Tên luận án:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY TỰ ĐỘNG THU HOẠCH DỨA
Ngành:
Kỹ thuật cơ khí (Mã số: 9.52.01.03)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu hệ thống chuyển động và điều khiển tay máy tự động thu hoạch dứa" được thực hiện nhằm giải quyết những thách thức trong thu hoạch dứa thủ công tại vùng Tây Nam Bộ, đặc biệt là tại huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang. Vấn đề bao gồm năng suất thấp, lao động nặng nhọc, chất lượng sản phẩm kém và thiếu hụt nhân lực.
Mục tiêu chính của luận án là phát triển một hệ thống tay máy robot tự động thu hoạch dứa với độ chính xác và năng suất cao. Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu đã khảo sát và lựa chọn cấu hình cơ khí tối ưu, xây dựng hệ truyền động và điều khiển giám sát. Luận án đã thiết lập mô hình động lực học của tay máy robot 3 bậc tự do thu hoạch dứa dựa trên phương pháp Euler-Lagrange, có tính đến ảnh hưởng của môi trường làm việc và nhiễu ngoại. Một thuật toán điều khiển bền vững tỷ lệ-vi phân kết hợp ước lượng nhiễu (PDDE) đã được đề xuất để điều khiển cơ cấu cắt đến vị trí quả dứa với độ chính xác cao. Hệ thống cũng tích hợp công nghệ học sâu (YOLOv3) để nhận dạng và xác định tọa độ quả dứa trong thời gian thực, tạo nên khả năng thu hoạch lựa chọn thông minh.
Những đóng góp chính của luận án bao gồm việc khảo sát đặc tính sinh trưởng và môi trường canh tác dứa để chọn cấu hình tay máy robot Đề-các 3 bậc tự do với tay cắt chuyên dụng. Luận án đã thiết lập các phương trình động lực học của tay máy trong cả điều kiện lý tưởng và thực nghiệm có nhiễu, đồng thời phân tích sai lệch giữa các mô hình. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã được xây dựng và thực hiện, xác định các thông số động lực học và tọa độ quả dứa. Kết quả thực nghiệm đã kiểm chứng hiệu quả của mô hình động lực học và thuật toán điều khiển PDDE với độ chính xác 95% cho chuyển động theo trục X và Y.
Về mặt khoa học, luận án tích hợp động lực học chuyển động và trí tuệ nhân tạo, tạo cơ sở cho việc hoàn thiện máy thu hoạch dứa và thiết kế máy thu hoạch nông sản khác. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng để hoàn thiện tay máy thu hoạch dứa trong khuôn khổ đề tài cấp quốc gia tại Tỉnh Tiền Giang.
Mục lục chi tiết:
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- 1.1. Tổng quan về các công trình nghiên cứu về thiết bị tự động hóa trong thu hoạch nông sản trên thế giới và Việt Nam
- 1.2. Đối tượng nghiên cứu của luận án
- 1.2.1. Thiết bị nghiên cứu
- 1.2.2. Nguyên lý hoạt động
- 1.3. Đối tượng của tay máy thu hoạch quả dứa
- 1.3.1. Điều kiện đồng ruộng của liên hợp máy hoạt động
- 1.3.2. Kích thước cây dứa và quả dứa
- 1.4. Phương pháp nghiên cứu của luận án
- 1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Chương 2 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG TAY MÁY THU HOẠCH DỨA
- 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tay máy thu hoạch dứa
- 2.1.1. Nguyên lý hoạt động
- 2.1.2. Mối quan hệ giữa các hệ tọa độ
- 2.2. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động tay máy hái dứa
- 2.2.1. Các giả thiết qui đổi của mô hình động lực học
- 2.2.2. Phương trình động lực học lý tưởng
- 2.2.3. Xây dựng mô hình động lực học tay máy hái dứa khi xét tới tác động nhiễu từ môi trường làm việc
- 2.4.1. Phương trình động lực học tay máy hái dứa khi xét tới tác động của nhiễu từ môi trường làm việc
- 2.4.2. Phương trình động lực học quy đổi về đầu trục động cơ khớp khi xét tới tác động của nhiễu từ môi trường làm việc
- 2.5. Phân tích đặc điểm mô hình động lực học tay máy hái dứa
- 2.5.1. Khảo sát mối liên hệ giữa mô hình động lực học lý tưởng và mô hình động lực học tay máy khi xét tới tác động của môi trường làm việc
- 2.5.2. Phân tích thành phần sai lệch giữa mô hình lý thuyết và mô hình thực tế tay máy thu hoạch dứa
Chương 3 ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG TAY MÁY THU HOẠCH DỨA TỰ ĐỘNG
- 3.1. Xác định tọa độ quả dứa cần thu hoạch
- 3.2. Điều khiển chuyển động cánh tay với thuật toán tỷ lệ đạo hàm kết hợp với ước tính nhiễu môi trường (PD+DE; Proportional Derivative +Disturbance Estimation)
- 3.2.1. Xây dựng thuật toán điều khiển PD+DE
- 3.2.2. Chứng minh tính ổn định của thuật toán
- 3.3. Thông số cần đánh giá trong mô phỏng
- 3.4. Phân tích đánh giá kết quả
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
- 4.1. Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm
- 4.2. Nhiệm vụ của nghiên cứu thực nghiệm
- 4.3. Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm
- 4.4. Tổ chức thực nghiệm
- 4.4.1. Tổ chức thực nghiệm kiểm chứng kết quả đọc tọa độ của camera
- 4.4.2. Tổ chức thực nghiệm kiểm chứng chuyển động tay máy hái dứa
- 4.5. Kết quả thực nghiệm
- 4.5.1. Kết quả thực nghiệm xác định tọa độ quả dứa của camera
- 4.5.2. Kiểm chứng công thức lý thuyết về điều khiển chuyển động tay máy qua các số liệu đo đạc
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ