跟踪算法下的果树修剪机器人路径规划设计

以果树修剪机器人为研究对象,基于轨迹跟踪算法对修剪机器人进行作业路径规划,并分别与传统的往复式路径规划算法和跟踪算法进行仿真对比实验分析。分析结果表明:与传统往复式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程中漏剪率降低3%,重复率降低2.5%;与传统跟踪式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程转角范围增大36°,横向轨迹误差降低600mm。

改进灰狼优化算法的草坪修剪机器人路径规划

为解决传统灰狼算法(GWO)用于全覆盖路径规划草坪修剪作业时易陷入局部最优、收敛速度慢、迭代次数高、除草效率低等问题,提出了启发式混沌算子灰狼优化算法(CGWO)。通过对GWO算法融入启发式思想与Tent混沌映射后,加入自适应的参数调节策略,调节加速因子及不同控制参数以增加搜索过程中的随机性,帮助算法跳出局部最优解,获得更好的全局搜索能力。仿真分析发现:改进后的灰狼优化算法即CGWO算法比GWO、PSO(粒子群算法)算法的路径成本、迭代次数、耗时更优,且路径更平滑。在3种草坪环境下,进行实车试验。结果表明:CGWO算法提高了全覆盖效率和除草效率,试验结果优于GWO和PSO算法。

休眠期果树修剪机器人视觉感知系统研究现状

视觉感知系统是休眠期果树修剪机器人重要组成部分,决定了修剪机器人完成剪枝作业的质量。为明确修剪机器人视觉感知系统所面临的挑战及未来发展方向,对休眠期果树修剪机器人系统组成进行了描述,论述了果树枝干信息采集方法、枝干识别方法等。分析目前修剪机器人视觉感知系统存在问题,并指出果树修剪机器人研究的重点方向,为未来修剪机器人的应用提供参考。

车载树枝修剪机器人智能协同控制方法研究

传统的树枝修剪机器人协同控制方法由于缺乏对观测控制参数和状态控制参数的计算,导致控制误差较大。因此,提出一种基于多模态信息特征数的车载树枝修剪机器人智能协同控制方法。该方法利用多模态信息特征数算法来提取运动特征,并建立机器人的运动学模型。同时,结合协同控制目标,设计相应的协同控制器,并计算观测参数和状态参数。通过寻找搜索成本最低的可达节点构建跟踪路径,从而实现对机器人的协同控制。实验结果表明,应用该方法于车载树枝修剪机器人的智能协同控制能够降低控制误差并取得更好的控制效果。

智能草坪修剪机器人路径规划研究——基于模糊改进人工势场算法

针对人工势场算法应用于智能草坪修剪机器人路径规划的问题,引入了模糊控制算法,建立了斥力势场的等级,可调节机器人及时有效地避开障碍物,实现路径规划功能。MatLab仿真实验表明:模糊改进人工势场算法可以实时、有效地控制智能草坪修剪机器人及时避开障碍物,准确从起点开始修剪草坪作业,并作业至目标终点,规划的路径也比较平滑,证实了算法的有效性和可行性。

一种五自由度修剪机器人结构设计与分析

为满足多样化景观绿篱修剪造型对修剪机器人工作空间、结构刚度和强度的需求,设计一种用于园林绿植的五自由度修剪机器人结构。首先采用D-H法对机器人进行建模与运动学分析,利用蒙特卡洛法得到机器人的工作空间;然后以球形绿篱为修剪目标,基于机器人有效空间体积比和速度全域性能指标,确定机器人臂架结构主要杆件的尺寸;最后对臂架结构进行有限元静力学和振动模态仿真分析。仿真结果表明:当大臂尺寸为800 mm,小臂尺寸为900 mm,腕臂尺寸为350 mm时,该机器人垂直修剪作业范围为0~2000 mm,水平修剪作业范围为-1300~1300 mm,工作空间可满足园林绿篱的修剪需求;臂架结构的最大等效应力为34.245 MPa,最大变形为1.8971 mm,刚度和强度均满足技术指标的要求,且其固有频率可有效避开外界频率,避免共振现象。本研究为景观绿篱修剪机器人研制提供机械结构设计方法与方案,具有一定的应用价值。

基于园林的修剪机器人结构优化研究

针对园林修剪机器人作业精度和自动化作业程度较低的问题,对修剪机器人进行了结构优化设计。园林修剪机器人的主要组成包括主控制器模块、机械臂模块、电机模块、电机驱动模块、传感器模块和供电模块。为了实现园林修剪机器人自主导航时避障和自适应转向的功能,在机器人上增加激光传感器,并对其控制性能进行分析;为了保证机器人的性能最优化,从结构出发对其进行动力学分析,确定机械臂的运动方程。为了验证园林修剪机器人的性能,对其进行转向性能测试和移动性能测试。试验结果表明:机器人能够成功识别障碍物并自适应转向,且具有良好的移动和作业性能。

基于动力学原理的修剪机器人设计与仿真

以自动修剪机器人作业过程为研究对象,通过对番茄枝条修剪过程中遇到的多重障碍干扰进行分析,设计一种6自由度自动修剪机器人,并建立修剪机器人运动学方程,求解修剪机器人逆解作为工作控制参数。最后,采用动力学原理对修剪机器人作业性能进行仿真分析。

一款高速公路中央分隔带绿篱修剪机器人的研究与设计

文章针对现行的高速公路中央分隔带绿篱修剪方式不安全、影响车辆正常行驶、修剪效率低等问题,研究与设计了一款高速公路中央分隔带绿篱修剪机器人,对中央分隔带绿篱进行了往返式修剪。通过模拟实验发现:当窄体自行走电动车车速为2 km/h,刀盘中的切割刀头行走速度为10 m/min时,绿篱修剪效果好,修剪面平整无痕。绿篱修剪机器人工作时无须配备操作人员,能自动避开障碍物,很好地满足了高速公路中央分隔带对绿篱修剪工况的要求,也保证了养护施工安全,具有较好的推广应用前景。

高效绿篱修剪机器人设备的开发研究

针对目前车载式修剪机应用还不成熟,绿篱的修剪基本采用人工方式,存在效率低、效果差和安全风险大等问题,文章结合广西高速公路中央分隔带绿篱修剪的发展需求,设计研发了一种自动化程度高、工作效率高、绿色环保的新型高效修剪机器人。通过现场试验表明,该修剪机器人具有较高的自动化水平,工作效率较高,并且修剪效果具有良好的一致性,达到预期指标。

基于Atmega168绿篱修剪机器人的设计

设计了一种基于Atmega168单片机控制系统的园林绿篱修剪机器人,以步进电机为核心的执行级控制系统,描述了修剪机器人的硬件和软件设计方法及过程。在软件设计上,采用模块化子程序的思想,详细明确地划分逻辑功能模块,提供统一控制参数,对绿篱修剪机器人机械臂上的步进电机参数进行了分析。通过实验分析表明,所设计的控制系统能达到修剪执行的要求,对不同关节位置的参数调整能够实现不同高度及位置的修剪,通过对路径的设定能够实现自动化控制修剪,具有一定的应用价值。

基于初始点Hough变换公园绿篱修剪机器人自动化导航研究

针对车载绿篱修剪机难以在公园道路自动行走的问题,在视觉系统的基础上,提出一种初始点Hough变换算法,可用于指导小型车辆在公园道路的自动化导航,从而实现公园绿篱修剪的机械化和智能化。算法主要包括五部分:目标区域的截取、HSI彩色空间的转换、S分量图的二值化及形态学处理、导航点的求取与导航线的拟合。为了减少图像的计算量和干扰,只截取拍摄图像的部分区域作为目标区域;为了减少光照不均匀的影响,将RGB图像转换为HSI图像,并提取S分量图作为研究对象;采用Otsu法二值化S分量图,并采用形态学处理填充二值图像的孔洞;针对传统的Hough变换计算量大的缺点,提出一种初始点Hough变换拟合导航路径。试验结果表明,该文提出的初始点Hough变换具有较高的精确性、实时性的优点。

城市园林自动修剪机器人动力学仿真研究

园林修剪的意义在于提升整体城市绿化与规划水平。为此,在深入理解城市园林自动修剪机器人的整体结构与工作原理的基础上,结合机构部件的运动学规律,得出修剪机器人的动力学理论模型,并根据修剪机器人各关节的工作空间,通过驱动函数与下位机程序控制,开关量输出至修剪机器人各运动执行部件开展修剪仿真作业试验。结果表明:利用机构的运动定位与补偿功能,可实现修剪机器人各关节作业定位的准确性,定位误差控制在6%左右;不同轨迹跟踪,多次目标函数优化,便于掌握各关节臂的运动角度与作业过程中的扭矩变化情况,了解自动修剪机器人实际运动轨迹及各主要执行关节扭矩与剪切力,可为相似修剪机器人的开发与改进提供一定思路。

浅谈基于5G网络下的全智能草坪修剪机器人设计

随着我国科学技术的不断发展,高新信息技术尤其是计算机网络技术的高速发展为人们的生活和工作带来了重要的影响。其中,5G网络的发展和普及是当前社会关注的热点问题。随着5G网络的覆盖范围不断扩大,人们的生活方式也逐渐受到影响,本文从具体的基于5G网络技术的全智能草坪修剪机器人的设计这一点出发,对设计过程中涉及的智能草坪修剪机器人内部的无线充电和光伏充电系统、光伏双轴追踪系统,以及在5G网络环境中适用的智能控制系统和全新升级的机械设计等工作内容和原理进行分析,以期从中窥探5G网络技术的发展为人们的生活带来的巨大便利。

智能草坪修剪机器人方案优化设计

随着城镇化建设的发展以及环保意识的加强,城市绿地面积逐步增多,给智能草坪修剪机器人带来了发展机遇。以往城市中公共绿地的修建工作主要依靠人力,政府财政负担重,从业人员不足的问题也难以解决,而智能草坪修剪机器人的出现恰能解决这一问题,因此具有广泛的市场空间。鉴于此,以实用性、经济性为出发点,探讨了智能草坪修剪机器人的方案设计,在够用的前提下,优化了本体结构和控制策略,降低了成本,在实践中具有很高的实用价值。

220kV带电线路树枝修剪机器人结构设计及实现

针对高压输电线路走廊树枝与下相导线间距离过近可能导致短路跳闸等问题,研究设计了一款带电线路树枝修剪机器人,包括沿地线行走的移动机器人平台、绝缘绳卷扬升降及回转平台和末端作业平台。首先,根据作业空间分析提出了树枝修剪机器人的构型原理,并建立了三维模型。其次,针对绝缘组合臂在保证强度和刚度条件以及实际应用条件下利用遗传算法求得了质量最小的最优解,并利用ABAQUS对其进行了有限元应力应变分析及模态分析。最后,试验样机在220kV带电线路上进行了多次树枝修剪试验,试验结果表明,该样机满足220kV带电线路树枝修剪要求,验证了设计的合理性与实用性。

基于APF的绿篱修剪机器人避障应用研究

随着人们对美好环境的需求愈来愈高,使得环境绿化愈加重要,而绿篱是环境绿化的重要方式之一。绿篱修剪仅靠人工进行效率低,绿篱修剪机器人则可以提高工作效率,提升绿篱养护质量。绿篱修剪机器人在进行修剪作业时需要进行实时避障,避障所用的算法较多,其中的传统人工势场法(Artificial Potential Field以下简称APF)是一种被广泛应用的算法,具有计算简单快速,能实时避障的特点,但由于其存在行避障局部极小值,导致绿篱修剪机器人无法顺利到达目标位置进行修剪作业。通过对APF避障失败原因分析,在此基础上用粒子群算法对APF算法进行优化,分析所产生的障碍物是否影响绿篱修剪机器人到达目标点,找出产生影响的障碍物,在相应的障碍物位置处增加外部扰动使绿篱修剪机器人逃出局部极小值点,最低到达目标位置进行修剪作业。通过设计的仿真实验平台对改进后的算法进行仿真实验,并与传统APF仿真实验结果进行对比,验证了该算法的正确性和有效性。

视觉导航草坪修剪机器人控制系统设计

设计了基于视觉导航的草坪修剪机器人,通过摄像头采集草坪场景的图像,利用基于深度学习的图像分割技术识别草坪已割区域和未割区域,提取区域间的分割线作为机器人的规划路径。系统以STM32F407VET6为主控芯片进行机器人驱动控制系统的设计,以IR2014结合H桥作为底盘电机驱动电路,在视觉识别的区域分割线的导引下进行循迹运动。实验结果表明,该控制系统能够在视觉导航下完成行进运动、避障和割草作业。

基于STM32的智能草坪修剪机器人设计

为了实现草坪修剪的自动化,降低噪声污染,提高工作效率,将机器人技术引入到草坪修剪装备的设计上,采用四轮移动式的本体结构和三角布局的修剪刀具形式。控制系统中选用单片机为控制核心,提出了与环境识别、信号传递、执行和反馈等环节相适应的功能要求和性能参数,同时,结合多传感器融合的双闭环PID控制算法实现轨迹跟踪,采用往复式全区域覆盖遍历路径规划,进而实现机器人的整体设计,最终通过调试使机器人达到设计要求。结果表明,设计的机器人修剪机构能够完成草坪修剪,测试结果与设计预期相吻合,修剪效率达到6.04㎡/min,效率大大提高。该研究为割草机器人刀具设计提供了新的思路,为农业机器人设计提供一定的参考价值。

高压输电线路树枝修剪机器人的运动仿真研究

针对为解决高压输电线路走廊树枝修剪作业而设计的树枝修剪机器人进行运动仿真研究,为了验证机器人的运动性能,在MATLAB里建立其仿真模型,调用Robotics Toolbox相关函数对机器人进行运动学仿真计算,求解得到了机器人的末端修剪工具的工作空间,验证了模型的正确性。另外,对机器人进行PTP轨迹规划仿真分析,分析结果表明机器人各关节运动平稳无冲击,运动性能良好。最后,利用运动仿真分析指导试验样机在现场线路进行树枝修剪试验,试验表明该样机运动性能良好,能够满足对输电线路树枝的修剪作业。