在果蔬生產(chǎn)中,對新鮮果蔬的收獲是最耗時(shí)、最費(fèi)力、占用勞動(dòng)力最多的一個(gè)環(huán)節(jié),研究開發(fā)柑橘采摘機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)柑橘果實(shí)收獲的自動(dòng)化和智能化,對于解放生產(chǎn)力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本等具有重要意義。采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器直接負(fù)責(zé)對果蔬的采摘操作,對果蔬的成功收獲起著關(guān)鍵的作用,是采摘機(jī)器人能否成功完成采摘任務(wù)的一個(gè)關(guān)鍵部件,被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人的核心技術(shù)之一。因此,開展適用于果園自然環(huán)境的末端執(zhí)行器及柑橘采摘機(jī)器人系統(tǒng)的相關(guān)研究,對提高采摘機(jī)器人精確采摘的能力、實(shí)現(xiàn)柑橘采摘自動(dòng)化和智能化具有非常重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文根據(jù)機(jī)器人在果園自然環(huán)境收獲柑橘的實(shí)際,建立了果園自然環(huán)境柑橘果柄采摘剪切模型,揭示了模型的各參數(shù)對剪切效果的影響規(guī)律,提出了基于仿生學(xué)原理的咬合式采摘的方法,應(yīng)用仿生學(xué)原理模仿蛇的咬合動(dòng)作設(shè)計(jì)了咬合式末端執(zhí)行器,提出了應(yīng)用咬合式末端執(zhí)行器進(jìn)行采摘的最佳采摘姿態(tài)的判斷函數(shù),并結(jié)合末端執(zhí)行器的具體參數(shù)解出了最佳采摘姿態(tài)的值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對末端執(zhí)行器進(jìn)行了優(yōu)化,開發(fā)了集成咬合式末端執(zhí)行器的柑橘采摘機(jī)器人系統(tǒng)及控制方法,在果園自然環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,基本實(shí)現(xiàn)了采摘機(jī)器人在...

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
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英文摘要
1 緒論
    1.1 研究的目的與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 機(jī)器分離作物果柄與果實(shí)方法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 農(nóng)作物莖稈切割特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 球類果實(shí)采摘機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 面臨的主要問題
    1.4 本文研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
2 果園自然環(huán)境柑橘果柄采摘剪切模型及影響參數(shù)研究
    2.1 引言
    2.2 果園自然環(huán)境柑橘果柄剪切模型研究
        2.2.1 果園自然環(huán)境下機(jī)器人收獲柑橘的基本方案
        2.2.2 柑橘果柄剪切效果的影響因素
        2.2.3 采摘坐標(biāo)系建立與柑橘果柄空間方位描述
        2.2.4 建立果園自然環(huán)境柑橘果柄采摘剪切模型
    2.3 剪切模型參數(shù)對剪切效果的影響規(guī)律研究
        2.3.1 試驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理方法
        2.3.2 試驗(yàn)平臺與樣本
        2.3.3 各參數(shù)對剪切效果影響規(guī)律
        2.3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析與歸納
    2.4 本章小結(jié)
3 仿蛇嘴咬合式末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)與采摘姿態(tài)研究
    3.1 引言
    3.2 仿蛇嘴咬合式末端執(zhí)行器咬合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.1 咬合式末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求
        3.2.2 咬合式末端執(zhí)行器的提出與蛇頭骨結(jié)構(gòu)分析
        3.2.3 蛇頭骨骼機(jī)構(gòu)的簡化和仿蛇嘴咬合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
    3.3 仿蛇嘴咬合式末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)
        3.3.1 仿蛇嘴咬合式末端執(zhí)行器的初步設(shè)計(jì)
        3.3.2 咬合式末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)尺寸的確定
        3.3.3 咬合式末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        3.3.4 咬合式末端執(zhí)行器動(dòng)力學(xué)分析及氣缸選型
        3.3.5 咬合式末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及樣件
    3.4 柑橘采摘機(jī)器人采摘姿態(tài)研究
        3.4.1 末端執(zhí)行器位姿描述
        3.4.2 建立采摘姿態(tài)評估函數(shù)
        3.4.3 求解評估函數(shù)
    3.5 咬合式末端執(zhí)行器和最佳采摘姿態(tài)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的驗(yàn)證
        3.5.1 搭建實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)平臺
        3.5.2 咬合式末端執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的驗(yàn)證
        3.5.3 最佳采摘姿態(tài)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的包含驗(yàn)證
        3.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
4 咬合式末端執(zhí)行器的優(yōu)化與驗(yàn)證
    4.1 引言
    4.2 咬合式末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.2.1 優(yōu)化的目標(biāo)及約束條件
        4.2.2 優(yōu)化過程
        4.2.3 優(yōu)化結(jié)果分析
    4.3 優(yōu)化后的咬合式末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析
        4.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        4.3.2 動(dòng)力學(xué)分析
    4.4 優(yōu)化后的咬合式末端執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下驗(yàn)證
        4.4.1 優(yōu)化后的咬合式末端執(zhí)行器樣機(jī)
        4.4.2 末端執(zhí)行器對不同果柄偏角的剪斷實(shí)驗(yàn)
        4.4.3 末端執(zhí)行器對不同果柄傾角的剪斷實(shí)驗(yàn)
        4.4.4 機(jī)械臂采摘路徑規(guī)劃成功率實(shí)驗(yàn)
        4.4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與歸納
    4.5 本章小結(jié)
5 集成咬合式末端執(zhí)行器的柑橘采摘機(jī)器人系統(tǒng)及控制方法
    5.1 引言
    5.2 集成咬合式末端執(zhí)行器的柑橘采摘機(jī)器人系統(tǒng)
        5.2.1 柑橘采摘機(jī)器人系統(tǒng)組成
        5.2.2 柑橘采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)
    5.3 集成咬合式末端執(zhí)行器的柑橘采摘機(jī)器人采摘控制方法
        5.3.1 集成咬合式末端執(zhí)行器的機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        5.3.2 采摘機(jī)器人機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃
        5.3.3 采摘機(jī)器人機(jī)械臂與視覺模塊的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        5.3.4 機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解選擇與多果采摘序列規(guī)劃方法
    5.4 柑橘采摘機(jī)器人采摘實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        5.4.1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的多個(gè)果實(shí)采摘序列規(guī)劃實(shí)驗(yàn)
        5.4.2 果園自然環(huán)境下的單個(gè)果實(shí)采摘實(shí)驗(yàn)
        5.4.3 果園自然環(huán)境下的多個(gè)果實(shí)采摘實(shí)驗(yàn)
        5.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 工作展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    B.作者在攻讀學(xué)位期間獲得專利情況
    C.作者在攻讀學(xué)位期間主持和參與的科研項(xiàng)目
    D.學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
致謝



本文編號：3767498