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基于卷积神经网络的采摘机械臂无碰撞运动规划研究

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农机化研究 2024年第3期46卷 42-46页

作者：郭仓库河南工业职业技术学院河南南阳473000

介绍了卷积神经网络的基本结构及其工作原理,基于DH参数法建立了采摘机械臂运动模型,并设计了一套采摘机械臂无碰撞运动规划算法,旨在实现对采摘机械臂的精确控制。MatLab仿真试验表明:采摘机械臂在系统的驱动控制下,能够准确从起点移... 详细信息

介绍了卷积神经网络的基本结构及其工作原理,基于DH参数法建立了采摘机械臂运动模型,并设计了一套采摘机械臂无碰撞运动规划算法,旨在实现对采摘机械臂的精确控制。MatLab仿真试验表明:采摘机械臂在系统的驱动控制下,能够准确从起点移动到目标点,轨迹比较圆滑,且能以最优的圆弧路径避开障碍物,优化效果明显,能够满足采摘机器人作业需求,证实了该算法的稳定性和可靠性。

关键词：卷积神经网络 DH参数法采摘机械臂运动规划

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青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

农机使用与维修 2024年第2期 1-5页

作者：杨淑华谢晓波郝建军袁大超张泽宇张亚博河北农业大学机电工程学院河北保定071000 河北省智慧农业装备技术创新中心河北保定071001 河北省(邢台)核桃产业技术研究院河北邢台054300 河北华戎装备制造有限公司河北邯郸056800

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末... 详细信息

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。

关键词：青皮核桃采摘机械臂受力分析 MATLAB仿真

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基于VS-IRRT算法的采摘机械臂运动规划

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农业机械学报 2022年

作者：荀一李道政王勇黄旭婷王志恒杨庆华浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江艾佳食品有限公司

针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题，提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual se... 详细信息

针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题，提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing， VS-IRRT)，具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略，增加树拓展的目的性，减小了树的采样密度，提高路径规划效率；引入贪心思想和B样条曲线，剔除不必要的多余节点，对剩下折线进行平滑处理，优化路径在机械臂上的实施效果；结合基于平移控制器的视觉伺服控制，减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟实验，结果表明，改进RRT的采样点数较RRT*-connect算法减少了92.9%，规划时间较RRT*-connect算法减少了86.1%，路径成本较RRT算法也减少了35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验，VS-IRRT算法的采摘速度比RRT*-connect算法提升了48.36%，路径成本相较RRT减少了17.14%，采摘成功率提升了2.1个百分点，所以在特定的采摘应用场景，尤其是在农业采摘场景中，VS-IRRT算法更能提升机械臂采摘的综合性能。

关键词：采摘机械臂运动路径规划 VS-IRRT算法视觉伺服

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采摘机械臂自适应输入整形控制研究

控制理论与应用 2022年第6期39卷 1043-1050页

作者：刘德馨张建成李媛方建军北京联合大学机器人学院北京100101 北京联合大学城市轨道交通与物流学院北京100101

采摘机械臂在夹住柔性果茎后运输果实时,执行器末端的加减速运动使得果实在移动过程中产生摆动,易引发掉落,进而导致采摘失败.本文以单个西红柿作为负载,将果茎近似为柔性连杆.由于每一个果实的质量是不同的,因此,针对机械臂抓取可变柔... 详细信息

采摘机械臂在夹住柔性果茎后运输果实时,执行器末端的加减速运动使得果实在移动过程中产生摆动,易引发掉落,进而导致采摘失败.本文以单个西红柿作为负载,将果茎近似为柔性连杆.由于每一个果实的质量是不同的,因此,针对机械臂抓取可变柔性负载移动过程中的振动抑制问题,提出了自适应输入整形控制方法.当系统模型由于负载的不确定性发生变化后,传统的输入整形算法无法抑制柔性连杆移动过程中产生的振动.因此采用自适应输入整形算法,实时计算脉冲的幅值和时间.构造二次性能指标函数,通过对机械臂移动的加速度和负载的摆角实时数据进行迭代运算,达到零残余振动的目的.仿真实验结果表明,在变负载情况下,自适应输入整形算法有良好的末端振动抑制能力,获得满意的控制效果.

关键词：采摘机械臂可变柔性负载振动控制自适应输入整形

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葡萄采摘机械臂的双目定位与抓取精度研究

农机化研究 2022年第12期44卷 49-54页

作者：杨皓天万腾白城师范学院吉林白城137000

双目视觉定位技术是机器人领域对于环境感知的常用技术,特点是参照人眼对环境的认识原理,利用在水平方向设置的固定距离的两个摄像设备获取空间环境数据,指导机器人准确执行预期工作。在葡萄采摘机器人的研发过程中,双目视觉定位是采摘... 详细信息

双目视觉定位技术是机器人领域对于环境感知的常用技术,特点是参照人眼对环境的认识原理,利用在水平方向设置的固定距离的两个摄像设备获取空间环境数据,指导机器人准确执行预期工作。在葡萄采摘机器人的研发过程中,双目视觉定位是采摘目标定位的关键技术。葡萄采摘对于定位精准度的要求很高,以双目视觉定位技术为基础,配合合理的图像提取逻辑和计算机算法,可有效提高机械臂对葡萄果柄剪切和夹取的准确性。为此,从视觉识别的角度出发,设计了双目相机的功能分配与葡萄采摘关键特征的提取逻辑,优化了双目视觉定位的相机标定、立体匹配和深度计算等关键过程。同时,对葡萄基体的识别与分区和果柄的几何特征与位置确定进行了详细设计,分析了双目定位技术在葡萄采摘机械臂中应用存在的采摘失效的主要因素,并对葡萄采摘自动化技术的进一步提升进行了总结。

关键词：葡萄采摘机械臂双目定位抓取精度

基于滑模控制的多自由度采摘机械臂振动抑制方法

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山东农业大学学报（自然科学版） 2023年第3期54卷 447-453页

作者：宋秦中胡华亮苏州市职业大学机电工程学院江苏苏州215104 苏州汉特士视觉科技有限公司江苏苏州215127

针对机器人末端柔性负载的残余振动问题,提出了一种多自由度采摘机械臂振动的滑模控制方法。考虑到组成结构、运动原理、动力方式等因素,构建了多自由度采摘机械臂数学模型。获取采摘机械臂的振动信号,并对其进行特征分析,计算机械臂振... 详细信息

针对机器人末端柔性负载的残余振动问题,提出了一种多自由度采摘机械臂振动的滑模控制方法。考虑到组成结构、运动原理、动力方式等因素,构建了多自由度采摘机械臂数学模型。获取采摘机械臂的振动信号,并对其进行特征分析,计算机械臂振动控制量,生成采摘机械臂全局滑模面,设计了具有自动调节系数的滑膜控制器。对比实验显示,优化后的滑膜控制器由于工作时机械臂的运动参数会根据采摘任务产生动态变化,机械臂振动幅值明显减小,振动频率下降,而且能够消除轮廓误差,振动抑制效果明显,能够适合采摘需要。

关键词：采摘机械臂振动控制自适应动力数学模型滑模控制器

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基于三轴陀螺仪的采摘机械臂动力学数据采集系统

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农机化研究 2022年第8期44卷 37-41页

作者：段世成新乡职业技术学院河南新乡453000

为了实现对采摘机械臂的精准控制,提出了一种基于三轴陀螺仪MPU6050的采摘机械臂动力学数据采集系统,并完成了系统软硬件两方面的设计和研究。其中,硬件部分主要是利用3组MPU6050对3个关节的线加速度和角加速度数据进行采集,然后发给微... 详细信息

为了实现对采摘机械臂的精准控制,提出了一种基于三轴陀螺仪MPU6050的采摘机械臂动力学数据采集系统,并完成了系统软硬件两方面的设计和研究。其中,硬件部分主要是利用3组MPU6050对3个关节的线加速度和角加速度数据进行采集,然后发给微处理器进行分析处理;软件部分则是根据采摘的信息计算出采摘机械臂位置,并与实际需要达到的位置进行比较,从而实现对控制电机的微调,保证采摘精准度。试验结果表明:采用三轴陀螺仪的机械臂采摘准确率明显高于普通的机械臂,采集各关节线加速度和角加速度的可靠性和准确性较高,满足设计要求。

关键词：采摘机械臂数据采集系统动力学三轴陀螺仪

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基于PLC技术的采摘机械臂气动控制与应用

农机化研究 2023年第12期45卷 230-234页

作者：杨金玉内蒙古交通职业技术学院内蒙古赤峰024005

对气动式采摘机械臂系统进行研究,利用可编程控制器(PLC)设计了一种采摘机械臂气动控制系统。利用气压传动驱动、双向作动气缸和双控电磁阀相结合的方式,建立采摘机械臂气动系统。基于PLC技术进行气动系统控制器设计,对控制器进行硬件... 详细信息

对气动式采摘机械臂系统进行研究,利用可编程控制器(PLC)设计了一种采摘机械臂气动控制系统。利用气压传动驱动、双向作动气缸和双控电磁阀相结合的方式,建立采摘机械臂气动系统。基于PLC技术进行气动系统控制器设计,对控制器进行硬件选型和手动控制与自动控制两种工作模式的接线图、控制程序和顺序功能图的设计。试验数据表明:系统在运行过程中平均振动频率较小,不会对控制系统运行产生危害,最小采摘成功率达到80%,具有良好的工作性能和稳定性,可为智能化高性能农业采摘装置的研发提供借鉴。

关键词：采摘机械臂气动控制系统可编程控制器顺序功能图

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基于运动力学模型的采摘机械臂结构设计

农机化研究 2023年第12期45卷 50-53,62页

作者：董文武汉城市职业学院武汉430400

以果蔬采摘机械臂为研究对象,设计一种能够在特定环境中使用的4自由度果蔬采摘机器臂,利用拉格朗日法建立机械臂运动学分析模型,并进行数值仿真。结果表明:机械臂运动过程平稳,能够满足采摘过程的精确控制和使用,各关节的最大力矩值均... 详细信息

以果蔬采摘机械臂为研究对象,设计一种能够在特定环境中使用的4自由度果蔬采摘机器臂,利用拉格朗日法建立机械臂运动学分析模型,并进行数值仿真。结果表明:机械臂运动过程平稳,能够满足采摘过程的精确控制和使用,各关节的最大力矩值均在合理设计范围内,能够满足果蔬采摘过程的作业需求。

关键词：采摘机械臂动力学模型拉格朗日方程自由度