苹果采摘机器人视觉伺服系统的定位研究

发布时间：2020-10-18 02:01

　　 苹果产业是我国果业中的重要支柱产业之一,其产量也位居世界首位。苹果采摘目前仍以手工采摘为主,不仅采摘的劳动强度大,而且苹果集中成熟时需要及时采摘,这就需要很多的采摘作业人员。为了提升我国国内苹果收获的自动化和智能化水平,本研究在国家自然科学基金项目“基于快速视觉伺服控制的多照度环境苹果高效机器采摘方法研究”(项目编号:31571571)的支持下,综合运用数字图像处理、电动伺服运动控制、气动伺服运动控制、数据通信、软件编程、传感器等技术,对苹果采摘机器人的关键技术进行研究,使得苹果采摘机器人的性能可以满足实际采摘作业的要求。主要的研究内容和成果总结如下:(1)设计了PRRRP五自由度机械臂,其中第一个自由度为升降自由度,需要手动来提升机器人底座的高度,中间三个自由度为旋转自由度,最后一个自由度采用Festo气动推杆,这也是本苹果采摘机器人最大的独特创新点。将五自由度机械臂安装在北京博创尚和出品的旅行家4号移动小车,增加苹果采摘机器人的移动性。设计了用于苹果抓取的末端执行器,并安装在气动推杆末端。编写的上位机控制软件运行在研华IPC-611工控机。(2)在末端执行器上完成各类传感器的安装,为了对传感器信号进行放大,利用Altium Designer 13软件绘制信号调理电路,印刷PCB电路板并完成电路板的焊接和测试。使用北京科瑞兴业科技有限公司生产的KPCI-847H型号的数据采集卡,来实现工控机对传感器输出信号的采集,同时输出对电磁阀控制的信号。(3)完成台达A2伺服驱动器的参数配置,在Visual Studio 2013软件中编写串口通信程序,建立工控机与A2伺服驱动器之间的串口通信。完成Festo气动伺服运动控制系统的硬件搭建,并为其提供0.8MPa的稳压气压源,在Visual Studio 2013软件上编写OPC数据通信程序,建立上位机工控机与下位机轴控制器CMAX之间的通信,利用Festo配置工具FCT对气动推杆的速度响应曲线进行优化,以保证推杆运行时能够兼容快速性与稳定性。(4)设计用于完成苹果识别与定位的图像处理算法,并在Visual Studio 2013软件中利用Open CV2.4.10编程实现算法,获得苹果的中心点与图像中心点的像素差(ex,ey),作为台达A2伺服运动控制系统的输入量。(5)利用VC++语言编写上位机控制软件,通过室内实验对苹果采摘机器人伺服控制系统的定位精度进行评估。实验表明该苹果采摘机器人能够自动准确对准目标苹果中心点,定位精度小于10个像素,Festo轴控制器对气动推杆的位置控制精度在1mm之内。通过实验验证了苹果采摘机器人的控制策略符合其机械选型,能够完成对苹果目标的采摘。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S225
【部分图文】：

使得图像处理研究进入新的方向[13了使得识别的速度满足实际的要求。得益于计算机视觉方面的进步一千元左右，这使得苹果采摘机器验室阶段，而能走进果园，为果农动化技术有限公司推出的果蔬采摘4]。其机械臂为四自由度的机械臂三维空间的位置信息，控制机械自动回收。履带式底盘可以实现以完成苹果的自动识别、自动无率为 90%。

苹果采摘机器人视觉伺服系统的定位研究带的 Triclops SDK 里的 API 函数完成。首先相机获的中心点三维坐标，建立机械臂基坐标系、机械臂相机坐标系与机械臂末端坐标系、机械臂末端坐标在变换矩阵，因此便可以最终获得目标苹果在机械。该机器人对成熟苹果的识别准确率为 81.73%，苹果的平均采摘时间为 9.50s。

图 1.3 江苏大学赵德安团队研制的苹果采摘机器人Fig.1.3 Apple picking robot developed by Jiangsu University现状国恩纳基科技（Energid Technologies）公司正在开发 是其开发的具有双采摘机械机构、六摄像头的柑橘动相当。为了实现这个目标，它使用了多个具有低采摘机构有两个自由度，一个自由度用于瞄准果实自由度没有执行器和传感器。采摘器设计为网格形用于定位水果的摄像机，该采摘系统使用电机进行伸。对于现场测试，采摘系统安装在卡车的四轴液通过柑橘树表面上的扫描运动来移动采摘器，同时像机可以看到区域中的橙子。这个原型系统被证明速度是 2-3秒，采摘率大约为 50％，其采摘机构的
【参考文献】

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本文编号：2845629