發(fā)布時(shí)間：2020-10-18 02:01

　　 蘋果產(chǎn)業(yè)是我國(guó)果業(yè)中的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,其產(chǎn)量也位居世界首位。蘋果采摘目前仍以手工采摘為主,不僅采摘的勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且蘋果集中成熟時(shí)需要及時(shí)采摘,這就需要很多的采摘作業(yè)人員。為了提升我國(guó)國(guó)內(nèi)蘋果收獲的自動(dòng)化和智能化水平,本研究在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于快速視覺(jué)伺服控制的多照度環(huán)境蘋果高效機(jī)器采摘方法研究”(項(xiàng)目編號(hào):31571571)的支持下,綜合運(yùn)用數(shù)字圖像處理、電動(dòng)伺服運(yùn)動(dòng)控制、氣動(dòng)伺服運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)通信、軟件編程、傳感器等技術(shù),對(duì)蘋果采摘機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,使得蘋果采摘機(jī)器人的性能可以滿足實(shí)際采摘作業(yè)的要求。主要的研究?jī)?nèi)容和成果總結(jié)如下:(1)設(shè)計(jì)了PRRRP五自由度機(jī)械臂,其中第一個(gè)自由度為升降自由度,需要手動(dòng)來(lái)提升機(jī)器人底座的高度,中間三個(gè)自由度為旋轉(zhuǎn)自由度,最后一個(gè)自由度采用Festo氣動(dòng)推桿,這也是本蘋果采摘機(jī)器人最大的獨(dú)特創(chuàng)新點(diǎn)。將五自由度機(jī)械臂安裝在北京博創(chuàng)尚和出品的旅行家4號(hào)移動(dòng)小車,增加蘋果采摘機(jī)器人的移動(dòng)性。設(shè)計(jì)了用于蘋果抓取的末端執(zhí)行器,并安裝在氣動(dòng)推桿末端。編寫的上位機(jī)控制軟件運(yùn)行在研華IPC-611工控機(jī)。(2)在末端執(zhí)行器上完成各類傳感器的安裝,為了對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放大,利用Altium Designer 13軟件繪制信號(hào)調(diào)理電路,印刷PCB電路板并完成電路板的焊接和測(cè)試。使用北京科瑞興業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的KPCI-847H型號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡,來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的采集,同時(shí)輸出對(duì)電磁閥控制的信號(hào)。(3)完成臺(tái)達(dá)A2伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)配置,在Visual Studio 2013軟件中編寫串口通信程序,建立工控機(jī)與A2伺服驅(qū)動(dòng)器之間的串口通信。完成Festo氣動(dòng)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件搭建,并為其提供0.8MPa的穩(wěn)壓氣壓源,在Visual Studio 2013軟件上編寫OPC數(shù)據(jù)通信程序,建立上位機(jī)工控機(jī)與下位機(jī)軸控制器CMAX之間的通信,利用Festo配置工具FCT對(duì)氣動(dòng)推桿的速度響應(yīng)曲線進(jìn)行優(yōu)化,以保證推桿運(yùn)行時(shí)能夠兼容快速性與穩(wěn)定性。(4)設(shè)計(jì)用于完成蘋果識(shí)別與定位的圖像處理算法,并在Visual Studio 2013軟件中利用Open CV2.4.10編程實(shí)現(xiàn)算法,獲得蘋果的中心點(diǎn)與圖像中心點(diǎn)的像素差(ex,ey),作為臺(tái)達(dá)A2伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入量。(5)利用VC++語(yǔ)言編寫上位機(jī)控制軟件,通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)蘋果采摘機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)表明該蘋果采摘機(jī)器人能夠自動(dòng)準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)蘋果中心點(diǎn),定位精度小于10個(gè)像素,Festo軸控制器對(duì)氣動(dòng)推桿的位置控制精度在1mm之內(nèi)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蘋果采摘機(jī)器人的控制策略符合其機(jī)械選型,能夠完成對(duì)蘋果目標(biāo)的采摘。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S225
【部分圖文】：

使得圖像處理研究進(jìn)入新的方向[13了使得識(shí)別的速度滿足實(shí)際的要求。得益于計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的進(jìn)步一千元左右，這使得蘋果采摘機(jī)器驗(yàn)室階段，而能走進(jìn)果園，為果農(nóng)動(dòng)化技術(shù)有限公司推出的果蔬采摘4]。其機(jī)械臂為四自由度的機(jī)械臂三維空間的位置信息，控制機(jī)械自動(dòng)回收。履帶式底盤可以實(shí)現(xiàn)以完成蘋果的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)無(wú)率為 90%。

蘋果采摘機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的定位研究帶的 Triclops SDK 里的 API 函數(shù)完成。首先相機(jī)獲的中心點(diǎn)三維坐標(biāo)，建立機(jī)械臂基坐標(biāo)系、機(jī)械臂相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)械臂末端坐標(biāo)系、機(jī)械臂末端坐標(biāo)在變換矩陣，因此便可以最終獲得目標(biāo)蘋果在機(jī)械。該機(jī)器人對(duì)成熟蘋果的識(shí)別準(zhǔn)確率為 81.73%，蘋果的平均采摘時(shí)間為 9.50s。

圖 1.3 江蘇大學(xué)趙德安團(tuán)隊(duì)研制的蘋果采摘機(jī)器人Fig.1.3 Apple picking robot developed by Jiangsu University現(xiàn)狀國(guó)恩納基科技（Energid Technologies）公司正在開(kāi)發(fā) 是其開(kāi)發(fā)的具有雙采摘機(jī)械機(jī)構(gòu)、六攝像頭的柑橘動(dòng)相當(dāng)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，它使用了多個(gè)具有低采摘機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，一個(gè)自由度用于瞄準(zhǔn)果實(shí)自由度沒(méi)有執(zhí)行器和傳感器。采摘器設(shè)計(jì)為網(wǎng)格形用于定位水果的攝像機(jī)，該采摘系統(tǒng)使用電機(jī)進(jìn)行伸。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采摘系統(tǒng)安裝在卡車的四軸液通過(guò)柑橘樹(shù)表面上的掃描運(yùn)動(dòng)來(lái)移動(dòng)采摘器，同時(shí)像機(jī)可以看到區(qū)域中的橙子。這個(gè)原型系統(tǒng)被證明速度是 2-3秒，采摘率大約為 50％，其采摘機(jī)構(gòu)的
【參考文獻(xiàn)】

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7 趙慶波;果樹(shù)采摘機(jī)器人控制與避障技術(shù)研究[D];江蘇大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2845629