果樹采摘機器人控制系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、運動控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。研究果樹采摘機器人關鍵技術，不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效益有著一定的實用價值，而且對于追蹤世界農(nóng)業(yè)新技術，加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重要的現(xiàn)實意義。本課題在國家“863”高新技術發(fā)展計劃基金(2006AA10Z254)的支持下，以果樹采摘機器人為研究對象，對采摘機器人建模、控制方法與實時避障算法以及控制系統(tǒng)軟、硬件設計等方面進行了

2、研究。主要工作包括：
　　 1、果樹采摘機器人運動學建模。通過對該機器人機械結構的分析，建立了攝像機模型和移動平臺模型，采用幾何結構算法，建立了果樹采摘機器人正、逆運動學方程，為機器人控制奠定理論基礎。
　　 2、基于果樹采摘機器人機械結構的特點，對采摘機器人控制方法進行了研究，設計了基于圖像的視覺伺服控制器，采用小步長逼近的控制算法引導機器人末端執(zhí)行器實現(xiàn)對目標果實的準確定位。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)非線性和強耦合的特點，設計

3、了模糊PID控制器并將其應用在果樹機器人機械臂關節(jié)的伺服運動控制中。
　　 3、采摘機器人控制系統(tǒng)設計實現(xiàn)。根據(jù)開放性和實時性的設計原則，構建了開放式果樹采摘機器人控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺。硬件方面主要對組成控制系統(tǒng)的工控機、串行通信接口轉換器、關節(jié)驅動電機等關鍵模塊進行了選型，為機器人選取了符合其工作特性的傳感器并設計了相應的信號采集電路，這使機器人具備了圖像獲取、目標定位、對障礙物感知及限位保護的能力，提高了果樹采摘機器人的智

4、能水平和對外界環(huán)境信息的感知能力；軟件方面主要從實時性角度考慮，應用VFW技術實現(xiàn)對目標圖像的實時采集，給出了實時避障搜索算法，以VC++語言為開發(fā)平臺，采用多線程技術實現(xiàn)了具有串行通信、圖像采集與目標識別、實時避障控制、限位保護等功能的果樹采摘機器人控制系統(tǒng)軟件。
　　 4、對構建的果樹采摘機器人樣機實驗平臺進行了實驗室環(huán)境和果園環(huán)境下的采摘作業(yè)試驗。采摘機器人在實驗室環(huán)境下能完成自動連續(xù)采摘，采摘成功率較高，試驗效果良好；在