農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、目前國(guó)內(nèi)水果的采摘仍然以人工為主，一方面增加了果園的勞動(dòng)成本，降低了水果采摘效率;另一方面，隨著人口老齡化，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)人員短缺也是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的問(wèn)題。本文主要以蘋(píng)果的采摘為例，對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)器人進(jìn)行分析和研究，以期通過(guò)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化提高果園勞動(dòng)效率，降低勞動(dòng)成本。
　　首先，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外采摘機(jī)器人研究成果的分析，結(jié)合蘋(píng)果的形狀以及采摘環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)器人的硬件系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)型設(shè)計(jì)，將采摘機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)劃分成視覺(jué)采集

2、系統(tǒng)模塊、末端執(zhí)行器感知系統(tǒng)模塊、交流伺服系統(tǒng)模塊和控制模塊，并且分別對(duì)每個(gè)模塊的硬件選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和研究;其次，針對(duì)果園環(huán)境復(fù)雜，果實(shí)和障礙物難以定位的特點(diǎn)，通過(guò)三目視覺(jué)系統(tǒng)，獲取三幅圖像，同時(shí)對(duì)這三幅圖像進(jìn)行分析和處理，通過(guò)對(duì)這三幅圖像的像素進(jìn)行分析，建立相對(duì)應(yīng)的像素關(guān)系，從而確定果實(shí)或障礙物到攝像機(jī)之間的距離。通過(guò)三目視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)提高果實(shí)、障礙物定位的精確度;最后，針對(duì)農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人路徑規(guī)劃中W-空間（Workspace）運(yùn)

3、動(dòng)軌跡難以保證機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的所有路徑都在工作范圍內(nèi)等問(wèn)題。將園林中的蘋(píng)果和樹(shù)干等障礙物抽象成為點(diǎn)和線段，采用C-空間(Configuration Space)來(lái)進(jìn)行機(jī)械手避障路徑規(guī)劃設(shè)計(jì)，在C-空間算法中，采用一個(gè)罰函數(shù)來(lái)定義障礙，隨著障礙之間的距離不斷增大，使得罰函數(shù)的值很快下降，并且通過(guò)將每個(gè)障礙的罰函數(shù)值加在一起，作為整條路徑的罰函數(shù)值。C-空間算法由于加入了最短路徑和障礙距離的概念，實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化。
　　本文所設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)采摘機(jī)