【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)與控制技術(shù)的快速發(fā)展,果蔬采摘機(jī)器人應(yīng)用已經(jīng)取得了較好的成果,標(biāo)志著果蔬采摘向著機(jī)械化和智能化發(fā)展。但是,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境很復(fù)雜,受到氣流運(yùn)動(dòng)、環(huán)境溫度及作物生長狀況等影響,具有非線性、強(qiáng)耦合、易時(shí)變、多擾動(dòng)等特征,果蔬采摘機(jī)器人的研究仍然存在以下難題,一是擾動(dòng)使得視覺定位產(chǎn)生了大的隨機(jī)定位誤差,末端構(gòu)型不能容錯(cuò);二是夾切機(jī)構(gòu)對(duì)果蔬損傷較大且通用性差;三是環(huán)境與視覺定位的不確定性影響機(jī)器人作業(yè)時(shí)的行為控制。本文以荔枝為對(duì)象,提出一種融合視覺定位誤差的有限通用夾切機(jī)構(gòu)容錯(cuò)設(shè)計(jì),并對(duì)擾動(dòng)環(huán)境下采摘機(jī)器人的動(dòng)態(tài)避障行為容錯(cuò)進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)高效無損采摘,為采摘機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容與工作如下:(1)分析了視覺定位誤差與末端機(jī)構(gòu)尺寸的空間關(guān)系及容錯(cuò)性能。提出動(dòng)態(tài)目標(biāo)的定位誤差測量與分析方法,依據(jù)誤差變化規(guī)律將動(dòng)態(tài)定位誤差劃分為系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差;使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行定量分析,確定視覺系統(tǒng)的定位能力,通過室內(nèi)與室外環(huán)境下的定位試驗(yàn)得到視覺深度方向、水平方向最大動(dòng)態(tài)定位誤差分別為60.1和17.3 mm。根據(jù)視覺定位誤差變化規(guī)律,提出了新的機(jī)構(gòu)容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法;將定位誤差的影響看作是相對(duì)其實(shí)際位置延伸的空間橢球體,大小由不確定度決定;確定了末端執(zhí)行器的采摘裕度,給出了夾指與刀具的設(shè)計(jì)模型。從考慮誤差關(guān)聯(lián)性和分布特點(diǎn)的角度出發(fā),利用機(jī)構(gòu)和控制方法聯(lián)合補(bǔ)償定位誤差并對(duì)誤差進(jìn)行容錯(cuò),使夾切機(jī)構(gòu)能在該誤差范圍內(nèi)作業(yè)。(2)研究了容錯(cuò)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析,并提出無損采摘和有限通用的收獲方法。提出使用兩個(gè)并行擬人夾指夾持荔枝結(jié)果母枝的方法;分析了夾持的力封閉性,建立了擾動(dòng)條件下的母枝夾持模型,導(dǎo)出了一種夾持力計(jì)算方法;用壓力機(jī)對(duì)結(jié)果母枝進(jìn)行了夾持試驗(yàn),建立了夾持力、母枝直徑等與抓舉重力間的關(guān)系,給出了定量描述;進(jìn)行了夾持損傷研究。該夾指結(jié)構(gòu)能適合不同直徑母枝的穩(wěn)定夾持,對(duì)母枝損傷小;所建立的回歸方程有效,夾指在外力擾動(dòng)情況下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定夾持;野外環(huán)境下使用15 N夾持力采摘荔枝果串,夾持成功率為100%。(3)研究了與夾指協(xié)同容錯(cuò)的切割機(jī)構(gòu),使用顯示動(dòng)力學(xué)有限元方法優(yōu)化刀具參數(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)果、枝分離切割機(jī)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的問題,設(shè)計(jì)了微切刃偏心刀具機(jī)構(gòu);分析了刀刃旋變切割的非線性運(yùn)動(dòng)規(guī)律、微切原理和變切數(shù)學(xué)模型,并將切割作用簡化為刀刃對(duì)一端固定、一端由彈簧支撐壓桿施加干擾的彈性力學(xué)模型,提出了計(jì)算切割力的理論公式;使用完全的Lagrangian格式、中心差分的顯式時(shí)間積分算法模擬切割過程,通過正交試驗(yàn)確定切割厚度為1.5 mm、滑切角為30°、回轉(zhuǎn)速度為600rpm時(shí)刀刃的峰值切割力較小,耐用度好。(4)采摘機(jī)器人的動(dòng)態(tài)避障行為容錯(cuò)。針對(duì)自然環(huán)境中障礙物的復(fù)雜性和隨機(jī)性,在給定目標(biāo)和障礙物特點(diǎn)、位置等信息的條件下,進(jìn)行機(jī)器人全局避障和局部動(dòng)態(tài)避障算法研究。在考慮障礙物定位誤差和機(jī)器人實(shí)際幾何尺寸的基礎(chǔ)上,使用容錯(cuò)方法進(jìn)行環(huán)境建模,利用改進(jìn)的偽距離法計(jì)算采摘機(jī)器人的C-空間障礙;改進(jìn)了A*搜索算法,提高了避障路徑規(guī)劃效率;提出了針對(duì)隨機(jī)動(dòng)態(tài)障礙物避障的容錯(cuò)策略,通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了該避障機(jī)制的有效性和實(shí)用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王麗麗;郭艷玲;王迪;劉幻;;果蔬采摘機(jī)器人研究綜述[J];林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備;2009年01期

2 張潔;李艷文;;果蔬采摘機(jī)器人的研究現(xiàn)狀、問題及對(duì)策[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2010年06期

3 夏天;以色列的溫室采摘機(jī)器人[J];山東農(nóng)機(jī)化;1997年11期

4 方建軍;移動(dòng)式采摘機(jī)器人研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2004年02期

5 宋健;張鐵中;徐麗明;湯修映;;果蔬采摘機(jī)器人研究進(jìn)展與展望[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2006年05期

6 崔玉潔;張祖立;白曉虎;;采摘機(jī)器人的研究進(jìn)展與現(xiàn)狀分析[J];農(nóng)機(jī)化研究;2007年02期

7 田素博;邱立春;秦軍偉;劉春芳;;國內(nèi)外采摘機(jī)器人機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較的研究[J];農(nóng)機(jī)化研究;2007年03期

8 呂宏明;姬長英;;視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人中的應(yīng)用及發(fā)展[J];江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2008年02期

9 劉長林;張鐵中;楊麗;;果蔬采摘機(jī)器人研究進(jìn)展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年13期

10 蔣煥煜;彭永石;應(yīng)義斌;;雙目立體視覺技術(shù)在果蔬采摘機(jī)器人中的應(yīng)用[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前7條

1 何蓓;劉剛;;果樹采摘機(jī)器人研究綜述[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

2 趙德安;姬偉;張超;李占坤;;果樹采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)電氣信息與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)、中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)農(nóng)村電氣化分會(huì)科技與教育專委會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要[C];2010年

3 趙德安;呂繼東;姬偉;陳玉;張穎;;果樹采摘機(jī)器人及控制系統(tǒng)研制[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

4 石興祿;鄒湘軍;盧俊;陳強(qiáng);陳燕;王紅軍;劉天湖;;虛擬采摘機(jī)器人統(tǒng)一建模與三維動(dòng)態(tài)仿真[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

5 劉繼展;李萍萍;李智國;倪齊;;番茄采摘機(jī)器人真空吸盤裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[A];紀(jì)念中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)成立30周年暨中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)（CSAE 2009）論文集[C];2009年

6 袁挺;李偉;譚豫之;楊慶華;高峰;任永新;;溫室環(huán)境下黃瓜采摘機(jī)器人信息獲取技術(shù)研究[A];走中國特色農(nóng)業(yè)機(jī)械化道路——中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊）[C];2008年

7 魏錫光;王庫;;仿自然環(huán)境條件下番茄采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)研究[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)電氣信息與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)、中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)農(nóng)村電氣化分會(huì)科技與教育專委會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 本報(bào)記者 段佳;果蔬采摘機(jī)器人有了三維視力[N];大眾科技報(bào);2009年

2 呂繼東 趙德安 姬偉 陳玉;淺談國內(nèi)外采摘機(jī)器人[N];中國農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 顧玉宛;基于并行計(jì)算的蘋果采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

2 賈偉寬;基于智能優(yōu)化的蘋果采摘機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別研究[D];江蘇大學(xué);2016年

3 葉敏;基于運(yùn)動(dòng)行為的荔枝采摘機(jī)器人夾切容錯(cuò)設(shè)計(jì)[D];華南農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

4 顧寶興;智能移動(dòng)式水果采摘機(jī)器人系統(tǒng)的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

5 呂繼東;蘋果采摘機(jī)器人視覺測量與避障控制研究[D];江蘇大學(xué);2012年

6 劉繼展;番茄采摘機(jī)器人真空吸持系統(tǒng)分析與優(yōu)化控制研究[D];江蘇大學(xué);2010年

7 黃鋁文;蘋果采摘機(jī)器人視覺識(shí)別與路徑規(guī)劃方法研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

8 紀(jì)超;溫室果蔬采摘機(jī)器人視覺信息獲取方法及樣機(jī)系統(tǒng)研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 李智國;基于番茄生物力學(xué)特性的采摘機(jī)器人抓取損傷研究[D];江蘇大學(xué);2011年

10 呂強(qiáng);柑橘采摘機(jī)器人工作場景信息感知技術(shù)與路徑規(guī)劃研究[D];江蘇大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王亞平;自主采摘機(jī)器人競賽平臺(tái)系統(tǒng)研究[D];江西理工大學(xué);2015年

2 李珈慧;蘋果采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

3 賀橙林;基于機(jī)器視覺的氣動(dòng)采摘機(jī)器人研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 李敏;果蔬快速采摘機(jī)器人柔性負(fù)載剛?cè)狁詈辖Ｅc仿真[D];北方工業(yè)大學(xué);2016年

5 田麗芳;基于純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向的采摘機(jī)器人輪式AGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

6 王濱;獼猴桃采摘機(jī)器人目標(biāo)果實(shí)空間坐標(biāo)獲取方法的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

7 陳鷗;蘋果采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)識(shí)別基礎(chǔ)方法的研究[D];燕山大學(xué);2016年

8 李占坤;果樹采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];江蘇大學(xué);2010年

9 趙慶波;果樹采摘機(jī)器人控制與避障技術(shù)研究[D];江蘇大學(xué);2008年

10 蘇帥;獼猴桃采摘機(jī)器人信息感知的基礎(chǔ)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2382111