開放式茄子采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)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(jī)器人為目標(biāo)，以茄子為研究對象，對開放式果蔬采摘機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(jī)械優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行了機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上研制開發(fā)了4自由度關(guān)節(jié)式采摘機(jī)器人試驗樣機(jī)。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單緊湊，布局合理，動作靈活平穩(wěn)，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力，具有一定的創(chuàng)新性。 2.根據(jù)機(jī)器人的控制要求，對果蔬采摘機(jī)器人

2、進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，依據(jù)D-H法建立了機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程，實現(xiàn)了運(yùn)動學(xué)方程的求解；針對不同階段的運(yùn)動特點，分別進(jìn)行了視覺伺服控制過程和抓取搬運(yùn)過程的運(yùn)動軌跡規(guī)劃。采用基于Matlab的數(shù)值解法求解了機(jī)器人的工作空間，并進(jìn)行了仿真，驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。運(yùn)動學(xué)分析和軌跡規(guī)劃的研究為精確地實現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動控制提供了理論基礎(chǔ)。 3.進(jìn)行了生長環(huán)境中果實目標(biāo)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(jìn)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(xué)處理的方法進(jìn)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(jī)器人對視覺系統(tǒng)的要求，提取了果實目標(biāo)的輪廓、面積、重心、

4、外接矩形以及切斷點等特征。 4.進(jìn)行了眼在手上的果蔬采摘機(jī)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(chǔ)上構(gòu)建了無標(biāo)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(jī)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(luò)構(gòu)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(shè)計制造的4自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人、DMC運(yùn)動控制器、數(shù)字?jǐn)z像頭以及PC機(jī)組成了開