采摘机器人切割式末端执行器设计与分析

针对苹果采摘劳动强度大、采摘效率低的问题。根据苹果的物理特性,设计一种结构简单、无需夹持苹果的采摘机器人切割式末端执行器,包括本体、切割机构和传动机构。一次完整切割时间t≤1 s,刀片连杆摆动角度θ=55°。电机提供的动力通过传动机构传递到切割机构的刀片上,刀片对果柄切割。计算各齿轮的转矩,得到电机扭矩要大于等于2 047.5 N·mm,并得到电机转速要大于等于48.9 r/min。运用ADAMS软件对切割机构和传动机构进行运动仿真。仿真结果表明切割机构能够实现对果柄的切割,转速和切割时间符合设计要求。末端执行器的设计和分析对苹果和其他水果采摘机构的研究和设计提供了参考和依据。     

采摘机器人恒速抓取环境模拟及其控制器设计

为实现机器人对苹果的无损采摘,本文通过设计阻抗控制器来提高末端执行器抓取的柔顺性.在夹持器匀速抓取的情况下,用Burgers模型表示苹果黏弹力学行为,利用该模型的力学特性模拟抓取环境,间接减小环境参数不确定性对末端执行器阻抗控制性能的影响.仿真试验结果表明,基于环境模型的阻抗控制器系统输出的接触力能够快速、低超调地跟踪期望力,显示了该模型在苹果抓取控制器设计中的应用前景.     

基于Jetson Nano的智能果蔬采摘机器人设计

针对目前人工果蔬采摘成本较高且国内果蔬采摘机器人发展较慢问题,设计了一类智能果蔬采摘机器人。该机器人的设计采用Jetson Nano开发板进行效率更高的视觉识别(VI:Visual Identity)运算和处理方法,视觉识别使用YOLO V5s算法,运动控制应用五自由度机械臂的运动学正解进行分析并得出其运动学正解公式,进而得知机械臂活动空间,末端执行器采用夹持爪子以便各类果蔬的采摘。最终确定了较为清晰的果蔬采摘智能结构,结果表明,采用Jetson Nano开发板使视觉识别算法运算速率提高10倍以上,通过对正解公式的分析使末端执行器运动更为精准,在可接受偏差内较为完整的实现了果蔬采摘功能。     

基于直刃型刀片的椪柑果柄剪切特性试验

为了给柑橘采摘机器人末端执行器的设计提供依据,通过对刀具剪切力进行分析从而确定所用刀具类型。通过对末端执行器采摘柑橘时,椪柑果柄与刀具间的关系完成了剪切试验台的设计。以椪柑果柄为研究对象,选取切割速度、果柄直径、剪切方式等参数作为影响因素,分析对峰值剪切阻抗力的影响。分析切割速度、剪切方式对剪切深度的影响。并建立剪切深度与峰值剪切阻抗力的关系曲线。经理论分析、主效应分析和对各曲线的研究表明:执行器刀具选用单面直刃刀片;悬臂梁和简支梁剪切方式下峰值剪切阻抗力与切割速度都成反相关;采用简支梁剪切方式剪切深度更小;并确定了末端执行器的剪切深度5.34 mm,动力类型为气动,最小剪切力为60.61 N。     

基于神经动力学的机器人位置/力规划方案

针对机器人在实际生产中因与环境相接触而可能导致损坏的问题,从运动学角度提出一种通过刚性系数将机器人位置误差和接触力误差建模和解耦的位置/力规划方案．该方案从机器人逆运动学出发,将末端执行器的接触力与位置误差建模为关于机器人速度与位置间的关系式,并且引入一种神经动力学模型．使用伪逆法对所提方案进行求解,将所得的解作为控制信号驱动机器人完成任务．数值仿真与实验结果表明：所提方案能够有效控制机器人完成轨迹跟踪的任务,末端执行器的接触力能够收敛到期望的接触力．     

一种机器人末端快换装置设计

针对工业生产中机器人快速更换末端执行器的问题,对末端执行器的更换过程进行分析,设计了一种机器人末端快换装置,包括上连接活塞、上接头缸体、端盖、末端执行器连接体、锁紧勾爪、弹性绳、弹性缓冲垫圈、气动接口,提高了机器人末端执行器的换装效率以及换装可靠性。     

基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

水果防碰损采摘的视觉认知及其执行机构研究进展

研发水果采摘机器人对提高收获效率、保证果实品质和减轻劳动强度具有重要意义,但由于果园环境的非结构性,使得采摘机器人极易因目标定位不准、采摘顺序不当、夹剪位姿不合理等导致果实碰伤或刮落,造成该损伤的主要原因是防碰损采摘的视觉认知与执行机构耦合问题尚未得到解决。为梳理水果采摘机器人防碰损作业的最新研究进展,从防碰损采摘中果实多维信息（采摘点、果梗位姿、防碰空间包围体等）的视觉感知、采摘机器人的视觉认知与智能防碰损采摘行为规划、防损采摘机构设计及其行为控制等三方面进行了全面综述和分析,并对今后需重点解决的核心关键问题进行总结和展望,为进一步研究和攻克非结构环境下水果智能防碰损采摘问题提供参考和依据。     

基于Solidworks Simulation码垛机械手末端执行器导杆静力学分析

文章利用SolidWorks建立码垛机械手末端执行器三维设计模型,并直接应用SolidWorks软件中的SolidWorks Simulation分析计算模块对码垛机械手末端执行器抓手导杆进行了有限元静力学分析计算,验证了采用SolidWorks建立三维数学模型,直接应用SolidWorks软件中的SolidWorksSimulation插件模块进行机械构件的有限元分析计算方法和步骤的正确性,有效避免了其它三维设计建模软件与分析计算软件之间的双项转换操作和数据转换缺陷等问题,对相关工程技术人员具有一定参考价值,并提供了一种实用的分析计算方法。     

一种可换采摘头水果采摘器设计

为了解决现有水果采摘器功能单一、效率不高的问题,设计了一种可换采摘头水果采摘器,该水果采摘器可更换两种采摘头,方便抓取不同类型水果;采摘杆伸缩方便灵活,可进行不同高度水果采摘;具有果实收集和计数功能,方便果实的后期整理等特点。该水果采摘器结构简单,操作快捷,便于携带,实现了采摘收集计数一体化,可用于小型果园的水果采摘。     

采摘机器人的目标定位和测量技术

在采摘机器人的工作过程中,为了提高采摘机器人的采摘成功率,需要获取水果的位置信息,以确定果实与采摘机器人的相对位置关系.由于采摘作业环境复杂,为提高采摘系统的工作效率,提出一种基于Opencv采用Yolov5算法和双目相机对水果进行目标识别和空间定位的方法.针对小目标识别在Yolov5算法中识别精度的不足,在Yolov5算法网络结构中叠加包含更多低层级信息的浅层特征图,实现小目标检测层进行算法优化,实验结果表明,优化后的识别网络对水果检测的平均精度为92.4%.基于深度学习的优化识别网络在识别小目标方面具有更好的性能,可以有效提高果农采摘系统的工作效率.     

四自由度采摘灵巧臂的结构设计及运动学分析

根据四自由度机械手臂应用于蔬果采摘的要求,提出一种坐标系优化法。先列出基于此坐标系的四自由度机械手臂运动学方程,并求得其正、逆解,然后求得末端执行器的位置、方向角度与机械手臂主动关节的关系;再利用动力学仿真软件ADAMS/VIEW对机械手臂的虚拟样机进行建模;最后,将运动学分析结果导入在MATLAB/Simulink搭建好的机器人力控制系统模型,进行联合仿真,得出运动轨迹、各个方向转角误差等仿真曲线。通过仿真验证了理论推导的正确性和方案的可行性,进一步证明本方案具有很好的运动特性。     

绳牵引并联机构末端执行器运动轨迹精度评价方法

面向高动态运动目标模拟需求,设计一种平面4绳牵引2自由度并联机构,研究其末端执行器轨迹精度评价方法。基于末端执行器直线、抛物线和圆运动轨迹离散点测量数据,提出基于最小二乘法的轨迹误差计算方法,完成了末端执行器运动轨迹精度评价。研究结果表明：末端执行器直线运动轨迹误差为1.54%,抛物线运动轨迹误差为1.23%,圆运动轨迹误差为2.26%。     

关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响

影响机器人末端执行器位姿的因素很多,其中关节间隙的影响历来为人们所关注。本文讨论了关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响,推导出了由关节间隙引起的机器人末端执行器位姿误差的精确计算公式,且给出了算例,本文的工作为提高机器人的工作精度及有效地控制机器人,提供了理论依据。     

基于力和视觉的未知平面内机械手伺服控制

研究机械手对未知平面内直线和圆形轨迹的跟踪方法,在跟踪过程中,保持末端执行器与未知平面之间接触力恒定.该控制系统采用视觉和力的双闭环控制结构,利用双目立体视觉系统实现对未知平面法线方向的估计,实现对水平面内运动分量的视觉伺服控制;应用力传感器感知末端执行器与未知平面之间的接触力,实现对末端执行器在垂直方向运动分量的控制.应用MATLAB机器人工具箱进行仿真实验,验证控制策略的有效性.     

一种机电网综合设计的水果采摘机

针对当前水果采摘效率低、收集困难的现状,设计了一种机电网综合的水果采摘机。利用摄像头和Wi-Fi实现观察和定位,通过摆动导杆机构和限位开关实现自动剪切,通过伸缩杆和可拆卸收集网实现不同高度水果的采摘和收集。对采摘机的结构、性能和软硬件系统进行了详细设计,制作的样机小巧便携,有效地提高了采摘效率。     

采摘机器人扰动状态下柑橘动态识别

为了提高柑橘采摘速度和采摘效率,提出一种采摘机器人在柑橘扰动并伴有遮挡状态下的快速动态识别方法.首先对所采集的两帧图像进行分析,通过颜色空间的选取以及阈值分割,将水果与背景进行分离;其次通过帧间差分法、水平最小外接矩形法、正方形内切圆法将处于扰动状态下的水果标识出来,然后对振荡水果进行识别.试验结果表明:该算法能很好地适应采摘机器人实际工作中碰到的、各种原因引起的水果扰动及遮挡现象;单个扰动水果算法识别时间小于0.4 s.     

电动柑橘采摘机设计

该文针对我国南方果园水果采摘特点，设计了一种双刀片手持式水果采摘机械，对其进行了系统设计，详细分析了该水果采摘机械的电路设计和程序设计。并且通过开关型霍尔传感器检测刀片的切割初始和终了位置，设计了初始位置检测程序，保证系统正常工作。     

柑橘采摘机器人结构设计及运动学算法

针对柑橘树冠较高,果梗木质化程度高、短且坚硬的特点,设计了新颖的柑橘采摘机器人手臂和末端执行器.根据其工作特征给出了能够提高运算速度的约束条件,并运用D-H法建立了机器人坐标变换矩阵,分别给出了机器人运动学正解和逆解.仿真和试验结果表明了机器人结构设计及运动学算法的合理性、有效性.机器人臂展1 048 mm、工作空间1...     

可移动多维振动时效机器人设计与运动学分析

针对现有振动时效技术的不足,为解决多维激振作业的需求,设计了一种在3-UPU并联结构支架基础上串联3条机械臂的混联式多维振动时效机器人,拓展了末端执行器的自由度及工作空间。运用ADAMS对并联支架进行运动学分析;基于D-H参数(Denavit-Hartenberg parameters)对机械臂进行建模,并对串联机械臂进行正运动学求解,运用MATLAB对机器人机械臂Ⅱ的工作空间进行求解,解出激振器工作空间的范围。验证了机械臂末端执行器工作区间的可行性。多维振动时效机器人机械臂拥有良好的工作性能,提高了振动时效的工作效率,机械臂间相互协同满足多维振动时效的作业要求。