自主采摘機(jī)器人競賽平臺系統(tǒng)研究.pdf

1、本課題通過中國機(jī)器人大賽自主采摘機(jī)器人比賽平臺系統(tǒng)的研究，引導(dǎo)采摘機(jī)器人項目改進(jìn)，推進(jìn)機(jī)器人比賽項目向高技術(shù)、高層次發(fā)展，為大學(xué)生和機(jī)器人愛好者提供更好的交流平臺，同時對促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣具有重要實踐意義。
　　課題以采摘機(jī)器人視覺定位和機(jī)械手視覺伺服控制為主要研究內(nèi)容，結(jié)合競賽平臺采摘機(jī)器人目標(biāo)果實識別和定位的實時性和準(zhǔn)確性要求，搭建了自主采摘機(jī)器人平臺樣機(jī)，重點對三維空間位置果實快速識別定位和機(jī)械手關(guān)節(jié)運動控

2、制進(jìn)行了深入研究。論文具體研究工作如下：
　　首先，通過分析采摘任務(wù)要求，設(shè)計采摘機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，搭建了機(jī)器人硬件平臺，針對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)建立運動學(xué)模型，并且進(jìn)行正、逆運動學(xué)分析求解。確定了機(jī)器人系統(tǒng)整體控制方案、并完成了控制系統(tǒng)電路設(shè)計和電路板制作。
　　其次，對三維空間果實識別定位進(jìn)行研究，在RGB顏色空間確定了閾值分割最優(yōu)色差模型，實現(xiàn)對目標(biāo)果實進(jìn)行有效分割提取。采用游程編碼法進(jìn)行圖像連通區(qū)域分析，選取最佳采摘對象。對

3、于目標(biāo)果實外形、紋理區(qū)分不明顯，匹配時出現(xiàn)多候選匹配情況，先用基于由粗到精匹配法，先通過形心特征匹配鎖定候選匹配點；再用鄰域灰度互相關(guān)測度去除誤匹配提高了匹配精度。并設(shè)計了采摘機(jī)器人果實雙目定位系統(tǒng)。
　　最后，對視覺系統(tǒng)引導(dǎo)下機(jī)械手的運動控制進(jìn)行研究。先利用雙目視覺系統(tǒng)測出的目標(biāo)果實的空間坐標(biāo)，通過機(jī)械手運動模型逆運動學(xué)求解得出機(jī)械手目標(biāo)姿態(tài)對應(yīng)的關(guān)節(jié)角度值，并在關(guān)節(jié)空間對機(jī)械手的動作軌跡進(jìn)行了軌跡插值；再對采摘機(jī)械手部分控制器