摘要：为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

摘要：In order to improve the operating precision of the harvesting robot,a vision system for intelligently identifying and locating the mature tomato was *** active detection method based on structured-light stereo vision was expected to deal with the problem of variable illumination and target occlusion in the *** maximum between-cluster variances of hue(H)and saturation(S)value were adopted as the threshold for color segmentation,which weakened the impact on the image caused by the light intensity *** the limit on the pixel size and circularity of the candidate areas,the vision system recognized the fruit area and removed the noise *** fruit’s 3D position was computed on the basis of spatial relationship between the laser plane and the camera,when the linear laser was projected on the centre area of the mature *** blue view-scanning laser stripe pixels on the mature fruit were extracted according to its Cb color *** the field test results show,the measurement error on the fruit radius is less than 5 mm,the centre distance error between the fruit and camera is less than 7 mm,and the single axis coordinate error is less than 5.6 *** structured-light vision system could effectively identify and locate mature fruit.

摘要：针对果园智能化采收作业需要,设计了支持总线扩展的驱控一体旋拧采摘末端执行器,旨在为多臂并行采摘机器人研发提供支撑。在对标准苹果树果实物理形态统计分析基础上,结合人工采摘方法,提出了“吸附-夹持-旋拧”的采摘机械操作方法,并设计了基于双舵机驱动的紧凑型采摘执行机构,对其吸盘、夹持和旋拧电机的关键参数进行了优化设计。面向多执行并行采摘需要,设计了基于CANopen通讯的采摘操作驱动器,实现了多执行器的总线扩展。通过现场试验对执行器作业性能进行了测试,结果表明:果实大小在60~100 mm之间,采摘成功率可达到90%,吸盘最优停留时间为1.00 s,吸盘最优接近距离为1.0 mm,最优旋拧角度为360°。

摘要：为提高黄瓜采收智能化水平,降低人工采收劳动强度,研发了黄瓜采摘机器人系统.描述了机器人系统硬件构成,提出了三层式系统控制方案,设计了导航控制程序与采摘控制程序两核心软件,阐明了采摘机器人作业流程.黄瓜采摘机器人温室作业性能测试试验证明:系统各模块运转良好,视觉识别算法可有效提取果实信息,机器人采摘成功率达85%,单根黄瓜采摘耗时28.6 s.温室黄瓜采摘机器人具有较好的稳定性与较高的实用性.

摘要：为了改善目前盆栽花坛花卉幼苗移栽人工作业劳动强度大和作业效率低的现状,设计了花卉穴盘幼苗智能移栽机。综合国内外研究现状,介绍了智能移栽机的工作原理和作业流程。对花卉幼苗移栽机关键部件—末端定位机构和移栽夹持手爪进行虚拟样机设计,其中夹持手爪采用兼顾主动夹持和伸缩的操作方式,既有利于增加夹持力度,又可以防止幼苗根部基质对夹持手指的粘连。根据移栽作业预期效率和精度,基于ADAMS软件对3自由度移栽定位机构运动和移栽夹持手爪夹持力度进行仿真试验,对其各自驱动元件参数进行校核,保证其选型满足设计使用要求。

摘要：针对黄瓜采摘机器人远景定位精度不高,以致切伤果实和茎蔓的问题,设计了一种基于机器视觉具有空间位置反馈功能的末端执行器。对温室环境下黄瓜果实采摘区域图像信息获取方法加以研究,综合HIS色彩空间H、S分量进行阈值分割,结合RGB色彩空间G通道边缘分布特征以及黄瓜形状特征,提取黄瓜采摘区域。基于摄像机线性透视模型,研究了采摘切割点空间定位方法,最终向采摘机械臂控制器反馈位置微调信息。采用远近景组合闭环定位方法,对采摘目标进行闭环定位,有效地解决了采摘机器人一次远景定位误差较大的问题。试验结果表明,排除温室复杂光照情况,机器人末端执行器定位精度达到2 mm,满足采摘作业要求。

摘要：针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4 N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5 N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明:选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。

摘要：现有番茄整枝打叶耗时费力,受人工主观影响较大,难以实现标准化作业。为实现对目标侧枝基部的自适应定位和无损摘除作业,提出了一种番茄整枝操作手爪的设计方案。通过对温室栽培番茄进行实地测量,获取多个品种番茄侧枝的形态特征参数;通过分析柔性手指对目标侧枝夹持作用下正向应力产生的应变,完成了对整枝操作手爪关键执行部件结构形式和实际参数的确立,提出了面向不同直径番茄侧枝与柔性手指关键参数的最优搭配方案;为保证目标侧枝与植株主茎的顺利分离,通过对侧枝摘除过程中剪切力的分析,确定选用的切刀类型;最后,通过对3种果型番茄植株目标侧枝进行摘除试验,验证整枝操作手爪功能的可行性和实用性。所设计手爪可以作为设施番茄栽培环境下自动化整枝机器人末端的关键执行部件。

摘要：在中国,蔬菜嫁接仍以人工作业为主,为解决人工嫁接存在的作业效率低、成活率低、质量难以保证等问题,该文基于瓜、茄苗通用的"贴接法"嫁接技术,采用双工位上苗方式设计搬运装置、切削装置、上苗及送夹装置,利用虚拟样机技术构建瓜、茄类蔬菜嫁接机器人。经试验得出:切刀旋转半径为68mm,切刀转速为120r/min时,秧苗切削成功率98%,满足嫁接技术要求;嫁接速度为884株/h,嫁接成功率为95.7%,成活率为96.8%。因此,蔬菜嫁接机器人可有效解决人工嫁接存在的问题,取代人工嫁接作业。

摘要：为解决现有嫁接机子叶定位机构缺乏柔性仿形设计,人工压苗容易造成叶柄劈裂或子叶破损,影响嫁接苗成活。首先测定瓜类嫁接常用砧木——白籽南瓜苗的外部形态几何参数和子叶压缩特性,子叶破裂点压力为1616 Pa。设计一种正压气流压苗的砧木上苗定位机构,利用取点拟合法获得白籽南瓜苗子叶展开曲线轨迹方程,用于压苗块和定位块作业面的仿形设计。利用CFD构建压苗块气流场仿真模型,分析进口流速、吹气距离对子叶压苗特性的影响,以吹气孔直径A和深度B、进口流速C为影响因素,进行三因素三水平正交仿真试验,分析得出压苗块压力出口的平均压力影响显著性次序为RA>RC>RB,压苗块影响因素最优组合为A1B2C2。子叶压苗试验结果表明,压苗块吹气孔直径1 mm、孔深2 mm、进口流速20 m/s、吹气距离30 mm工况条件下,子叶压苗成功率为98.67%,无伤苗现象,表明砧木上苗定位机构设计可行,作业参数选择合理,压苗块和吸附块作业面仿形设计对子叶具有柔性保护作用。