我國是世界上重要的柑橘種生產(chǎn)國,2018年柑橘總產(chǎn)量達(dá)4138.1萬噸。采摘是柑橘生產(chǎn)過程中,勞動力需求最大的環(huán)節(jié),目前柑橘仍以人工采收為主。隨著我國城鎮(zhèn)化的過程快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)用工成本將快速上升,農(nóng)業(yè)勞動力供給將快速下降,因此使用自動化、智能化裝備代替農(nóng)業(yè)用工,將能解決勞動力不足問題。適用于自然環(huán)境的柑橘采摘機器人是典型的自動化和智能化裝備,在水果適時采摘、提升采摘品質(zhì)、提高水果市場競爭力方面具有重要意義。柑橘采收作業(yè)環(huán)境是非結(jié)構(gòu)化的自然環(huán)境。自然環(huán)境中生長的柑橘果實之間,果實與果樹的枝條、枝葉之間存在復(fù)雜的空間位置關(guān)系,使得果實、枝條和枝葉之間任意遮擋存在隨機性,同時光照因時間、天氣變化而產(chǎn)生的不確定性,也使柑橘果實的其特征隨之變化。果實目標(biāo)的識別和定位技術(shù)為采摘機器人提供了目標(biāo)柑橘的準(zhǔn)確位置,是采摘機器人采摘作業(yè)有效性的基礎(chǔ)保障,因此在自然環(huán)境下,如何有效地識別柑橘果實和準(zhǔn)確地位其空間位置是提高柑橘自動化采摘系統(tǒng)可用性的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對自然環(huán)境中柑橘果實的識別與定位方法進(jìn)行了如下研究:（1）針對自然環(huán)境下存在的光照變化、亮斑陰影和遮擋問題,本文采用柑橘識別和果實定位分離的設(shè)計思路... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

采摘系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖a.末端采摘執(zhí)行器b.機械臂Y軸c.機械臂X軸d.機械臂Z軸e.采摘系統(tǒng)底座

第三章柑橘自動采摘技術(shù)分析與總體設(shè)計21該系統(tǒng)由直角坐標(biāo)系機械臂、末端采摘執(zhí)行器和控制系統(tǒng)構(gòu)成。直角坐標(biāo)機械臂通過伺服電機的速度和位置雙閉環(huán)控制，能夠提供X、Y、Z三個自由度方向的精準(zhǔn)移動。末端采摘執(zhí)行器如圖3-3所示，通過吸盤機構(gòu)、梳枝機構(gòu)、電鋸機構(gòu)和氣缸滑軌機構(gòu)的有序聯(lián)合動作，可以將對準(zhǔn)的柑橘果實固定、梳枝并剪切果梗，實現(xiàn)果實采摘功能�？刂葡到y(tǒng)可對機械臂和末端采摘執(zhí)行器聯(lián)合控制，實現(xiàn)對采摘系統(tǒng)的找零校準(zhǔn)、指點采摘、快速回零等控制。abcde圖3-3末端采摘執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖a.直線氣缸；b.滑軌機構(gòu)；c.電鋸機構(gòu)；d.疏果機構(gòu)；e.真空吸盤機構(gòu)要實現(xiàn)柑橘自動采摘系統(tǒng)，則需要一個穩(wěn)定的感知系統(tǒng)，為采摘系統(tǒng)提供果實采摘信息。同時采摘系統(tǒng)的末端執(zhí)行器采摘范圍有限，感知系統(tǒng)需要根據(jù)其可行區(qū)域，為其提供能夠采摘的柑橘果實信息，以提高自動采摘系統(tǒng)整體執(zhí)行效率。因此本文針對上述的采摘系統(tǒng)，設(shè)計了面向自然環(huán)境下柑橘果實感知系統(tǒng)。3.2面向自然環(huán)境的柑橘感知方案設(shè)計柑橘的種植環(huán)境通常是非結(jié)構(gòu)化的自然環(huán)境，存在大量的干擾因素。在自然環(huán)境下，光照情況會隨天氣、觀測角度的變化而變化，果實的特征也會隨之改變，由于枝條、枝葉和果實存在空間結(jié)構(gòu)位置關(guān)系，在圖像中會出現(xiàn)任意對象間相互遮擋問題，使得果實的特征部分丟失或重疊，在此環(huán)境中準(zhǔn)確的感知柑橘果實有效的采摘信息，則需要克服環(huán)境帶來的干擾。一般的感知系統(tǒng)有兩種方式，局部感知和全局感知。局部感知則將感知系統(tǒng)置于采摘系統(tǒng)末端，與采摘系統(tǒng)強耦合，通過動態(tài)感知引導(dǎo)的方式控制采摘系統(tǒng)機械臂接近目標(biāo)并完成采摘，此方式在采摘過程中會產(chǎn)生觀測角度和位置的實時變化，增大了感知誤差的風(fēng)險。

第三章柑橘自動采摘技術(shù)分析與總體設(shè)計22全局感知即感知系統(tǒng)與采摘系統(tǒng)獨立解耦的布局對目標(biāo)的全局進(jìn)行感知，類似于人的眼睛與手臂，眼睛能夠?qū)Νh(huán)境大范圍感知，鎖定要獲取的目標(biāo)，通過大腦控制手臂實現(xiàn)抓齲全局感知的方式感知器可設(shè)置在相對采摘系統(tǒng)固定的位置，減少動態(tài)觀測產(chǎn)生的誤差風(fēng)險，同時能夠?qū)Σ烧到y(tǒng)末端執(zhí)行器可行域內(nèi)的所有果實進(jìn)行感知，排除不可采摘果實，并根據(jù)采摘系統(tǒng)機械臂初始位置和果實空間排布對果實采摘順序進(jìn)行規(guī)劃，以達(dá)到最高采摘效率。因此本文采用全局感知方式設(shè)計感知系統(tǒng)，如圖3-4所示：感知系統(tǒng)圖3-4感知系統(tǒng)安裝位置示意圖如上圖所示，感知系統(tǒng)安裝在采摘系統(tǒng)的機械臂后方平臺上。針對自然環(huán)境中獲取柑橘果實信息時會存在不同維度的干擾問題，本文將感知系統(tǒng)分為識別系統(tǒng)和定位系統(tǒng)兩個部分，如此能夠分別結(jié)合不同的技術(shù)優(yōu)勢來設(shè)計上述系統(tǒng)，達(dá)到最優(yōu)感知的目的，如圖3-5所示：柑橘感知系統(tǒng)識別系統(tǒng)定位系統(tǒng)采摘系統(tǒng)采摘圖像信息空間信息協(xié)同通訊圖3-5感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]自然環(huán)境下柑橘采摘機器人的目標(biāo)識別與定位方法研究[D]. 胡友呈.重慶理工大學(xué) 2018
[2]自然環(huán)境中基于雙目視覺的蘋果識別與定位研究[D]. 胡浩波.燕山大學(xué) 2017
[3]基于雙目視覺的柑橘采摘機器人目標(biāo)識別及定位技術(shù)研究[D]. 李揚.重慶理工大學(xué) 2017



本文編號：2999400