蘋果采摘機(jī)器人樹枝障礙識(shí)別及定位研究.pdf

1、我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，水果產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占十分重要的地位，而水果的采摘仍需耗費(fèi)大量的人力，同時(shí)加上人口老齡化的加重以及進(jìn)城務(wù)工人口的增多，水果自動(dòng)采摘的實(shí)現(xiàn)已成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題。因此，開展對(duì)果樹采摘機(jī)器人的研究不僅有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高作業(yè)效率，同時(shí)對(duì)于推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步、加速實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文在教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目“果樹采摘機(jī)械手運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)化與靈巧避障控制策略研究(20093227120013

2、)”資助下，以蘋果采摘機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)其視覺系統(tǒng)、障礙識(shí)別和定位等進(jìn)行了研究，主要完成的工作如下:
　　1、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建。將主控計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)核心，通過雙目攝像機(jī)采集圖像并經(jīng)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)，構(gòu)建出了視覺系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，這為后續(xù)研究提供了硬件支持;以C++語言為主、MATLAB語言為輔，在VC++6.0環(huán)境中設(shè)計(jì)了視覺系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和開放性。
　　2、雙目攝像機(jī)的標(biāo)定。常用的攝像機(jī)標(biāo)定方法存

3、在魯棒性較弱的缺陷，本研究采用張正友標(biāo)定法，通過自制的平面標(biāo)定板，首先分別標(biāo)定左、右攝像機(jī)，得到它們的內(nèi)參數(shù)，然后確定兩攝像機(jī)間的位置關(guān)系，將它們統(tǒng)一到同一世界坐標(biāo)系下，得到兩攝像機(jī)間的外參數(shù)。最后對(duì)雙目攝像機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，左、右相機(jī)標(biāo)定的平均誤差在x和y方向上的投影分別為[0.15936，0.16681]和[0.08480，0.06172]，滿足蘋果采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)對(duì)標(biāo)定精度的要求。
　　3、圖像的采集以及顏色

4、特征的分析。通過數(shù)碼照相機(jī)靜態(tài)采圖的方式采集了晴天、陰天以及傍晚光照不足三種情況下的圖像，并對(duì)采集到的圖像進(jìn)行顏色特征分析，得出了對(duì)于蘋果樹樹枝障礙識(shí)別兩個(gè)較好的顏色特征，分別是I1I2I3顏色空間下的I2顏色特征以及在XYZ顏色空間下的X-Y顏色特征。同時(shí)采用基于VFW的動(dòng)態(tài)采圖方式作為本視覺系統(tǒng)采集圖像的方式，用以研究蘋果采摘機(jī)器人視覺系統(tǒng)的實(shí)際深度信息獲取情況。
　　4、樹枝障礙的識(shí)別。在分析比較常用圖像分割方法的基礎(chǔ)上，提

5、出了基于對(duì)比度受限自適應(yīng)直方圖均衡化的果樹樹枝迭代閾值分割方法。它利用對(duì)比度受限直方圖均衡化處理，克服了X-Y顏色特征下對(duì)比度不明顯的缺陷，經(jīng)迭代閾值分割，得到了蘋果、樹枝圖像，并通過在I2顏色特征下的迭代閾值分割得到蘋果圖像，最后經(jīng)二者灰度圖像的差運(yùn)算，得到含有噪聲的樹枝圖像，并經(jīng)去噪處理得到最終的樹枝圖像。最后進(jìn)行了蘋果樹樹枝障礙的識(shí)別實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所述方法的識(shí)別平均時(shí)間小于0.6s，識(shí)別成功率為92％，達(dá)到了對(duì)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性