果樹采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、果樹采摘機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)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(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，不僅對(duì)于適應(yīng)市場需求、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益有著一定的實(shí)用價(jià)值，而且對(duì)于追蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)，加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題在國家“863”高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃基金(2006AA10Z254)的支持下，以果樹采摘機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)采摘機(jī)器人建模、控制方法與實(shí)時(shí)避障算法以及控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了

2、研究。主要工作包括：
　　 1、果樹采摘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。通過對(duì)該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，建立了攝像機(jī)模型和移動(dòng)平臺(tái)模型，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機(jī)器人正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，為機(jī)器人控制奠定理論基礎(chǔ)。
　　 2、基于果樹采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)采摘機(jī)器人控制方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)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(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)果實(shí)的準(zhǔn)確定位。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)非線性和強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)

3、了模糊PID控制器并將其應(yīng)用在果樹機(jī)器人機(jī)械臂關(guān)節(jié)的伺服運(yùn)動(dòng)控制中。
　　 3、采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)開放性和實(shí)時(shí)性的設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建了開放式果樹采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟、硬件平臺(tái)。硬件方面主要對(duì)組成控制系統(tǒng)的工控機(jī)、串行通信接口轉(zhuǎn)換器、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了選型，為機(jī)器人選取了符合其工作特性的傳感器并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號(hào)采集電路，這使機(jī)器人具備了圖像獲取、目標(biāo)定位、對(duì)障礙物感知及限位保護(hù)的能力，提高了果樹采摘機(jī)器人的智

4、能水平和對(duì)外界環(huán)境信息的感知能力；軟件方面主要從實(shí)時(shí)性角度考慮，應(yīng)用VFW技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)圖像的實(shí)時(shí)采集，給出了實(shí)時(shí)避障搜索算法，以VC++語言為開發(fā)平臺(tái)，采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有串行通信、圖像采集與目標(biāo)識(shí)別、實(shí)時(shí)避障控制、限位保護(hù)等功能的果樹采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件。
　　 4、對(duì)構(gòu)建的果樹采摘機(jī)器人樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和果園環(huán)境下的采摘作業(yè)試驗(yàn)。采摘機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下能完成自動(dòng)連續(xù)采摘，采摘成功率較高，試驗(yàn)效果良好；在