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[期刊] 华中农业大学学报  [作者] 张磊  王树才  
针对当前禽蛋加工生产线中分段处置过程工序多、生产线长、累计破损率大、设备成本高等问题,采用一种基于机器视觉的Delta并联机器人,实现在生产线上将合格禽蛋捡拾到标准蛋盘并按照一定的顺序逐层整齐摆放的高速智能捡拾。通过基于视觉的动态禽蛋个体进行定位,确定不同搬运路径的智能轨迹规划,对实现智能捡拾的机器人控制程序进行设计并对禽蛋智能捡拾进行测试。结果表明,采用基于视觉的Delta并联机器人可以实现禽蛋智能捡拾和装盘工作目标,机器人运行速度达1 250 mm/s,捡拾效率为0.414 2~0.447 8枚/s,漏捡率小于3.33%。
[期刊] 华中农业大学学报  [作者] 王树才  任奕林  文友先  
禽蛋检测与分级智能机器人系统SIRDGE(system of intelligent robot detecting and grading eggs)包括场景图像的采集和摄像机的标定,图像处理和特征值的提取,机器人运动控制和轨迹规划,真空吸盘的单片机控制,敲击声音的处理与破损检测,彩色图像处理与内部品质检测等子系统。笔者对各子系统软件的算法进行了研究,采用VC++编程实现了其软件功能,对SIRDGE进行调试结果表明,SIRDGE性能稳定,运行正常。
[期刊] 华中农业大学学报  [作者] 雷杏子   王树才   龚东军   涂本帅   何昱廷   李传珍  
针对国内禽蛋制品加工过程中,散装蛋水中上料时筐装蛋搬运自动化程度低的问题,设计一种自动上料机器人的视觉定位方案。该方案采用YOLOv5s和图像处理相结合的方法,在复杂环境中对散装禽蛋筐进行定位识别。建立最佳分割阈值T与图像平均灰度值M之间的关系模型,使用动态阈值分割法对图像中的堆垛整体进行分割,通过堆垛最小外接矩形的长宽比区分2种筐装禽蛋堆垛类型,堆垛类型识别准确率为100%。使用YOLOv5s对堆垛顶层的单个蛋筐进行定位识别,模型识别精确率为98.48%,检测单幅图片用时为0.005 4 s。根据YOLOv5s输出的定位结果对图片进行裁剪,通过图像分割将蛋筐边框分割出来并用Canny算子检测其边缘信息,计算所有蛋筐旋转角度,平均角度误差为0.41°。结合蛋筐高度得出筐装禽蛋堆垛中所有蛋筐的位姿信息。试验结果表明,基于YOLOv5s和图像处理的筐装禽蛋定位方法可以准确识别出筐装禽蛋堆垛中所有蛋筐的位姿信息,该系统具有较好的鲁棒性和可行性,可为筐装禽蛋自动上料机器人提供视觉系统技术支持。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 崔志伟  唐晓强  侯森浩  项程远  
在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 韦慧玲  仇原鹰  盛英  陈海初  卢清华  
针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 赵雅聪  王启明  
500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)中馈源支撑系统是一个巨型的索牵引并联机器人,钢索牵引动平台在数百米空间内运动,包含变长度柔性索的运动和动平台的刚体运动。该文以索牵引并联机器人为研究对象,首先,采用绝对节点坐标法建立变长度钢索单元模型,并以此为基础利用虚功原理建立变长度索单元的动力学方程组;其次,对刚性动平台进行动力学分析,利用钢索与动平台间的约束得到六索牵引并联机器人整体的动力学方程组,其中包含柔性索和动平台的自由度;最后,使用MATLAB对建立的动力学模型进行了数值计算及仿真,将所得的仿真数据与对应的FAST实际运行数据进行对比,验证了该模型的可行性。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 许涛   刘志侠   高连兴   何凤宇   杨德旭   李华  
两段式收获是我国花生机械化收获的主要方式,捡拾装置是花生捡拾联合收获机核心部分之一。针对传统的弹齿滚筒凸轮滑道式捡拾装置存在的花生植株“壅堆”“冲击”和“抛起”而造成荚果损失问题,在花生植株条铺捡拾特性研究基础上,发明并研制了一种新型铲齿-齿滚式花生捡拾装置。通过捡拾性能试验表明:花生植株条铺地面捡拾作业时,铲齿划入地表将花生植株条铺从地面铲起,捡拾齿完成花生植株后续的捡拾作业,但不划入地表。通过对花生植株在铲拾、挑拾、推送阶段的运动状态与受力分析,获得了影响运动状态的主要参数,以此为依据设计了铲齿、捡拾齿、护板等关键捡拾元件的总体结构。在此基础上建立了捡拾齿运动的数学模型,确定了影响捡拾齿运动轨迹的关键参数,并结合ADAMS运动仿真分析获得了捡拾工作参数配比范围。根据设计结果制作样机并进行运转试验,花生捡拾性能试验结果表明:新型铲齿-齿滚式花生捡拾装置用于花生捡拾过程中,不存在植株“壅堆”与“抛起”问题;通过响应面分析法及样机试验,获得捡拾装置最优工作参数为:前进速度V_m为48.0 m·min~(-1),转速N为45.3 r·min~(-1),离地高度H为-18 mm。在花生植株含水率15%~17%的两段收获条件下,花生植株捡拾率为98.9%,掉果损失率为2.8%。根据试验观察,捡拾过程中花生植株主要呈现横向捡拾、倾斜捡拾、纵向捡拾3种捡拾状态,能够适应果朝一侧的整齐放铺与散乱放铺捡拾作业,为今后两段式花生捡拾收获机捡拾装置的设计提供技术支撑。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 白雪卫  郝岩  白鑫  张雨  谭睿  宫元娟  
自走式秸秆制粒机通过一次进地作业,可对田间散铺的秸秆,或经还田机构初步粉碎的秸秆进行捡拾、再粉碎、输送、除尘,经致密成型机构压制成颗粒形态,输送至集料箱后实现秸秆离田收集。其捡拾装置的工作性能对秸秆颗粒质量及整机工作效率具有显著影响。为解决目前玉米秸秆捡拾制粒机的捡拾率低、捡拾秸秆的含土率高、整机功耗大等问题,设计了一种适用于玉米秸秆捡拾制粒机的锤爪式捡拾装置。对比分析现有的秸秆捡拾装置并设计适用于自走式秸秆制粒机的锤爪式捡拾装置;通过SolidWorks进行三维建模,对捡拾装置各参数进行设计。通过Ansys-Workbench对装置进行模态仿真表明:装置工作频率23.3~33Hz远低于自身固有频率120.08Hz,确定捡拾刀轴的稳定性。单因素与多因素试验结果表明:影响捡拾损失率与含土率的最主要因素为锤爪刀尖离地高度,影响粉碎长度合格率与比能耗的最主要因素为捡拾刀轴转速。利用Design-Expert得出各个试验指标的回归模型,优化出最佳工作参数组合:捡拾刀轴转速1941r·min~(-1),捡拾刀尖离地高度93mm,捡拾损失率3.17%,秸秆含土率12.4%,比能耗463.47kJ·kg~(-1),粉碎长度合格率97.3%。通过田间试验验证,各项指标都满足自走式秸秆制粒机捡拾装置的作业性能要求。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 任德志  李佳奇  聂影  张雅文  成慧婷  张露籍  宫元娟  
针对榛子收获过程中人工捡拾慢、分选效率低的问题,设计了一种气吸式榛子捡拾分选装置,阐述了其主要结构及工作原理,该机由捡拾装置、分选装置、收集箱、行走装置、风机等部分组成。通过统计分析榛子、落叶和碎石的拓扑形状、物料密度及质量,构建物理仿真模型,进行气—固两相流体力学计算,分析榛子在混杂物中的分选程度,确定分选装置筛板角度、筛板间距离和气体流动速度等参数。进而设计并试制出气吸式榛子捡拾分选机,并进行田间试验。以气吸式榛子捡拾分选机的筛板角度,筛板间位置和气体流动速度为试验因素,净果率为指标进行三因素二次旋转正交组合试验,确定最佳参数组合并进行田间试验验证。结果表明:气体流动速度和筛板角度对榛子净果率影响较为显著,筛板间距为显著,影响指标的因素主次顺序为气体流动速度>筛板角度>筛板间距离。当榛子捡拾分选装置筛板角度为17.13°、两个筛板间距离为251.2mm、气体流动速度为18.4m·s~(-1)时,分选榛子净果率为91.49%。田间试验表明所设计的榛子捡拾分选机能够满足作业技术要求。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 孟庆森  张宏伟  王新环  
为有效提高机器人自动化产线设计、调试的效率,解决实际设备调试风险高、试错成本高等问题,以三自由度机械手包装生产线为例,设计一种基于SIMIT、PLCSIM Advanced和MCD(mechatronics concept designer)的并联机器人数字孪生虚拟调试系统,采用MCD设计并建立机器人包装数字化工作站,利用TIAPortal进行硬件配置、工艺对象组态和PLC控制程序设计,通过SIMIT仿真电气部件行为模型和数据通信,实现了包装工作站的工序流程仿真、优化。结果表明:该系统能够有效验证并联机器人运动控制,完成生产线的协同调试。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)  [作者] 董楸煌  陈志伟  
为了实现平面工作空间的目标物自动化快速分拣操作,基于平面五连杆机构,设计平面2RR并联机器人系统进行分拣操作.首先,根据系统的自由度和主动关节的设置,确定系统的广义坐标,利用第二类拉格朗日方程和闭链几何约束关系,建立系统的动力学方程.针对分拣操作的高速运动控制要求,并考虑系统动力学方程的非线性、强耦合和不确定干扰等因素,设计了基于干扰观测器的滑模控制方法.最后,通过李雅普诺夫稳定性证明了所设计的控制方法的稳定性,并通过数值仿真验证了该控制方法有较好的控制效果.
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 董靖川  谭志兰  武晓鑫  刘晋东  
该文建立了Diamond并联机器人多学科数字孪生模型,并在此基础上设计了一种数字孪生实验系统。该系统由并联机器人本体、实时数字孪生控制器、实验系统上位机构成。数字孪生控制器基于NI myRIO构建,运行并联机器人机械本体数字孪生模型和控制器数字孪生模型,并通过运动控制接口板与机器人伺服电机驱动器连接。上位机通过LabVIEW开发,并通过与数字孪生控制器的通信实现数据采集并显示实时状态。数字孪生实验系统可工作于仿真运行或实物运行模式,通过虚实结合方式使实验不受设备、场地、时间的限制,增强了安全性,有助于提高学生的探索兴趣和工程实践能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 孟齐志  谢福贵  刘辛军  袁馨  薛龙  
食品和日化等领域存在大载荷桶装或袋装产品的两移动自由度搬运和装箱作业,降低了机器人自由度要求,但在机器人负载能力上提出了新的挑战。如何在构型综合层面实现机器人从无到有?如何在性能评价层面保障机器人从有到优?上述问题是研发高性能高速并联机器人的两大核心难题。该文围绕高速并联机器人的闭环支链优势特征,提出支链间耦合策略,建立了基于耦合策略的线几何图谱化高速并联机器人构型综合方法,实现了闭环支链型高速并联机器人构型设计;针对所设计的功能相同、结构近似的不同机器人构型,基于功率系数概念提出构型优选指标TSI (type selection index),实现了高速并联机器人的构型优选;根据上述研究指导了样机研发,并开展了实验研究与应用验证,测试表明:所研发的TH-UR2并联机器人具备高速高负载品质,在50 kg负载下其标准行程周期可达1.76 s,满足应用需求。
[期刊] 物流技术  [作者]
新松并联机器人主要南三个部分组成:机器人、输送线及机器人安装框架。其中机器人由基板、电机罩、旋转轴、主机械臂、副机械臂、抓具中心等组成。新松并联机器人配套输送线采用电机输送带方式,通过机器人视觉系统定位与输送线编码器反馈位置的方式,实现机器人对目标工件的位置、姿态识别和准确抓取。根据节拍与现场需要,可并行多条输送线同时操作。其工作空间由主机械臂及副机械臂的长度、动平台与静平台半径,以及主动臂活动角度范围这几个参数来确定,而机器人在进
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 殷家宁  姜鹏  陈明  姚蕊  
500m口径球面射电望远镜(FAST)采用索驱动并联机器人与Stewart平台组合实现馈源在百米工作空间内的毫米高定位精度。该文提出了该类刚柔结合机构的动力学建模方法,分别对绳索和Stewart平台进行精确建模,通过两级机构模型的联立对中间结构的Newton-Euler方程迭代来求解系统的振动,探讨系统耦合振动的本质,从原理上说明了Stewart平台补偿误差对系统造成的具体影响并以数值形式表达。研究结果为FAST提高观测精度提供了必要条件,也为这类刚柔结合机构的控制算法提供了重要理论基础。
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