农业采摘机器人产业化进程分析与多臂高速化技术走向

在经历了长期的摸索和积累后,全球采摘机器人的产品化进程正在不断加速。随着我国农业生产对采摘机器人需求的快速刚性化,众多企业纷纷加入,生产销售逐步展开,但作业效率不足已成为其全面产业化和生产应用的核心障碍。本文在分析我国采摘机器人效率现状的基础上,归纳了机器人采摘的提效技术模式和多臂化途径,指出了国内外采摘机器人多臂高速并行的发展态势。在总结多臂采摘机器人臂型设计、视觉技术、任务与运动规划技术发展现状的基础上,提出了采摘机器人产业化的发展趋势与目标,认为从手眼高精准向综合强容差、从专用定制化向通用模块化、从专业性装备向用户型产品发展是采摘机器人产业化的技术走向。

基于LabVIEW的农业采摘机器人虚拟运动仿真研究

通过对采摘机器人正运动学分析,建立农业采摘机器人运动学逆解求解方程,为采摘机器人控制过程提供输入参数。基于SolidWorks中的Motion运动模块中的直线插补和圆弧插补两种方法,建立采摘机器人执行机构运动轨迹,通过LabVIEW与SolidWorks联合的方式建立采摘机器人虚拟运动仿真模型。果蔬采摘机器人执行采摘机构运动轨迹仿真结果表明:通过直线插补和圆弧插补两种方式相互结合的方式,可以获取采摘作业过程中的精准运动轨迹。

基于D-H法的农业采摘机器人运动协作控制系统设计

为提升农业采摘机器人运动协作控制性能,降低机器人碰撞概率,利用D-H法优化设计机器人运动协作控制系统;改装位置、力矩以及碰撞传感器设备,优化运动协作控制器与驱动器,调整系统通信模块结构,完成硬件系统的优化;利用D-H法构建农业采摘机器人数学模型,在该模型下,利用传感器设备实现机器人实时位姿的量化描述,通过机器人采摘流程的模拟,分配机器人运动协作任务,从位置和姿态等多个方面,确定运动协作控制目标,经过受力分析求解机器人实际作用力,最终通过控制量的计算,实现农业采摘机器人的运动协作控制功能;通过系统测试实验得出结论:所提方法控制下机器人位置、姿态角和作用力的控制误差分别为14 mm、0.2°和1.2 N,在优化设计系统控制下,机器人的碰撞次数得到明显降低。

基于3D打印技术的四臂农业采摘机器人设计

基于3D打印技术设计一种四臂农业采摘机器人,该机器人整体构成简单、操作方便,能够有效提高人力资源配置要求和降低人员成本、极大地提高采摘效率。团队通过对机器人的力学结构进行优化设计和仿真分析,并结合3D材料特性,实现机械臂的快速正确抓取动作;同时,结合视觉识别技术和智能控制系统,可实现对水果的成熟度准确判断,对定位精准分析并进行抓取;在升降梯的结合下,可实现机器人对采摘高度的调节,使其不局限于高度进行采摘工作,机器人可完成大小不同、形状不同、生长高度不同和中型重量的水果例如芒果、石榴等的采摘任务。该研究为农业生产提供了一种新型的效率较高的采摘解决方案,具有较高的应用价值和推广前景。

五自由度农业采摘机器人轨迹规划

为解决所设计的五自由度农业采摘机器人的轨迹规划问题,通过DH参数建模建立了其运动学模型,提出了一种基于代数法和几何法的综合应用的算法,成功推导了此类机器人的逆运动学解析解。在此基础上,采用一种加速度函数为组合正弦函数的轨迹规划方法对其进行关节空间的轨迹规划,并进行了仿真实验分析。研究结果表明,该规划方法不仅具有操作时间短的特点,而且使得机器人运动平稳,无振动和过冲现象,满足机器人准确、快速完成采摘任务的要求。

基于反步法的农业采摘机器人移动路径跟踪控制研究

为实现农业采摘机器人路径跟踪控制,基于李雅普诺夫稳定性理论设计了一种反步法控制器。通过调节控制器参数抵消了机器人误差模型中的部分未知非线性项,简化了控制器的设计形式。利用神经网络对模型未知项和外界干扰进行估计,设计鲁棒自适应控制器在线补偿设计的神经网络的估计误差,提高了神经网络的学习精度。仿真试验结果表明,设计的控制器可实现采摘机器人在存在外界干扰作用下对期望路径的精确跟踪。

六自由度农业采摘机器人驱动控制仿真研究

农业采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一,利用仿真技术分析机器人的运行情况和合理的优化机器人是未来机器人的研究的重点。为此,采用Matlab/Simulink环境下的Simulink工具箱、SimPowerSystems模块库和powerlib模块库三者相结合的方法,建立了通用型六自由度机械手农业采摘(GMFS-360)机器人仿真模型并进行了仿真分析,利用Matlab的函数模块对机器人的运行性能进行了优化设定。然后,建立了农业采摘机器人的驱动控制系统仿真模型、定位控制系统仿真模型、速度和惯性矩系统仿真模型,实现了虚拟环境下机器人的各个旋转轴的驱动运行,通过仿真分析证明了控制算法和仿真模型的正确性。通过对农业采摘机器人仿真分析,可以直观地了解采摘机器人的构造原理及其运行状况,为农业采摘机器人的调试和具体实际操作提供理论依据和模型。

传感器在农业采摘机器人中的应用

作为智能机器人的一种,农业采摘机器人是机器人技术应用的典范。与工业机器人相比较,农业采摘机器人工作环境的特殊性、非结构性,对农业采摘机器人的智能程度提出了更高的要求。为此,针对农业采摘机器人工作特性,叙述了传感器在农业采摘机器人中所起的作用,分析了农业采摘机器人传感器选取的方法,介绍了多传感器信息融合技术在采摘机器人中的应用,为农业采摘机器人智能传感器的选取与研究提供了依据。

农业采摘机器人控制系统的设计研究

随着信息化和工业自动化水平的不断提升,很多企业纷纷设计与制造各种类型的机器人,农业采摘机器人的出现让人们惊叹不已,获得了广泛的关注。笔者重点分析了农业采摘机器人控制系统的设计问题,希望能够起到抛砖引玉的效果。

基于手势识别的智能农业采摘控制系统设计

【目的】实现通过手势对采摘机器进行远程操控,优化采摘机器控制系统,减少识别与采摘误差。【方法】笔者设计了一种基于手势识别的智能农业采摘控制系统,该系统应用图像滤波算法,提高了采摘机器控制的准确性与高效性。在系统设计中,将手势识别与远程操控机械臂结合,通过高分辨双目摄像机收集手势图像信息并提取特征,将其转化为电机控制命令后发送至控制层,实现了通过手势对机器的远程操控。【结果】图像滤波算法的识别时间仅为0.3 s,远低于其他两种算法的4.1 s与3.5 s;识别准确率高达96%,远高于其他两种算法的94%与92%。【结论】采用图像滤波算法的系统对手势识别的时间更短、识别准确度更高,可有效提高作物成熟判断准确率与采摘效率,具有良好的推广价值。

基于哈里斯鹰算法的采摘机械臂机构优化设计

【目的】优化调节农业采摘机械臂结构尺寸,降低机械臂功耗,提高采摘效率及续航能力。【方法】笔者从采摘机械臂实际设计需求出发,采用功耗指标、可操作性、速度最小值、运动传递准确度等多种尺度对机械臂进行综合评价,明确了以连杆二与连杆三的长度L_(2)、L_(3)为设计变量,形成了基于工作空间与工作条件的约束,搭建了采摘机械臂机构优化模型,并采用哈里斯鹰算法对农业采摘机械臂结构最优尺寸进行了求解。【结果】当L_(2)=0.656m,L_(3)=0.346m时,机械臂各项性能最优。【结论】哈里斯鹰算法具有原理简单、参数少、稳定性高、收敛速度快等特点,为目标函数无法求导的优化问题提供了一种方便可行的求解思路,可为机械臂后续的设计工作提供指导。

展示新科技 树立行业扶贫好榜样--2020中国国际农业机械展览会侧记

11月13日,在山东青岛,一场世界级的大型农业机械展览如火如荼地拉开了序幕。雷沃阿波斯新品拖拉机、中联农机谷物烘干机、久保田挖掘机、悟牛智能农业采摘机器人、水浮莲收割船、自动驾驶智能系统……作为亚洲最大的农机展,此次2020中国国际农业机械展览会(以下简称2020国际农机展)可谓是一场农机行业的新品盛宴.各种农业领域的智能新科技令人炫目。

基于提升小波和分形的苹果树多源图像融合算法

针对可见光图像与近红外图像特点,提出了一种基于提升小波和分形的多源图像融合方法。首先将已配准的多源图像分别进行提升小波分解,在各层的低频部分用分形维加权平均融合,高频部分用区域交叉信息熵和能量特性融合;再通过提升小波重构得到融合图像。利用苹果树可见光图像和近红外图像进行了实验,实验结果表明,融合后的图像符合视觉特性,综合性能优于传统小波变换融合方法,有利于对图像作进一步分析、理解和识别。