隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn),果實(shí)收獲已成為農(nóng)業(yè)工程中非常重要的一環(huán)。蘋果作為民眾生活中普遍需求的水果,其采摘的自動(dòng)化程度顯得尤為重要,故現(xiàn)已有大量的機(jī)器人被用于蘋果采摘。但是目前蘋果采摘機(jī)器人的采摘效率仍然還存在著一定的提升空間,這與其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方式密切相關(guān)。為此,文中針對(duì)蘋果的生長(zhǎng)環(huán)境,設(shè)計(jì)了一種四自由度采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行采摘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究。首先,文中進(jìn)行移動(dòng)采摘機(jī)械手平臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)。在硬件平臺(tái)上,設(shè)計(jì)了移動(dòng)底盤和機(jī)械臂,對(duì)采摘機(jī)械手視覺系統(tǒng)和主控系統(tǒng)的相應(yīng)硬件進(jìn)行選型,同時(shí)對(duì)車輪和關(guān)節(jié)的電機(jī)及其對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行選型。在軟件系統(tǒng)上,采用Lab顏色模型和霍夫梯度法進(jìn)行目標(biāo)的識(shí)別以及定位,運(yùn)用PID算法結(jié)合光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的速度閉環(huán),并且編寫了相應(yīng)程序并測(cè)試,驗(yàn)證了上述方法的有效性。其次,為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的采摘,文中針對(duì)上述采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu),運(yùn)用末端關(guān)節(jié)分離法,確立了機(jī)械手的采摘位姿,并選擇擺線運(yùn)動(dòng)方程作為機(jī)械手關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃曲線。再結(jié)合采摘姿態(tài)和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)約束,推導(dǎo)了以采摘運(yùn)行時(shí)間最短為目標(biāo)的機(jī)械手最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。然后,為了提高上述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型的求解性能,文中提出... 

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題背景及意義
    1.3 采摘機(jī)械手研究現(xiàn)狀
    1.4 蘋果采摘機(jī)器人研究趨勢(shì)
        1.4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        1.4.2 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
        1.4.3 機(jī)器視覺
    1.5 論文章節(jié)內(nèi)容安排
第2章 移動(dòng)蘋果采摘機(jī)械手樣機(jī)設(shè)計(jì)與平臺(tái)搭建
    2.1 引言
    2.2 移動(dòng)采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作
        2.2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.2.2 伺服電機(jī)選型
        2.2.3 系統(tǒng)硬件選型
        2.2.4 樣機(jī)制作與裝配
    2.3 采摘機(jī)械手視覺檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        2.3.1 目標(biāo)視覺識(shí)別與定位原理
        2.3.2 視覺處理程序設(shè)計(jì)和測(cè)試
    2.4 采摘機(jī)械手電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        2.4.1 閉環(huán)電機(jī)控制原理
        2.4.2 伺服電機(jī)閉環(huán)控制程序設(shè)計(jì)和測(cè)試
    2.5 本章小結(jié)
第3章 采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型
    3.1 引言
    3.2 采摘機(jī)械手空間運(yùn)動(dòng)學(xué)
        3.2.1 采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)正解
        3.2.2 采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
        3.2.3 采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真測(cè)試
    3.3 采摘機(jī)械手關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃
        3.3.1 三次多項(xiàng)式插值
        3.3.2 兩端拋物線插值
        3.3.3 擺線運(yùn)動(dòng)
        3.3.4 關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃函數(shù)的對(duì)比與選取
    3.4 采摘機(jī)械手最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型
        3.4.1 確立采摘位姿
        3.4.2 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)約束
        3.4.3 最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型
    3.5 本章小結(jié)
第4章 采摘機(jī)械手最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃求解研究
    4.1 引言
    4.2 群體智能優(yōu)化算法
        4.2.1 禁忌遺傳算法
        4.2.2 基本小世界優(yōu)化算法
    4.3 基于精英集聚效應(yīng)的小世界優(yōu)化算法
        4.3.1 算法的一些定義
        4.3.2 算法的基本步驟
    4.4 算法的收斂性能分析
    4.5 算法的數(shù)值測(cè)試與討論
        4.5.1 TSP數(shù)值測(cè)試
        4.5.2 算法參數(shù)測(cè)試
    4.6 算法用于采摘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型的仿真測(cè)試
    4.7 本章小結(jié)
第5章 采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃綜合實(shí)驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
    5.3目標(biāo)采摘及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 較高處目標(biāo)采摘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及采摘過(guò)程
        5.3.2 中遠(yuǎn)處目標(biāo)采摘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及采摘過(guò)程
        5.3.3 較低處目標(biāo)采摘運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及采摘過(guò)程
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間所取得的科研成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]結(jié)合MPGA-RBFNN的一般機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解[J]. 張毅,劉芳君,胡磊.  智能系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2019(01)
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[5]高精度增量式光電編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)[J]. 汪雨冰,王睿,于永江,楊罕.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版). 2018(04)
[6]基于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的移動(dòng)式采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)[J]. 張戰(zhàn)杰.  農(nóng)機(jī)化研究. 2019(04)
[7]基于PLC的蘋果采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 姜秀玲.  農(nóng)機(jī)化研究. 2017(11)
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[9]蘋果采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 王丹丹,宋懷波,何東健.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2017(10)
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碩士論文
[1]基于5次B樣條函數(shù)的果蔬采摘機(jī)器人軌跡規(guī)劃的研究[D]. 司艷偉.浙江理工大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3657133