靠、满足使用需求,为后续机器人的进一步研制和改进提供了理论支撑。     

机器视觉在采摘机器人识别与定位中的应用

针对采摘机器人的运行环境复杂,采摘效率无法满足实际生产需求。这里在采摘机器人体系结构的基础上,提出了一种基于机器视觉的夜间识别与定位方法。使用基于粒子群优化的独立成分分析方法来降低夜苹果图像中的噪声,然后使用PCNN分割方法对图像进行分割并通过边缘检测等提取目标轮廓,最后通过改进的三点定圆法对目标果实进行定位。通过仿真验证了该方法的可行性。结果表明,该方法在夜间遮挡小于50%时识别率为94.3%,遮挡大于50%时识别率为89.05%,可以有效提高识别和定位的准确性。为机器人识别和定位技术的发展提供了一定的参考。     

果园采摘机械的现状及发展趋势

我国是世界第一大水果生产国,也是世界第一大水果消费国。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%～50%,目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂,     

六自由度采摘机械臂采摘姿态规划研究

为了解决采摘机器人末端执行器无法根据果实位置自动调整采摘姿态的问题,提出了一种第五关节分离的姿态规划方法。根据机械臂的结构形式,在机械臂的第五关节进行分离后形成机械臂本体和末端执行器部分,在自定义的采摘平面内将末端执行器移动到果实处形成果实采摘圆,根据末端执行器部分第五关节边界曲线与果实采摘圆交点个数对末端执行器的采摘方式进行了分类,结合各种采摘方式的特点求解了末端执行器合适的采摘姿态。以MATLAB GUI为仿真平台,对采摘姿态进行了仿真,并在实验室内进行了采摘实验,结果表明:该方法能够为机械臂规划出合适可行的采摘姿态,为机械臂采摘提供了理论基础。     

复合连杆式菠萝采摘装置设计及传动分析

为解决人工采摘菠萝劳动强度大、采摘困难、效率低的问题,设计了一种基于曲柄滑块、偏置直动滑杆与多连杆传动式机构的菠萝采摘装置.运用Adams对机构运动进行仿真分析,优化了装置各部件的参数.实物样机经过实际测试,结果表明,装置适用于茎径为3～6 cm的菠萝采摘.试验统计数据表明,该装置单次采摘用时比人工采摘平均减少1.2 ...     

苹果采摘机器人末端设计及运动仿真

苹果在我国农业生产中占有重要地位,不仅是最主要的经济果树之一,而且在产量、种植面积及出口量上均居世界第一。产量大、范围广、种植地形复杂、分布零散等因素造成了苹果采摘困难、不及时、损失大等一系列问题。为了实现苹果的时效化、无损化采摘,设计一种负压式五自由度采摘机器人,基于标准型D-H参数建模方法对机器人的正、逆运动学进行求解,并利用ADAMS软件并建立机械臂的虚拟样机,通过运动学与动力学仿真分析,最终获得末端吸口的运动位移、速度、加速度及各关节角速度、驱动力矩的变化曲线。通过分析变化曲线,验证了机器人满足工作要求,结构设计合理,运动过程平稳无振荡,同时也为后续的控制系统研究奠定了基础。     

一种基于机器视觉的苹果采摘机器人

为了实现苹果采摘任务,设计了一种由4个自由度的机械手、双目立体视觉系统和气动比例控制系统组成的苹果采摘机器人.提出了基于苹果形心特征立体匹配的图像识别算法,利用三角测距原理获取苹果形心的三维坐标.利用D-H方法对机器人进行了运动学分析,得到了机器人的正解、逆解及工作空间.在此基础上,利用Visual Studio编写控制程序并制作机器人样机进行了实验.实验结果表明,立体视觉系统在工作距离小于1 000mm时,定位误差约为1％,可满足苹果采摘机器人在大多数采摘作业环境下的工作要求.     

名优茶采摘机器人的系统设计与试验

针对名优茶采摘劳动力短缺的现状,设计了一种适用于自然环境下作业的名优茶采摘机器人。系统由采摘机械手、3P-Delta机械臂、视觉系统和主控系统构成。机器人通过深度相机获取茶蓬图像,利用深度学习和骨架法计算采摘点。从名优茶的生长特征出发,建立了机械臂采摘轨迹模型,采用Bézier曲线对茶叶采摘路径进行优化,降低了机械臂在快速运动过程中的加速度突变,提高了采摘运动的平滑性。利用虚功原理建立机械臂动力学模型,基于滑模控制设计了机械臂采摘控制策略,优化了控制算法中的指数趋近律,有效地抑制了滑模面在快速趋近时的抖振现象。实地测试结果表明,采摘机器人能够实现名优茶的采摘,采摘率和完整率分别为75.53%和54.68%,平均采摘速度为0.451颗/s。     

基于机械臂的颈椎前路手术机器人系统

为解决医师手工开展颈椎前路手术的临床痛点,基于机械臂设计了颈椎前路手术机器人系统.在设计中,完成了颈椎术中定位匹配系统,推导了磨钻工具与机械臂、光学导航的标定,并应用了基于六维力传感器的机械臂柔顺控制技术.通过对颈椎全段模型骨进行磨钻试验,确认颈椎前路手术机器人系统的手术精度达到要求,可应用于临床手术,具有良好的市场前...     

基于多自由度检测末端的室内无轨式电力巡检机器人研究

电力系统中用于各种设备巡检的巡检机器人正在变得高度自动化和智能化,且对机器人的功能也不断增加.针对配电站室内电力设备的末端检测,要求可以在管线密集的空间内进行活动,巡检机器人具有灵活的无轨式移动和多自由度机械臂操作.采用模糊逻辑的PID控制技术搭建了对自由臂关节电机的控制模型,优化了直流无刷电机在复杂多变运行环境下的动...     

基于视觉的采摘机器人目标识别与定位方法研究综述

目标识别和定位的精度直接关系到采摘机器人采摘效率、质量和速度。本文对近年来采摘机器人的目标识别和三维定位的研究工作进行了系统性的总结和分析,综述了果蔬识别和定位的几种主要方法:目标识别:数字图像处理技术、基于机器学习的图像分割与分类器和基于深度学习的算法;三维定位:基于单目彩色相机、基于立体视觉匹配、基于深度相机、基于激光测距仪和基于光基3D相机飞行时间的三维定位。分析了影响果蔬识别和定位精度的主要因素:光照变化、复杂的自然环境、遮挡以及动态环境干扰下成像不精确。最后对采摘机器人目标识别与定位的未来发展作了几点展望。     

基于多轴机械臂的髋臼旋转截骨手术机器人

为解决医生临床手工开展髋臼旋转截骨术的难点,基于多轴机械臂设计了一种髋臼旋转截骨手术机器人.在设计中,推导了球形摆锯非实体旋转中心点与机械臂、光学导航三者的手眼标定矩阵方程.应用所设计的髋臼旋转截骨手术机器人对六组髋臼模型进行旋转截骨试验,统计所切割髋臼半径精度、光滑度、圆球率,确认髋臼旋转截骨手术机器人可以用于临床手...     

基于欠驱动原理的脐橙采摘末端执行器的设计与试验

果蔬采摘机器人的末端执行器是采摘机器人的重要组成部分,直接影响采摘的成功率与采摘效率。通过分析脐橙特性,基于欠驱动原理设计了一种夹剪一体的脐橙采摘末端执行器。其整体机构由一个两层3指机械爪手构成,两层手指中的一层为剪切机构载体,另一层则为对果实抓取固定的夹持手指;剪切机构由摇杆滑块机构组成。构建剪切机构与机械手的力学模型,根据需求对相关零部件进行了设计与选型;判断了防止机械手剪切机构发生干涉的运动误差范围,并对关键受力部位进行了有限元分析。结果表明,因关键受力点变形导致的运动误差在安全误差范围内,验证了结构的合理性。通过Adams软件对其进行运动学仿真,进一步证明了该末端执行器的可行性。最后,通过末端执行器实物样机进行脐橙采摘剪切试验,机构整体采摘成功率为95%,采摘周期为4.3 s。     

基于装备机械臂的移动焊接机器人设计与仿真模型构建

为实现移动焊接机器人的通用化设计,使其满足多种焊接场景,该研究在履带式八轴移动机器人的基础上,增加两个摆臂伸缩控制轴,实现机器人的十轴控制.同时设计了机器人视觉、本体知觉系统提升机器人的控制精度.经过现场实测,与高级焊接技术工人组成人工焊接队伍相比,该机器人将焊接工时数压缩到4.10％,焊缝瑕疵率下降96.69％,焊点...     

基于改进灰狼算法的油茶果采摘机械臂轨迹规划

为了实现油茶果的自动化采摘作业,以所设计的推摇式油茶果采摘机械臂为研究对象,首先对机械臂进行了正、逆运动学以及作业空间分析,接着在关节空间采用五次多项式插值法进行轨迹拟合规划,再在分析狼群协作捕猎的模式的基础上,设计了适合油茶果采摘机械臂自动化作业轨迹规划所需要的改进灰狼算法(IGWO)。在MATLAB环境下以工作时间为目标函数建立优化模型对所设计的改进灰狼算法轨迹优化仿真实验,并与传统灰狼算法和遗传算法进行对比分析,结果显示改进灰狼算法相比传统灰狼算法(GWO)和标准遗传算法(SGA)能够更好地适用于油茶果采摘机械臂的时间最优轨迹规划。     

喷涂机器人机械臂运动轨迹优化

喷涂机器人机械臂是工业自动化的重要部分,需对其的运动轨迹进行优化。为了使机械臂更好地融入到自动化生产中,首先建立了机械臂的三维模型。基于Bezier建立了机械臂运动轨迹的曲线模型,并求解出了曲线表达式;同时使用三角Bezier得到机械臂运动轨迹的曲线模型,并将求解结果与Bezier曲线计算结果相比较,得到两种优化方法的差异性。研究表明：采用三角Bezier曲线进行机械臂的运动轨迹规划,可以使关节的角加速度和角加加速度都连续,有效地防止它在工作过程中发生振动和冲击。     

基于机器视觉的百香果采摘分级机器人平台的设计

针对人工采摘百香果存在的效率低、劳动强度大、安全隐患多等问题,设计了一种百香果采摘机器人平台。机器视觉模块完成百香果的图像数据采集以便进行识别和定位,将采集的信息发送给控制模块,发送控制指令到驱动模块,通过传动模块将动力传输给采摘执行机械手模块进行百香果的采摘工作。通过对平台整体进行有限元模态分析,仿真结果表明所设计的百香果采摘机器人结构满足设计要求。     

基于机器视觉的六自由度机械臂分拣系统设计

传统的依靠人工进行流水线分拣的工作存在诸多弊端,因此为了解决这个问题,提出了一种基于机器视觉的六自由度机械臂快速分拣系统,该系统选取工业相机作为图像采集设备,上位机在LabVIEW中进行模式匹配来进行颜色识别,然后进行机械臂运动学逆解,从而得到每个关节应旋转的角度,然后利用Arduino与LabVIEW进行串口通讯,进而进行机械臂的运动控制。经实验测试分析,验证了此分拣系统的快速性与准确性,在实际生产中具有较高的理论指导和实际价值。