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《西安理工大学》 2018年
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苹果采摘机器人的设计与研究

刘鹏莉  
【摘要】:随着科技的快速发展,我国面临着人口老龄化的问题,使得劳动力的获取变得艰难。而对于苹果的采摘,我国大部分地区还是通过人工采摘来完成的。因此,人们寻求一种工具来取代人工,于是,农业采摘机器人就由此诞生了。本文从四个方面对苹果采摘机器人进行设计与分析。主要内容如下:首先,根据机械臂的设计参数,建立其运动学模型。并对它的工作空间进行分析。同时,基于机械臂的工作空间,对各杆件长度进行优化。其次,基于苹果的几何参数,建立欠驱动的三指三指节末端执行器来完成对苹果的采摘。采用Ansys对苹果受到手指所给的夹持力进行分析,得到夹持力的取值范围。并在最大夹持力的情况下,对各指节进行静力学分析。基于Adams对末端执行器进行运动学仿真分析,并进行后处理,得到各参数曲线光滑,且没有发生突变,即满足工作要求。再次,为了提高采摘率,本文采用剪切机构来完成果柄与果树的分离。建立剪切机构三维模型,对其驱动机构的参数进行了设定与计算。基于Adams建立剪切机构的虚拟样机模型,分析其在各方向上的位移、速度、加速度。从仿真结果可以得到,在0.15s~0.16s时间段内,动刀片在x、y、z方向上的速度、加速度有突变,但在0.01s内恢复正常,因此,发生突变影响很小,所以剪切机构满足工作要求。最后,对控制方法进行分析,确定采用自适应PD控制方法来建立机械臂的控制系统。建立基于拉格朗日的三杆机械臂动态方程,来对自控率进行计算。基于MATLAB/Simulink和Adams软件,建立机械臂的联合仿真系统,并对比理想和实际角位移曲线图,可得到:第一关节的运动比较平稳,与理想曲线吻合程度较高,说明所设计的控制算法鲁棒性、跟踪效果、自适应能力较好。第二、三关节的实际角位移曲线图有一定的波动,跟踪效果一般。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP242

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾伟宽;赵德安;刘晓洋;唐书萍;阮承治;姬伟;;机器人采摘苹果果实的K-means和GA-RBF-LMS神经网络识别[J];农业工程学报;2015年18期
2 李想;俞经虎;;一种欠驱动苹果采摘机器人末端执行器的设计[J];机械传动;2015年09期
3 张杰;姬长英;顾宝兴;沈子尧;董芒;;三自由度苹果采摘机器人本体设计[J];计算机工程与应用;2015年23期
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5 王丹丹;徐越;宋怀波;何东健;;基于平滑轮廓对称轴法的苹果目标采摘点定位方法[J];农业工程学报;2015年05期
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10 马贵飞;马履中;杨文亮;;苹果采摘机器人机械手运动学分析与仿真[J];农机化研究;2010年07期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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5 李伟;果蔬采摘机器人机构设计及特性分析[D];北京林业大学;2014年
6 张飞;欠驱动机械手末端执行器的设计与研究[D];浙江理工大学;2014年
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8 龚力;基于移动平台的机械臂结构优化设计[D];武汉理工大学;2012年
9 张麒麟;苹果采摘机器人末端执行器的设计与研究[D];南京农业大学;2011年
10 彭磊;欠驱动苹果采摘末端执行器研究和设计[D];南京农业大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾伟宽;赵德安;刘晓洋;唐书萍;阮承治;姬伟;;机器人采摘苹果果实的K-means和GA-RBF-LMS神经网络识别[J];农业工程学报;2015年18期
2 徐黎明;吕继东;;基于同态滤波和K均值聚类算法的杨梅图像分割[J];农业工程学报;2015年14期
3 张杰;姬长英;顾宝兴;沈子尧;董芒;;三自由度苹果采摘机器人本体设计[J];计算机工程与应用;2015年23期
4 陈姗姗;尹建军;陈树人;;果蔬采摘机器人行走运动控制系统设计——基于磁导引[J];农机化研究;2015年06期
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9 项荣;应义斌;蒋焕煜;;田间环境下果蔬采摘快速识别与定位方法研究进展[J];农业机械学报;2013年11期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 夏雪;基于计算机视觉的苹果树果实探测与定位方法[D];中国农业科学院;2018年
2 石甜;基于2D/3D复合机器视觉的三维钢轨表面缺陷检测技术研究[D];武汉科技大学;2017年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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10 幸杰;工业机器人运动工件跟踪抓取技术研究与实现[D];重庆大学;2018年
【二级参考文献】
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1 贾伟宽;赵德安;阮承治;沈甜;陈玉;姬伟;;苹果采摘机器人夜间图像降噪算法[J];农业工程学报;2015年10期
2 王丹丹;徐越;宋怀波;何东健;张海辉;;融合K-means与Ncut算法的无遮挡双重叠苹果目标分割与重建[J];农业工程学报;2015年10期
3 王丹丹;徐越;宋怀波;何东健;;基于平滑轮廓对称轴法的苹果目标采摘点定位方法[J];农业工程学报;2015年05期
4 赵德安;沈甜;陈玉;贾伟宽;;苹果采摘机器人快速跟踪识别重叠果实[J];农业工程学报;2015年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李国栋;服务机器人智能空间中机器视觉测量技术及其应用研究[D];山东大学;2012年
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3 徐竟天;基于ARM9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年
4 李智国;基于番茄生物力学特性的采摘机器人抓取损伤研究[D];江苏大学;2011年
5 余蕾斌;全方位移动仿人型机器人运动规划研究[D];上海交通大学;2010年
6 刘继展;番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D];江苏大学;2010年
7 刁智华;大田小麦叶部病害智能诊断系统研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
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10 安秋;农业机器人视觉导航系统及其光照问题的研究[D];南京农业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张明;基于Arduino平台的心音信号采集系统设计与实现[D];云南大学;2015年
2 朱素霞;IRB660型码垛机器人的运动学与动力学分析[D];北京邮电大学;2013年
3 李彤;基于Arduino的便携式能见度仪的设计[D];南京理工大学;2013年
4 金理钻;基于双目视觉的黄瓜采摘机器人关键技术的研究[D];上海交通大学;2013年
5 陈军;多自由度机械臂实时仿真系统研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 刘俊顺;基于聚类的相关向量机快速分类算法研究[D];华南理工大学;2011年
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8 张洁;球形果采摘机器人视觉系统设计与开发[D];燕山大学;2011年
9 王韧;农业采摘机器人机械臂结构设计与分析[D];湖南农业大学;2010年
10 崔鹏;苹果采摘机器人末端执行器的设计研究[D];中国农业机械化科学研究院;2010年
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5 田磊;靳继红;;面向无线传感器网络节点的脐橙采摘机器人定位研究[J];农机化研究;2018年04期
6 张磊;;采摘机器人定位和导航研究—基于足球比赛动态路径规划[J];农机化研究;2018年06期
7 王娜;汤金金;;采摘机器人运动目标逼近方法研究——基于分裂迭代和模糊算法[J];农机化研究;2018年04期
8 任天麟;;基于武术飞脚动作学习的类人采摘机器人控制系统[J];农机化研究;2018年12期
9 皆彦吉;;果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策[J];时代农机;2018年09期
10 石建华;;基于云计算技术的苹果采摘机器人系统[J];农机化研究;2017年07期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 何蓓;刘刚;;果树采摘机器人研究综述[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
2 魏锡光;王库;;仿自然环境条件下番茄采摘机器人设计研究[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年
3 崔天时;陈天宏;;基于遗传算法的采摘机器人轨迹规划[A];黑龙江省农业工程学会2011学术年会论文集[C];2011年
4 石兴禄;邹湘军;卢俊;陈强;陈燕;王红军;刘天湖;;虚拟采摘机器人统一建模与三维动态仿真[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 袁挺;李伟;谭豫之;杨庆华;高峰;任永新;;温室环境下黄瓜采摘机器人信息获取技术研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(下册)[C];2008年
6 张殿明;时会美;;农业自动化领域中的机器人技术[A];Proceedings of 2010 National Vocational Education of Communications and Information Technology Conference (2010 NVCIC)[C];2010年
7 赵德安;姬伟;张超;李占坤;;果树采摘机器人控制系统设计[A];中国农业工程学会电气信息与自动化专业委员会、中国电机工程学会农村电气化分会科技与教育专委会2010年学术年会论文摘要[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王心馨 虞涵棋;美国公司开发出苹果采摘机器人[N];中国农机化导报;2017年
2 全媒体记者 李宁艳;“智慧农业”开启新疆种植新模式[N];乌鲁木齐晚报(汉);2017年
3 吕继东 赵德安 姬伟 陈玉;浅谈国内外采摘机器人[N];中国农机化导报;2014年
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5 本报记者 吴佩;机器人摘棉花可以识别好与坏[N];农民日报;2011年
6 本报记者 李慧;未来,我们这样搞农业[N];光明日报;2010年
7 本报记者 张伟;创新科技 让生活更精彩[N];中国高新技术产业导报;2013年
8 记者 吕兵兵 通讯员 李建忠;擎科技“大旗” 攀农业“珠峰”[N];农民日报;2012年
9 本报记者 刘欢;三万余市民高校田间追踪“食品安全”[N];北京日报;2012年
10 本报记者 冯华;当农业插上信息化的翅膀[N];人民日报;2010年
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1 王成琳;基于光照均值化的多类水果采摘机器人双目视觉定位研究[D];华南农业大学;2018年
2 王丽丽;番茄采摘机器人关键技术研究[D];北京工业大学;2017年
3 贾伟宽;基于智能优化的苹果采摘机器人目标识别研究[D];江苏大学;2016年
4 顾玉宛;基于并行计算的苹果采摘机器人关键技术研究[D];江苏大学;2016年
5 戚利勇;黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D];浙江工业大学;2011年
6 谢忠红;采摘机器人图像处理系统中的关键算法研究[D];南京农业大学;2013年
7 吕强;柑橘采摘机器人工作场景信息感知技术与路径规划研究[D];江苏大学;2010年
8 王辉;机器视觉技术在果园自动化中的应用研究[D];中国农业机械化科学研究院;2011年
9 纪超;温室果蔬采摘机器人视觉信息获取方法及样机系统研究[D];中国农业大学;2014年
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3 贺敬梓;基于虚拟现实的荔枝采摘机器人作业行为仿真[D];华南农业大学;2018年
4 周尧;基于RealSense的采摘机器人视觉伺服控制系统设计[D];南京林业大学;2018年
5 段伟洋;苹果采摘机器人夜间视觉检测算法研究[D];天津理工大学;2018年
6 段鹏飞;番茄采摘机器人夜间视觉系统研究[D];中国计量大学;2017年
7 王勇桦;油茶果采摘机器人控制硬件平台设计与分析[D];中南林业科技大学;2014年
8 胡友呈;自然环境下柑橘采摘机器人的目标识别与定位方法研究[D];重庆理工大学;2018年
9 张哲;柑橘采摘机器人采摘姿态及序列研究[D];重庆理工大学;2018年
10 贺询;采摘机器人视觉及控制系统的设计与研究[D];华北水利水电大学;2018年
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