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穴盘苗移栽机器人末端执行器综述

农机化研究 2013年第7期35卷 6-10页

作者：刘炜刘继展江苏大学农业工程研究院江苏镇江212013

随着人们生活水平和健康意识的提高,人们对绿色蔬菜的需求量大大增加。在蔬菜生产的过程中,实现移栽作业的自动化对于提高生产率和减少种植户劳动强度有很重要的意义。为此,结合国内外移栽机器人末端执行器的发展,从末端执行器的各个组... 详细信息

随着人们生活水平和健康意识的提高,人们对绿色蔬菜的需求量大大增加。在蔬菜生产的过程中,实现移栽作业的自动化对于提高生产率和减少种植户劳动强度有很重要的意义。为此,结合国内外移栽机器人末端执行器的发展,从末端执行器的各个组成部分分析了国内外移栽机存在的问题,并对末端执行器的发展提出了建议和措施。

关键词：末端执行器移栽穴盘机器人

面向立柱栽培的移栽机器人设计与协调运动仿真

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农业机械学报 2014年第7期45卷 48-53,72页

作者：刘继展刘炜毛罕平席宁李萍萍江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013 美国密歇根州立大学电子与计算机工程系东兰辛48824 南京林业大学森林资源与环境学院南京210037

针对新型螺旋栽培立柱结构进行了配套移栽机器人系统的设计。通过几何与静力学分析,确定了插针式末端执行器的驱动电磁铁选型与机构参数。通过立柱的穴盘苗机器人移栽协调运动仿真,确定了机械手结构参数与系统优化布局,得到了多执行元... 详细信息

针对新型螺旋栽培立柱结构进行了配套移栽机器人系统的设计。通过几何与静力学分析,确定了插针式末端执行器的驱动电磁铁选型与机构参数。通过立柱的穴盘苗机器人移栽协调运动仿真,确定了机械手结构参数与系统优化布局,得到了多执行元件协调运动时序关系并建立了移栽协调运动流程。样机试验结果表明,机械手平均水平与竖直定位误差分别为2.24 m和0.63 m,移栽成功率为94.7%。立柱1.2 m高度范围的移栽作业效率为750株/h,末端执行器取苗时间仅为0.2 s,能够满足立柱自动化移栽作业的要求。

关键词：立柱栽培移栽机器人协调运动仿真

面向鲜食葡萄无损采运的果穗系统振碰复合动力学建模

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江苏大学学报（自然科学版） 2022年第2期43卷 178-183页

作者：刘继展阳开雨江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

为了探明鲜食葡萄采运全周期的落粒、伤粒力学机制与规律,研究了鲜食葡萄果穗系统振碰复合动力学模型构建方法.以葡萄果穗振动模型为基础,提出了改进的葡萄果穗振碰复合模型,根据此模型,基于绝对节点坐标法和自然坐标法分别描述了果粒... 详细信息

为了探明鲜食葡萄采运全周期的落粒、伤粒力学机制与规律,研究了鲜食葡萄果穗系统振碰复合动力学模型构建方法.以葡萄果穗振动模型为基础,提出了改进的葡萄果穗振碰复合模型,根据此模型,基于绝对节点坐标法和自然坐标法分别描述了果粒主穗轴和支梗果梗,得到了果穗系统振动动力学方程.基于虚功原理和连续介质力学原理推导得到了果粒主穗轴和果粒的弹性力和应力表达式,同时基于Hertz模型和Kelvin模型得到了果粒碰撞力的表达式,代入振动动力学方程,最终得到鲜食葡萄果穗振碰复合动力学模型,并简介了求解方法.

关键词：葡萄果穗振碰复合多体系统动力学模型刚柔耦合

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番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计

农业机械学报 2008年第3期39卷 109-112页

作者：刘继展李萍萍李智国江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室江苏大学江苏大学农业工程研究院

设计的基于多传感器信息融合和开放式控制的智能型番茄采摘机器人末端执行器,其硬件主要包括执行系统、感知系统、控制系统和供电系统,执行系统中真空吸盘装置使果实从果束中分离,手指夹持机构对番茄可靠抓持,果梗切断装置利用激光对果... 详细信息

设计的基于多传感器信息融合和开放式控制的智能型番茄采摘机器人末端执行器,其硬件主要包括执行系统、感知系统、控制系统和供电系统,执行系统中真空吸盘装置使果实从果束中分离,手指夹持机构对番茄可靠抓持,果梗切断装置利用激光对果梗进行切断。该末端执行器设计质量为1.2kg,完成一次采摘动作只需3s。只需更换联接板,即可与其他机械手顺利联接。

关键词：番茄采摘机器人末端执行器多传感器硬件设计

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机器人采摘中番茄力学特性与机械损伤的关系

农业工程学报 2010年第5期26卷 112-116页

作者：李智国刘继展李萍萍江苏大学农业工程研究院镇江212013

为了减小机器人采摘中番茄的夹持损伤,通过加卸载正交试验对不同结构番茄力学特性与机械损伤的关系进行了研究。试验因素包括加载位置、探头类型、指面材料、压缩率和加载速度。试验结果表明:对番茄5个力学参数影响都显著且最大的因素... 详细信息

为了减小机器人采摘中番茄的夹持损伤,通过加卸载正交试验对不同结构番茄力学特性与机械损伤的关系进行了研究。试验因素包括加载位置、探头类型、指面材料、压缩率和加载速度。试验结果表明:对番茄5个力学参数影响都显著且最大的因素为压缩率,并且番茄的力学特性参数之间存在一定的相关性。压缩率每增加1%,应变能、塑性应变能、峰值力和压缩斜率约分别平均增加26.16mJ、19.04mJ、4.62N和0.16N/mm,而弹性度平均减小0.88%。对番茄机械损伤度影响显著的因素依次为压缩率、球度、加载位置和加载速度。压缩率每增加1%,番茄的机械损伤度平均增加2.98%。番茄的机械损伤度与力学参数之间的回归系数为0.7214,其中与番茄机械损伤度最相关的力学参数是峰值力。该研究为采摘机器人夹持机构的设计和稳定夹持控制策略的实现提供了理论依据。

关键词：力学特性机器人参数提取机械损伤番茄小室数

抓持-旋切式欠驱动双指手葡萄采摘装置设计与试验

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农业机械学报 2017年第11期48卷 12-20页

作者：尹建军陈永河贺坤刘继展江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013

针对葡萄的柔性无损采摘要求,基于欠驱动原理和抓持-旋切协同工作方式设计了一种欠驱动双指手葡萄采摘装置,一个电动机通过连杆机构驱动双指四指节手爪从果实中部接近并包络抓取葡萄,复合在双指手上的旋切部件摆动-伸缩带动圆盘刀切断果... 详细信息

针对葡萄的柔性无损采摘要求,基于欠驱动原理和抓持-旋切协同工作方式设计了一种欠驱动双指手葡萄采摘装置,一个电动机通过连杆机构驱动双指四指节手爪从果实中部接近并包络抓取葡萄,复合在双指手上的旋切部件摆动-伸缩带动圆盘刀切断果梗,实现果实与果梗分离。基于此设计思路,首先通过葡萄赤道面直径分析确定了欠驱动手指机构指节尺寸与转角范围,然后通过建立欠驱动手指机构静力学模型,基于传力最优和接触力均布的要求确定了驱动连杆尺寸,结合接触力分析和葡萄挤压破裂试验,获得抓持2 kg葡萄不发生损伤的最大接触力为20 N,再通过手指机构静力学模型求解获得驱动电动机的推力,从而指导驱动电动机的选型。设计了葡萄采摘装置控制系统,通过指节处压力传感器实时反馈接触力实现最大接触力的有效控制。采用加减速梯形控制方式实现了旋切部件运动,圆盘刀转速1 200 r/min可对果梗有效切断。对赤道面直径95~200 mm的葡萄进行50次采摘试验,试验结果表明该装置的采摘成功率为100%,果实挤伤率为5.2%,不考虑视觉定位葡萄与果梗的耗时,完成一次抓持-旋切动作平均耗时29.4 s。

关键词：葡萄果实采摘末端执行器欠驱动手爪接触力控制

Seedling-lump integrated non-destructive monitoring for automatic transplanting with Intel RealSense depth camera

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Artificial Intelligence in Agriculture 2019年第3期3卷 18-32页

作者： Tabinda Naz Syed liu jizhan Zhou Xin Zhao Shengyi Yuan Yan Sami Hassan Ahmed Mohamed Imran Ali Lakhiar Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology Ministry of EducationJiangsu UniversityJiangsu 212013China

Non-destructive plant growth parameters measurement is an important concern in automatic-seedling ***,several image-basedmonitoring approaches have been proposed and potentially developed for several agricultural *** presented study proposed and developed a RealSense-based machine vision system for the close-shot seedling-lump integrated *** strategy was based on the close-shot depth ***,the point cloud clustering and suitable algorithms were applied to obtain the segmentation of 3D seedling *** addition,the data processing pipeline was developed to assess the differentmorphological parameter of 4 different seedling *** experiments were carried out with 4 different seedling varieties(pepper,tomato,cucumber,and lettuce)and trained under different light conditions(light and dark).Moreover,analysis results showed that therewas not significantly different(p<0.05)found towards light and dark environments due to close-shot near-infrared ***,the results revealed that the stem diameter relationship between RealSense and the manual method was found for R^2=0.68 cucumber,R^2=0.54 tomato,R^2=0.35 pepper,and R^2=0.58 lettuce ***,the seedling height relationship between RealSense and the manual methodwas found higher than R^2=0.99,0.99,0.99,and 0.99 for pepper,tomato,cucumber,and lettuce,*** on the experiment results,it was concluded that the RGB-D integrated monitoring system with the purposed method could be practiced for nursery seedlings most promisingly without high labour requirements in terms of ease of *** system revealed a good sturdiness and relevance for plant growth ***,it has the perspective for future practical value to real-time vision servo operations for transplanting robots.

关键词： Machine vision RealSense SR300 Segmentation Seedlings transplanting

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果园双摆弥雾施药系统设计

农业机械学报 2014年第12期45卷 109-116页

作者：刘继展王芹詹国祥冯上海江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013 镇江市农业机械技术推广站镇江212013

针对现有果园施药装备体积与功耗过大、药液浪费严重等问题,设计了果园双摆弥雾施药系统。通过驱动布置方案和自由度分析,设计了由直流电动机驱动的对称双曲柄机构和驱动点与支点万向节-滑轨多级运动副所构成的平面-空间混合型机构,实... 详细信息

针对现有果园施药装备体积与功耗过大、药液浪费严重等问题,设计了果园双摆弥雾施药系统。通过驱动布置方案和自由度分析,设计了由直流电动机驱动的对称双曲柄机构和驱动点与支点万向节-滑轨多级运动副所构成的平面-空间混合型机构,实现了双弥雾机的摆动扩幅。为方便操纵并避免药液反流等现象的发生,设计了单片机自动控制系统,实现了双摆弥雾施药系统复杂启停动作流程的一键控制。根据果园规格,分别以车身尺寸最小为目标,以弥雾施药对树冠的有效覆盖为约束条件,通过非线性规划确定了曲柄长度、曲柄转动中心高度、支点高度、曲柄中心距、支点中心距等结构参数。进而根据果树施药量和弥雾均匀度要求,以施药作业效率最高为目标,确定了系统行进速度和曲柄转速。该施药系统可实现弥雾半径仅400 mm小型弥雾机对高度1 500-4 300 mm和横向5 500 mm的树冠范围的有效覆盖,并有效保证果树双侧弥雾喷施的均匀度和药量条件,作业效率可达2.33-2.67 hm^2/h,实现了果园机载施药系统的节能节药和小型化,为果园植保提供了新型的施药装备。

关键词：果园双摆弥雾施药设计优化

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果实快速夹持复合碰撞模型研究

农业机械学报 2014年第4期45卷 49-54,172页

作者：刘继展白欣欣李萍萍毛罕平江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013 南京林业大学森林资源与环境学院南京210037

针对具备持续动力输入和果实约束变形两大特殊性的果实夹持碰撞问题,以果实黏弹性Burger's模型为基础,提出并建立了夹持器恒速模式与负载能力限定下的果实夹持碰撞三阶段复合模型。试验证实初始夹持速度19.2 mm/s下,该模型的峰值碰撞力... 详细信息

针对具备持续动力输入和果实约束变形两大特殊性的果实夹持碰撞问题,以果实黏弹性Burger's模型为基础,提出并建立了夹持器恒速模式与负载能力限定下的果实夹持碰撞三阶段复合模型。试验证实初始夹持速度19.2 mm/s下,该模型的峰值碰撞力预测误差仅为1.12%。基于该三阶段复合模型对果实夹持碰撞规律的分析发现,以恒速模式实施果实夹持时,初始夹持速度6 mm/s完成绿熟期、变色期、红熟初期与红熟中期番茄果实夹持所需时间分别仅为0.62 s、1.06 s、1.19 s和1.24 s,而超过10 mm/s后继续加大初始夹持速度对提高作业效率的作用有限。峰值碰撞力和果实变形分别与夹持速度呈线性和近似线性关系,随着初始夹持速度的提高果实破裂损伤的概率大大增加,当初始夹持速度低于20 mm/s时番茄果实损伤概率反而呈现绿熟期最高而红熟初期最低的现象。该模型为揭示夹持碰撞的特殊规律和实现果实快速柔顺夹持作业提供了借鉴和依据。

关键词：果实黏弹性快速夹持碰撞模型