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.     

蓝莓采摘机振动采摘装置凸轮机构的设计与试验

为改变我国蓝莓种植人工采收现状,在课题组分析蓝莓植株生长形态、振动采摘机理的基础上,设计并研制蓝莓采摘原理样机。根据蓝莓采摘机的工作原理与运动要求,对采摘机构的核心部件-凸轮传动装置进行设计与分析,选择凸轮结构类型及外廓曲线种类,建立凸轮曲线方程。在ADMAS环境下,建立凸轮运动学模型并进行运动学仿真分析,制作了蓝莓采摘原理样机,并进行蓝莓采摘试验研究,得出凸轮转速与采摘机的采摘效率、未成熟果实采摘率、采摘果实破损率成正比,与未采摘成熟果实率成反比。     

切割式红花采摘试验台设计及采摘性能试验

为了提高切割式红花采摘机器人采摘红花的质量和产量,设计了红花切割分离试验台。通过对机器人采摘红花过程的分析,以刀具转速、进给速度、刀具刃偏角为试验因素,采净率、破碎率为评价指标,利用响应曲面试验法进行试验,并通过Design-Expert.V8.0.6.1软件,确定最佳组合参数为:刀具转速769 r/min、进给速度315 mm/min、刀具刃偏角15°,对应的红花采净率为91.83%,破碎率为4.51%。红花切割采摘试验结果表明:红花实际采净率为94.71%,破碎率为4.24%。该研究为红花采摘机器人末端执行器切割装置的优化设计和控制提供了理论依据。     

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。     

梳齿式茶叶解块机设计

解块是茶叶加工过程中的一道重要工序,为解决现有茶叶解块机存在的缺点,提出了梳齿式茶叶解块机设计。梳齿式茶叶解块机由机架、接料梳齿、滚筒、解块梳齿、导料板、振动筛、曲柄摇杆机构和电机等组成。电机驱动滚筒旋转,滚筒上的解块梳齿依次穿过接料梳齿齿间,将茶叶团块梳解成小块或单根茶叶。采用多层筛网对解块后的茶叶进行分级,实现解块、分级工艺的组合,解块效果好,作业效率高,茶叶损伤和断裂少。对解块机结构、工作原理、作用和技术特色进行了介绍,为茶叶解块机研究提供参考。     

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。     

地垄式单驱多果草莓人工辅助采摘装置设计

针对传统地垄式生长草莓采摘效率低、人工采摘劳动强度大等问题,提出了一种由两组双曲柄创新设计而成的末端采摘机构,并研制了一种地垄式单驱多果草莓人工辅助采摘装置。介绍了这种采摘装置的结构组成、工作原理,分析了末端采摘机构的工作范围与垄地坡度的联系。利用加工出的样机进行采摘试验,结果表明该装置满足地垄式草莓采摘的作业要求,能在一个工作周期内采摘多个草莓且通过调节机架杆角度来适用于不同垄地环境,可有效提高草莓采摘效率。     

梳夹式红花采摘机构关键部件设计分析

针对红花丝当前仍以人工采摘为主、采摘效率低、费时费力、尚未实现机械化采摘等问题,设计研究了一种适应红花丝采摘的梳夹式采摘机构,通过凸轮驱动动梳齿与定梳齿相互作用,模仿人手拔拉动作完成红花丝的夹取与采摘。该采摘总体结构简单,工作效率高,设计关键部件参数,搭建台架进行田间试验,验证工作性能的稳定性以及可行性,试验结果表明梳夹式红花丝采摘机构能够满足红花丝的采摘要求,为后续梳夹式红花丝采摘机械提供一些理论依据。     

刮刷式加工番茄采摘装置试验研究

为实现加工番茄的分批次采摘,确保已成熟番茄果实的及时收获,设计了一种刮刷式加工番茄分批次采摘装置,选择加工番茄屯河8号进行果实采摘性能的单因素试验。用SAS软件对试验数据进行统计分析,结果表明:随着采摘板转速增大,果柄分离率先升高后降低,青果率和果实破损率则是逐渐增大;随着装置行进速度增大,果柄分离率逐渐降低,青果率和破损率则是逐渐增大;当采摘板转速为24r·min^-1,装置行进速度为2.20km·h^-1时,采摘效果最好。该装置的设计为研制新型刮刷式加工番茄分批次收获机械提供参考。     

基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人设计与试验

针对菠萝智能机械化采摘需求，研究一种基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人。根据菠萝茎秆较脆的特点，设计一种由V形悬臂、切刀及挡板组成的推剪式末端执行器，实现菠萝果实与茎秆的分离；设计由多个两自由度机械臂组成的机器人，每个机械臂可带动末端执行器在菠萝垄体的高度、长度和宽度方向上移动；为实施智能采摘，应用深度神经网络YOLOv5检测菠萝果实，通过三维点云分析获得菠萝采摘点位置。结果表明：菠萝果实检测精度为97%，检测召回率为95.75%；在实验室环境下菠萝采摘成功率为90%，平均成功采摘时间为5.4 s，验证了该机器人结构的合理性。