智能移動(dòng)式水果采摘機(jī)器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、水果采摘機(jī)器人對(duì)減輕果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度，保證果實(shí)及時(shí)采收，保證果品質(zhì)量，提高我國(guó)果園自動(dòng)化作業(yè)水平等方面具有非常重要的意義。本研究在國(guó)家“863計(jì)劃——移動(dòng)式果樹(shù)采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目資助下，綜合運(yùn)用機(jī)械電子、圖像處理、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及智能控制等技術(shù)對(duì)智能移動(dòng)式水果采摘機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及研究成果總結(jié)如下:
　　 (1)在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)矮化蘋(píng)果果園進(jìn)行實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定了采摘機(jī)器人基本設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有

2、四輪電動(dòng)車(chē)底盤(pán)和履帶底盤(pán)的分析比較，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有底盤(pán)很難滿足設(shè)計(jì)要求。為此，自主設(shè)計(jì)了適用于果園作業(yè)的輕型履帶式智能移動(dòng)平臺(tái)，并在智能移動(dòng)平臺(tái)上集成了采摘機(jī)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(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、DGPS、雙目攝像機(jī)等設(shè)備，并以工業(yè)PC為主控制器構(gòu)建了整個(gè)采摘機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。最終獨(dú)立完成了水果采摘機(jī)器人樣機(jī)的自主研制。
　　 (2)搭建了水果采摘機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了果實(shí)識(shí)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(duì)多幅蘋(píng)果、樹(shù)葉、樹(shù)枝的圖像進(jìn)行分析，通過(guò)比較多種色差模型的灰度圖像，找出果實(shí)與枝葉圖像差異較為明顯的色差模型，并對(duì)可用色差模型的灰度圖像進(jìn)行了圖像處理的實(shí)時(shí)性和實(shí)際分割效果的對(duì)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(duì)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(cè)果實(shí)中心點(diǎn)坐標(biāo)，試驗(yàn)表明該

4、方法的果實(shí)識(shí)別率比單用圓形Hough變換的果實(shí)識(shí)別率能夠提高8.5％。
　　 (3)提取了視覺(jué)導(dǎo)航和DGPS導(dǎo)航的控制參數(shù)，開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器視覺(jué)和DGPS的智能移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)航控制系統(tǒng)。在進(jìn)行視覺(jué)導(dǎo)航參數(shù)提取時(shí)，采用直線Hough變換與最小二乘法相結(jié)合的方法檢測(cè)導(dǎo)航路徑，該方法能夠融合Hough變換檢測(cè)出的直線附近的近距離點(diǎn)集來(lái)擬合導(dǎo)航路徑，試驗(yàn)表明該方法比單用Hough變換檢測(cè)導(dǎo)航路徑的誤檢率降低約30％。
　　 (4)對(duì)采

5、摘機(jī)械臂和智能移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)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(jī)械臂最優(yōu)逆解求取算法。另外，還對(duì)采摘機(jī)械臂和智能移動(dòng)平臺(tái)的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了研究。
　　 (5)搭建了水果采摘機(jī)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(gè)方面:第一，能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)到采摘機(jī)器人果園現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)狀況和周?chē)ぷ鳝h(huán)境;第二，當(dāng)采摘機(jī)器人遇到突發(fā)狀況時(shí)監(jiān)控者可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端向采摘機(jī)器人發(fā)出遠(yuǎn)程控制指令來(lái)實(shí)時(shí)控制各個(gè)運(yùn)動(dòng)