智能移動式水果采摘機器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、水果采摘機器人對減輕果農(nóng)勞動強度，保證果實及時采收，保證果品質(zhì)量，提高我國果園自動化作業(yè)水平等方面具有非常重要的意義。本研究在國家“863計劃——移動式果樹采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究”項目資助下，綜合運用機械電子、圖像處理、數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)及智能控制等技術(shù)對智能移動式水果采摘機器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容及研究成果總結(jié)如下:
　　 (1)在對標(biāo)準(zhǔn)矮化蘋果果園進(jìn)行實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定了采摘機器人基本設(shè)計參數(shù)。通過對現(xiàn)有

2、四輪電動車底盤和履帶底盤的分析比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有底盤很難滿足設(shè)計要求。為此，自主設(shè)計了適用于果園作業(yè)的輕型履帶式智能移動平臺，并在智能移動平臺上集成了采摘機械臂及其控制系統(tǒng)、末端執(zhí)行器及其控制系統(tǒng)、智能移動平臺驅(qū)動控制系統(tǒng)、DGPS、雙目攝像機等設(shè)備，并以工業(yè)PC為主控制器構(gòu)建了整個采摘機器人的運動控制系統(tǒng)。最終獨立完成了水果采摘機器人樣機的自主研制。
　　 (2)搭建了水果采摘機器人的視覺系統(tǒng)，開發(fā)了果實識別和定位的圖像處理軟件。

3、在RGB、歸一化rgb、HIS、Lab、YIQ和I1I2I3顏色空間下對多幅蘋果、樹葉、樹枝的圖像進(jìn)行分析，通過比較多種色差模型的灰度圖像，找出果實與枝葉圖像差異較為明顯的色差模型，并對可用色差模型的灰度圖像進(jìn)行了圖像處理的實時性和實際分割效果的對比分析，結(jié)果表明，利用RGB顏色空間中的R-G色差分量并采用自適應(yīng)閾值分割算法能獲得理想的分割效果。最后對分割后的圖像采用圓形Hough變換與質(zhì)心標(biāo)記相結(jié)合的方法檢測果實中心點坐標(biāo)，試驗表明該

4、方法的果實識別率比單用圓形Hough變換的果實識別率能夠提高8.5％。
　　 (3)提取了視覺導(dǎo)航和DGPS導(dǎo)航的控制參數(shù)，開發(fā)了基于機器視覺和DGPS的智能移動平臺導(dǎo)航控制系統(tǒng)。在進(jìn)行視覺導(dǎo)航參數(shù)提取時，采用直線Hough變換與最小二乘法相結(jié)合的方法檢測導(dǎo)航路徑，該方法能夠融合Hough變換檢測出的直線附近的近距離點集來擬合導(dǎo)航路徑，試驗表明該方法比單用Hough變換檢測導(dǎo)航路徑的誤檢率降低約30％。
　　 (4)對采

5、摘機械臂和智能移動平臺進(jìn)行了運動學(xué)分析和求解，提出了基于“最短行程”和“最低能耗”為準(zhǔn)則的采摘機械臂最優(yōu)逆解求取算法。另外，還對采摘機械臂和智能移動平臺的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了研究。
　　 (5)搭建了水果采摘機器人遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有以下幾個方面:第一，能夠?qū)崟r觀測到采摘機器人果園現(xiàn)場作業(yè)狀況和周圍工作環(huán)境;第二，當(dāng)采摘機器人遇到突發(fā)狀況時監(jiān)控者可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端向采摘機器人發(fā)出遠(yuǎn)程控制指令來實時控制各個運動