花椒采摘机器人控制系统研究与设计
发布时间：2020-12-07 16:25
在自动控制化技术及计算机迅速发展的当下,国家提出了中国制造2025这一概念。这也使得机器人技术得以进入农务生产范畴之中,而其中的典型代表之一便是果实摘取机器人,它旨在降低人工劳动强度和生产成本,提高生产效率及农产品质量,确保农产品准时、高效地收获。但在实际应用中,机械臂控制系统具有高耦合性、非线性等特点,且存在外界时变扰动、负载时变、驱动饱和和内部摩擦等诸多不确定因素,从而导致机械臂在实际工作作业中实时精度不佳及稳定性较差的情况。因此,本文设计了具有高精度、速度及稳定性的智能算法,以此满足花椒采摘机械臂的控制性能,具体研究内容如下:首先利用D-H参数法完成花椒采摘机械臂模型的建立,推导出运动学方程,并进行逆向求解。基于MATLAB的Robotics Toolbox,完成了花椒采摘机器人运动学方程的数值计算和工作空间的仿真,并证明其正确性。之后通过数值计算即lagrange算法完成了花椒采摘机械臂动力学模型的建立,并得到其一般形式。最后对花椒采摘机械臂的轨迹分析问题进行了详细的探讨,并通过MATLAB的Robotics Toolbox,证明了实验的准确性。由于花椒摘取过程中,外界环境及山...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
花椒种植环境目前，随着中国制造2025的提出，农业生产的高效化、整体化是目前主要的
花椒采摘机器人控制系统研究与设计21.2国内外农业机器人的发展概况1.2.1农业采摘机器人发展现状随着工业4.0的提出，世界各国开始将全自动化及智能化的工业生产作为未来发展的主要方向，故机器人技术成为了当前研究领域中的热门，它可以解放更多劳动力，对发展中国家尤为重要，是科学研究的绝对前沿。我国是一个农业大国，将机器人技术应用于农业领域不仅符合国家提出的中国制造2025这一构想，同时还对高新技术融入各行各业具有重大历史意义[4]。1.2.2国外研究成果及现状在国外，为了使农务作业生产能变得更加高效且能减少人力成本，美国人Schertz和Brown提出了用机器代替人力这一概念。随后，伴随着各个领域技术的发展，采摘机器人技术也愈发成熟，截止目前，蘑菇、柑橘、草莓和甜瓜等的农业机器人已被广泛运用于田地之间。1.日本采摘机器人:由于日本国土面积较小，且国家狭长，为了节约人力以及提高土地利用效率，日本对机器人技术尤为重视。目前已研发出的机器人种类繁杂，以自动化草莓摘取机械手为例。如图1.2所示，它结构小巧，配有多种传感器，能精确对草莓进行识别与摘取，节省了大量人力，且效率更为高效。图1.2自动化草莓摘取机械手图1.3美国农场自耕种生产机器人2.美国采摘机器人:由于采摘机器人的构想最早源于美国，故美国对机器人的研究在理论上与应用上都非常成熟。与日本不同的是，美国地广人稀，故对大型农业播种机器人需求尤为强烈。如图1.3所示，便是美国农场自耕种生产机器人中的典型代表之一，生菜生产机器人，而葡萄果园及柑橘的收割机器人也都在美国被广泛运用，它们的共同特点便是可以在广阔的地貌上进行果实及粮食的高速收割，使土地资源得到合理分配的同时提高了农务工作的效率[5]。
花椒采摘机器人控制系统研究与设计21.2国内外农业机器人的发展概况1.2.1农业采摘机器人发展现状随着工业4.0的提出，世界各国开始将全自动化及智能化的工业生产作为未来发展的主要方向，故机器人技术成为了当前研究领域中的热门，它可以解放更多劳动力，对发展中国家尤为重要，是科学研究的绝对前沿。我国是一个农业大国，将机器人技术应用于农业领域不仅符合国家提出的中国制造2025这一构想，同时还对高新技术融入各行各业具有重大历史意义[4]。1.2.2国外研究成果及现状在国外，为了使农务作业生产能变得更加高效且能减少人力成本，美国人Schertz和Brown提出了用机器代替人力这一概念。随后，伴随着各个领域技术的发展，采摘机器人技术也愈发成熟，截止目前，蘑菇、柑橘、草莓和甜瓜等的农业机器人已被广泛运用于田地之间。1.日本采摘机器人:由于日本国土面积较小，且国家狭长，为了节约人力以及提高土地利用效率，日本对机器人技术尤为重视。目前已研发出的机器人种类繁杂，以自动化草莓摘取机械手为例。如图1.2所示，它结构小巧，配有多种传感器，能精确对草莓进行识别与摘取，节省了大量人力，且效率更为高效。图1.2自动化草莓摘取机械手图1.3美国农场自耕种生产机器人2.美国采摘机器人:由于采摘机器人的构想最早源于美国，故美国对机器人的研究在理论上与应用上都非常成熟。与日本不同的是，美国地广人稀，故对大型农业播种机器人需求尤为强烈。如图1.3所示，便是美国农场自耕种生产机器人中的典型代表之一，生菜生产机器人，而葡萄果园及柑橘的收割机器人也都在美国被广泛运用，它们的共同特点便是可以在广阔的地貌上进行果实及粮食的高速收割，使土地资源得到合理分配的同时提高了农务工作的效率[5]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]精确农业与农业机械化智能技术的应用分析[J]. 龚毅. 科技经济导刊. 2019(12)
[2]基于开放式结构的多功能农业机器人设计[J]. 王宝梁,索明何,刘大诚. 中国农机化学报. 2019(03)
[3]农业采摘机器人柔性机械手研究[J]. 刘凡,杨光友,杨康. 中国农机化学报. 2019(03)
[4]果蔬采摘机器人的研究现状与对策分析[J]. 敖茂尧. 装备制造技术. 2019(03)
[5]六自由度串联机械臂建模与运动学分析[J]. 党浩明,周亚丽,张奇志. 实验室研究与探索. 2018(10)
[6]六自由度机械臂运动学分析与仿真研究[J]. 肖俊明,韩伟,王瑷珲,李继朋,梁旺. 中原工学院学报. 2018(04)
[7]五自由度机械臂三维建模与仿真实验平台的构建[J]. 邓晓燕,林灿光,施翔宇,吴泽荣,陈浩彬. 实验技术与管理. 2018(03)
[8]一种五自由度机械臂的运动学分析与逆运动学求解[J]. 李万莉,李宁. 机电一体化. 2017(11)
[9]温室采摘机器人技术研究进展分析[J]. 刘继展. 农业机械学报. 2017(12)
[10]农业机器人发展概况与展望[J]. 潘强,王波,冯淳元,郭晨阳. 广西农业机械化. 2017(05)
硕士论文
[1]多自由度机械臂模糊控制器的设计[D]. 程林云.河南科技大学 2019
[2]六自由度工业机械臂控制系统研究[D]. 云洋.中国地质大学(北京) 2018
[3]一种多自由度机械臂模糊自适应控制系统的设计[D]. 李航.河南科技大学 2018
[4]阶梯攀爬机器人的控制系统研究[D]. 张阳阳.兰州理工大学 2016
[5]六自由度机械臂模块化关节控制技术[D]. 李威.北京理工大学 2016
[6]基于FPGA的5自由度工业机械臂控制系统研究[D]. 李远重.湖北工业大学 2014
[7]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[8]黄瓜采摘机器人运动规划与控制系统研究[D]. 王燕.浙江工业大学 2010
本文编号：2903559
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
花椒种植环境目前，随着中国制造2025的提出，农业生产的高效化、整体化是目前主要的
花椒采摘机器人控制系统研究与设计21.2国内外农业机器人的发展概况1.2.1农业采摘机器人发展现状随着工业4.0的提出，世界各国开始将全自动化及智能化的工业生产作为未来发展的主要方向，故机器人技术成为了当前研究领域中的热门，它可以解放更多劳动力，对发展中国家尤为重要，是科学研究的绝对前沿。我国是一个农业大国，将机器人技术应用于农业领域不仅符合国家提出的中国制造2025这一构想，同时还对高新技术融入各行各业具有重大历史意义[4]。1.2.2国外研究成果及现状在国外，为了使农务作业生产能变得更加高效且能减少人力成本，美国人Schertz和Brown提出了用机器代替人力这一概念。随后，伴随着各个领域技术的发展，采摘机器人技术也愈发成熟，截止目前，蘑菇、柑橘、草莓和甜瓜等的农业机器人已被广泛运用于田地之间。1.日本采摘机器人:由于日本国土面积较小，且国家狭长，为了节约人力以及提高土地利用效率，日本对机器人技术尤为重视。目前已研发出的机器人种类繁杂，以自动化草莓摘取机械手为例。如图1.2所示，它结构小巧，配有多种传感器，能精确对草莓进行识别与摘取，节省了大量人力，且效率更为高效。图1.2自动化草莓摘取机械手图1.3美国农场自耕种生产机器人2.美国采摘机器人:由于采摘机器人的构想最早源于美国，故美国对机器人的研究在理论上与应用上都非常成熟。与日本不同的是，美国地广人稀，故对大型农业播种机器人需求尤为强烈。如图1.3所示，便是美国农场自耕种生产机器人中的典型代表之一，生菜生产机器人，而葡萄果园及柑橘的收割机器人也都在美国被广泛运用，它们的共同特点便是可以在广阔的地貌上进行果实及粮食的高速收割，使土地资源得到合理分配的同时提高了农务工作的效率[5]。
花椒采摘机器人控制系统研究与设计21.2国内外农业机器人的发展概况1.2.1农业采摘机器人发展现状随着工业4.0的提出，世界各国开始将全自动化及智能化的工业生产作为未来发展的主要方向，故机器人技术成为了当前研究领域中的热门，它可以解放更多劳动力，对发展中国家尤为重要，是科学研究的绝对前沿。我国是一个农业大国，将机器人技术应用于农业领域不仅符合国家提出的中国制造2025这一构想，同时还对高新技术融入各行各业具有重大历史意义[4]。1.2.2国外研究成果及现状在国外，为了使农务作业生产能变得更加高效且能减少人力成本，美国人Schertz和Brown提出了用机器代替人力这一概念。随后，伴随着各个领域技术的发展，采摘机器人技术也愈发成熟，截止目前，蘑菇、柑橘、草莓和甜瓜等的农业机器人已被广泛运用于田地之间。1.日本采摘机器人:由于日本国土面积较小，且国家狭长，为了节约人力以及提高土地利用效率，日本对机器人技术尤为重视。目前已研发出的机器人种类繁杂，以自动化草莓摘取机械手为例。如图1.2所示，它结构小巧，配有多种传感器，能精确对草莓进行识别与摘取，节省了大量人力，且效率更为高效。图1.2自动化草莓摘取机械手图1.3美国农场自耕种生产机器人2.美国采摘机器人:由于采摘机器人的构想最早源于美国，故美国对机器人的研究在理论上与应用上都非常成熟。与日本不同的是，美国地广人稀，故对大型农业播种机器人需求尤为强烈。如图1.3所示，便是美国农场自耕种生产机器人中的典型代表之一，生菜生产机器人，而葡萄果园及柑橘的收割机器人也都在美国被广泛运用，它们的共同特点便是可以在广阔的地貌上进行果实及粮食的高速收割，使土地资源得到合理分配的同时提高了农务工作的效率[5]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]精确农业与农业机械化智能技术的应用分析[J]. 龚毅. 科技经济导刊. 2019(12)
[2]基于开放式结构的多功能农业机器人设计[J]. 王宝梁,索明何,刘大诚. 中国农机化学报. 2019(03)
[3]农业采摘机器人柔性机械手研究[J]. 刘凡,杨光友,杨康. 中国农机化学报. 2019(03)
[4]果蔬采摘机器人的研究现状与对策分析[J]. 敖茂尧. 装备制造技术. 2019(03)
[5]六自由度串联机械臂建模与运动学分析[J]. 党浩明,周亚丽,张奇志. 实验室研究与探索. 2018(10)
[6]六自由度机械臂运动学分析与仿真研究[J]. 肖俊明,韩伟,王瑷珲,李继朋,梁旺. 中原工学院学报. 2018(04)
[7]五自由度机械臂三维建模与仿真实验平台的构建[J]. 邓晓燕,林灿光,施翔宇,吴泽荣,陈浩彬. 实验技术与管理. 2018(03)
[8]一种五自由度机械臂的运动学分析与逆运动学求解[J]. 李万莉,李宁. 机电一体化. 2017(11)
[9]温室采摘机器人技术研究进展分析[J]. 刘继展. 农业机械学报. 2017(12)
[10]农业机器人发展概况与展望[J]. 潘强,王波,冯淳元,郭晨阳. 广西农业机械化. 2017(05)
硕士论文
[1]多自由度机械臂模糊控制器的设计[D]. 程林云.河南科技大学 2019
[2]六自由度工业机械臂控制系统研究[D]. 云洋.中国地质大学(北京) 2018
[3]一种多自由度机械臂模糊自适应控制系统的设计[D]. 李航.河南科技大学 2018
[4]阶梯攀爬机器人的控制系统研究[D]. 张阳阳.兰州理工大学 2016
[5]六自由度机械臂模块化关节控制技术[D]. 李威.北京理工大学 2016
[6]基于FPGA的5自由度工业机械臂控制系统研究[D]. 李远重.湖北工业大学 2014
[7]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[8]黄瓜采摘机器人运动规划与控制系统研究[D]. 王燕.浙江工业大学 2010
本文编号：2903559
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