開放式茄子采摘機器人關鍵技術研究.pdf

1、本課題以開發(fā)研制適合我國國情的果蔬采摘機器人為目標，以茄子為研究對象，對開放式果蔬采摘機器人的關鍵技術進行了研究，完成的主要研究成果和結(jié)論如下： 1.根據(jù)采摘對象的生長分布空間，利用機械優(yōu)化設計方法進行了機器人本體結(jié)構參數(shù)的設計。在此基礎上研制開發(fā)了4自由度關節(jié)式采摘機器人試驗樣機。該機器人結(jié)構簡單緊湊，布局合理，動作靈活平穩(wěn)，具有足夠的強度、剛度和承載能力，具有一定的創(chuàng)新性。 2.根據(jù)機器人的控制要求，對果蔬采摘機器人

2、進行了運動學分析，依據(jù)D-H法建立了機器人的運動學方程，實現(xiàn)了運動學方程的求解；針對不同階段的運動特點，分別進行了視覺伺服控制過程和抓取搬運過程的運動軌跡規(guī)劃。采用基于Matlab的數(shù)值解法求解了機器人的工作空間，并進行了仿真，驗證了結(jié)構設計的合理性。運動學分析和軌跡規(guī)劃的研究為精確地實現(xiàn)機器人運動控制提供了理論基礎。 3.進行了生長環(huán)境中果實目標的識別與定位研究。通過顏色特征統(tǒng)計試驗，得出了G-B顏色因子對于茄子果實分割最為有

3、利的結(jié)論。采用固定雙閾值法和自動閾值法對G-B灰度圖像進行了分割，分割效率分別大于89％、81％，平均用時分別為0.013s和0.116s，其中固定雙閾值法具有較好的分割效率和實時性；提出了融合G-B顏色因子和空間信息的彩色圖像區(qū)域生長分割算法，分割效率92％，具有較好的分割效果和一定的智能性。利用模板操作結(jié)合形態(tài)學處理的方法進行了殘留物的去除，取得了較好的處理效果。根據(jù)果蔬采摘機器人對視覺系統(tǒng)的要求，提取了果實目標的輪廓、面積、重心、

4、外接矩形以及切斷點等特征。 4.進行了眼在手上的果蔬采摘機器人視覺伺服系統(tǒng)的研究。討論了基于圖像雅克比的視覺伺服控制的原理和方法，在此基礎上構建了無標定實時估算圖像雅克比的視覺伺服控制系統(tǒng)。針對眼在手上的果蔬采摘機器人的特點，提出了基于圖像的模糊視覺伺服控制系統(tǒng)，并且利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡構造了模糊控制器，取得了較好的控制效果。 5.成功的利用本課題設計制造的4自由度關節(jié)式機器人、DMC運動控制器、數(shù)字攝像頭以及PC機組成了開