温室环境下黄瓜采摘机器人信息获取

研究基于近红外图像的黄瓜果实与茎叶的信息表达方法,有效实现了近色系生物信息的图像识别。分析了黄瓜采摘深度图像信息的特点,通过建立基于灰度相关与极线几何相结合的匹配策略实现了双目视觉下的黄瓜抓取点的立体匹配和三维重建。研究温室环境下不同时间光照强度变化特点,建立了光照分析模型,提高了不同光照条件下的导航线提取的适应性。试验表明机器人视觉系统能有效识别、定位果实的空间位置,定位误差控制在±5mm以内。

基于摆线运动的黄瓜采摘机器人终端滑模轨迹跟踪控制

黄瓜采摘机器人是机器人技术在农业中的具体应用,而快速稳定地到达目标采摘点的轨迹规划则是黄瓜采摘机器人研究的主要内容之一。根据摆线运动曲线光滑,并能在有限区间的端点产生零速度和零加速度的特点,将其应用于黄瓜采摘机器人关节空间的轨迹规划,该方法计算简单,实时性好。同时,为了实现对期望轨迹的精确跟踪,构造了一种快速非奇异的终端滑模控制器,采用指数和幂次结合的趋近率方法,引入非线性滑模面,突破了普通滑模控制器在线性滑模条件下渐进收敛的特点,并且不会出现传统终端滑模控制的奇异性和抖振问题。李亚普诺夫稳定性分析和仿真试验证明:它能够准确的跟踪期望轨迹,并能使位置跟踪误差在有限时间内收敛到零,响应时间短,跟踪效果好。

机器视觉在黄瓜采摘机器人中的应用研究

机器视觉技术是黄瓜采摘机器人研究中的重要内容之一,分析了国内外黄瓜采摘机器人中机器视觉技术在机器人路径识别导航、目标物体的分割识别与定位、黄瓜成熟度判别等方面的应用研究现状,并且分析了黄瓜识别机器人视觉系统在目标识别率、视觉系统的硬件结构和处理速度、视觉系统能源消耗等方面存在的问题,提出了在今后的研究中应着重把握视觉系统的结构优化、适应性提高以及性能与成本的平衡等.

基于表皮损伤的黄瓜采摘臂结构参数优化

为提高黄瓜机械化采摘的可行性,针对采摘机械臂这一关键部分展开研究,并制作了黄瓜采摘机械臂样机。针对在实验中出现的表皮损伤采摘失败现象,设计实验对黄瓜的物理和力学性能参数进行了测量,包括黄瓜的密度、平均长度、弹性模量及泊松比及恢复系数。在此基础上,对采摘机械臂进行机构运动分析和研究,并通过建立黄瓜与机构作用过程的受力过程及理论模型,分析了黄瓜运动碰撞过程中关键物理参数的变化情况,得到了黄瓜机械臂采摘中造成黄瓜表皮损伤的关键参数因素。通过理论分析与样机试验相结合的方式,对这些参数进行优化改进,分析得到当滑道接触点之上部分的黄瓜长度a为0. 293m、切断时黄瓜与水平方向夹角α为0. 638 1 rad,即采摘切刀段到滚轮垂直距离h为0. 174 5 m、采摘臂伸出端长度d为0. 235 3 m时,黄瓜与滑道碰撞时的碰撞力小于11. 3N,黄瓜表皮不会被损伤,表明优化结果具有很好的准确性和有效性。研究结果可以为黄瓜采摘领域中设备的研制与开发提供重要参考。

黄瓜采摘机械臂运动学分析与样机试验

为提高黄瓜机械化采摘的可行性,在完成新型黄瓜采摘机器人设计的同时,针对采摘机械臂这一关键部分展开研究,并制作黄瓜采摘机械臂样机;利用机构组合的形式代替采摘机械臂通常的关节型设计形式,完成黄瓜采摘机器人的整机方案设计。对作为关键部分的采摘机械臂进行机构运动分析和研究。通过建立矢量多边形和Adams运动学仿真对机构运动过程进行分析,证明设计方案的可行性。按照采摘机械臂设计方案进行零件加工装配和控制系统设计,完成试验样机试制,并进行黄瓜采摘试验,对采摘效果进行评价和总结,得到采摘机械臂中存在的问题和缺陷,并在后续的工作中对其进行优化。

基于均匀试验设计的黄瓜采摘机械臂参数优化

基于黄瓜采摘要求设计了一台黄瓜采摘机械臂,通过采用欠驱动机构减少了驱动,降低了机构复杂性。针对欠驱动机构运动不确定性导致该机械臂在工作过程中滑道出现大幅度摆动而降低了机构稳定性的问题,为降低滑道摆动角度峰峰值,借助均匀设计方法完成结构改进模型的Adams仿真试验方案设计,并对不同参数取值下滑道摆动角度峰峰值利用二次多项式回归分析,得出影响滑道摆动角度峰峰值的显著性依次为滑轨倾角、滑轨高度、驱动速度,且滑轨倾角和驱动速度之间存在显著交互作用的结果。最后,利用DPS软件进行变量寻优,得到最优结果为当直线滑台驱动速度为227.25mm/s、滑轨倾角为14.36°、滑轨高度为55.36mm时,滑道摆动峰峰值可达到最小值0.367 9°。基于优化结果制作样机,试验证明滑道的摆动角度峰峰值从0.835 8°降低到0. 375 9°,取得了显著的优化效果。

黄瓜采摘机械手系统研究

果蔬收获工作劳动繁重，人工收获成本占总成本33％～50％，研究开发智能型采摘机器人势在必行。智能黄瓜采摘机械手，根据黄瓜果实与叶片果梗在颜色深度上的差异，识别黄瓜果实。控制系统采用G分量RGB传感器进行图像分析，在特征提取后判断黄瓜是否满足成熟果实及采摘点位置，具有相当高的灵敏度和可操控性的特点。机械手末端采摘执行装置装有压力传感器，可以自动控制采摘力的大小，避免果实破损。机械采摘可实现长时间的连续工作，实现经济效益最大化。

黄瓜采摘机械手运动规划与控制系统设计

针对现有采摘机器人存在机构笨重、成本高、智能化水平低下等问题,研制了一套四自由度关节型采摘机械手。结合黄瓜采摘作业的特点,采用两段摆线运动组合的水平抓取运动规划算法,提出了基于DSP上位机运动控制器+CAN总线+DSP关节控制器的分布式控制系统。机械手定位精度测试实验结果表明:机械手定位精度可达6.9 mm,基本可满足黄瓜采摘作业的要求。

黄瓜采摘机器人嵌入式系统的设计与实现

将嵌入式系统应用于智能农业机器人是该领域今后发展的一个趋势。为此,介绍了黄瓜采摘机器人基于DM642+S3C2410嵌入式系统的设计与实现;阐明了该嵌入式系统的硬件组成原理及软件结构。经系统与机器人移动平台以及机械臂联调测试表明,其实时性好、识别率高、定位精确、功耗小且成本低,能够完成非结构化环境下对黄瓜果实的识别与定位,并最终完成对黄瓜果实的采摘。

温室黄瓜采摘机器人系统设计

为了提高黄瓜采摘智能化水平、降低人工采收劳动强度,设计了温室黄瓜采摘机器人系统。阐述了机器人系统硬件构成,提出了系统控制方案。针对黄瓜物理特性差异大、果皮脆嫩易损伤、果实叶片相互遮挡等问题,设计了具有果实遮挡探测功能的柔性采收末端执行器,可实现对果实的无损抓持和对果梗的准确切割。针对黄瓜采摘环境光照复杂多变和近色系果实目标识别问题,提出了基于光谱图像的近色系黄瓜识别方法,可实现自然环境下果实与背景的有效分割。经机器人采摘作业测试,系统整体性能及各模块运转良好,具备一定的实用和推广价值,为农业机器人进入自然环境作业提供一种借鉴手段与实现模式。

四自由度关节型采摘机械手轨迹规划与实验研究

根据黄瓜采摘作业需求,设计了一套四自由度关节型采摘机械手,并结合采摘机器人系统结构特点,提出了基于摆线运动的关节空间无碰轨迹规划算法。该方法不仅能使规划出的运动轨迹、速度和加速度连续平滑,保证机械手运动过程的平稳性;同时将采摘过程中遇到的障碍转换到关节空间进行处理,降低了规划求解的计算量,提高了系统实时性。详细描述了该算法的实现步骤,并将其应用于温室环境下的黄瓜采摘作业,实验结果表明,四自由度关节型机械手在采摘黄瓜过程中运行稳定可靠,能顺利到达目标点进行采摘,不会碰撞其他果实;也不会出现与视觉系统发生干涉的现象,有效验证了所提出轨迹规划算法的合理性。

基于VR技术的采摘机器人采摘环境仿真研究

为了提高采摘机器人采摘果实的准确率,提升机器人的作业效率,将VR虚拟现实技术引入到了采摘机器人的设计上,提出了基于小波神经网络的机器人PID控制器优化算法,并通过对采摘虚拟环境的创建和机器人的虚拟建模,验证机器人的作业性能。以黄瓜真实生长环境为研究对象,创建了采摘机器人的作业环境,并对采摘机器人的采摘准确率进行了对比,结果发现,采用神经网络算法可以明显地提高采摘机器人的采摘准确率。

气力驱动的黄瓜梗剪切装置设计与试验

目前温室黄瓜的采摘方式主要为人工采摘,存在工作环境差,机械化程度低等问题,为面向机械化采摘,结合平面连杆与铰链弹簧联动结构,设计一种气力驱动的黄瓜梗剪切装置,并且对该装置进行动力学仿真分析。针对黄瓜梗剪切装置参数变化对剪切效果的影响,对不同成熟度的黄瓜进行实际数据测量与分析,且进行剪切试验,对成熟度、刃口倾角、削切角、斜切角等参数对黄瓜梗剪切效果的影响进行研究。结果表明:成熟中期(开花两周左右),黄瓜瓜梗更易被剪切,且此时黄瓜生长的各项参数达到峰值,而在成熟晚期(开花三周左右),黄瓜梗剪切所需气动力较大,剪切较为不易;当刃口倾角为8°~26°,且削切角与斜切角为0°时,剪切所需的气压压力逐渐减小,滑切效果逐渐增强,同时剪切性能增强;当削切角为0°~45°、刃口倾角为26°、斜切角为0°时,剪切瓜梗所需的气压压力随着削切角的增加而增加,当削切角为0°时所需气压压力比其他角度更低,剪切效果较好;当斜切角为0°~45°、刃口倾角为26°、削切角为0°时,剪切瓜梗所需的气压压力先降低后增加,且增幅渐大,当斜切角为15°时,所需气压压力较其他斜切角更低,剪切效果较好。根据以上研究,为黄瓜的采摘时间与气力驱动的黄瓜梗剪切装置的参数确定提供依据。

机械手采摘黄瓜的振动研究

为了研究机械手采摘黄瓜后移动到采摘筐过程中黄瓜的振动情况,用proe建立采摘黄瓜机器人的简化三维模型,然后导入Adams仿真软件中将黄瓜进行柔性化处理,并且用不同的加速度和黄瓜质量进行仿真分析,最后通过选取10组不同的华南型黄瓜在一维数控滑台上进行实验,用WK10控制软件控制机械臂的加速度,并通过位移传感器记录黄瓜的振动情况。通过比较验证得出用Adams仿真软件可以较精确的反映黄瓜的振动情况。加速度是影响黄瓜的主要因素,且加速度越大黄瓜的振幅越大。

观赏蔬菜“蹿红”市场

樱桃萝卜、迷你黄瓜、玛瑙番茄、五彩辣椒、七彩菠菜,还有形如飞碟的南瓜、蜿蜒多姿的蛇瓜,甚至是一丛丛的豆芽、一把把的生菜,都可以从自家的阳台或厨房采收……随着绿色、健康生活理念和方式的不断深入,如今这些有＂姿＂有味的观赏蔬菜正在都市人群中＂蹿红＂。采摘园里真热闹观赏蔬菜进入城市生活的形式日渐多样。在休闲采摘园里,孩子们会为各类造型新奇的南瓜而雀跃;花卉市场或者超市里,一盆盆正在由绿变红的番茄,或一天天膨大的水萝卜,也令消费者好奇;