Optimización de Parámetros Estructurales de un Brazo Robótico de Cosecha de Tomates: Considerando Requisitos de Operación Sin Colisiones
Autores: Peng, Chuanlang; Feng, Qingchun; Guo, Zhengwei; Ma, Yuhang; Li, Yajun; Zhang, Yifan; Gao, Liangzheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Optimización de Parámetros Estructurales de un Brazo Robótico de Cosecha de Tomates: Considerando Requisitos de Operación Sin Colisiones
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Recolección de brazos
Evitación de obstáculos
Racimos de tomate
Brazo robótico
Espacio de trabajo
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
Los brazos de cosecha actuales utilizados en robots de cosecha se desarrollan en base a productos estándar. Debido a las limitaciones de diseño, no pueden evitar eficazmente los obstáculos mientras cosechan tomates en espacios reducidos. Para mejorar la capacidad del robot en la recolección de racimos de tomates evitando obstáculos con diversas posturas, este estudio propone un método de optimización de parámetros geométricos para un brazo robótico de 7 grados de libertad (DOF). Este método asegura que el robot pueda alcanzar un espacio de trabajo predeterminado con una configuración de brazo más compacta. La postura óptima de recolección para el efector final se determina analizando la distribución espacial de los racimos de tomates, la posición del tallo principal y la postura del pedúnculo, lo que permite una descripción cuantitativa del espacio de trabajo de evitación de obstáculos. El modelo de Denavit-Hartenberg (D-H) del brazo de cosecha y el espacio de trabajo esperado sin colisiones se establecen como restricciones. La compacidad del brazo y la accesibilidad del espacio de cosecha sirven como objetivos de optimización. Se emplea el Algoritmo Genético de Clasificación No Dominada II (NSGA-II) para optimizar la longitud del brazo, y los resultados se validaron a través de un experimento virtual utilizando la travesía del espacio de trabajo. Los resultados indican que la estructura optimizada del brazo de cosecha de tomates es compacta, con un alcance del 92.88% en el espacio de trabajo, basado en los criterios de cosecha sin colisiones. Este estudio ofrece una referencia para la optimización de parámetros estructurales de brazos robóticos especializados en la cosecha de frutas y verduras.
Descripción
Los brazos de cosecha actuales utilizados en robots de cosecha se desarrollan en base a productos estándar. Debido a las limitaciones de diseño, no pueden evitar eficazmente los obstáculos mientras cosechan tomates en espacios reducidos. Para mejorar la capacidad del robot en la recolección de racimos de tomates evitando obstáculos con diversas posturas, este estudio propone un método de optimización de parámetros geométricos para un brazo robótico de 7 grados de libertad (DOF). Este método asegura que el robot pueda alcanzar un espacio de trabajo predeterminado con una configuración de brazo más compacta. La postura óptima de recolección para el efector final se determina analizando la distribución espacial de los racimos de tomates, la posición del tallo principal y la postura del pedúnculo, lo que permite una descripción cuantitativa del espacio de trabajo de evitación de obstáculos. El modelo de Denavit-Hartenberg (D-H) del brazo de cosecha y el espacio de trabajo esperado sin colisiones se establecen como restricciones. La compacidad del brazo y la accesibilidad del espacio de cosecha sirven como objetivos de optimización. Se emplea el Algoritmo Genético de Clasificación No Dominada II (NSGA-II) para optimizar la longitud del brazo, y los resultados se validaron a través de un experimento virtual utilizando la travesía del espacio de trabajo. Los resultados indican que la estructura optimizada del brazo de cosecha de tomates es compacta, con un alcance del 92.88% en el espacio de trabajo, basado en los criterios de cosecha sin colisiones. Este estudio ofrece una referencia para la optimización de parámetros estructurales de brazos robóticos especializados en la cosecha de frutas y verduras.