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基于足球比賽命中率遠程采摘機器人監控設計

發布時間:2020-02-18所屬分類:科技論文瀏覽:1

摘要:為更深層次對我國采摘機器人的結構與控制進行改進優化,結合足球比賽的命中率機理,對采摘機器人的遠程監控系統進行了設計。明確足球命中機理的核心控制概念,將足球比賽命中率與遠程采摘機器人監控有效融合,建立采摘監控理論模型,并進行基于足球命中

  摘要:為更深層次對我國采摘機器人的結構與控制進行改進優化,結合足球比賽的命中率機理,對采摘機器人的遠程監控系統進行了設計。明確足球命中機理的核心控制概念,將足球比賽命中率與遠程采摘機器人監控有效融合,建立采摘監控理論模型,并進行基于足球命中率的遠程采摘監控試驗。試驗結果表明:選擇步進電機轉速范圍為250~300r/min內,采摘作業的采摘損傷率由設計前的0.53%降至0.26%,降低約50%以上;采摘的綜合效率由97.14%提升至98.83%,整體設計合理可行,可為其他類似監控系統優化提供一定的思路與參考。

基于足球比賽命中率遠程采摘機器人監控設計

  關鍵詞:采摘機器人;命中率;遠程監控;采摘損傷率;綜合效率

  0引言

  源于多種控制算法與控制機理的融入,用數學準確規劃與視覺識別的方法實現機器的無人化自動采摘,是我國近年來的重要突破之一。翻閱大量資料可知,為有效控制采摘動作,大多數專家學者采用機械自由度控制及傳感器感應原理進行展開設計研究,但對于動作的監控與執行準確度方面研究較少。為此,利用足球比賽命中率的規律與方法,包含足球運動準確性的控制、迅速完成踢球動作的技巧及足球比賽過程中突發性與隱蔽性發揮動作等,對采摘的環境進行監控,以采摘動作執行過程中各部件的協調配合為設計手段,對采摘機器人的遠程監控系統進行了探討。

  1遠程采摘原理及結構

  遠程采摘機器人的采摘原理建立在人工采摘果蔬的基礎上,即通過多樣化的傳感采集功能,經圖像處理與識別后轉換傳輸至采摘機器人的中心控制部位,驅動采摘機械臂進行采摘動作,具有良好的通用性與可控性。圖1為某農業采摘機器人作業場景。其主要結構包含提供機器人行走與采摘作業的動力源裝置、可編程調節的控制器系統、由視覺和觸覺得到準確識別的傳感器控制系統及采摘驅動裝置(執行動作的機械臂)等。

  一次完成的采摘動作流程可表述為:首先,采摘機械臂進行位姿調整至初始位置,當視覺系統監測到果實的實際位置信息時,采摘機器人的吸附機構與夾持機構相繼開始動作;待傳感控制系統的壓力傳感器達到一定的閾值,便傳遞信號至采摘機械臂進行果實的切斷;隨后進行果實安放流程與夾持機構復位等環節。采摘機器人動作流程如圖2所示。

  2足球命中率機理下的采摘監控設計

  2.1采摘理論模型建立

  為充分實現足球比賽命中率與遠程采摘機器人監控的有效融合,首先明確足球命中機理的核心控制概念。在足球比賽中,足球命中率高的區域被稱之為危險區域?紤]足球比賽球員射門角度的多樣性不可預見性,足球的命中率簡要定義為:足球射門的角度與足球場地的最大射門角度的比值。依據足球比賽射門命中機理建立如圖3所示的足球比賽運動過程數學平面直角坐標系。

  2.2軟件監控系統建立

  足球命中率控制機理下的遠程智能采摘監控,需匹配完整合理的采摘信息數據轉換與處理方法,故以監控界面顯示、應用邏輯控制和監控服務信息訪問3個層次進行流程梳理,如圖5所示。

  其中,A.SP.NET\C#與CSS\JavaScript間實現數據的互相調用與共享,經監控服務信息訪問模塊的信息獲取與數據服務接口實現采摘監控信息引用目標。

  進一步對遠程采摘的監控軟件系統步驟進行合理劃分(見表2),依據主要作用的實現可劃分為7個主要實施步驟。其中,加密模塊與安全模塊是在一站式信息監控模型下的附屬,其存在可有效保證智能采摘機器人遠程監控系統的穩定性與可靠性。

  2.3硬件配置控制設計

  在采摘機器人的遠程監控硬件配置環節,關鍵在于選型與組裝:CMOS攝像裝置作為主要的采摘果實圖像輸出裝置,RFID讀卡裝置、USB攝像裝置和TFTLCD共同組成DM3730型信息交換裝置,并在DM9000C網卡的連接下,應用TCP/IP協議實現PC的終端準確實時化顯示,其配置連接如圖6所示。

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  3采摘監控系統試驗

  3.1條件設置

  針對足球比賽命中率機理下的遠程采摘機器人監控試驗,數據交互與處理進行如下設置:

  1)采摘實時監控界面與圖像服務功能交互;

  2)采摘實時監控界面與數據服務接口交互;

  3)采摘監控系統歷史服務器與數據服務接口交互;

  4)采摘監控系統歷史服務器與其他高級服務接口交互;

  5)數據服務接口與數據指令解析服務交互等。

  3.2試驗分析

  以一組采摘動作為試驗標準,基于足球比賽命中率的采摘機器人作業監控試驗主要過程圖像監控抓拍。試驗時,從采摘機器人的初始定位入手,經過路徑的找尋與規劃調整,達到果實的采摘動作執行,包括吸附與夾持及切斷,最終實現采摘果實的指定化安放與采摘機構的卸果復位。

  在選擇采摘機器人的步進電機轉速一定范圍內(250~300r/min)進行采摘的遠程監控試驗,得出如表3所示的關鍵采摘評價指標。由表3可知:足球比賽命中率機理被應用于采摘機器人的遠程監控系統,采摘時間可提升0.04s,與之前采摘速度保持一致;由于足球命中率技術的融入,采摘作業的采摘損傷率大幅度降低,由設計前的0.53%降至0.26%,采摘成功率由設計前的92.42%提高至94.29%,這說明設計可行且改善效果明顯。

  4結論

  1)通過理解足球賽場上的射門命中率原理,依據采摘機器人采摘動作控制結構及特點,將兩者融合對遠程采摘機器人的監控系統進行設計。

  2)建立合理的足球比賽命中率控制方法下的采摘監控理論模型,并進行軟件系統后臺指令控制和硬件采摘控制設施匹配,實現了完整采摘機器人遠程監控。

  3)試驗結果表明:結合足球命中率的采摘監控系統設計,采摘的綜合效率可提升1.69%,可為其他農用智能設備的改善與優化提供參考和借鑒。

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