基于機(jī)器視覺的氣動(dòng)采摘機(jī)器人研究.pdf

1、自動(dòng)化生產(chǎn)加工是必然趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然也不例外，我國(guó)政府早已確定了科教興農(nóng)的戰(zhàn)略，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及自動(dòng)化設(shè)備，提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)成本是未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。水果種植業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著舉足輕重的地位，而我國(guó)的水果采摘幾乎全部依靠人力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口老齡化的加快，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力將出現(xiàn)嚴(yán)重短缺現(xiàn)象，從而導(dǎo)致水果生產(chǎn)成本的提高，因此農(nóng)業(yè)水果產(chǎn)業(yè)想要長(zhǎng)足發(fā)展，提高勞動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)水果采摘自動(dòng)化成為迫在眉睫的問(wèn)題。目前農(nóng)業(yè)采摘機(jī)

2、器人還處于研究階段，離商品化與實(shí)用化還有一段較長(zhǎng)的路要走，基于這些原因，開發(fā)出一種高效率、低成本的基于機(jī)器視覺的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人具有著長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。
　　本文中設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺的氣動(dòng)采摘機(jī)器人，它由具有4個(gè)自由度的機(jī)械手、雙目立體視覺系統(tǒng)和氣動(dòng)比例控制系統(tǒng)組成。針對(duì)這種采摘機(jī)器人，本文開展了如下的具體研究工作：
　　首先，根據(jù)農(nóng)業(yè)采摘的特點(diǎn)以及實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)以氣壓傳動(dòng)為基本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)采摘機(jī)器人，使用UG軟件完成了具

3、有4個(gè)自由度機(jī)械手的三維建模工作，并利用AutoCAD軟件繪制了機(jī)械加工二維圖紙。此外，還設(shè)計(jì)了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)整體方案以及氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且完成了相關(guān)元件，如擺動(dòng)氣缸、直線氣缸、比例方向閥、氣源處理單元等的選型設(shè)計(jì)。
　　其次，使用D-H方法建立了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的連桿坐標(biāo)系，并對(duì)它進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和分析，得到了氣動(dòng)采摘機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解與逆解以及雅克比矩陣，并且利用Matlab軟件和UG軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)單軌跡規(guī)劃與運(yùn)

4、動(dòng)學(xué)仿真。
　　然后，在雙目立體視覺的基本原理的基礎(chǔ)上研究了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下果實(shí)的識(shí)別和定位方法，提出了一種基于果實(shí)形心特征匹配的果實(shí)識(shí)別定位方法，并為氣動(dòng)采摘機(jī)器人搭建了雙目立體視覺系統(tǒng)，并且編寫了雙目立體視覺軟件程序。
　　再后，使用拉格朗日方法建立了機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型，并利用AMESim軟件搭建了相應(yīng)的氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型，研究了普通PID控制算法與模糊自適應(yīng) PID控制算法，并通過(guò) AMESim軟件與Simulink