机器视觉在林业中应用的研究进展

机器视觉技术的不断发展,为智能化林业的发展开拓了广阔的前景。介绍了国内外机器视觉技术在林火监测、林果采摘、木材缺陷检测等林业产业中的应用现状,研究了机器视觉在当前的林业发展过程中扮演的重要角色,指出林业技术必然是朝着智能化、高效化、低成本化方向发展,同时对机器视觉技术在林业不同领域的发展提出了合理建议。

旋切智能定心上木机器人定心坐标求取的数学描述与试验

为了提高旋切单板出材率和合格率,基于单板旋切六点定心理论与方法,应用机器人技术与设计理论,研究开发了旋切智能定心上木机器人系统。结合机器人机构和传感检测系统,对六点定心点坐标求取的数学描述做了研究与实验。结合文中物理模型的数学描述,求取各定心点的坐标。结合摄像机、位移传感器获取的数据进行定心实验,获得四截面、六点定心的数据,定心结果满足小型定心机器人系统指标,从而验证所得的计算方法和采用模型的正确性。并对系统工作过程中可能产生的误差进行讨论,提出补偿方法。

基于强化学习的移动机器人路径规划研究综述

路径规划能够让机器人在移动过程中高效准确地避开障碍物。在分析常用路径规划算法优缺点的基础上,引出能够在复杂动态环境下进行良好路径规划的强化学习算法。根据强化学习算法求解方法的不同,从值函数法和策略搜索法两个方面综述强化学习及其改进算法在路径规划上的应用。最后,针对目前强化学习算法在路径规划中的研究现状及发展需求,提出了未来移动机器人路径规划研究的发展方向。

农林业采收机器人发展现状

机器人采收是农林业现代化的关键技术之一。文中基于采收机器人采收对象进行分类,主要类型有苹果采收机器人、草莓采收机器人、番茄采收机器人、黄瓜采收机器人和林业采收机器人等,根据采收机器人类型对国内外农林业采收机器人的研究进行了分析,讨论了采收机器人发展过程中涉及的导航避障、视觉系统和末端执行器这些关键技术,通过分析现有采收机器人的优缺点,提出了目前研究中在末端执行器、图像识别技术、导航定位技术、柔性结构和机器人本体设计方面的问题,展望了未来农林业采收机器人的发展方向。

基于PLC的收餐机器人控制系统设计

针对当前餐厅收餐自动化水平低下的现状,提出了自动化收餐流水线的概念,设计了一款收餐机器人;在分析收餐机器人整机结构和运动要求的基础上,进一步设计了一种基于PLC的收餐机器人控制系统;系统主要由餐盘翻转模块、筛选模块、餐具输运模块、餐盘堆叠模块和残渣收集模块组成;根据不同模块的工作流程和作业需求,以西门子S7-200为控制系统核心,完成了系统的软硬件设计,并分别对各模块进行了编程调试,可实现精确的位置控制,符合实际控制要求,达到自动收餐的目的。

仿生甲虫六足机器人结构设计与步态分析

在分析仿生甲虫生物原型的特点及运动机能的基础上,进行了仿生甲虫六足机器人的结构设计与样机设计,运用机器人的结构仿生和功能仿生原理,基于甲虫原型设计了六足机器人,给出了每足3自由度的机器人结构。原型样机是以身体纵向中心线为对称的八边形设计,6条腿均布身体两侧,所有腿关节均由伺服电机驱动,关节间连接构件采用性能良好的合成塑料代替金属构件,设计从结构上保证了仿生机器人能够有效地模拟甲虫的运动能力。通过对仿生甲虫机器人三足运动步态,特别是直线行走步态和定点转弯步态的分析,给出了直行和转弯动作时6条腿的末端位置矢量表达式,利用SOLIDWORKS和ADAMS软件进行了机器人运动仿真,结果证明仿生甲虫机器人运动平稳,满足设计要求。

基于ADAMS的仿生六足机器人运动仿真

为研究仿生六足机器人的运动,根据六足甲虫的结构特点和运动特征,在不同运动形式下质心的位移、各关节的转矩等参数随时间的变化情况,利用三维建模软件SOLIDWORKS和机械系统动力学仿真软件与ADAMS联合建立仿生六足机器人的仿真模型,并对其进行直行和定点转弯运动仿真分析,通过对所得到的运动学和动力学数,验证了仿生六足机器人结构的合理性和运动的可行性,同时也发现了运动中存在的一些问题,为仿生六足机器人物理样机的研制提供了理论依据。

六足仿生森林消防机器人机构设计与分析

森林火灾给生态环境和经济建设造成巨大威胁,基于森林地形环境下的消防作业要求,设计了一种六足森林消防机器人。分析了机器人的躯体和腿部结构特点以及执行机构的空间运动范围。利用Solid Works三维软件建模并导入ADAMS仿真软件,分别进行了机器人运动机构不同工作模式下三种运动姿态的切换、前进和斜坡的爬行仿真以及执行机构的运动仿真。分析了复杂地形条件下机器人的质心位移、运动平稳性、腿关节驱动力和末端执行器运动范围等参数。仿真结果验证了机器人设计的合理性与正确性,旨在为森林消防机器人后续的研究工作提供参考依据。

六足减灾救援仿生机器人机构设计与仿真

针对森林火灾巡检与防控装备的现状,开展了六足减灾救援仿生机器人机构设计与仿真研究,以期解决恶劣的复杂地形作业环境下的灾难救援问题。基于仿生甲虫的结构和功能设计了六足减灾救援仿生机器人的躯体和腿部机构。腿机构由六条腿组成,沿躯体中轴线两边对称分布,每腿由三个旋转关节组成的三自由度串联机构。给出了六足减灾救援仿生机器人的物理模型,搭建了机器人仿真的复杂环境,进行仿真,给出了基于三角步态的六足减灾救援仿生机器人直行和转弯的运动仿真,得到了质心的位移、速度、角速度和各个关节的动能和驱动力矩的曲线。仿真结果表明,六足减灾救援仿生机器人机构设计满足设计要求。

六足森林消防机器人机构设计与仿真

为实现机器人在森林地形环境下的消防作业,设计了一种六足仿生机器人的运动机构。分析了机器人的机械结构、腿部结构特点以及空间运动范围。利用Solid Works三维软件建模并导入ADAMS软件中,进行六足机器人在平坦地面上不同工作模式下三种运动姿态的切换、前进以及崎岖斜坡的爬行仿真。分析了不同地形条件下机器人的质心位移、平稳性和腿关节驱动力。仿真结果验证了机构设计的合理性与正确性,旨在为森林消防机器人的后续研究工作提供参考依据。

基于ARM的六足仿生机器人野外定位系统

为了更好地控制六足仿生机器人适应野外作业环境,针对机器人野外定位问题,提出了一种六足仿生减灾救援机器人无线野外定位系统解决方案,方案以三星S3C2440为硬件平台,以嵌入式linux系统为软件平台,设计了六足仿生机器人野外定位系统;通过GPS全球定位系统进行六足仿生机器人的定位,利用GPRS实现网络通信,并将定位信息传输到终端设备,终端设备通过发送命令的方式控制六足仿生机器人实现相应的动作;实验证明:该系统的稳定性好,可靠性较高,能较好地满足六足仿生减灾救援机器人野外定位的需求。

六足仿生虎甲虫机器人结构设计与静力学分析

在分析虎甲虫生物原型的结构特点与运动机能的基础上,进行了六足仿生虎甲虫机器人的结构设计。根据选取的四种虎甲虫的后腿结构,给机器人腿部各关节选择合适的尺寸比例。运用Solidworks软件搭建六足仿生虎甲虫机器人的物理模型,模拟虎甲虫的身体外形结构进行躯体设计,呈细长形,六条腿在机体上的安装点近似分布在一长椭圆形上,每条腿是3个自由度的串联机构。利用ANSYS软件对机器人腿部的关键零件进行静力学分析,生成应力、应变分布图,结果证明了机器人设计的合理性。

仿生六足机器人稳定性分析与仿真

研究关于机器人稳定性问题,分析影响稳定性的因素。由于受外界环境中外力和地面障碍物的影响,使机器人的稳定性受到影响。为了准确评定机器人行走的稳定性和抗干扰性,更好地实现对机器人控制的优化和结构参数的选择,以一种新型仿甲虫六足机器人为研究对象,提出采用重心投影法并引入最小稳定距离概念分别对机器人在水平面和斜面上进行稳定性分析。针对仿生六足机器人典型的三角步态,给出机器人髋关节电机向前旋转角度与半步长S/2之间的关系式。最后,通过对仿生六足机器人进行仿真,证明机器人在水平地面和斜坡面上具有良好的稳定性。改进方法为未来机器人的控制及其它步态稳定性的研究奠定基础,为六足及其它类型多足机器人的进一步开发研究提供了理论依据。

基于ARM的机器人远程网络视频监控系统

介绍了一种基于嵌入式Linux和ARM微处理器的六足仿生救援减灾机器人嵌入式远程网络视频监控系统。系统以嵌入式Linux和嵌入式微控制器S3C2440为核心平台,利用USB摄像头采集视频信号,采用TCP/IP协议技术进行网络通信,传输采集到的图像画面。使用Web浏览器或其他客户端程序通过PC机接收摄像头传输的画面,实现机器人远程画面的实时监控。

基于深度Q学习的移动机器人路径规划

针对传统Q-learning算法在复杂环境下移动机器人路径规划问题中容易产生维数灾难的问题,提出一种改进方法。该方法将深度学习融于Q-learming框架中,以网络输出代替Q值表,解决维数灾难问题。通过构建记忆回放矩阵和双层网络结构打断数据相关性,提高算法收敛性。最后,通过栅格法建立仿真环境建模,在不同复杂程度上的地图上进行仿真实验,对比实验验证了传统Q-learming难以在大状态空间下进行路径规划,深度强化学习能够在复杂状态环境下进行良好的路径规划。

森林消防机器人执行机构的设计与仿真

针对森林消防作业装备自动化水平低下的现状,提出一种六自由度单手臂执行机构设计方案,该执行机构安装在六足仿生移动平台上,进行除障及清理作业。根据作业空间,利用Solid Works建立三维模型,采用D-H方法建立机器人运动学模型,推导了运动学正反解,将执行机构三维模型导入ADAMS进行机器人运动仿真,仿真结果证明执行结构满足作业需求。

基于改进GMM算法的林火烟雾识别研究

针对森林火灾烟雾场景光照突变时传统混合高斯模型(GMM)无法适应的问题,提出基于改进GMM的林火烟雾识别算法。通过六足机器人平台上的CCD摄像机读取当前帧图像,与混合高斯模型建立的前一个背景图像作差分得到变化区域,计算二值化后的变化区域中像素值为1的像素点占总像素点的比例,与设定的阈值相比较从而判别森林火灾场景中的光照是否发生突变。若场景内光照发生突变,采用一个较大的更新速率α,保持模型的稳定性;若场景内光照未发生突变,根据不同的情况自适应调整更新速率α的值,保证模型快速收敛。实验表明,改进的GMM算法可检测到场景中相对完整的动态烟雾区域,满足林火烟雾的检测要求,以期为图像处理在森林火灾巡检机器人上的应用和进一步研究提供参考。

森林作业机器人研究动态

研发和利用森林作业机器人对于提高森林作业的质量与效率、促进经济增长具有重要意义。文中基于森林作业应用领域,提出森林作业机器人的分类方法;从采运、培育方面详细论述了国内外采运机器人、种苗机器人、整枝机器人、嫁接机器人、林用清理机器人和消防机器人的研究动态;依据近50年森林作业机器人的发展历史,提出未来森林作业机器人的关键技术与发展方向应集中在多足移动机构、多机械手协调作业、多传感器信息融合、新机器人等方面。

消防机器人研究进展及其在森林消防中应用前景

森林火灾给生态环境和经济建设造成巨大威胁,研发森林消防机器人对减少国家损失和消防人员的人身伤亡具有重要意义。文中基于森林消防机器人关键技术,介绍了目前国内外消防机器人行走机构和导航控制技术方面的研究进展,分析了轮式、履带式和多足式3种行走机构的优缺点以及视觉导航在消防机器人导航控制方面的优势;针对森林地形环境下的消防作业要求,提出森林消防机器人在未来的研制中需要解决的问题(多足行走机构、全局路径规划、多传感器检测等),并对其应具备的森林火灾巡检、预警、扑救能力进行了展望。

林木采伐及木材精深加工机器人研究进展

林木采伐及木材精深加工与木材生产的效益息息相关,机器人在木材生产中的应用促进了木材生产质量和效率,为木材工业发展提供了新的增长动力。针对机器人在林木采伐及木材精深加工领域的应用,文中从林木采伐、人造板生产、家具制造3方面详细论述了采伐机器人、旋切定心机器人、喷涂机器人、码垛机器人、弯曲木机器人、雕刻机器人等机器人研究现状,提出未来林木采伐及木材精深加工机器人的发展方向应集中于仿生移动机构、多功能集成机器人、智能算法及柔性制造系统等方面。