检索结果-南通市图书馆

作者：苏文亮浙江理工大学

学位级别：硕士

随着全球经济的进一步发展,人类对于能源的需求越来越大。而以煤、石油为代表的化石能源储量有限,在可预见的未来即将用尽,且随着人们对于居住环境的要求日益提高,传统的化石能源对于环境的严重污染也是越来越不被认可。因此开发一些可... 详细信息

随着全球经济的进一步发展,人类对于能源的需求越来越大。而以煤、石油为代表的化石能源储量有限,在可预见的未来即将用尽,且随着人们对于居住环境的要求日益提高,传统的化石能源对于环境的严重污染也是越来越不被认可。因此开发一些可持续的绿色能源意义重大,太阳能作为一种可持续利用的清洁绿色能源,是传统化石能源非常好的的替代能源。太阳能因其分布极其广泛,储量十分巨大,已经引起了世界各国的重视,并投入了大量的资金和人力来开发太阳能利用技术,其中以光伏发电技术为研究重点。光伏发电作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式,拥有发电规模大小随意、建设时间较短、维护简单、零排放无污染等诸多优点,得到了各国政府的大力支持,并在全球范围内得到快速推广。在光伏发电系统中,光伏充电控制器是重要的组成部分,已成为目前光伏研究的热点之一。光伏电池输出受到光照条件和环境温度的影响,具有非常复杂的非线性。故在光伏发电的过程中,需要控制器来追踪其最大功率输出点,提高光伏电池的充电效率,降低发电成本。本文设计了一款基于STM32的光伏充电控制器,带有最大功率点追踪功能,同时为了符合蓄电池的充电特性,采用了智能化充电方式,延长蓄电池的使用寿命。本文的主要研究内容如下:1.研究了光伏充电控制器以及蓄电池充电算法的国内外研究现状以及发展趋势,并分析了光伏电池的等效电路,建立了数学模型,在MATLAB中Simulink的平台上进行建模仿真,分析了光伏电池的输出特性和光照强度、温度等因素之间的关系。2.对光伏充电控制器的硬件系统和软件系统进行了总体功能设计,分别阐述了硬件系统和软件系统的总体设计方案,分析了几种MPPT常见的算法,并在扰动观察法的基础上提出了一种基于变步长的改进型的扰动观察法。同时,在整个充电环节,设计了基于四阶段的智能充电算法,其充电过程分为预充电、最大功率充电、过充电以及浮充电四个阶段。3.对光伏充电控制器的硬件设计部分进行了详细介绍,分析了主电路的拓扑结构以及主要元器件的选型,对电源电路、MOS管驱动电路、电压电流采样电路、保护电路等,均作了详细介绍。4.对光伏充电控制器的软件设计部分进行了详细介绍,主要分为上下位机两部分进行了介绍,下位机软件部分是基于STM32开发的控制程序,包括充电控制程序,电压电流采样程序、基于改进型的扰动观察法实现程序、PID控制程序、GPU串口屏显示程序等;上位机软件是基于C#开发的数据采集程序,主要是在样机调试的过程中收集一些相关参数,与下位机通过串口实现通讯。最后,基于STM32设计出的样机为平台,进行了相关试验研究。对改进后的MPPT算法和智能充电控制策略进行试验分析,试验结果表明,改进后的算法不仅可以快速追踪到最大功率输出点,而且在其附近的振荡幅值较小,大大减小了光伏电池的输出损耗,达到了预期的设计目的。

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枝叶遮挡下苹果位姿估计与机器人采摘试验

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作者：汪一昕浙江理工大学

学位级别：硕士

在果实收获机器人的研发过程中,其视觉检测与定位部分模块是该类农业机器人的核心模块。随着苹果的需求量逐年上升,以及人工采摘劳动力逐年减少,苹果自动收获机成为了发展的热点。当前,各农机团队研发的苹果采摘机往往对采摘环境要求较... 详细信息

在果实收获机器人的研发过程中,其视觉检测与定位部分模块是该类农业机器人的核心模块。随着苹果的需求量逐年上升,以及人工采摘劳动力逐年减少,苹果自动收获机成为了发展的热点。当前,各农机团队研发的苹果采摘机往往对采摘环境要求较高,在非结构化的场景中其定位方法容易失效,这导致果农需要花费额外的精力与成本对果园中果树的遮挡环境进行处理,大大提高了苹果种植成本。因此研究一种能够在果园中果树枝叶遮挡环境下对苹果果实实现有效定位的方法显得很有意义。针对这一问题,本文提出了一种基于点云定位的果园环境下的苹果位姿估计方法,该方法通过点云处理实现对苹果中心坐标和主轴的估计。本文主要研究内容及相关成果如下:1、针对在果园环境下存在对红、绿色苹果检测难度大的问题。本文通过采集苹果果园图像并制作数据集,根据苹果果园的环境与特性,对数据集进行增广。选取并训练YOLOv5s网络,获得可以稳定对果园遮挡和未被遮挡的红绿两色苹果实现稳定检测的模型。通过对苹果测试集的检测效果进行评估分析,红绿色苹果检测精度和召回率分别达到99.23%和99.10%。2、由于苹果表面容易被苹果果树枝、叶、果实遮挡导致苹果表面点云难以获取,本文通过YOLOv5s目标检测网络输出的检测框结合RGB与深度图像获得苹果目标区域RGB点云团;采用体素滤波器和统计滤波器完成对目标区域点云团的下采样和滤波;利用PCA算法完成对目标点云团内点的法向量和曲率计算;采用欧式聚类算法实现对果实表面点云的提取;通过RGB灰度和曲率的分析,完成枝条遮挡物的识别方法。3、针对因遮挡造成表面点云残缺的苹果的定位难问题。研究了一种基于RANSAC球拟合估计苹果中心以及另一种基于表面点云法向量估计苹果中心的两种中心坐标估计方法。提出了一种基于花萼和果梗位置和另一种利用果实侧表面点云的两种苹果主轴估计方法,并利用VREP平台进行仿真实验和分析。经过计算:RANSAC球拟合中心估计方法的平均定位误差为2.46cm,基于果实表面点云法向量的中心估计方法的平均定位误差为2.66cm(由于仿真模型的系统误差,该误差比实际值偏高);基于苹果侧表面点云的主轴估计方法的平均偏差为20.8°,基于花萼和果梗位置的苹果主轴估计方法的平均偏差为12.9°。4、为验证本文方法在实际场景中的鲁棒性,在山东威海果园开展了实地定位采摘实验:1)使用标签标注苹果进行实地场景下中心、主轴估计实验;2)使用开发的苹果采摘机进行苹果采摘试验。结果表明:基于RANSAC球拟合方法的定位误差为2.33cm;基于点云法向量的果实中心定位方法的定位误差为2.32cm;基于苹果侧表面点的果实主轴估计方法的误差为19.3°;基于花萼和果梗位置的主轴估计方法的误差为12.6°,苹果采摘机能够对果园环境的苹果实现稳定采摘。最终实验结果表明,在果园复杂遮挡环境下,本文提出的方法能够在非结构化的果园场景中稳定运行。该方法有效实现了对果园环境下各类苹果的定位,提高了苹果采摘机的鲁棒性。

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多盒形自动装盒机的关键技术研究

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作者：唐曲曲浙江理工大学

学位级别：硕士

自动装盒机的功能是将所需包装的产品或物料自动送入待包装的纸盒,然后通过对应的执行装置自动包装纸盒,其装盒过程主要包括取盒、放盒、推料、封盒。装盒机执行机构包括吸盒机构、传送机构、推料机构、封盒机构。目前国内生产的纸盒包... 详细信息

自动装盒机的功能是将所需包装的产品或物料自动送入待包装的纸盒,然后通过对应的执行装置自动包装纸盒,其装盒过程主要包括取盒、放盒、推料、封盒。装盒机执行机构包括吸盒机构、传送机构、推料机构、封盒机构。目前国内生产的纸盒包装机功能单一,只适用于单盒形,装盒速度一般处于40-60盒/分钟的中低速水平。中小企业很多单一产品产量不大,企业需购买多台装盒机适应不同盒形产品。企业面临着人工费用高、投资设备贵的两难境地,产品竞争优势降低。因此,适用于多种盒形高速装盒关键技术的成功研发,可促进中小企业装盒自动化的应用,提高生产效率。此课题研发适应市场和社会的需求,也有助于提升我国包装机在国际包装机械行业的竞争。本文的主要研究内容如下:1.根据装盒机取盒和放盒的工艺要求,对传统的行星轮系吸盒机构的结构进行分析,建立机构数学模型,求解行星轮系吸盒机构吸盘末端运动轨迹和运动特性,确定圆齿轮行星轮系吸盒机构最优轨迹参数和对应的运动特性,指出圆齿轮行星轮系吸盒机构的局限性,为行星轮系吸盒机构的创新设计提供理论支撑。2.针对圆齿轮行星轮系吸盒机构的局限性,在满足取盒,放盒工艺要求的前提下,提出一种椭圆-圆齿轮行星轮系取盒吸盘机构。借助计算机软件对此吸盒机构的吸盘末端运动轨迹和运动特性进行优化求解,椭圆偏心率e等于0.05,r等于85.3,r等于49.3为一组较优结构参数,得到将求解结果与圆齿轮行星轮系吸盒机构吸盘末端运动轨迹和运动特性进行对比,结果表明,在取盒点和放盒点不变的前提下,椭圆形成的轨迹在取盒放盒工位处的加速度比圆齿轮形成轨迹在取盒放盒工位的加速度慢了14.3%,放盒前,速度慢了14.3%,机构最大加速度减少了9.9%。。根据物料传送装置的功能要求及不同盒形的要求,设计一种纸盒长度可调节的盒支架,盒支架放置的倾斜角度与水平呈30°。3.分析推料机构和封盒机构的工艺要求和主要参数,研究推料机构的急回特性和纸盒的折叠工艺,在满足其工艺要求和尺寸可调节的前提下,对推料机构和封盒机构进行结构简化和创新。根据实际纸盒大小,确定推料机构结构参数和封盒机构结构参数,对推料机构进行仿真计算,分析推料杆与物料接触点的速度和加速度,其速度和加速度连续,速度行程系数K等于1.23。对物料传送装置进行研究设计,采用传动带焊接挡板代替链条加挡板,降低机器工作噪音,提高传送精度。4.以医用胶带包装为研究对象,开发适用于不同长度盒形的高速自动装盒机,并进行试验。对自动装盒机进行三维建模和虚拟仿真,验证吸盒轨迹。对装盒机整体进行三维建模,进一步优化整机干涉部位结构;试制安装样机,进行装盒试验。

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基于线结构光的弯管视觉测量技术研究

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作者：张秀泽浙江理工大学

学位级别：硕士

弯管是现代机械装备中的常见零件,由于加工后的弯管存在回弹,导致弯管无法进行良好的装配,故需要及时地测量、回馈数据,以实时的对加工的弯管进行修正,使弯管加工能满足精度要求,降低加工成本。而线结构光视觉测量系统具有非接触测量、... 详细信息

弯管是现代机械装备中的常见零件,由于加工后的弯管存在回弹,导致弯管无法进行良好的装配,故需要及时地测量、回馈数据,以实时的对加工的弯管进行修正,使弯管加工能满足精度要求,降低加工成本。而线结构光视觉测量系统具有非接触测量、精度高、实时性良好等特点,被广泛应用于质量检测、加工制造等领域。本文针对弯管的非接触快速测量问题,对基于线结构光的视觉测量技术进行了研究,提出了一种快速、有效的视觉测量方法,并进行了实验验证。本文主要研究内容如下:（1）基于线结构光的视觉测量系统的研究。研究了激光三角法中的直射式和斜射式的特点,选择了斜射式激光三角法作为系统的测量原理,设计了系统的主要硬件组成和软件的工作流程。（2）基于线结构光的视觉测量系统标定方法的研究。线结构光测量系统的标定主要包括摄像机标定和光平面标定,首先分析了现有的摄像机标定方法,选择了张正友标定法进行摄像机标定,再研究了常用的几种光平面标定方法,并提出了一种基于距离约束因子的单应性矩阵算法,进行光平面标定,通过MATLAB软件作为标定平台,进行实验验证了该方法的有效性。（3）图像处理算法的研究。首先通过中值滤波、阈值分割、形态学处理等图像预处理方法消除弯管上光条图像的各种噪声,改善图像质量,再对几种光条中心提取算法进行了研究,提出了一种基于自动兴趣区域选取和灰度重心法结合的提取算法进行光条中心提取。（4）椭圆拟合算法的研究。本章对椭圆拟合点基于垂直轴线的虚拟平面进行提取,并垂直投射在虚拟平面上,利用点的正态分布原理进行孤立点的剔除,并通过最小二乘法对这些点进行椭圆初拟合,再通过参数形式的椭圆拟合方法进行进一步拟合,提高轴径拟合的精度。（5）弯管测量实验的研究。获取弯管每部分的椭圆拟合数据,得到其三维空间参数,进行三维重建,得到弯管的三维模型。与弯管实际模型作比较,验证本文方法的可行性。

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面向脊髓损伤修复与监测的柔性多模态植入式光电器件研究

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作者：胡润泽浙江理工大学

学位级别：硕士

脊髓损伤是一种创伤性事件,不仅会导致毁灭性的神经功能缺陷和残疾,而且会连带其他器官出现功能障碍。同时,脊髓损伤的医治与术后康复不仅对患者自身在物质与身心上造成沉重打击,对于亲属与连带关系的群体也是巨大的负担。目前,支架、... 详细信息

脊髓损伤是一种创伤性事件,不仅会导致毁灭性的神经功能缺陷和残疾,而且会连带其他器官出现功能障碍。同时,脊髓损伤的医治与术后康复不仅对患者自身在物质与身心上造成沉重打击,对于亲属与连带关系的群体也是巨大的负担。目前,支架、干细胞、小分子(抑制剂/激活剂)、康复训练和组合疗法等常用的脊髓损伤修复手段不能有效促进轴突在纤维瘢痕中的延伸以及与损伤后神经元形成突触传递神经电生理信号。然而柔性电子技术与光遗传学的结合将对高度选择性的调节神经元群体时空神经元活动操纵成为可能。基于上述情况,本文以远交群大鼠(Sprague Dawley,SD)为对象,以研究设计一种具有温度与生理电信号监测功能的柔性植入式光遗传学器件为目标。对光遗传学原理与SD大鼠体态分析,获得器件设计的初步尺寸和功能要求。在此基础上,对器件包括发光二极管(LED)、温度传感器、微针阵列电极在内的功能单元进行选型并结合力学分析进行结构设计;对LED工作过程中发热进行在体的热学仿真以及对蛇形导线进行拉伸仿真分析;设计合理的器件制备流程并完成对应实验实现器件制备;进行器件各单元性能测试以及在体实验并分析。本文的主要研究内容如下:(1)对光遗传学进行简要介绍,SD大鼠的体态进行测算分析;分析衬底材料特性,选取合适衬底材料;构建圆弧形蛇形岛桥结构的理论模型,分析获得蛇形导线的合理尺寸;根据光遗传学原理对光源要求,选用LED;根据各类金属特性,设计电阻式温度传感器;根据岛桥结构获得等效微针阵列密度关系分析,获得合适的岛桥微针阵列形式。(2)基于Pennes生物传热方程,将脊髓损伤而失去自我体温调节的老鼠的热传方程简化为被动热传的方程。对器件植入老鼠体内的分析模型进行简化,以不同功率下的LED发热工况进行仿真分析,得到生物与器件的升温过程和最高温度点的情况,均满足生物兼容性在最大温升2℃的要求。将整体器件进行简化,对起主要拉伸作用的三段蛇形导线,加以不同位移载荷进行拉伸仿真分析,在长度方向上实现61mm、30%的伸长,满足拉伸需求。(3)考虑已有设备与材料性能的兼容程度,设计了器件的工艺制备流程,并对实验过后的器件予以表征。在硅片上以聚甲基丙烯酸甲酯(Poly Methyl Methacrylate,PMMA)为牺牲层,聚酰亚胺(Polyimide,PI)为底层衬底材料,溅射钛金并图案化腐蚀完成底层电路,采用钛金溅射抬离制备温度传感器。通过温度和时间控制液态PI的表面能,配合聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)印章转印LED;将SU-8进行光刻制备微针阵列;铜加双层光刻胶的抬离方式实现功能单元金属互联,以派瑞林-C作为封装层,以铜作为掩膜进行反应离子刻蚀除去焊盘、微针的针尖与孔隙处封装材料,通过激光切割获得器件外轮廓,以丙酮渗入PI衬底下去除PMMA获得最终器件。(4)将制备的完整器件分别对于LED、温度传感器、微针阵列、蛇形导线进行性能测试以及在体植入实验。性能测试结果表明各个功能单元性能优异,能够满足手术、老鼠生长、光遗传原理等要求,同时也验证了LED工作期间发热仿真与蛇形导线拉伸性能仿真可靠性。在体实验验证了器件在老鼠体内植入工作一个月对于脊髓损伤修复的积极帮助作用。

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四自由度工业机器人运动学分析及控制系统研究

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作者：涂孔浙江理工大学

学位级别：硕士

随着工业4.0的推进,越来越多的工业机器人被应用到自动化生产线上,以代替人工从事重复、危险的作业任务。本课题以四自由度冲压上下料工业机器人为控制对象,研究了机器人的运动控制算法及一种基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌... 详细信息

随着工业4.0的推进,越来越多的工业机器人被应用到自动化生产线上,以代替人工从事重复、危险的作业任务。本课题以四自由度冲压上下料工业机器人为控制对象,研究了机器人的运动控制算法及一种基于ARM芯片的低成本、易于使用的高精度嵌入式控制系统。论文的主要内容如下:首先,用D-H法构建了四自由度工业机器人连杆坐标系,推导了其正逆运动学方程;对机器人的轨迹规划进行了研究,提出了变插值周期的关节空间五次多项式插值实现算法;针对7段S形加减速约束条件多及规划难度大问题,提出了5段S形加减速控制方式;针对笛卡尔空间轨迹的速度控制问题,将直线加减速控制应用于直线和圆弧插补中,提出了基于位移等效的速度优化算法,该算法通过调整加速度和减速度的大小来消除或减小由于插补方程离散化引起的末端轨迹在加减速点处的速度突变。其次,利用Robotics Toolbox工具箱对四自由度工业机器人进行了建模,采用MATLAB GUI设计了四自由度工业机器人的运动学仿真界面,包含对工作空间的仿真,正反解的验证仿真,示教仿真和轨迹规划的仿真。采用STM32F407作为主控芯片进行编程任务,采用MODBUS通讯协议,设计了软件实现的总体方案。研究了四自由度工业机器人控制系统的功能模块及冲压工艺,使用C语言编写了四自由度工业机器人的运动控制程序,包含手动示教,回零,自动运行和联机控制程序,采用由定时器产生PWM的方式控制伺服电机的运动,将运动学算法编写到控制器中,实现了机器人的点位控制和直线、圆弧插补功能。最后,对四自由度工业机器人控制系统进行了调试,并搭建了测试平台对变插值周期五次多项式和速度优化算法进行测试分析。调试及测试结果表明:控制系统运行稳定;点位控制的重复定位精度为±0.01mm;速度优化算法减小了加减速点处的速度突变,保证了机器人运动的平稳。

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基于复合振动的堆聚态柔细物料自动送料技术研究

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作者：程培林浙江理工大学

学位级别：硕士

包装机械的规模化、集成化和智能化是世界包装行业的发展趋势。送料环节作为物料包装的首要环节,是实现物料自动包装作业的基础。在柔细物料的包装过程中,由于物料具有细长、柔软、易变形的物理特性,在堆聚状态下较难进行单根分离输送,... 详细信息

包装机械的规模化、集成化和智能化是世界包装行业的发展趋势。送料环节作为物料包装的首要环节,是实现物料自动包装作业的基础。在柔细物料的包装过程中,由于物料具有细长、柔软、易变形的物理特性,在堆聚状态下较难进行单根分离输送,导致该类物料的包装机械停留在半自动化阶段。为解决上述问题,本文以医用静脉采血针管为研究对象,结合其物理特性,设计了以自动理料机构和自动分料输送机构为核心的自动送料装置,并进行样机制作和试验。本文主要完成的工作如下:1.分析柔细物料的物理特性,选择具有代表性的医用静脉采血针管为研究对象,对其长度、质量、直径以及堆聚态总长等各项物理参数进行测定,利用间接送料法作为自动送料方法设计自动送料装置,对自动理料和自动分料的具体实施方式进行研究。2.根据对采血针管理料动作的研究,选择“水平-竖直”复合振动理料方式进行理料,设计复合振动理料机构,建立自动理料试验平台,以物料整齐度为目标进行4因素3水平有交互作用的正交试验,水平振动频率为1.7Hz、水平振幅为150mm、竖直振动频率为1.3Hz、竖直振幅为30mm时,取得最佳理料效果,物料整齐度为5mm。水平振动频率f、水平振幅L、竖直振动频率f、竖直振幅L对物料整齐度有高度显著的影响,显著性顺序为L＜f＜f＜L;水平振动频率和水平振幅交互作用(f×L)以及竖直振动频率和竖直振幅交互作用(f×L )对物料整齐度有显著的影响,显著性顺序为(f×L)＞(f×L )。3.根据对采血针管分料动作的研究,选择电磁式直线振动送料器作为自动分料输送机构的核心部件,设计自动分料输送机构,建立自动分料试验平台,以分料速率为目标进行3因素3水平有交互作用的正交试验,分料数量为25根、料道倾角为12°、振动频率为52.5Hz时,分料效率最高,每根物料的分料时间为0.51s。分料数量对分料效率有显著影响,料道倾角、振动频率以及3个因素之间的交互作用对分料效率的影响不显著。4.对自动送料装置的理料模块、分料模块和拾取输送模块等部分进行结构分析设计,设计自动送料装置,该装置样机试验证明了自动送料方案的可行性,五通道自动送料装置能够达到80000根/日的送料效率目标,满足设计要求。

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空间四连杆引纬机构优化及动力学仿真

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作者：徐永康浙江理工大学

学位级别：硕士

引纬机构是织机最主要的部件之一,引纬机构性能的好坏直接影响到织机档次和织造质量。而目前我国剑杆织机、尤其是引纬机构等关键部件的设计和制造,与国外先进技术相比仍然有很大差距,因此综合研究引纬机构各项性能,对提高国产织机自主... 详细信息

引纬机构是织机最主要的部件之一,引纬机构性能的好坏直接影响到织机档次和织造质量。而目前我国剑杆织机、尤其是引纬机构等关键部件的设计和制造,与国外先进技术相比仍然有很大差距,因此综合研究引纬机构各项性能,对提高国产织机自主创新能力和竞争力而言,显得尤为重要。本文基于国内高性能剑杆织机的发展较为落后的现状,通过运用理论分析和虚拟样机检验的方法,对空间四连杆引纬机构进行了运动学和动力学的分析及优化。主要工作和成果可以概括如下：1)构建了空间四连杆引纬机构各部分的运动学数学模型,编制了MATLAB程序对其进行运动仿真,得出运动特性曲线,并在此基础上分析探讨了剑杆织机空间四连杆引纬机构连杆和摇杆变化对其运动学特性的影响,定量分析了曲柄长度变化对引纬机构运动特性的改变,得出可以通过改变曲柄长度调节本套机构使其满足剑头行程调节需要的结论。2)全面分析了空间四连杆引纬机构各参数间的关系,指出所有参数在机构调整和机构设计中所起的作用。在众多参数中提出了可优化参数,定义纬纱交接区间,对剑头加速度曲线建立了目标函数,采用遗传算法对可优化参数进行优化,并运用MATLAB编制了辅助分析软件,取得了较好的优化结果。3)通过牛顿矢量力学的方法和达朗贝尔原理建立了空间四连杆引纬机构各个部分动力学理论方程,同时使用Pro/E软件建立机构三维模型,并通过ADAMS软件进行动力学仿真。4)分析了该引纬机构对与机架相连的运动副的受力状况。对该引纬机构震动力完全平衡进行了探索性的分析,通过比较各与机架相连运动副处受力状况,提出了平衡指标,并通过尝试改变相关机构质心位置,对空间四连杆引纬机构进行了震动力平衡的探索,得出了可以考虑改变十字轴的形状,使其质心向公共坐标系x轴和z轴正方向偏移,或者考虑在这两个方向上加配重;对于扇齿轮而言,机构设计时应尽量保持其现有质心位置,对于必须要有偏心要求的场合,可以考虑将其质心向x轴正向或z轴负向偏移;对于剑轮而言,由于其为回转构件,应使其质心位置尽量保持在回转中心,以减少回转时产生的惯性力和惯性力矩等结论。

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名优茶采摘机械臂的局部避障和全局路径规划研究

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作者：邱铭涛浙江理工大学

学位级别：硕士

名优茶作为高附加值的经济作物,其发展具有广阔的前景。随着城镇化发展与劳动力价格的不断上涨,劳动力欠缺已经严重影响茶产业的可持续健康发展。茶叶生产过程中,采摘用工占茶园用工中的50%以上,当前市场上已有的采茶机主要针对大宗茶叶... 详细信息

名优茶作为高附加值的经济作物,其发展具有广阔的前景。随着城镇化发展与劳动力价格的不断上涨,劳动力欠缺已经严重影响茶产业的可持续健康发展。茶叶生产过程中,采摘用工占茶园用工中的50%以上,当前市场上已有的采茶机主要针对大宗茶叶,而名优茶采摘由于要求高,目前仍为人工采摘,机械化程度低,对劳动力依赖性强,成为制约其发展的瓶颈。随着机器人技术的不断发展,机器人开始越来越受到各行各业的关注。采用机器人完成农产品的智能采摘已经成为热点研究领域。其中茶叶采摘相较于苹果、草莓、猕猴桃等作物更加注重采摘效率,采摘机器人路径规划的好坏会直接影响到采摘作业的效率,是名优茶采摘机器人的关键技术之一。名优茶采摘机器人的路径规划可以分为全局路径规划和局部避障路径规划两部分。全局路径规划用于确定名优茶采摘时的芽叶采摘次序,保证采摘过程中总路程最短。而局部避障路径规划则实时规划机械臂从一个采摘点移动到下一个采摘点的无碰撞路径,在保证规划可以满足茶叶采摘实时性的同时保证路径相对较优。主要研究工作如下:1)为实现名优茶采摘全局路径规划算法,采用改进的最大最小蚂蚁算法。确定最大最小蚁群算法（MMAS）作为茶叶采摘全局路径规划的基础算法;根据全局路径规划中芽叶数量规模以及其分布特点,确定信息素更新规则、参数选择、路径成本计算方式;结合聚类算法（K-means）,提出改进后MMAS,通过适当牺牲解的最优性缩短算法的求解时间,以满足名优茶采摘全局路径规划的实时性要求;最后,通过实验选择最优参数,并验证改进后MMAS算法可以满足快速规划的同时合理安排名优茶的采摘顺序。2)采用改进的快速随机搜索树算法（RRT）完成名优茶采摘时机械臂的局部避障路径规划。结合可视图法和informed采样策略提高算法在名优茶采摘这类复杂多障碍物环境下的采样效率和质量;同时为了保证算法可以满足名优茶采摘路径规划实时性的要求,引入双向启发式扩张策略;最后,通过实验验证在茶叶环境下相较于其它RRT算法本文提出的改进后RRT*算法可以更快规划得到更优的无碰撞路径。3)获取芽叶采摘点坐标位置集和茶叶环境下障碍物信息,用于名优茶采摘的全局路径规划和局部避障路径规划。介绍名优茶采摘路径规划所用视觉传感器;根据芽叶成像过程中在不同坐标系下的转换关系求取全局路径规划所需的目标芽叶采摘点坐标集;将滤波处理过后的茶叶原始点云转换为更高效的八叉树地图,建立名优茶采摘路径规划所需的茶叶障碍物环境模型。4)进行名优茶采摘机械臂路径规划试验,结合真实茶叶环境进一步验证本文提出的全局路径规划算法和局部避障路径规划算法性能,是否可以实时规划得到合理的全局路径,以及机械臂在茶叶环境下的无碰撞路径。介绍名优茶采摘机械臂路径规划的系统框架;搭建实验平台,完成机械臂手眼标定;最后,通过试验验证本文提出的名优茶采摘机械臂的局部避障和全局路径规划可以满足名优茶的实时高效采摘。

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基于光纤微弯曲效应的滑觉传感器研制

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作者：沈昊岷浙江理工大学

学位级别：硕士

随着机器人技术的发展,机械手被广泛应用于物体拾放。利用滑觉能准确检测抓取物体所需的力或力矩,提高机械手抓取的可靠性。现有的滑觉传感器主要采用加速度、视觉识别、电压检测等原理。但由于受到技术水平和制造成本的限制,滑觉传感... 详细信息

随着机器人技术的发展,机械手被广泛应用于物体拾放。利用滑觉能准确检测抓取物体所需的力或力矩,提高机械手抓取的可靠性。现有的滑觉传感器主要采用加速度、视觉识别、电压检测等原理。但由于受到技术水平和制造成本的限制,滑觉传感器的研究总体仍处于探索阶段。论文提出了一种基于光纤微弯效应的滑觉传感器,用来检测抓取物体时的相对滑动。传感器基于光纤微弯损耗原理,通过“力信号——位移信号——光通量——电压信号”的转化从而测量物体与机械手之间的摩擦力。设计了一种悬臂弹力齿板结构实现力信号——位移信号的转化,优点在于形变量较小且有较好的重复精度。进一步分析位移信号——光通量损耗之间的关系,确定了悬臂弹力齿板的重要参数,包括:齿距、齿廓半径、弹性悬臂组的胡克系数等。通过光电转换电路把光通量转换成电压信号。以上系统组成一个测量单元。传感器由两个相互正交的测量单元组成,分别用来测量X/Y方向的两个摩擦力。为精确地获得传感器的力信号和电压信号之间的关系,需要进行标定试验。首先分别对X/Y方向的两个单元单独进行标定,结果得到力信号和电压呈现明显的线性相关,相关系数分别为0.99963与0.99869。系数不同的原因是两传感器单元弹性悬臂组的胡克系数不同。接着对组合的传感器在各个方向上进行标定,发现由于摩擦力的存在,实验结果存在误差。进一步地对摩擦力进行补偿后,实验表明,负载与X轴夹角在30°0°范围内时,总体误差在±2%以内,能满足传感器检测需要,表明该传感器设计方案是有效的。搭建试验平台模拟机械手抓取试验装置,测量传感器与物体间的摩擦力,包括:静摩擦力和滑动摩擦力。试验结果显示当传感器与物体间从静摩擦力转变为滑动摩擦力时,电压信号存在一个明显的下降沿。当加载载荷为16N时,下降沿的电压降约为1V。因此可以很容易地被检测出物体和传感器之间发生滑动的时刻。

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