水果采摘机器人视觉定位大误差及其执行器使能容错机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31571568
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1302.农艺农机学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Uncertain factors made vision system occur large random errors easily, and it was difficult for the control system of picking robot to compensate these errors, which made picking disable. The design of traditional fruit-clamping mechanism often takes no account of how to correct these errors. In order to overcome these problems, the research on large random positioning errors of binocular vision and its transitivity and fault-tolerant theory of end-effector were put forward. Firstly, based on the experiment platform of vision-mechanism positioning, errors of image targets and reverse solving errors of pose position were investigated. The investigated contents include the errors caused by occlusion, false boundary and pixel registration and so on and their transitivity too. Then, Analyze the distribution and transfer characteristic of random errors, extract each factors that had great impact on the errors, establish an errors estimation model so as to provide a support for fault-tolerance design and make robots understand those uncertainty information easily. Besides, analyzed the clamping schemes of variety fruits and their biology common characteristics, study a novel fruit stem-clamping configuration which has certain universality and its fault-tolerance mechanism in every direction, build the three-dimensional transformation and mapping relationship between clamping and curvature of conversion cutting mechanism, establish a fault-tolerance model for co-operated work between clamping and cutting. Moreover, failure picking caused by random positioning error is regarded as a systematic “fault error”, explore the critical value, reliability and safety margin of the fault-tolerant system, optimize fault-tolerant design parameters, make the picking robot can finish errors correction and nondestructive picking under defects condition, realize precise picking. Finally, take litchi, citrus and grape as example, the fault-tolerance theory would be verified by self-developed patents and simulation platform.
不确定因素引起视觉产生了大的随机误差,控制难补偿它,使采摘失效,传统专用夹果机构不考虑对其修正。提出研究双目视觉定位大的随机误差与传递性及未端执行器使能容错机制。首先,在视觉与机构定位基础上,研究图像目标与位姿反求的误差,含遮挡、虚假边界、像素配准计算等综合误差及其传递性,分析随机误差空间分布范围、传递特点,分离出高频概率影响该误差的各因素,构建评估模型,为机器人理解不确定性信息和容错设计提供支持。然后,分析多种水果夹持与生物共性特征,研究有一定通用的感知夹持果枝的新构型及在各方向上对误差的容错机理,构建夹持和变切曲率与误差的三维变换和映射关系、夹切机构协调作业容错模型。进一步把失效作为系统缺陷,探索系统容错临界值、可靠性和安全裕度,优化机构容错设计参数,使机器人在缺陷条件下使能容错和无损采摘,实现精准作业。最后,以荔枝、柑桔等三种不同水果为例,用自有的发明专利和仿真平台验证理论的有效性。

结项摘要

针对采摘机器人野外作业环境的复杂性,创新提出双目视觉定位大的随机误差与传递性及未端执行器使能容错理论。首先,研究了目标图像与位姿反求算法、综合误差,构建评估模型,为机器人理解不确定性信息和容错提供支持。第二,分析了荔枝、葡萄、番石榴夹持与生物特征,研究有一定通用的夹枝与夹果的构型,构建了机构与视觉的误差关系、夹切机构与视觉协同作业的容错模型。第三,通过试验,分析失效原因,研究了避障算法,讨论视觉误差范围,给出了设计与控制的合理容错范围。把难以避免的外力造成的采摘失效作为系统缺陷,通过容错使机器人精准作业。项目研制了具有自主产权的6自由度轻量化番石榴采摘机器人,其负载3KG、整机24KG,视觉检测精度88%,成功率达75%,更换夹指可采摘荔枝,机器人具有网络传输功能。在相同负载、功能及精度情况下,解决轻量化机构、驱控设计、视觉定位难题,同比我们前期研发的荔枝采摘机器人,轻量化机器人整机的重量仅是前期的1/15.8。其视觉定位与控制、软件与算法、机械臂及末端执行机构、驱控一体的伺服驱动均具有自主产权,经鉴定达到国际先进水平。成果及理论可用于农业、民用与军用的视觉机器人野外作业。

项目成果

期刊论文数量(41)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(4)
专利数量(19)
改进迭代最近点法的亚像素级零件图像配准
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹湘军;林桂潮;唐昀超;冯文贤;刘念;罗陆锋
  • 通讯作者:
    罗陆锋
草莓重量和形状图像特征提取与在线分级方法
  • DOI:
    10.16182/j.issn1004731x.joss.17-0047
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张青;邹湘军;林桂潮;孙艳辉
  • 通讯作者:
    孙艳辉
A vision methodology for harvesting robot to detect cutting points on peduncles of double overlapping grape clusters in a vineyard
采收机器人检测葡萄园双重叠葡萄串花梗切割点的视觉方法
  • DOI:
    10.1016/j.compind.2018.03.017
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    COMPUTERS IN INDUSTRY
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    Luo, Lufeng;Tang, Yunchao;Zou, Xiangjun
  • 通讯作者:
    Zou, Xiangjun
Vision-based extraction of spatial information in grape clusters for harvesting robots
基于视觉的采摘机器人葡萄簇空间信息提取
  • DOI:
    10.1016/j.biosystemseng.2016.08.026
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    BIOSYSTEMS ENGINEERING
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Luo, Lufeng;Tang, Yunchao;Li, Guoqing
  • 通讯作者:
    Li, Guoqing
基于双目立体视觉的葡萄采摘防碰空间包围体求解与定位
  • DOI:
    10.11975/j.issn.1002-6819.2016.08.006
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗陆锋;邹湘军;叶敏;杨自尚;张丛;朱娜;王成琳
  • 通讯作者:
    王成琳

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其他文献

虚拟环境下采摘机械手行为仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈燕;邹湘军;徐东风;蔡伟亮;CHEN Yan;ZOU Xiang-jun;XU Dong-feng;CAI Wei-liang
  • 通讯作者:
    CAI Wei-liang
挤压对荔枝机械损伤和力学参数的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    湖南农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谈建豪;邹湘军;黄国钢;李博
  • 通讯作者:
    李博
基于动态目标的采摘机器人视觉定位技术研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹湘军;邹海鑫;彭红星;叶敏
  • 通讯作者:
    叶敏
基于探索性数据分析的柑橘部位颜色模型分析与识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹湘军;郭艾侠;熊俊涛;陈燕
  • 通讯作者:
    陈燕
采摘机械手对扰动荔枝的视觉定位
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹湘军;陈丽娟;蔡伟亮;彭红星
  • 通讯作者:
    彭红星

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

邹湘军的其他基金

多类水果采摘机器人夹割变切模型及其行为控制
  • 批准号:
    31171457
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于智能设计的水果采摘机构与视觉关联精确定位研究
  • 批准号:
    50775079
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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